基于模块化继电器实现国外工程断路器控制

何文昕

(南京市金陵中学，江苏南京，210005)

0 引言

由于国内外标准和使用习惯的差异，一些在国内普遍应用和成熟的设备及设计方案已不能很好的满足国外客户需求，断路器的控制回路就是其中之一。断路器的控制回路是保证断路器正常分合的重要组成部分，为电网的可靠运行提供重要保障，国内断路器操作大多采用操作箱的方式，而国外习惯采用辅助继电器的方式。南瑞继保在借鉴国外运行经验基础上，结合国内操作箱的优点，设计了基于模块化继电器的断路器控制回路，将操作箱中的各个功能进行模块化设计和封装，且在原理方面进行改进，用户可以根据工程需要进行灵活配置，以满足工程需求。

1 国内外断路器控制回路方案分析

1.1 国内集中式操作箱方案

国内工程对断路器控制主要基于集中式操作箱实现，操作箱作为继电保护及测控等二次设备与断路器机构配合的操作接口装置。集中式操作箱如图1所示。

图1 集中式操作箱

其主要功能如下：(1)手动、遥控及保护分、合闸接口功能。(2)跳、合闸电流保持功能。(3)断路器位置监视功能。(4)防跳功能。(5)压力闭锁功能。(6)与继电保护装置的配合功能。(7)信号输出及指示功能。

1.2 国外分散式继电器方案

国外应用比较广泛的是分散式辅助继电器方案，很多二次设备制造厂家如GE、ABB、西门子等均采用此方式。分散式继电器如图2所示。

图2 分散式继电器

其主要功能如下：(1)快速跳闸继电器：跳、合闸接点扩展及隔离重动。(2)大容量继电器：断路器失灵保护跳闸拉弧。(3)LOCKOUT继电器：永久跳闸闭锁合闸功能。(4)直流电源监视继电器：每路直流的末端并接继电器监视电源。(5)跳合闸回路监视继电器：监视断路器在分位及合位下跳、合闸线圈。(6)信号重动继电器：一次机构信号重动扩展。(7)直流切换继电器：单套保护、测控等设备直流电源切换。

1.3 差异分析

由于国外和国内保护设备逻辑、二次回路设计、一二次设备配合、运营维护习惯以及规程规范的差异，当操作箱用于国外工程时不能很好满足断路器的控制回路的要求，主要体现在以下几点：(1)操作箱的部分功能无法满足需求：如LOCKOUT跳闸、断路器在分位状态下的跳闸回路监视等。(2)操作箱回路的部分功能不需要：如防跳功能、压力闭锁功能、跳合闸电流保持回路等。(3)操作箱为公共接口设备，每个保护的出口均经操作箱，虽然配置双操作箱时，单个操作箱损坏后可避免整间隔检修，但检修时需断电且相关回路的隔离措施较为复杂。(4)操作箱装置体积较大，功能回路较多，单套配置时无法满足用户检修维护的需要，双套配置时又对组屏造成一定困难。

在国外应用的辅助继电器方案，具有配置灵活，回路简单，便于维护，经济性好等特点，但继电器较为分散，接线回路较为复杂，对调试和维护不太方便；且继电器大部分为国外厂家生产，采购供货周期长，质保周期短，售后服务响应速度慢，不能满足客户及时、快速的需求，对工程实施造成较大影响。

2 断路器控制回路模块化继电器方案

2.1 模块化继电器方案

针对上述问题，南瑞继保综合两种方案的优点，设计了断路器控制回路相关的各种功能的模块化继电器，将原操作箱的各个回路功能独立插件设计，按工程需要随意增减，灵活配置，达到了对国外工程断路器控制的目的。模块化继电器如图3所示。

图3 模块化继电器

主要的模块化继电器有：(1)跳闸回路监视继电器：包含分相断路器和三相断路器监视，无论开关在分位还是合位均能监视跳闸回路。在断路器分位情况下，如果回路出现故障，可以发出告警并闭锁断路器合闸，避免合闸后出现故障开关无法跳开的情况，提前预防了事故的发生。(2)大功率电气复归辅助继电器：该继电器模块主要由保持继电器构成，具有回路监视、跳闸后闭锁合闸回路功能，在故障没有解除，运行人员没有复归该继电器之前不能合闸，避免误操作，可以替代国外的LOCKOUT继电器。(3)电流辅助继电器：将操作箱中的电流保持回路独立设计成模块化继电器，可以提供给客户选配，满足灵活配置的需求。(4)自复归继电器：作为跳闸继电器使用，模块中增加了继电器监视功能，一旦出现故障可以发出告警信号，避免由于内部损坏导致不能出口跳闸。(5)出口重动继电器，高动作功率，输出接点不保持，动作信号电气复归。各模块式继电器采用统一结构设计，外形美观，体积较小，组屏美观，便于维护。

2.2 模块化继电器优势

模块化继电器相对于分散继电器，主要有以下优势：(1)功能。模块化继电器种类齐全，功能完善，配置灵活，易于扩展，可满足工程的多样需求。(2)机壳。采用金属机壳，抗电磁干扰能力强，内部电气绝缘及整体设备耐压标准和主保护继电器一致。(3)器件。内部采用了全密封、高阻抗、小功耗继电器，降低了功耗和发热，改善了防潮等性能，提高了继电器的安全性。(4)集成度高。每块板卡可集成继电器较多，各继电器之间采用印制电路板的连接，相对于独立的辅助继电器之间组屏时通过线缆连接，回路和接口简单清晰，易于排查问题，可靠性高，组屏安装时占用空间较少。相对于辅助继电器裸露安装方式，不容易误碰，更加安全。辅助继电器与全密封继电器如图4示。(5)质量。采用的元器件均经厂内严格测试及筛选，整机及插件经厂内全面测试。(6)维护。单个继电器损坏后更换、维修比较方便，同时相关联的回路较少，隔离措施较为简单。

图4 辅助继电器与全密封继电器

3 模块化继电器实施方法与工程应用

国外工程的断路器控制主要采用直跳、快速跳闸继电器隔离重动或通过LOCKOUT继电器跳闸的模式，不同的国家的LOCKOUT继电器的配置模式不尽相同，有对应每个保护单独配置的模式，也有对应两组跳闸线圈配置两组LOCKOUT继电器的模式。国内二次设备厂家供货时，可根据不同的工程需求配置上述介绍的相应功能的模块化继电器，以取代分散的辅助继电器。

该方案可以简化设计，同时优化组屏方案，减少屏柜数量，比如一个半接线方式的断路器保护控制配置，原先操作箱方案需要三面柜，改用模块化的继电器方案只需一面柜，供应商节约了成本，用户缩减了控制室建筑面积，经济性十分优越，已经在中电装备埃塞500kV GDHA工程、印度国家电网765kV变电站中成功应用，运行良好。

4 结语

基于模块化继电器的断路器控制回路设计简化了二次回路，提高了设计效率；该设计方案摒弃国外用户不常使用的操作箱方案中的压力监视、位置重动、跳合闸电流保持等插件，节省了资源；各功能模块独立，可以按照用户不同需求进行灵活配置。

模块化的继电器设计精巧，结构紧凑，配置灵活，大大优化了柜面布置，节约了屏柜空间，减少了屏柜数量，整体上提高了工程的经济性，而又不影响工程的技术性，提高了企业在国际市场的竞争力。