断路器跳合闸回路故障保护

电力18讯：    
陕西乾县电力局  董武刚

摘要：该文介绍了35 kV综自变电站断路器跳合闸回路常见的故障及产生的根源，并以10 kV真空断路器为例进一步论述，最后介绍了断路器跳合闸回路中元件的保护电路，及其保护的原理。

1 断路器跳合闸回路故障分析

目前，陕西省地方电力集团公司下属的35kV变电站大部分已改造成综合自动化站，所有新建站也都是综合自动化站。凡是综合自动化站，不论是35 kV断路器合闸控制回路，还是10kV断路器合闸控制回路，都带有合闸保持电路；与之相对应，跳闸控制回路也有跳闸保持电路。

合闸回路易产生的故障为：烧坏合闸线圈或合闸接触器线圈、合闸保持继电器、合闸接触器接点等。严重时，易造成蓄电池组亏损、电池屏输出断路器跳闸、合闸电磁铁损坏、合闸机构损坏。产生上述故障的原因是多方面的，主要为：

・断路器机构传输不灵活；

・储能弹簧未储能（对弹簧储能机构的断路器而言）；

・电池能量不足；

・合闸保险未合、熔断或接触不良；

・接触器故障；

・合闸电磁铁故障；

・断路器机构其他故障；

・断路器辅助常闭接点不能弹开。

以上原因都可能造成手动合闸、监控合闸，特别是自动重合闸时，合闸线圈或合闸接触器线圈长时间带0.4～2.2 A的电流（10 kV真空断路器电磁机构接触器线圈，在合闸时带0.4 A左右电流；35 kV SF6断路器弹簧储能机构在合闸时，合闸线圈带2.2 A电流）。其带电时间的长短取决于合闸保持电路能断开电源的时间。合闸线圈或合闸接触器线圈以及保持继电器长时间带电，很容易烧坏。

同样的道理，跳闸回路也存在此类问题。

2 10kV真空断路器电磁合闸回路

10kV真空断路器合闸控制电路示意图如图1所示。



从图1可以看出，在合闸时，SHJ或LJ2瞬间闭合时，HBJ因自保持，一直带电，直到DL断开为止。合闸成功时，断路器处于合闸状态，其辅助开关常闭接点DL自然断开。由于以上原因之一或多个原因同时发生时，造成DL不能及时断开，HBJ长时间带电，HC也长时间带电，很容易烧坏HC、HBJ这两个线圈；因HC长时间带电，HC接点回路也长时间带电，也容易烧坏HC接点和合闸电磁铁；由于合闸时，母线合闸电源±HM提供100 A左右电流，这时也容易使蓄电池组亏损。

整个合闸系统，正常时在1 s内合闸成功。合闸线圈、HBJ线圈也是按照允许瞬间通过大电流设计的。当长时间通过大电流时，就容易烧毁线圈。如果电路设计使合闸线圈通过较小电流时，保持电路很难自保持。线圈线径换大又受位置限制。

3 对断路器跳合闸回路的故障调查

（1） 2002年8月份，乾县电力局阳峪变电站吴店断路器在合闸时由于事先未合保险，烧坏合闸线圈。

（2） 2003年12月份，乾县电力局阳洪变电站断路器由于电池组能量不足，电磁合闸推动机构顶不到位，造成断路器合不上电源，出现严重的机构振动，直流控制母线电压不稳，电池组进一步亏损。同时出现直流接触器接点烧坏，电池屏断路器跳闸，烧坏直流电源模块。这种因电池严重亏损而造成所有断路器合不上的故障，严重影响了安全生产和经济效益。

（3） 2004年3月份，乾县电力局阳洪变电站3501 SF6断路器，在合闸时，由于机构传输不灵活，造成合不上电源，合闸线圈长时间带电烧坏。

（4） 2003年，周至电力公司哑柏变电钻，三次出现不同馈路在自动重合闸时，因电池能量不足，合不上闸，每次都烧坏合闸接触器线圈、合闸保持继电器、合闸接触器接点。

4 研制的跳合闸回路保护器投入使用

以上分析及调查，要求设计一种保护电路保护整个跳闸回路中的元器件。而无论是10 kV保护模块还是35 kV保护模块，目前都不具备断路器跳合闸回路的保护功能。乾县电力局积累了一些经验，并做了大量的试验工作，试制了该保护电路。

该设备体积小（12 cm×10 cm×10 cm），功耗低（静态功耗小于1 W）、外部接线简单（共9根二次线，均接在断路器端子排或保护屏端子排）。2004年3月，在乾县电力局阳洪变10 kV铁金断路器和3501断路器上分别取得了试验的成功。2004年4月初，将一台样机安装在阳洪变3501断路器控制回路中，设备运行至今一年多，成功地保护3501断路器跳合闸回路三次，而设备本身无一故障。

5 断路器跳合闸回路保护原理及示意图

合闸和跳闸回路保护原理示意图如图2、图3所示。




A、B、C、D点波形图如图4、图5所示。

从以上图形和波形可以看出，从合闸上升触发（跳闸上升触发）开始延时4 s后，ZJ2