断路器操作回路设计改进分析

摘要：介绍了断路器操作回路的一种设计改进方法，该操作回路适用于110kV以下电力断路器的操作，具有防跳、分合保持、位置信号、操作回路断线监视等功能。与原有操作回路相比，节约了元件数量，简化了电路设计，可嵌入6kV/10kV、35kV断路器成套设备就地安装的继电保护和安全自动装置中。同时该设计借助自动设备的智能采集和逻辑判断功能，可实现对断路器分、合操作过程的在线监测。

引言

电力系统综合自动化系统许多信号故障问题都与断路器等二次控制回路有关。断路器操作回路看似简单，但如果存在设计缺陷，往往会带来事故隐患，威胁电力系统的安全稳定运行。本文介绍的1种改进的断路器操作回路具有防跳、分合保持、位置信号、操作回路断线监测等功能，简化了电路设计，使断路器操作过程透明化，并可实现对断路器分、合操作过程的在线监测。

1现有断路器操作回路存在的不足

随着变电站综合自动化技术的发展，中低压保护测控一体化、分层分布结构设计、分散嵌入式安装等已成为发展趋势，操作回路必然要集成到保护装置内部[1]，这就要求操作回路在尽可能保持其原有功能的前提下，做到元件数量尽量少，体积尽量小以及通用性能尽量好等。

1.1断路器操作回路功能

图1为1种典型的通用型断路器操作回路（中压断路器操作回路）示意图，具有合分闸保护、防跳跃、位置信号和操作回路监视等功能[2]。1.1.1合闸操作合闸操作时（手动、遥控或重合闸），HBJ启动，合闸回路通过HBJ-1、TBSJ-1和D1、D3自动保持导通，直至HQ动作，完成合闸操作；DL断开合闸回路，HBJ复归。1.1.2分闸操作分闸操作时（手动、遥控或保护跳闸），TBJ启动，分闸回路通过TBJ-1和D2、D4自动保持导通，直至TQ动作，完成分闸操作；DL断开合闸回路，TBJ复归。TBJ-1导通的同时，TBSJ同时启动并通过TBSJ-2自保持，TBSJ-1分断，合闸回路断开；此时，如果合闸回路存在未撤销的合闸信号（包括合闸接点粘连），由于合闸回路通过TBSJ-2使TBSJ处于保护状态，TBSJ-1将始终分断，HQ不会被启动，从而达到防止断路器再次合闸的目的，实现“防跳跃”功能。

1.2断路器操作回路存在的不足

由图1可见，由于HBJ和TBJ的存在，断路器操作过程中无需考虑操作信号脉冲宽度，同时可通过TBJ启动防跳回路实现防跳功能[3-4]。但在实际设计中，考虑到操作回路的通用性和小型化，D1—D4的数量不能太多，否则会占用大量的空间并大大降低操作电压；同时，因HBJ和TBJ的线圈额定动作电压不能太高，使得该继电器的成本大大增加。而且，图1的操作回路不适用于交流操作回路，因此该回路的使用受到很大的限制。

2断路器操作回路的改进

2.1设计思路

参考国外断路器操作回路的设计思想，改进时利用软件实现合、分闸保持，并保证“防跳功能”正常，改进后采用软件控制合分闸出口继电器闭合的时间[5]。虽然此方法在国外的保护装置（西门子、ABB）上较常用，但由于我国制造的断路器操作回路是电流型回路，断路器的合分闸辅助接点（DL）往往采用机械联动，如果合分闸操作不到位，DL不能有效接通或分断操作回路，出口继电器接点就会直接分断跳合闸回路，造成出口继电器烧毁，因此电力行业有关规程中明确要求必须保留合分闸操作的保持功能。

2.2操作回路的改进

2.2.1改进方法图2为改进的通用型断路器操作回路示意图。改进后的操作回路由防跳回路、合分闸电流采集回路、合分闸位置监视回路和操作回路电源监视回路等组成。2.2.2合闸操作合闸操作（手动、遥控或重合）时，通过TBSJ-2常闭接点启动合闸线圈HQ；合闸成功后，DL动作，切断HQ回路，HWJ动作，接通TBSJ并自保持，分断TBSJ-2。此时如果合闸信号（接点）始终未取消，TBSJ将保持，合闸回路将断开，即使断路器分闸，HWJ-1分断，由于TBSJ自保持，不会出现再次合闸动作，从而实现了防跳跃功能。2.2.3分闸操作分闸操作过程更加简单，正常情况下，由于DL的变位，只实现HWJ和TWJ的正常动作。2.2.4功能介绍图2中增加了2个重要的电流测量传感器元件JC1和JC2（采用霍尔元件），能够采集合闸和分闸时回路上的交流或直流电流，将该量送入嵌入式系统后，可以监控合闸或分闸时操作回路中的电流值；同时，根据该电流的大小，判断合分闸出口继电器的出口时间，可以实现合分闸保持功能。虽然手动操作时这个功能不起作用，但仍然可以监视操作回路中通过HQ或TQ的电流；如果DL动作不到位或手动操作断路器过快时，将由手动操作断路器分断操作回路。而图1中含有合闸或跳闸保持继电器，如果DL不承担分断操作回路的任务，则HBJ或TBJ一直保持，最终将烧毁HQ或TQ。2.2.5可靠性问题传统观点认为，由于图1的操作回路是1种不依靠软件的控制方法，可靠性更高，但从实际使用效果上看，2种方法各有优势，改进后的操作回路更加简洁，软件配合合适的话，既可以完成大部分的合分闸保持功能，还可以监视每次操作的合分闸电流，实现操作过程的在线监测；而且改进后的操作回路只需调整部分器件的规格，即可以实现交、直流通用。另外，随着智能电网技术的日益成熟，软件的可靠性方面存在的问题也将不复存在。

3结语

断路器操作回路性能关系到电力系统的安全可靠运行，随着元件技术水平的不断提高及智能一次设备的逐步成熟，智能电网控制技术也将更加完善[6]。本文提出的方案只是断路器操作回路的1种改进思路，供有关技术人员解决类似问题时参考。

参考文献：

[1]江洁，苟怀强，唐道龙，等.一种基于三角模糊数理论的断路器状态评估改进方法[J].陕西电力，2016，44（1）：32-36.

[2]邱桂华，汤志锐，杜飞强，等.断路器全寿命周期成本模型及其应用研究[J].电网与清洁能源，2014，30（3）：64-68.

[3]卫思明，张一工，张森.新型固态直流断路器时序控制策略研究[J].陕西电力，2015，43（4）：45-50.

[4]张弛.高压直流断路器及其关键技术[D].杭州：浙江大学，2014：6-10.

[5]周渊，时喆一，王璐，等.防止三相联动操作回路误动的一种方法[J].内蒙古电力技术，2007，25（S2）：56-57.

[6]谢亿，王军，李文波，等.主变压器金属附件典型故障分析[J].内蒙古电力技术，2015，33（6）：86-88，92.

作者：廖建国 单位：广州铁路集团公司长沙供电段