断路器“控制回路断线”检测方式分析及改进

黄智华，刘洪兵，侯斌，邹学翔

（云南电网有限责任公司昆明供电局，云南 昆明 650011）

0 引言

断路器控制回路是操作断路器分合闸的二次回路，在所有断路器二次回路中有着最为重要的定位，也是二次系统切除故障最直接的回路。因此，针对断路器控制回路专门设计了一套监视回路，并通过监视回路对控制回路的运行状态进行实时报警或预警，以保证控制回路在故障到来时，必须具备分合断路器的能力[1]。“控制回路断线”信号便是针对该回路设计的报警信号回路，控制回路断线时，断路器将无法分合，故障来临时断路器也将丧失故障切除的能力。但目前控制回路采取的监视回路只具备简单的监视回路完好与否的功能，并不能定位控制回路断线点的具体位置，检修人员针对此类型缺陷进行处理时，无法掌握最及时的缺陷情况及信息，缺陷处理效率并不高，而控制回路断线缺陷未消除，巨大的电网风险就会一直存在。因此，需要针对目前系统内断路器控制回路的监视设计满足日益剧增的电网风险相匹配的解决方案[2]。

1 断路器控制回路及其监视回路工作原理

断路器控制回路主要涉及到断路器操作箱及断路器机构箱两部分，两部分相互配合，完成断路器的分合，而断路器控制回路的监视回路都设计在操作箱内。

1.1 断路器操作箱控制回路及其监视回路工作原理

目前系统内主流继电保护设备厂商设计的断路器操作箱在断路器控制回路的设计上都大同小异，主要原理接线如图1。

图1 断路器控制回路二次接线原理图

从图1中可以看出，分合闸回路中都设计了一个用于回路监视的二次回路，分闸监视回路中启动HWJ，分闸回路完好则HWJ继电器动作，合闸监视回路中启动TWJ，合闸回路完好则TWJ继电器动作。而“控制回路断线”报警信号则使用HWJ与TWJ的常闭节点串联后发出，即断路器分闸回路、合闸回路均断开，则报断路器控制回路断线[3]。从工作原理上分析，该信号可以正确监视断路器分合闸回路的完好性，日常断路器运行中也通过该信号判定控制回路正常与否，“控制回路断线”信号原理接线如图2。

图2 “控制回路断线”信号原理图

1.2 断路器操作箱控制回路监视回路存在的问题

通过进一步分析上述断路器分合闸监视回路，结合日常针对断路器报“控制回路断线”后现场缺陷处理的总结分析，发现：目前厂商设计的监视回路，只能监视整段回路完好与否，不具备断线点定位的功能。从操作箱出口回路至机构箱内元器件直至分合闸线圈，均有可能出现断线点，而断线后，意味着断路器已经无法进行操作，必须立即找到断线点并进行处理[4]。

查找断线点目前均采用测量控制回路上电位的方法，沿着控制回路一侧进行逐一排查。如图3，回路完好时，监视回路内TWJ、HWJ与控制回路上断路器分合闸线圈形成通路，控制电源负电经过断路器分合闸线圈以及断路器机构箱内所有节点，送至TWJ或HWJ继电器线圈。当控制回路断线后，该通路被断线点断开，操作箱内TWJ与HWJ继电器无法励磁返回，发出“控制回路断线”信号。

断线点前后所带电位分别是通过监视回路送至断线点的控制电源正电位与控制电源负极送至断线点的负电位。现场查找控制回路断线正是利用此电位变化，对照控制回路图逐一摸排，并定位断线点。

上述方法针对断线点比较稳定的断线故障，故障查找并不复杂，但是目前系统内出现控制回路断线后，一段时间后断线故障自行恢复，这就对缺陷处理工作造成较大困难，往往人员到达现场后缺陷已恢复，断线点无法查找。但是实际断线点仍然较为脆弱，环境温度震动等外部因素变化时，缺陷往往还会发出，极为致命的是在断路器分合的瞬间大电流造成断线点断线，从而导致断路器分合失败，造成重大电网风险事故。

图3 控制回路断线后断线点电位情况示意图

因此，该信号目前已经逐渐无法满足电网运行安全稳定的要求，控制回路配置的监视回路无法为后期控制回路断线后的缺陷处理工作提供实际的支持，使得此类型缺陷处理工作效率低下，控制回路断线后电网风险急剧上升，威胁电网安全。

2 断路器控制回路监视功能改进方法讨论

针对现阶段监视回路存在的短板，考虑在控制回路上增加监测装置或额外的监视回路，在控制回路任何一点断线后，均可立即定位断线点，并将断线点信息及时提供给缺陷处理人员。

断路器整段分合闸控制回路上，有一定数量的各类型节点及操作把手等元器件，节点与节点之间依靠线芯或电缆连接[5]。综合本地区发生控制回路断线缺陷的统计数据，发现控制回路断线缺陷断线点主要集中在断路器机构箱内，也是目前分合闸监视回路监视的主要部分。统计数据如表1。

表1 本地区断路器控制回路发生断线后各部位断线点数量统计表（单位：次）

因此，为实现上述监视回路改进的目的，主要考虑在机构箱部分控制回路上对监视回路进行改进。

3 断路器“控制回路断线”监视回路改进方法分析

通过上述分析，控制回路断线后，断线点前后回路上存在这明显的电位差异，因此，考虑三种方式：①通过在控制回路上增加电位测量装置的方式，通过实时测量控制回路各点电位，即可对断线风险较高的断路器机构箱内整段控制回路实现全时段监控及断线点定位；②在控制回路上注入低频交流小信号，利用信号检测装置也可以实现全时段监控及断线点定位的目的；③考虑不对控制回路增加任何监测装置或在回路上注入小信号，利用新技术手段，在直流控制回路上导线绝缘表皮上安装电场传感器，非接触式测量回路上电位情况，通过在表1中断线高风险节点之间加装非接触式电压测量传感器，从而实时监测回路上各点电位，达到对控制回路全时段监控及断线点定位的目的[6]。

现阶段系统内针对断路器控制回路有着极其严格的管理和反措要求，日常工作均严防控制回路出现寄生回路，严防改动控制回路及在控制回路上新增检测装置，虽然从实现方式上该方案较为简单直接，但从回路运行规范要求上看，方式①并不适用。控制回路上注入低频小信号的方式②，类似于系统内查找直流接地的原理，但是将小信号注入在特定的控制回路中，在整个变电站直流系统内信号势必会发生杂散，同时控制回路及电缆上上存在着分布电容，对小信号也会造成干扰，信号接收端对信号敏感度会不足[7]。而相对应的，在不改变现有控制回路运行状态的前提下，方式③通过非接触式电压测量传感器，即可实现测量控制回路各个位置电压的功能，同时设计一套电压数据采集分析单元，利用断路器机构箱内信号电源，在断线时发出报警并在采集单元上图形化显示控制回路断线点。

4 结语

通过上述分析，现阶段系统内断路器控制回路监测模式已经越来越不能满足日益发展的电网安全的要求，控制回路断线时出现了无法避免的电网风险剧增，控制回路监测模式必须进行升级改进。文中提出的在控制回路上加装非接触式电压测量传感器及数据分析单元的方式，可完美解决控制回路监测模式目前存在的不足，极大缩短控制回路断线后作业人员缺陷处理的时间，大大降低因断路器无法分合而急剧升高的电网风险。