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VS1户内真空断路器防跳回路故障分析及改进

2018/4/9 15:58:01点击:

  本文对这一现象进行了深入的研究,并对大部分文献中提出的跳位监视回路串接防跳继电器常闭辅助触点进行了验证,分析了该方案存在的缺陷,提出了修改线路板合闸操作回路、跳位监视回路串接断路器常闭辅助触点的改造方案。

  中国电工技术学会主办,大会围绕新能源发展战略、系统关键技术、微电网及储能等重要议题展开交流。浏览会议详情和在线报名参会请关注微信号“电气技术”。

  在年第4期《电气技术》杂志上撰文指出,断路器做“防跳”试验,在合闸脉冲信号解除后,防跳继电器不能复位,断路器不能执行电气合闸操作。

  该改造方案使断路器防跳操作回路能够适应国内不同厂家的保护装置,本文提出的改造措施及规范VS1线路板设计方案可作为国内断路器设计者的参考。

  真空断路器用于开断、关合负荷电流、过载及短路电流,在成套开关设备中作为核心元器件被制造厂家重点研究,VS1系列弹簧断路器在市场上被广泛应用,目前国内各个厂家生产的VS1断路器及衍生的固封极柱式断路器在结构外形尺寸上能够互相通用[1],但是电气原理图略有差异,这种差异主要是电气原理设计不规范导致的。

  目前国内开关柜厂家成套设计与断路器设计通常是分开进行,导致成套设计人员对断路器内部控制回路不熟悉,断路器设计人员不熟悉现有保护装置上的断路器控制回路,两者在配合过程中,难免不会出现问题。

  重庆梁平某输变电工程在前期调试过程中,断路器做“防跳”试验,在合闸脉冲信号解除后,防跳继电器不能复位,断路器不能执行电气合闸操作。该工程开关柜是KYN28-12中置式开关柜,真空断路器采用许继电气VS1系列弹簧断路器,综合保护装置采用许继电气WBT-821C系列保护装置,整个系统采用断路器防跳。

  本文对断路器与保护装置配合过程中出现的防跳继电器无法复位问题进行了分析研究。对线路板提出了改进措施并规范电气控制原理图以适应不同厂家的保护装置。

  1断路器电气防跳原理

  断路器合闸后,若发生短路故障,继电保护动作使断路器跳闸,若此时断路器合闸信号未解除,断路器进行再次合闸,继电保护动作使断路器再次分闸,这样断路器将进行多次“分-合” 操作[2],短路故障时,断路器出现多次“分-合”现象会导致断路器损坏,严重时导致断路器爆炸,造成事故扩大。

  为克服断路器多次“分-合”现象而设计的防止跳跃装置称为防跳装置,防跳可以分为断路器防跳和保护装置内部防跳[3-4],断路器防跳又可分为机械防跳和电气防跳,本文主要论述断路器电气防跳。

  若断路器处于储能分闸状态,辅助开关DL常闭触点闭合,防跳继电器K0的常闭点接通;若此时有合闸命令施加给CT-14和CT-4之间,断路器执行合闸操作,辅助开关DL切换,DL常开触点闭合,合闸信号经K0继电器、辅助开关DL常开触点形成闭环回路,防跳继电器启动,防跳继电器的K0常开触点闭合、常闭触点断开,K0继电器形成自保持回路。

  若合闸脉冲信号一直存在,由于防跳继电器的自保持回路切断了合闸回路,避免断路器分闸后再次合闸,从而达到“防跳”的目的[5]。若合闸脉冲信号解除,则防跳继电器失电复位,断路器能再次电气合闸

  2问题:合闸脉冲解除后,防跳继电器无法复位

  保护装置采用许继WBT-821C系列保护装置(见图2),现场调试情况是:断路器防跳试验后,切断断路器合闸信号,防跳继电器无法复位,不能执行电气合闸操作命令。

  按照图3测量断路器合闸回路电压,断路器分闸后在线路板A3和A5之间存在很高的电压,防跳继电器的常闭触点K0-3和K0-5处于接通状态,证明保护装置通过跳位监视CT-32给防跳继电器施加的电压足够防跳继电器能够保持。

  问题原因是跳位监视输入电压导致防跳继电器无法复位,原理分析如下:

  保护装置的跳位监视回路由CT-32接入断路器合闸操作回路,防跳继电器启动后,防跳继电器常开点闭合,断路器分闸后,辅助开关DL常闭节点闭合,跳位监视输入电源通过DL常闭点,合闸线圈HQ,防跳继电器K0,K0常开触点形成闭环回路,合闸脉冲解除后,由于跳位监视回路的输入电压,防跳继电器无法复位。

  3解决措施

  针对这种现象,在查阅大量文献的基础上[6-7],提出了一下几种改造方案,并对这些方案的可行性及优缺点进行了理论分析和试验验证。

  3.1改变保护装置内部跳位监视回路串接电阻

VS1户内真空断路器

  上述现象分析得出:跳位监视回路的输出电压使得防跳继电器能够保持,部分文献将其归结为跳位监视回路对防跳继电器的寄生电源问题。

  根据《继电保护和安全自动化装置通用技术条件》4.5.3条,对于与断路器合闸线圈和控制器相连的继电器要求:电流型继电器的启动电流值不大于0.5倍额定电流值,电压型继电器的启动电压值不大于0.7倍额定电压值,且不小于0.55倍额定电压值[8],电压继电器启动电压和释放电压曲线见图5。

  电压型继电器的释放电压远小于启动电压,本型断路器选用电压型继电器,额定电压DC110V,防跳试验后,实际测量加载在继电器两端的电压是54V,远大于继电器的最低释放电压值,因此继电器无法复位。

  由图2可知,增加保护装置内部跳位监视回路的电阻能够降低施加在防跳继电器的电压,选用合适的跳位监视回路串接电阻能够避免该问题,但是国内保护装置厂家众多,跳位监视回路内部串接电阻各不相同,跳位监视回路的输出电流不同,再加上国内断路器厂家选用的防跳继电器型号规格不一致,因此改变保护装置内部跳位监视回路串接电阻不可选。

  3.2跳位监视回路串接防跳继电器K0常闭触点

  该方案是大部分文献中论述的方案,如图6所示,跳位监视回路串接K0常闭触点,断路器合闸后,若合闸脉冲信号未解除,防跳继电器启动,防跳继电器常闭点断开,跳位监视CT-32的输入电压无法加载到防跳继电器上,这样保证防跳继电器的供电电源仅有合闸脉冲信号,若合闸脉冲信号解除,防跳继电器复位,完全解决了本文论述的问题。

  很多地方电力设计院、电力公司明确发文要求,跳位监视回路必须串接防跳继电器常闭触点,但是跳位监视回路串接K0常闭点会导致另一个问题:防跳功能启动后的分闸状态无法监视。

  分析如下:防跳功能启动后,若断路器执行分闸操作命令,此时断路器已处于事实上的分闸状态,因防跳继电器常闭点断开,跳位监视回路将不能监视这一分闸状态,这样防跳功能启动后的分闸操作,使得合位监视回路和跳位监视回路均处于断线状态,保护装置无法判断断路器处于分闸状态还是合闸状态,反映断路器状态的跳位绿灯和合位红灯均不能显示(图2示位置指示灯)。特别是现场调试检修人员,无法通过指示灯直观的判断断路器主回路是分闸还是合闸状态,因此该方案存在很大缺陷。

  3.3断路器线路板改造方案

  防跳试验后,防跳继电器无法复位的原因是,跳位监视回路给继电器施加的有保持电压,串接K0常闭点,能够避免该问题,但是会存在跳位监视和合位监视回路均处于断线这种状态。因此考虑对线路板进行改造,改造方案是跳位监视回路不经过防跳继电器回路。跳位监视回路只经过常闭节点、合闸线圈。

  更改后的跳位监视原理图如图7所示,该回路不存在跳位监视回路电源施加给防跳继电器上的问题,防跳启动且断路器分闸后,跳位监视回路直接通过断路器DL常闭触点、合闸线圈HQ形成闭环回路,完全不经过防跳继电器K0,合闸脉冲信号解除后,防跳继电器复位。但是改造后的线路板存在以下问题,若断路器合闸后,防跳继电器反复启动。

  现场分析原因是:跳位监视回路未串接DL常闭触点情况下,断路器合闸操作后,DL常开触点闭合,跳位监视输入电源通过K0常闭触点,DL常开触点,防跳继电器K0形成闭环回路,防跳继电器启动,这样防跳继电器将反复得电失电,状态指示灯不能正确反映断路器状态,解决办法是串接断路器DL常闭触点[9-10],使得断路器合闸后,跳位监视回路断开,避免了防跳继电器的反复动作且能正确监视断路器状态。

  跳位监视回路不经过防跳继电器的方案解决了部分文献中论述的跳位监视回路对防跳继电器寄生电源问题。通过理论分析现场试验,本方案完全解决了合闸信号解除后防跳继电器无法复位问题。

  4结语

  VS1真空断路器与保护装置配合过程中防跳继电器无法复位问题,大部分文献中提出串接K0常闭点方案,本文论述了其存在的重大缺陷,以实际工程经验出发,通过对线路板的改造及规范线路板操作中正负极,能够解决因跳位监视回路对防跳继电器施加保持电压而不能复位的问题,并且该防跳回路适应不同厂家的保护装置,对断路器生产厂家有借鉴参考意义。

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