高压断路器跳闸控制回路改进

连　杰，何丽贤

(1.国网陕西省电力公司安康水力发电公司，陕西省安康市　725000；2.国网陕西省电力公司安康供电公司，陕西省安康市　725000)



高压断路器跳闸控制回路改进

连杰1，何丽贤2

(1.国网陕西省电力公司安康水力发电公司，陕西省安康市725000；2.国网陕西省电力公司安康供电公司，陕西省安康市725000)

摘要：介绍了LY-33型断路器操作箱原理与接线，分析了第一路控制电源失电事件发生原因、后果及处理过程，提出了解决方法与措施。

关键词：断路器；控制回路断线；电源消失；跳闸；措施

0前言

高压断路器是电力系统用来分配电能、切除故障的重要电气设备。通过高压断路器，不仅能够接通或断开高压电路中的负荷电流，而且当系统发生故障时通过继电保护装置发出的跳闸指令，可以快速断开电路，隔离故障。因此，确保高压断路器跳闸控制回路的正确、可靠，是保障电力系统设备安全的重要因素[1]。

1断路器操作箱工作原理

安康水力发电厂是20世纪90年代初期投产发电的大中型水电站，4台单机容量为200 MW的发电机分别与4台主变构成单元接线。330 kV系统共有3条高压输电线路。安康水电厂电气一次主接线见图1。其中3号发电机变压器组3FB配置的继电保护设备是2009年初改造更换的保护装置，电气量保护采用A柜、B柜双重化配置，每柜各配置1套DGT-801B装置，C柜配置1套DGT-801E非电量保护装置。3号发变组出口断路器3303的操作箱也安装在C柜，装置型号为LY-33。

图1　电气一次主接线示意图

LY-33型断路器操作箱是用于220 kV及以上电压等级分相双跳闸线圈断路器的操作箱，如图2所示。该操作箱的2组分相跳闸回路具有各自独立的直流电源，其中，合闸回路和第1组跳闸回路接第1路直流电源(电源Ⅰ)；第2组跳闸回路接第2路直流电源(电源Ⅱ)；对一些重要的公共回路或继电器，装置还提供1路公共电源，它是由电源Ⅰ和电源Ⅱ经过切换后得到。电源Ⅰ和电源Ⅱ的监视由电源监视继电器2JJ1、2JJ2承担，继电器2JJ1、2JJ2分别送出接点至中央信号，同时，操作箱面板上有分别指示电源Ⅰ、电源Ⅱ的指示灯。直流电源的切换由继电器2JJ3来完成。当电源Ⅰ正常时，2JJ3线圈励磁，通过切换接点将电源Ⅰ提供给公共电源母线，当电源Ⅰ失电时，2JJ3线圈释放，通过切换接点将电源Ⅱ提供给公共电源母线。

图2　双跳闸线圈断路器的操作箱图

LY-33型断路器操作箱外接手动跳闸接点(远方跳闸操作，例如监控跳闸令)通过电源Ⅰ，于9X19端子接入，去启动手跳继电器3～8STJ线圈， 3～8STJ的6对常开接点分别再启动断路器A、B和C相的2组跳闸线圈，完成断路器的三相跳闸。

而3FB保护装置启动跳闸回路，一般是A柜保护通过操作箱电源Ⅰ，于9X21端子接入去启动保护Ⅰ跳继电器6～8BTJ线圈，6～8BTJ的常开接点分别启动A、B和C相断路器的Ⅰ跳回路；B柜保护通过操作箱电源Ⅱ，于9X22端子接入去启动保护Ⅱ跳继电器3～5BTJ线圈，3～5BTJ的常开接点分别启动A、B和C相断路器的Ⅱ跳回路。

2事件经过

2014年7月20日，安康水电厂330 kV系统、110 kV系统均按双母固定方式运行，1～4号机组全部处于事故备用状态。14:20，中控室接到西北网调指令要求立即开1台机组。运行值长立即指挥值班员开3号机组3F，14:23，3F自动开机，自动准同期并网成功，带负荷100.0 MW，3FB系统挂在330 kVⅠ母运行。然而3FB出口断路器3303合闸并网后，监控报警“3303断路器控制回路Ⅰ断线”。现场检查确认3303断路器操作电源空开全部投入、断路器3303实际位置已经在合闸状态；检查3303操作箱上“电源Ⅰ”、“Ⅰ母运行”、开关三相合闸位置指示灯均不亮，“电源Ⅱ”指示灯正常点亮。

因3号发变组高压断路器控制回路出现的异常情况，运行值长向网调申请开另一台备用机组，停3F机组。15:30，运行值班人员将3F有功、无功负荷倒空后，通过监控系统给3303发出跳闸指令，此时高压断路器3303拒跳。运行值班人员应急处理，采取拉合3303操作箱直流电源空开、拉合3303现地汇控柜直流控制电源小空开的方法都无效。运行值长将情况汇报网调值班员，要求用拉开母联断路器3300的方法来将3FB系统与电网隔离，具体方法就是将330 kV的Ⅰ母上除3303断路器以外的所有运行支路的刀闸切换至Ⅱ母运行，通过将母联断路器3300跳闸并转至冷备用状态，来隔离3FB系统。上述操作执行完毕后，将断路器3303操作方式切至现地方式，通过现地操作把手仍无法跳开断路器3303。经网调同意，再拉开3303母侧隔离刀闸，完成3303与电网系统的隔离后，330 kV母线倒至正常运行方式。此时由有关检修人员对断路器3303控制回路进行检查，发现断路器3303现地汇控柜内第1路控制电源的小空开MCB1进线端子处的正电源导线接触不良，将导线重新压接牢固后，断路器3303操作箱上的各种信号指示灯恢复正常显示，经反复试验，确定3303现地、远方分合闸全部恢复正常。19:45，汇报省调和网调值班员，安康水电厂3303断路器控制回路缺陷处理完毕，可以恢复运行。

3事件分析

3.1故障的基本原因：“电源Ⅰ”失电

断路器3303的2路控制电源分别取自直流负荷盘4FP中的220 V直流Ⅰ、Ⅱ段母线，分别经4FP盘中的直流小空开1ZK、2ZK，通过控制电缆送到3303现地汇控柜，再经柜内直流空开MCB1、MCB2提供给3303控制回路及3303断路器操作箱的两路电源。

由于3303现地汇控柜内第1路控制电源的小空开MCB1进线端子处发生了导线接触不良现象，导致LY-33操作箱中的第1路直流电源“电源Ⅰ”失电，则断路器3303合闸回路、手跳启动回路、第1跳闸回路都不能正常工作，造成3F自动停机时监控系统发出跳闸指令后断路器3303拒跳、3303操作箱上“电源Ⅰ”、“Ⅰ母运”、开关三相合闸位置指示灯均不亮的现象。而断路器3303现地操作回路中，现地跳合闸操作把手的3对合闸接点、3对跳闸接点都接在3303现地汇控柜内第1路控制电源回路，因而通过3303现地操作把手也无法完成跳闸。但是有一点可以肯定，3FB并网时，断路器3303成功合闸，说明当时第1路直流电源还是正常的，第1路直流电源失电发生在3FB并网合闸之后。

3.2发生控制电源失电的原因

水电站独特的地理环境因素决定了安康水力发电厂363 kV GIS设备需安装在楼板上，断路器正常操作的剩余能量不能像直接安装在地基上那样被大地有效吸收，在高压断路器分、合闸时引起设备震动幅值和时间异常增加，另外，安康水电厂承担着电力系统调峰填谷、调频调相和紧急事故备用等任务，发电机组开停机十分频繁，所以出口断路器分、合闸频繁。据统计，2013年4—12月份仅3号发变组出口断路器3303的分、合次数就多达200多次，断路器频繁分、合闸容易因震动造成邻近设备紧固件松动。3303现地汇控柜离断路器机构距离较近，如果盘顶电源小空开上的压线螺丝本身上得不够紧，经过长期震动，就会引起导线接触不良现象。

3.3对运行值班人员设备异常处理评价

断路器3303第1路控制电源失电后，运行值长立即联系网调，准备换开一台备用机组进行发电。发现经监控停机流程发出跳闸指令后断路器3303拒跳，值班人员担心如果此时3FB系统发生故障，即使3FB继电保护装置正确动作，如果断路器3303仍拒跳，电网系统将无法隔离故障，将给整个电网系统造成严重后果。因此要求将330 kV的Ⅰ母上除3FB单元以外的所有运行元件全部切换至Ⅱ母运行，通过跳开母联断路器3300将330 kV的Ⅰ母上的3FB单元与电网系统隔离。

虽然从图2中可以看出来，断路器3303第1路控制电源失电后，此时即使3FB系统发生故障，3FB的B柜保护装置动作后仍能启动保护跳闸继电器3-5BTJ出口，但在当时故障原因不明的情况下，为确保系统安全，尽快将3FB单元与运行中的电网系统隔离是比较稳妥安全的方法。

电力系统任何时候发生断路器拒跳闸情况都会对整个电力系统带来较大风险。因为此时相关电气设备如果再发生故障，运行系统可能无法隔离故障。此案例中，运行值班员将330 kV双母线上除3FB以外的所有运行设备都切换至Ⅱ母运行，通过跳开母联断路器3300，将3FB系统与330 kV电网隔离。这样的话即使3FB系统发生故障，也不会危及整个330 kV系统。但同时又出现另外一个问题，假如此时330 kV Ⅱ母上任何元件再发生故障，由于所有运行设备都挂在Ⅱ母，330 kV母线保护将会动作，将安康水电厂所有330 kV运行设备全部切除，将会扩大事故停电范围。

4改进的措施与方法

针对330 kV断路器第1路控制电源失电后会出现断路器拒跳的缺陷，有下列几种解决方法。

(1) 方法1。将手跳继电器启动回路接在操作箱公共电源。从图2可以看出，LY-33操作箱中，安康水电厂通过监控系统发跳闸令去启动手跳继电器3～8STJ， 3～8STJ被启动后，用6～8STJ的动合接点通过第1路控制电源去启动该断路器第1跳闸回路，用3～5STJ的动合接点通过第2路控制电源去启动该断路器第2跳闸回路。而手跳继电器3～8STJ的启动线圈接在电源Ⅰ，只要电源Ⅰ失电，3～8STJ就无法启动。手跳继电器启动线圈改造前如图3所示。进行如图4所示的改进后，2路控制电源中只要有1路电源正常，公共电源就有正常电压，手跳继电器3～8STJ的启动线圈就可被启动，2组跳闸回路就至少有1组能完全执行监控系统发出的跳闸令。

图3　手跳断电器启动线圈改造前图

图4　手跳断电器启动线圈改接到公共电源图

(2) 方法2。手跳继电器启动线圈分为两路,分别接在两路控制电源回路中，即6～8STJ的启动线圈、动合接点均使用第1路控制电源，3～5STJ的启动线圈、动合接点均使用第2路控制电源，如图5。这种方法需要监控系统跳闸令能提供两对独立的跳闸出口空接点。

图5　手跳断电器启动线圈改接到2路电源中图

(3) 方法3。选择合适的断路器现地操作把手，把该操作把手的接点同时接入两组跳闸回路中。断路器3303现地操作把手实际选用的型号是LW5-15B0653型，共有9对接点(接点形式见表1)，3对接点用于三相合闸，6对接点可用于三相跳闸。而实际接线只将3对跳闸接点接入了断路器第1跳闸回路，另外3对跳闸接点未使用。可以将6对跳闸接点分两组，分别接入断路器两路跳闸回路中，只需现场继电保护维护人员在断路器现地汇控柜内增加二次配线即可完成。改后当需要通过该操作把手现地跳开断路器3303时，将该操作把手向左切换45°，则第1跳闸回路和第2跳闸回路同时启动。两路控制电源中只要有1路电源正常，断路器3303就会被跳开。

表1　LW5-15B0653型操作把手接点动作图表

对于上述前2种方法，都需要在操作箱电路板上进行改线。最好是设备订货前提出技术要求，让操作箱生产厂家在设备出厂前改好。而安康水电厂3号发变组高压断路器控制回路属于已投运设备，经技术管理部门批准后采用第3种方法对断路器3303跳闸回路进行改进:将断路器现地操作把手备用跳闸接点接入断路器第2路跳闸回路中。改后经试验证明，不但两路控制电源正常的情况下，通过现地操作把手能够使断路器正常跳、合闸，而且在只有1路控制电源正常的情况下，通过现地操作把手也能够百分之百地完成断路器跳闸操作。确保了断路器3303跳闸控制回路的正确性与可靠性。

5结语

高压断路器操作控制回路是继电保护和自动化控制过程的最后执行环节，对电力系统安全运行影响很大。因此，电力系统对断路器操作控制回路的设计、施工都非常重视。为防止控制电源故障而影响断路器操作控制回路可靠工作，330 kV电压等级的断路器，都采用2套相互独立的直流控制电源。《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》还专门规定，有2组跳闸线圈的断路器，其每一跳闸回路应分别由专用的直流熔断器或自动开关供电。然而，无论何种原因造成任意一套直流电源失电，另一套直流电源应能确保该断路器还能可靠操作。这一点必须引起有关设计和施工验收人员的注意。

参考文献:

[1]熊为群,陶然.继电保护自动装置及二次回路[M].2版.北京：中国电力出版社，2000.

[2]万千云,梁惠盈,齐立新,万英.电力系统运行实用技术问答[M].2版.北京：中国电力出版社，2005.

[3]刘洪林,肖海平.水电站运行规程与设备管理[M].2版.北京：中国水利水电出版社，2014.

[4]黑龙江省电力有限公司调度中心.现场运行人员继电保护知识实用技术与问答[M].2版.北京：中国电力出版社，2007.

[5]国家电网公司运维检修部编.国家电网公司十八项电网重大反事故措施(修订版)及编制说明[M].北京：中国电力出版社，2012.

[6]Q/GDW1175-2013,变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范[S].2013.

Improvement of Control Circuit for HV Breaker Tripping

LIAN Jie1, HE Lixian2

(1. Ankang Hydropower Plant, Shaanxi Electric Power Company, State Grid, Ankang City, Shaanxi725000,China; 2. Ankang Power Supply Company, Shaanxi Electric Power Company, State Grid, Ankang City, Shaanxi725000,China)

Abstract:Principle and connection of the operation cabinet of the breaker Model LY-33 are introduced. Cause, result and handling course of the occurrence of the power failure of the first control circuit are analyzed, solution and measures are provided as well.

Key words:breaker. line breaking of control circuit; power failure; tripping; measure

中图分类号：TV734

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2016.01.020

作者简介：连杰(1969- ),男,陕西省安康市人，工程师，高级技师，主要从事继电保护检修工作.

收稿日期：2015-10-29

文章编号：1006—2610(2016)01—0076—04