國網(wǎng)安徽省電力有限公司阜陽供電公司 吳有中 趙德陽 賈麗娟 李 倩 王劉拴

文章圍繞跳合閘線圈驅(qū)動(dòng)回路繼電保護(hù)裝置，考慮到運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的一些故障，以解決問題為前提，對跳合閘線圈保護(hù)裝置進(jìn)行了介紹，分析了裝置設(shè)計(jì)期間使用的技術(shù)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)原則，從硬件和軟件兩個(gè)方面探討了如何設(shè)計(jì)該繼電保護(hù)裝置，最后通過實(shí)驗(yàn)探究的方式介紹了跳合閘線圈故障的處理，目的在于規(guī)避跳合閘線圈運(yùn)行故障。

跳合閘線圈是高壓斷路器中的分、合閘部分的核心部件，直接關(guān)系到電網(wǎng)安全運(yùn)行。傳統(tǒng)繼電保護(hù)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)燒毀問題，其主要原因在于機(jī)械出現(xiàn)故障或者輔助開關(guān)位置不當(dāng)?shù)?，不僅將事故范圍擴(kuò)大，還影響了電力系統(tǒng)運(yùn)行。所以，需要進(jìn)行跳合閘線圈驅(qū)動(dòng)回路繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)，重點(diǎn)解決存在的諸多問題。

1 跳合閘線圈保護(hù)裝置

該分合閘線圈保護(hù)裝置（圖1）內(nèi)主要包括如下裝置：數(shù)據(jù)處理器、驅(qū)動(dòng)電路、繼電器、霍爾直流電流傳感器、人機(jī)交互模塊、報(bào)警輸出模塊部分，其運(yùn)行原理如下：（1）霍爾直流電流傳感器采集跳閘（合閘）保持回路內(nèi)直流電流并傳送給數(shù)據(jù)處理器；（2）數(shù)據(jù)處理器將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析保存，若跳閘（合閘）保持回路中的直流電流保持一定的時(shí)間以上時(shí)，數(shù)據(jù)處理器發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號；（3）驅(qū)動(dòng)信號通過驅(qū)動(dòng)電路使繼電器線圈帶電，常開節(jié)點(diǎn)閉合，常閉節(jié)點(diǎn)斷開；（4）跳閘（合閘）保持回路斷開，斷路器機(jī)構(gòu)里的分合閘線圈不再帶電。

圖1 跳合閘線圈驅(qū)動(dòng)回路繼電保護(hù)裝置

2 技術(shù)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)原則

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

分合閘線圈保護(hù)裝置線圈驅(qū)動(dòng)回路內(nèi)驅(qū)動(dòng)電流信號狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，并且對有效線圈驅(qū)動(dòng)電流信號展開計(jì)時(shí)操作，當(dāng)已經(jīng)達(dá)到預(yù)定時(shí)間長度，這時(shí)再將驅(qū)動(dòng)電流信號切除，以免線圈受損。驅(qū)動(dòng)回路內(nèi)串聯(lián)繼電器是大容量常閉觸點(diǎn)，控制回路當(dāng)中設(shè)置了防干擾措施，確保原分合閘線圈驅(qū)動(dòng)回路電氣安全性。提供報(bào)警輸出模塊可以遠(yuǎn)程傳輸分合閘線圈保護(hù)裝置工作狀態(tài)和動(dòng)作狀態(tài)信息。

2.2 設(shè)計(jì)原則

跳合閘線圈驅(qū)動(dòng)回路繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)必須要遵循先進(jìn)性、可靠性、產(chǎn)品易操作、維護(hù)簡便這幾點(diǎn)原則，將分合閘線圈由于故障導(dǎo)致長時(shí)間帶電損壞問題予以解決，并且抓住人機(jī)安全和可靠性這些要點(diǎn)，將其視為裝置設(shè)計(jì)開發(fā)方案設(shè)計(jì)的首要原則，確保裝置應(yīng)用的過程中，不會(huì)因?yàn)檠b置使用導(dǎo)致分合閘線圈誤動(dòng)拒動(dòng)等問題。滿足以上要求之后，再制定可行的優(yōu)化方案，按照簡便性這一原則，結(jié)合裝置設(shè)計(jì)需求進(jìn)行裝置整體功能設(shè)計(jì)，從而提高裝置運(yùn)行效率。

3 跳合閘線圈驅(qū)動(dòng)回路繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

本文分析的跳合閘線圈驅(qū)動(dòng)回路繼電保護(hù)裝置，主要涉及到變電站中控制跳合閘線圈在跳合閘操作過程中，防止因?yàn)闄C(jī)械故障或者輔助開關(guān)位置不當(dāng)?shù)戎T多原因，導(dǎo)致出現(xiàn)跳合閘線圈長時(shí)間帶電損壞問題的繼電保護(hù)裝置，具體設(shè)計(jì)如下：

3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

裝置的硬件系統(tǒng)主要是應(yīng)用TI高性能DSP TMS320C6713當(dāng)作主CPU，霍爾電流傳感器負(fù)責(zé)測量直流電流，以歐姆龍繼電器發(fā)揮線圈回路保護(hù)繼電器。

3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

斷路器分合閘線圈驅(qū)動(dòng)回路繼電保護(hù)裝置主要是通過跳合閘線圈直流測量，在相應(yīng)邏輯對分合閘線圈回路的基礎(chǔ)上完成保護(hù)，其核心功能是分（合）閘線圈定時(shí)限、反時(shí)限、分（合）閘線圈有流告警等。

3.2.1 分閘線圈定時(shí)限

該裝置主要是對分閘線圈電流值進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，如果分閘線圈電流超過了整定定值的80%，這時(shí)分閘線圈定時(shí)線段將會(huì)開始運(yùn)行，直到滿足設(shè)定時(shí)間定值位置，裝置的出口將跳圈回路保護(hù)線圈斷開，而出口動(dòng)作邏輯先將IGBT合上，再將繼電器、IGBT斷開。

3.2.2 分閘線圈反時(shí)限

該項(xiàng)公式中，T代表分閘線圈定時(shí)限時(shí)間定值，Ip則是分閘線圈反時(shí)限啟動(dòng)電流，將軟件設(shè)置成線圈額定電流，I代表分閘線圈電流實(shí)測值。分閘線圈定時(shí)限與反時(shí)限這兩者可以直接組成分閘線圈保護(hù)，如果線圈電流與之前設(shè)置的額定電流相等，那么定時(shí)限與反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間則是一致的。如果因?yàn)榉珠l線圈電壓過高導(dǎo)致分閘線圈電流超過了額定電流，那么將會(huì)縮短分閘線圈反時(shí)限保護(hù)時(shí)間，對分閘線圈進(jìn)行保護(hù)。分閘線圈定時(shí)限與反時(shí)限出口會(huì)協(xié)調(diào)配合，定時(shí)限動(dòng)作過程中可以先對反時(shí)限動(dòng)作進(jìn)行合理判斷，檢查其是否已經(jīng)動(dòng)作，若反時(shí)限已經(jīng)有了對應(yīng)的動(dòng)作，那么這時(shí)定時(shí)限則只是發(fā)出動(dòng)作報(bào)文。如果處于反時(shí)限動(dòng)作狀態(tài)下，需要對定時(shí)限動(dòng)作，若定時(shí)限已經(jīng)有動(dòng)作，反時(shí)限同樣只是發(fā)出動(dòng)作報(bào)文。

3.3 分閘線圈有流告警

如果分閘線圈已經(jīng)超過額定電流20%，會(huì)將分閘線圈定時(shí)線段的時(shí)間定值會(huì)延時(shí)處理，并且分閘線圈將會(huì)發(fā)出有流告警。

3.4 合閘線圈定時(shí)限

跳合閘線圈驅(qū)動(dòng)回路繼電保護(hù)裝置對于合閘線圈電流值進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，如果合閘線圈電流已經(jīng)超過整定定值的80%，并且合閘線圈定時(shí)線段開始運(yùn)行，滿足設(shè)置時(shí)間定值要求，那么該裝置的出口必須要將跳圈回路保護(hù)跳圈斷開。由出口動(dòng)作邏輯將IGBT合上，再將繼電器和IGBT斷開。

3.5 合閘線圈反時(shí)限

合閘線圈定時(shí)限與反時(shí)限直接組成合閘線圈保護(hù)，如果線圈電流與設(shè)置的額定電流相等，定時(shí)限、反時(shí)限動(dòng)作的時(shí)間也是一致的。如果因?yàn)楹祥l線圈故障等相關(guān)原因?qū)е潞祥l線圈電流超過額定電流，這時(shí)將會(huì)使合閘線圈反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作的運(yùn)行時(shí)間縮短，對合閘線圈進(jìn)行合理保護(hù)。

此外，合閘線圈定時(shí)限、反時(shí)限出口之間也會(huì)充分配合，一旦定時(shí)限動(dòng)作，先對反時(shí)限動(dòng)作進(jìn)行判斷，關(guān)于這一點(diǎn)，與分閘線圈反時(shí)限相同。

3.6 合閘線圈有流告警

如果合閘線圈電流超過額定電流20%，這會(huì)將合閘線圈定時(shí)限段時(shí)間延長，同時(shí)合閘線圈發(fā)出有流告警。

4 跳合閘線圈特性實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

因?yàn)闇囟冗@一物理量帶有一定的慣性，一旦線圈通電，往往溫度不會(huì)快速達(dá)到最大值，會(huì)緩慢升溫。線圈電阻也會(huì)在溫度因素的影響下出現(xiàn)改變，流經(jīng)線圈電流同樣會(huì)出現(xiàn)改變。按照溫度慣性與線圈電阻特征，可以制定完善的實(shí)驗(yàn)方案。使線圈和可調(diào)直流穩(wěn)壓電源輸出相連接，同時(shí)線圈上增設(shè)測溫傳感器與電流檢測傳感器這兩種設(shè)備，將直流電源輸入電壓設(shè)置為220v，這時(shí)開始輸出并計(jì)時(shí)，將記錄的電流值記為I1，當(dāng)滿足通電時(shí)間t0時(shí)，將電流值記錄為I2，隨即將電源切斷，這時(shí)記錄線圈可能達(dá)到的最大溫度值，記為T。

經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果通流時(shí)間為105s，這時(shí)線圈電流會(huì)驟然增加，隨即將線圈燒毀，且這時(shí)線圈溫度達(dá)到135℃。根據(jù)這一結(jié)果，建議設(shè)置保護(hù)定值，實(shí)施保護(hù)動(dòng)作之后不能自動(dòng)復(fù)歸，必須要由技術(shù)人員進(jìn)行專業(yè)處理，隨后再手動(dòng)復(fù)歸。

5 結(jié)束語

綜上所述，跳合閘線圈運(yùn)行過程中極有可能因?yàn)闄C(jī)械故障等原因出現(xiàn)燒毀一類的問題，為了實(shí)現(xiàn)其安全運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)回路繼電保護(hù)裝置。這就需要相關(guān)操作人員全面了解跳合閘線圈專業(yè)基礎(chǔ)與知識，做好裝置設(shè)計(jì)工作，選擇合適的裝置，最大程度的規(guī)避運(yùn)行故障，從而提高其運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性。