110 kV断路器控制回路设计缺陷分析及改进措施

钟著辉

(国网湖南省电力公司常德供电分公司，湖南常德415000)

110 kV断路器控制回路设计缺陷分析及改进措施

Analysis and improvement of design defects for a 110 kV breaker control circuit

钟著辉

(国网湖南省电力公司常德供电分公司，湖南常德415000)

通过对断路器控制回路进行分析，发现其回路设计存在不足。针对这些不足对回路进行改进，增加机构电源监视元件，把合闸闭锁改为已储能控制方式，杜绝未储能时发生合闸操作可能；直接从密度继电器接点接取遥信，以提高可靠性和消除故障隐患。

合闸线圈；控制回路；闭锁

目前在中低压电网中普遍采用SF6弹簧操作机构断路器，其控制回路接线完好性和正确性直接影响设备的安全运行。现以110 kV LW35-126断路器控制电路为例进行分析，指出其二次接线设计中存在的不足之处、由此可能带来的问题，并提出了改进措施。

1 LW35-126控制回路原理分析

LW35-126控制回路由操作电源、跳闸与合闸控制、闭锁电路、弹簧储能控制电路等部分组成。图1为该型断路器操作机构电气控制原理接线图，其中实线框内电路为与之配合的保护操作箱简化接线。图1中:K1防跳 (当用操作箱防跳时，该元件线圈需断开)，K11合闸，K22分闸，K2为SF6气压低告警，K3为SF6气压低闭锁，K4储能中闸，KM储能控制，SBT1就地/远方切换，SBT2就地操作。HJ合闸，TJ分闸，TBJ跳闸保持，HBJ合闸保持，HWJ合位监视，TWJ分位监视。

1.1 远方合闸控制回路

操作箱L＋电源 (L＋，正极)101→HJ1-2→TBJ3-4→HBJ线圈→端子17→SBT1(1-2)→K121-22→K3 (21-22)→K4(21-22)→S1-3→K11→102构成回路，启动 K11合闸，并使 HBJ吸合，HBJ1-2闭合，实现合闸自保持。合闸成功后，S1-3断开，合闸返回。

图1 LW35-126断路器机构控制回路图

1.2 远方分闸控制回路

操作箱L＋电源经101→TJ1-2→TBJ电流线圈→端子26→SBT1(3-4)→K3(31-32)→S6-8→K22线圈→102构成回路，启动K22跳闸，并使TBJ吸合，TBJ1-2闭合，实现跳闸自保持。跳闸成功后，S6-8断开，跳闸返回。

SBT1正常运行时应置远方，SBT2为就地操作开关，断路器检修时，将 SBT1置就地位，可由SBT2就地操作。

1.3 储能控制与合闸闭锁回路

K4为带有延时触点的储能中间继电器，在未储能时SP1-2闭合，K4吸合，K4(21-22)接点断开，闭锁合闸回路，并由K4(13-14)接通储能控制回路接触器 (KM)，驱动电机储能。K4吸合后开始计时，当达到设定时限SP1-2没有断开K4线圈回路时，K4(55-56)储能超时接点接通，断开KM切断储能电机供电。

1.4 SF6低气压报警与跳合闸闭锁回路

K2，K3为SF6气体密度监视重动继电器，当气压下降时KD(1-2)接通，K2动作，并在最低气压时 KD(3-4)接通，K3动作，K3(21-22)接点断开，K3(31-32)接点断开分别闭锁跳合闸操作回路。

1.5 状态监视及信号回路

当断路器在分位时，图1中操作箱L＋电源101→TWG→TWJ→端子17→机构合闸回路→102，TWJ吸合；当断路器在合位时，操作箱L＋电源101→HWG→HWJ→端子26→机构分闸回路，HWJ吸合，若发生操作回路异常，HWJ和TWJ均不动作，发控制断线信号。

图1中K4不动作时，K4(31-32)常闭接点发合闸簧已储能信号，K2吸合时K2(43-44)发SF6气压低信号，K4吸合时K4(43-44)发SF6气压低闭锁信号。

2 存在的问题分析

图1中K2，K3，K4在正常工况，即断路器已储能、气压正常时，均不带电，由此可能会带来一系列问题。

2.1 断路器操作L＋电源缺乏有效监视

如图1所示，断路器操作电源L＋，L－接自操作箱电源101，102。在断路器机构电路中，远方操作箱跳合闸回路只与L–有关，与 L＋无关，当L－掉电时会造成跳合闸回路不通，由于 TWJ或HWJ位置继电器均不吸合，发控制断线信号；但当L＋失电，回路仍会表现正常，保护装置无任何异常信号发出。而实际上此时断路器的SF6压力闭锁回路、储能控制回路及相关信号回路均已失效。如果此时进行合闸操作，合闸弹簧又恰未储能，储能中间继电器K4无L＋电源不能吸合，远方收不到机构未储能信号，断路器合闸回路不能被闭锁，合闸后回路通过操作箱HBJ将合闸回路保持导通，导致合闸线圈不能断电而烧毁。如果断路器本体SF6压力降低，也不能发信和闭锁操作，对断路器的状态失去掌控，可能在SF6气压异常时发生断路器跳合闸，而埋下事故隐患。

2.2 储能控制及闭锁回路不可靠

如图1，储能闭锁回路取自K4常开，储能信号取自K4常闭，K4只在未储能时动作，已储能时不动作。但K4不动作，不代表已储能或该回路完好，当K4线圈损坏、或发生L＋电源掉电、或SP接点损坏，同样会导致K4不动作，后果是断路器在合闸后不能储能，且不能被发现，闭锁回路失效，在下一次合闸时直接烧线圈。

2.3 SF6监视信号设置不当

如图1，接致控制屏的SF6告警和闭锁信号，分别取自K2，K3常开接点，同样K2，K3不动作，不代表气压正常或该回路完好。当发生L＋电源掉电、或K2，K3线圈损坏，均无异常信号，操作回路不能被闭锁。

3 故障案例

对某新建110 kV间隔断路器控制回路进行调试，该断路器型号为LW35-126，采用弹簧储能操作机构。调试人员先在断路器就地进行操作，就地分、合闸试验及储能均工作正常。然后改在控制室操作，第1次操作正常，第2次合闸操作时发现断路器不变位，仍显示跳位，随后跳位指示灯灭，并发控制断线信号。检查发现控制电源空开跳闸，测量控制电源正、负极之间无短路，测量合闸回路电阻只有2 Ω，说明已短路。现场检查发现合闸线圈已烧毁，断路器在分位，处于未储能状态。

更换线圈后，先手动储能、手动操作，断路器工作正常，由此排除机构故障的可能性，烧线圈应是由电气回路异常引起，但检查全部控制回路、电机储能回路、各元件均正常。再次给电后试操作，断路器就地/远方均能正常操作。

检查故障时后台机事件报文，发现在故障前的一次合闸后，未报送断路器未储能动作信号，正常时应有一次未储能动作和返回信号，分析原因为在前次合闸释能后，弹簧一直处在未储能状态，而且储能控制继电器 (K4)也没有动作闭锁合闸回路，导致在下次操作时，在未储能状态下接通了合闸回路，由保护操作箱HBJ合闸保持，合闸回路持续接通，从而烧线圈和引起控制空开跳闸。

由于机构内各元件故障已排除，从前面的分析可知，唯一可能的原因是操作 L＋电源出了问题，当L＋因某种原因消失时，储能回路失效，因K4不动作，合闸闭锁回路失效，断路器控制回路仍会表现正常，远方仍可进行跳、合闸操作。查 Q1正常，拆下从控制室过来的L＋电源 (101)电缆线检查，发现剥出线头太短，紧线螺丝完全压在了导线的塑料外皮上，因机构在跳合闸时，有较大震动，导致线头有时接触不良，合闸后K4不能动作储能，但合闸回路仍表现正常，发生未储能合闸烧坏线圈。

4 改进措施

通过上述分析及故障案例可看出，该型断路器控制回路的主要问题为:操作电源L＋异常时无信号；机构储能、SF6低气压告警等异常信号监视，均经重动中间继电器启动，有信号时动作，无信号时不动作，而其动作与否首先是建立在回路及自身完好基础上的，其完好性没有进行监视，在这部分回路或元件出故障时等同于无信号，存在事故隐患。图2为改进电路图，虚线框内为变动部分。

4.1 增加机构箱电源回路监视

在机构箱控制回路电源尾端，增加K5继电器监视电源回路，电源异常时向控制室发掉电信号。

4.2 改未储能闭锁合闸为已储能时允许合闸

在储能指示灯两端并接K6用作机构储能监视，在机构已储能时动作；用K6常开接点取代原K4常闭接点用作合闸闭锁，彻底排除未储能时发生合闸操作隐患，并用其1对常闭接点发未储能信号。

4.3 增加密度继电器信号接点

为防止K2，K3异常时，失出SF6气压监视和操作闭锁，在K2，K3的信号接点并接密度继电器的另一组告警接点KD5-6和KD7-8，保证SF6告警信号不会因K2，K3或回路出现问题而失去监视。改进后，要求密度继电器 KD具备有双组接点输出。

图2 机构箱改进电路图

5 结论与建议

目前多数断路器弹簧操作机构电源及控制回路与图1所示类似，文中提出的问题具有普遍性。去机构箱的正电源通常被等同为就地操作正电源，长期以来对其完好性没有引起足够的重视，实际上，这类操作机构的正电源除进行断路器就地操作外，还要完成储能控制、压力闭锁控制、发信等重要功能，已成为控制回路的重要一环，必须对该电源进行监视。

断路器机构未储能闭锁回路，有的采用已储能时控制元件动作、接通合闸回路，也有的类似于本型断路器电路，采用未储能时控制元件动作、断开合闸回路。后者的优点是储能监视继电器只在未储能时动作，不会长期带电，有利于延长使用寿命，缺点也已显现，但为了最大限度保证设备安全运行，宜采用前者。

而对于密度继电器信号监视回路，接点信号宜直接从密度继电器本身取远方信号，不应只取自断路器机构重动中间，但大多数SF6密度继电器均只提供1组接点，不能满足文中要求，有待相关厂家进行改进。

〔1〕崔勇，王川，杨锦红，等.高压断路器控制回路隐性故障检修方法 〔J〕.高压电器，2011，47(12):96-99.

〔2〕郭贤珊，李仲夫，陈轩恕.断路器操动机构在线监测参数的选择 〔J〕.高压电器，2002，38(1)，24-26.

TM76

B

1008-0198(2015)05-0060-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.05.018

钟著辉 (1966)，男，高级技师，本科，从事继电保护检修工作。

2015-03-06 改回日期:2015-06-08