高压断路器分合闸回路改进的讨论

朱卓玲

0 引言

我县电网系统现有的35 kV等级的变电站均为无人值守综合自动化变电站，由于变电站内高压断路器的操作机构大部分仍为老式的弹簧操作机构，经常出现断路器分闸线圈或合闸线圈烧毁的故障。由于我县地处偏远山区，城镇到各变电站的路程较远，往往在故障处理人员到达现场后，开关机构内的线圈已经烧得面目全非，甚至是已经起火导致故障扩大化。因而对现有分合闸回路进行分析并加以改进以避免类似事件的发生非常有必要。

1 分合闸线圈烧毁原因分析

根据综合自动化变电站的相关设计要求，站内高压断路器分闸、合闸控制回路都设计有自保持回路，以保证高压系统正常运行。

图1为综合自动化变电站分合闸回路的典型原理接线图，图中虚线框表示断路器就地操作机构箱，DBL（NC）为断路器气体继电器常闭辅助触点，CK（NO）为断路器储能机构行程继电器辅助触点。断路器气压正常、弹簧储能完成时，辅助触点DBL（NC）和CK（NO）均为导通状态，此时断路器能正常操作。当断路器处于分闸状态下，合闸指令触点接通时，HBJ继电带电器动作，HBJ触点闭合，将正电压引入合闸回路形成一个自保持回路，如断路器拒合或者断路器辅助触点动作不正常，导致断路器常闭辅助触点DL（NC）无法断开，合闸线圈HQ将一直带电并有电流通过。当断路器处于合闸状态下，跳闸指令触点接通时，STJ继电器带电动作，STJ触点闭合，TBJA继电器带电动作，TBJA触点闭合，将正电压引入分闸回路形成自保持回路，此时如断路器常开辅助触点DL（NO）因故障未断开，也会使断路器跳闸线圈TQ一直带电且有电流通过。

图1 分合闸回路原理示意图

由于受到高压断路器尺寸大小的限制，其内部元件的尺寸都比较小，因此分闸线圈、合闸线圈的尺寸和线径都比较小，导致其额定电流很小。断路器的分、合闸机构需要较大的力量才能动作，而这样大电磁力需要线圈通过远大于其自身额定值的电流才能产生。在这种无法增加线圈尺寸或线径大小的情况下，考虑到分合闸动作的可靠性和快速性，这些线圈只能按照“短时间通过大电流”的原理来设计。如因某些原因造成分闸线圈或者合闸线圈长时间通过大电流，将使得线圈过热而烧毁。

2 改进建议

鉴于以上原因，应当对断路器的分闸回路和合闸回路进行必要的改进，避免在断路器操作机构拒动或者辅助触点动作不正确时，分闸线圈、合闸线圈长期带电而烧毁线圈。由于已完成自动化改造的变电站中的综合保护装置没有扩展功能且没有自由编程的控制回路，无法在保护装置中实现合闸通电时间的控制，故采取在原有控制回路基础上加装时间继电器方法，依靠时间继电器的动作来影响出口中间继电器以达到控制整个分、合闸线圈回路的目的。

2.1 方式1：就地安装时间继电器方式

就地安装是指在断路器操作机构箱中（就地）安装时间继电器，而时间继电器的就地安装又有并联安装方式（图2）和串联安装方式（图3），示意图中元件处于虚线框内的表示该元件安装于断路器就地操作机构箱内。

图2 继电器就地并联安装原理示意图

图3 继电器就地串联安装原理示意图

串联模式和并联模式的区别仅在于时间继电器的安装方式的不同，时间继电器辅助触点的选择和安装方式是一样的。并联安装方式中时间继电器的分流作用会降低通过合闸线圈的电流；串联安装方式因串入了线圈电阻会降低合闸回路的电流，因此无论采取哪种方式都要经过相应的计算来决定使用什么型号的时间继电器才能不影响合闸线圈的正常工作效果。

原理图中时间继电器SJ1和SJ2的时间设置要长于断路器的正常合闸时间，具体时间可根据现场实际测定的分合闸时间来确定。根据原理图可看出：当发出合闸指令时，合闸回路导通时间继电器SJ1并计时，如断路器正常合闸使得断路器的常闭辅助触点DL（NC）在时间继电器SJ1动作之前先动作断开，则SJ1停止计时。如果由于某些原因使得DL（NC）不能及时断开，超过SJ1设置的时间后，合闸回路依然导通，则时间继电器的延时动作常闭辅助触点SJ1（NC）动作将合闸回路断开，使合闸继电器HQ断电，从而避免合闸线圈长时间通电而烧毁。

分闸回路的工作原理相同，当分闸回路因某些原因不能及时断开时，时间继电器SJ2的延时动作常闭辅助触点SJ2（NC）将动作断开分闸回路的电源，从而保护分闸线圈TQ。

但是在实际应用中，由于现有的开关机构在合闸时，弹簧的动作会造成整个机构震动，这可能会使得安装在机构箱内或附近的时间继电器在短时间内剧烈抖动，从而影响时间继电器及其辅助触点动作的可靠性。

2.2 方式2：远方安装时间继电器方式

远方安装是指在断路器相关的保护屏中安装时间继电器，安装方式如图4所示。

该安装方式的工作原理与就地安装方式的工作原理相同，但是因为继电器安装在综合保护屏，从而避免了继电器安装在就地所存在的干扰问题。

以上2种方案都能解决分合闸线圈烧毁的问题，但是通过对比，在安装条件允许的情况下，建议选取继电器远方安装的方式，使得整个控制回路更加可靠。

3 结语

图4 继电器远方安装方式原理示意图

断路器控制回路中的分、合闸线圈烧毁是变电运行工作中比较常见的故障，而现有设计的控制回路有可能导致此类故障扩大化，这将导致用电客户大面积、长时间的停电。这与目前电网容量不断扩大、社会对电网安全可靠运行日趋严格的要求是不相符的。根据具体情况进行具体分析，并采取相应的措施进行改进，确保高压配电系统安全可靠运行具有重要意义。

此外，通过与综合自动化保护装置生产厂家的沟通，将线圈的保护回路集成到微机保护装置中，这能大大提高整个回路的工作可靠性。

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