高压断路器的分闸、合闸线圈预防烧毁措施

【摘要】电力系统运行中经常发生分、合闸线圈烧毁事故。当电气设备发生事故时，如果因断路器分闸回路断线出现断路器拒动现象，将使事故扩大，造成越级分闸致使大面积停电，甚至造成电力设备烧毁、火灾等严重后果。而合闸回路完整性破坏时，虽然所造成的危害比分闸回路完整性破坏时要小一些，但它也使得线路不能正常送电，妨碍了供电可靠性的提高。所以很有必要对断路器线圈烧毁原因进行分析，积累了事故处理经验，提出防范措施和技术改进。

【关键词】高压断路器；分合闸线圈；时间继电器；综合保护器

1.分合闸线圈烧毁原因

由于高压断路器内部空间的限制，内部每个元件的尺寸都尽可能小，分合闸线圈也不例外。因此分合闸线圈的线径都比较小，其额定电流自然就很小。但是有些断路器的分合闸动作需要比较大的力量才能完成，用线圈的额定电流产生的电磁力无法推动断路器的操作机构，而需要比额定值大很多的电磁力。在这种不能增加线径的条件下，考虑到分合闸动作的时间性和可靠性，只能利用线圈的短时通电电流来实现。因此目前有些高压断路器的分合闸线圈是按其短时通电电流设计的。通常，高压断路器的分合闸回路都有各自的保持电路。分合闸动作完成后，依靠断路器的辅助接点的动作来断开分合闸电路。但由于产品质量等原因，断路器的操作机构可能卡死、动作不到位或辅助接点分合出现问题，造成分合闸线圈长时间通过大电流而烧毁，这是造成分合闸线圈烧毁的根本原因。

2.高压断路器二次回路保护原理及实现

鉴于上述原因，要使断路器辅助触点在切换不正常或者操作机构卡死时，能够及时地断开分、合闸线圈回路，避免分、合闸线圈长时间得电而烧毁线圈，就必须对断路器的二次回路进行改进。下面在二次回路控制方式的基础上，针对高压系统控制方式的不同提出2种改进方案，并对每种改进方案进行具体分析。

2.1 时间继电器控制方式

本方案不需要综合保护装置的保护就能实现，适用于没有综合保护装置或综合保护装置没有扩展功能以及不能自由编程的控制回路。是在原有的控制回路基础上加一时间信号继电器和出口中间继电器及其对应的辅助触点，依靠时间继电器的动作来影响出口中间继电器来达到控制整个分、合闸线圈回路的目的。原理如图1所示（其中分闸、合闸保持电路未画出）。

根据原理图可以看出：在正常的合闸控制回路中，在合闸线圈回路上加一时间信号继电器KTI和出口中间继电器KAI，KT1为通电延时继电器，时间设置比正常的合闸时间略长。线路正常合闸时，合闸回路导通并计时，断路器的辅助接点QF在中间继电器动作之前先动作，KT1停止计时。如果由于某种原因QF不能及时断开，超过KT1设置的时间合闸回路依然导通，时间继电器KT1就动作，使出口中间继电器KA1的线圈得电而动作，即时间继电器延时动作后，启动出口中间继电器，使串联在合闸线圈回路中的常闭接点KAI动作，以完成对合闸线圈的保护。同理，在分闸回路中，当线路正常分闸或保护跳闸时，分闸回路导通并计时，断路器的辅助接点QF在中间继电器动作之前先动作，KT2停止计时。如果由于某种原因QF不能及时断开，超过KT2设置的时间分闸回路依然导通，时间继电器KT2动作，使出口中间继电器KA2的线圈得电而动作。即时间继电器延时动作后，启动出口中间继电器，使串联在合闸线圈回路中的常闭接点KA2动作，以完成对分闸线圈的保护。

2.2 综合保护器控制方式

和时间继电器控制方式不同，本方案要借助综合保护装置来进行保护，其控制方式的组成如图2所示。

根据实际控制电路，方案主要包括断路器、微机综合保护装置、监控计算机等几个部分，各部分的作用分别如下：综合保护装置用于接收上位机（变电所监控计算机）发出的命令和数据，也可向上位机发送断路器的状态信号和故障代码等，同时综合保护装置也用于采集断路器状态信号和分、合闸线圈回路电流信号，从而了解断路器的工作状态，并且在必要时用于断开分、合闸线圈回路来保护线圈。该二次回路保护器自成体系，既可独立工作，又可在必要时断开分、合闸线圈回路，实现对线圈的保护，同时受控于变电所监控机，通过通信接口接受变电所监控机操作命令和向变电所监控机发送断路器状态数据。为实现以上功能，须对现有高压断路器二次回路（包括综合保护装置的程序）进行如下改进：①增加通信功能；②增加分、合闸动作电流检测电路；③在分、合闸回路增加能够分断分、合闸线圈电流保护动作的触点；④增加分、合闸动作电流计时单元。这种方案用电流传感器来监测分合闸线圈电流，并且综合保护装置计时动作电流的时间。如果是动作电流，启动定时单元准备对线圈进行保护。其原理如图3所示（其中分闸、合闸保持电路在综合保护装置内部未画出）。

从图3可以看出：在原有的合闸控制回路中串联一电流传感器KI1和一对由综合保护装置控制输出的常闭接点K1，由综合保护装置监视电流；在分闸控制回路中串联一电流传感器KI2和一对由综合保护装置控制输出的常闭接点K2，由综合保护装置监视电流。当合闸线圈回路有电流流过时，电流传感器KI1将测出这一电流的大小并上传给综合保护装置。如果电流大于某一限值，二次回路综合保护装置将启动计时单元开始计时；如果断路器辅助触点切换不正常或者操作机构卡死，在定时单元整定的时间内合闸动作电流没有消失，二次回路综合保护装置将发出命令使其输出常闭触点K1打开，断开合闸线圈回路，保护断路器合闸线圈免于烧毁。同理，当分闸线圈有动作电流流过时，在整定的时间内分闸动作电流没有消失，综合保护装置将发出命令使其输出常闭触点K2打开，断开分闸线圈回路。这些电流信号也可以由综合保护装置上传给计算机监测，同时由计算机作出判断来下达指令让综合保护装置动作打开分闸、合闸线圈的控制回路，形成所谓的双重保险。

3.实例分析

3.1 基本情况

某烧结主抽风电机是10kV的高压同步电机，启动方式为液阻软启动方式。高压柜由运行柜、星点柜和软启动柜组成（见图4）。高压柜控制及保护回路是无综合保护装置的方式。

在这个系统中，星点柜断路器的合闸线圈的额定电流为2.5A，瞬时载流能力为99A，软启动时间为52s。星点柜的运行指令是靠时间继电器的延时触点发出的。星点柜断路器QF2合闸后，其辅助接点断开QF2的合闸回路并让时间继电器断电，停止输出合闸信号。调试过程中，经常出现星点柜的合闸线圈烧毁的现象。

3.2 问题分析

经过对现场的线路及设备的检查，发现星点柜断路器的辅助接点是有断路器的合闸机构所带的1根连杆带动的，连杆和辅助触点之间存在间隙，事故发生时，辅助触点没有闭合。通过对断路器的辅助触点进行调整时发现，辅助触点的开闭必须与断路器的分合完全同步。如果辅助触点改变了状态而断路器没有合上，则会造成断路器合闸失败；如果断路器合闸后，辅助触点没有改变状态，就会使合闸信号一直存在而烧毁线圈。因此连杆和辅助触点之间的间隙造成断路器与辅助触点的配合失调是该线圈烧毁的原因。

3.3 处理方法及效果

通过上述分析，对星点柜的控制回路进行了部分改进。首先在二次回路中增加了时间继电器（整定为1.5s）和中间继电器，用以可靠分段分合闸回路；其次，调整辅助触点的开闭，使之略慢于短路器的合闸。这样可以使断路器有一定的合闸保持时间，确保合闸成功。经过这样的改造后，高压柜运行良好，没有再发生烧毁合闸线圈的事故。

4.结束语

断路器控制回路的分、合闸线圈烧毁现象是变电运行工作中经常遇到的问题，此类问题在目前电网容量不断扩大、社会对电网安全可靠运行的要求日趋严格的情况下，可能会造成设备障碍、电气火灾事故以及对客户长时间、大面积停电等严重影响。根据实际情况对相关问题进行具体分析，并采取适当的措施进行改进，确保高压供配电系统安全可靠运行，具有重要意义。

参考文献

[1]山东工学院，山东电力工业局《电力系统继电保护》 编写组.电力系统继电保护[M].北京：水利电力出版社，1979.

[2]王志中.对高压断路器跳（合）闸回路监视的探讨[J].电力建设，1996（3）.

[3]胡建强.10kV断路器分合闸线圈烧毁原因分析及防止措施[J].电气开关，1997（3）.