户外真空断路器行程开关动作引起直流短路的分析和处理

【摘 要】 从10kV户外真空断路器机构箱内的行程开关功能、动作原理和二次接线出发，讨论了在综合自动化变电所中，由于断路器二次控制回路接线不合理，造成在行程开关动作过程中引起直流短路的原因。并结合行程开关的结构特点进行分析判断和接线改造，从而达到行程开关正确、全面为断路器正常运行服务，使变电所的二次操作、控制、保护处于良好稳定的工作状态。

【关键词】 户外真空断路器 行程开关 动作 直流　短路　分析和处理

实践证明，在变电所的安装和改造过程中，如果仅仅以电气二次原理图将一次设备的二次回路进行简单的连接和配置，而不考虑某些元件的非电气特性，就会因为这些非电气特性的影响，导致二次回路的错误运行，进而影响到整个变电所的二次系统的安全和稳定，造成一定的事故。

近年来，由于真空断路器所具有的卓越性能，使得真空断路器在农网变电所综合自动化的改造和完善过程中得到了大量的应用，而真空断路器机构内的行程开关所具有的机械特性成为影响断路器电气性能的重要元件。行程开关接线的合理性直接影响到断路器的安全运行，成为变电所二次接线的一个主要环节。

1 行程开关的功能及其动作原理

10kV户外真空断路器的操动机构一般都以弹簧操动机构为主，与断路器成为一体。行程开关在断路器机构操作箱内是一个核心元件，它的作用是将传动机构的机械过程转化为电气连接，从而实现几个重要功能：一是控制断路器的储能电动机，二是闭锁合闸回路，即只允许断路器在弹簧已储能的状态下才能合闸。另外在断路器的信号回路中监视断路器弹簧储能的状态，这种功能可以进行扩展，应用到综合自动化管理的信号量采集中去。

下面以常用的ZWG一12／630―12．5型10kV户外真空断路器(中国电力科学研究院制造)为例进行分析。该断路器操动机构内置CSK2―22型行程开关，CSK2Y一22型行程开关有两对常开和两对常闭接点。-这四对接点无需进行二次重动继电器扩展，刚好能满足变电所自动化运行的要求。图1为CSK一22型行程开关的结构示意图，图中仅画出互相关联的一对常开(1 2接点)和一对常闭(3-4接点)。其它一对常开(5一-6接点)和常闭(7―8接点)与“1 2接点”和“3-4接点”完全对称并且中间用绝缘材料隔离。在机械动作过程中，这四对接点(八个静触头)分别通过两个公共动触头导通和断开，实现机械过程向电气量的转换。

由图1可以看出，行程开关有两个静态和一个动态(瞬间、无延时)。这两个静态对应的是弹簧机构的两种状态，即未储能和储能后状态。动态是在弹簧机构即将完成储能瞬间的一个接点转换。当储能完成后，可以进行断路器的分合闸操作。每分合闸操作一次，机构箱内弹簧的能量释放，行程开关动作，完成与示意图相反的接点转换。准备下一次动作。以上过程是行程开关在机构无电量(手动)或二次接线完全符合要求的情况下(带电)分合闸的循环工作过程。

2 行程开关动作造成直流短路的原因分析

图2(a)是在综合自动化运行中不考虑行程开关机械特性的一种典型的接线方式，图中DC220V为直流+110V／-110V电源。如果不考虑行程开关的机械性能对行程开关电气性能的影响，我们仅从电气原理分析，该图没有任何问题，它达到了行程开关的所有功能。下面我们将该回路加上电源，进行带电操作，配合图2(b)分析行程开关在操作过程中的动作情况。

我们把行程开关的初始状态设于未储能状态，集中分析1―2和3-4接点的转换。则1-2接点断，3-4接点通。1-2接点位于回路正电侧，3-4接点位于回路负电侧。5-6接点位于回路负电侧，7-8接点位于回路正电侧。

合上控制电源。遥信回路和电动机储能回路接通。后台机显示“弹簧未储能”，同时电动机旋转，带动拐壁转动，当旋转至一定程度，即弹簧机构达到储能状态时，行程开关动作，将完成1―2接点由断到通，3―4接点由通到断的过程。由行程开关的构造示意图可以看出。仅在瞬间。公共动触杆就要同时完成正电源(+1IOV)的“通”并完成负电源(一1IOV)的“断”。而行程开关的构造特点，即触点之间的间隙(2mm)和触点容量(3A)，就决定了这种情况下，公共动触头根本不能接受这样的±1IOV的转换冲击。必然会产生严重的后果-即：行程开关动作引起直流回路短路。此时会造成以下现象发生，第1：该二次直流控制回路电源瞬间受短路电流冲击跳闸，切断将要投入的线路控制回路，如果电源空开选择或配合不当，就会引起上一级电源跳闸，造成更多的控制回路断开，第2，更为严重的后果是：如果再次合上控制电源，进行一次合闸操作(此时后台机显示“弹簧已储能”，保护屏绿灯亮，具备合闸条件)，合闸回路直流电流将会把行程开关的1－2接点完全烧毁。具体是行程开关的接点完全被短路电流产生的电弧烧毁。进而造成该断路器本身无法电动操作，二次回路失去控制意义。由于行程开关内置在断路器机构箱内具有隐蔽性，一般操作人员根本无法察觉。

同理。将上述过程运用到交流回路中，我们通过分析和判断。它在交流回路中产生的结果是一样的，于是我们得出这样的结论：在带电运行中，断路器操动机构内的行程开关接点，它的公共动触头只能通断等电位的两组静触头。基于这样的原则，断路器的控制回路、储能回路和信号回路的接线要一致考虑行程开关本身的这种构造特点。

3断路器行程开关的正确接线

那么，我们在实际的断路器二次控制、储能、信号回路的接线中，能否满足这样的要求呢，答案是肯定的。仍然以直流回路为例。我们可以进行三种方式选择。如图3。

(1)断路器机构箱内的接线检查和改造：

(2)变电所二次保护屏内配线的检查和改造；

(3)增加行程开关的二次重动继电器(限于篇幅，本方式省略原理图)。

检查指户外断路器机构箱内的接线和二次保护屏的接线原理保持一致，完全符合行程开关的接线要求。这是我们最希望的情况。这就要求在设备订货时要专门考虑该原理的配合性能。第1种改造方案是完全适合于一般断路器的机构箱的接线。第2种方案是在户外断路器机构箱的箱体不利于打开的情况下(如北京维杜特公司生产的ZW32-12型户外真空断路器)。这两种方案都比较实用、简便。第3种方案则是最为可靠的方式。但在实际成型的产品种，这种方案实现起来比较困难。这就要求在用户订货时要向断路器厂家特别要求，或对成型的产品接线进行完全的二次改造。如陕西宝光集团生产的ZW8-12型断路器如要完全实现综合自动化管理要求，就必须进行第3种方案的改造，因为它的行程开关接点构造决定了必须安装重动继电器才能符合接线的要求。