段翔 張寒

[摘要]基于微機保護裝置斷路器操作回路特性，分析了操作回路的組成及工作原理，得出斷路器線圈燒毀的原因及線圈保護器設計的理論依據(jù)。以斷路器線圈保護為核心，完成線圈保護器的硬件設計及軟件實現(xiàn)流程，并進行了相關的可靠性測試分析。測試結(jié)果表明，當斷路器進行分、合閘操作，其輔助觸點動作不到位時，線圈保護器將自動斷開斷路器線圈及操作回路上保持繼電器回路，實現(xiàn)對斷路器線圈的保護。

[關鍵詞]斷路器;操作回路;線圈保護器;可靠性測試

引言

電力系統(tǒng)運行中經(jīng)常發(fā)生跳合閘線圈燒毀事故。眾所周知，跳合閘線圈都是按照短時通電設計的。跳合閘線圈的燒毀、主要是由于跳、合閘線圈回路的電流不能正常切斷，導致跳合閘線圈長時間通電而造成的。作為電力系統(tǒng)中重要的電氣元件，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，斷路器接受繼電保護及自動裝置的跳閘命令，并且要求其以毫秒級的速度去執(zhí)行跳閘動作，以避免事故的蔓延和擴大。因此，要求斷路器在投運中能隨時處于待命狀態(tài)，且可以做到令行禁止。尤其不允許出現(xiàn)有跳閘命令時，斷路器拒絕跳閘的現(xiàn)象。

1微機保護操作回路原理及斷路器線圈動作特性

在當前微機繼電保護裝置中，均帶有斷路器操作回路，由防跳回路、合閘啟動保持回路、跳位監(jiān)視回路、跳閘啟動保持回路、合位監(jiān)視回路組成。圖1為某微機保護裝置內(nèi)部斷路器操作回路的典型設計，共分為3部分。

1.1防跳回路

如圖1中的TBJ1B繼電器，在斷路器操作過程中，當合閘信號和跳閘信號同時出現(xiàn)，防跳回路啟動，斷開操作回路中的合閘保持驅(qū)動回路，使得斷路器處于分閘狀態(tài)。

1.2合閘保持驅(qū)動回路

如圖1中的SE出口接線，在該操作回路中接斷路器儲能常開觸點位置后，接入斷路器合閘線圈，一旦斷路器儲能電機儲能到位，其儲能常開儲能接點閉合，為合閘準備，若合閘信號HZ出現(xiàn)，操作電源正端→合閘觸點HZ→HBJ1A合閘保持繼電器→防跳繼電器常閉觸點TBJ1C及TBJ1F→斷路器的儲能觸點SE→斷路器合閘線圈→操作電源負端，HBJ1A得電動作，其合閘保持觸點HBJ1B及HBJ1C閉合，鎖定斷路器線圈回路接通，此時，即使合閘信號消失，線圈回路也會一直保持接通，其合閘線圈接線原理如圖2所示。當斷路器合閘到位，僅當其常閉觸點QF斷開，合閘保持回路失電斷開，否則，將燒毀合閘線圈或微機保護的保持繼電器回路。

1.3跳位監(jiān)視回路

當斷路器處于分閘狀態(tài)下，如圖1中的HQ信號接線端子，接于圖2斷路器串聯(lián)的常開儲能接點SE的受電端，監(jiān)視合閘回路中的斷路器處于分閘狀態(tài)時的狀態(tài)位置QF及合閘線圈HQ的導通性，當斷路器處于分閘到位，其常閉觸點QF閉合，合閘線圈QF上流過跳位監(jiān)視回路上的電流，其值為mA級，可靠保證斷路器合閘線圈HQ不動作，該回路為常時間帶電回路。

2線圈保護器的設計與實現(xiàn)

2.1軟件體系設計

斷路器分合閘線圈狀態(tài)檢測及保護系統(tǒng)通過測量跳合閘線圈的直流，通過一定的邏輯對分合閘線圈回路進行保護，其主要功能分閘線圈定時限、反時限、分閘線圈有流告警，合閘線圈定時限、反時限，合閘線圈有流告警。

2.1.1分閘線圈定時限

裝置實時計算分閘線圈電流值，當分閘線圈電流大于整定定值80%時分閘線圈定時限段啟動，達到設定的時間定值，裝置出口斷開跳圈回路保護跳圈。出口動作邏輯為先合上IGBT，在斷開繼電器，最后在斷開IGBT。動作邏輯如下：圖中Itq為分閘線圈實時計算值In為分閘線圈額定電流的80%

2.1.2分閘線圈反時限

反時限動作公式為：

式中。T為分閘線圈定時限段時間定值，Ip為分閘線圈反時限啟動電流，軟件設定為線圈額定電流的50%，I為分閘線圈電流實測值，反時限動作出口邏輯同定時限。分閘線圈定時限和反時限共同構(gòu)成分閘線圈保護。當線圈電流等于設定的額定電流時，定時限和反時限動作時間相同。當由于分閘線圈電壓偏高等原因造成分閘線圈電流大于額定電流時，分閘線圈反時限保護的動作時間將縮短，有效保護分閘線圈。分閘線圈定時限和反時限出口相互配合，當定時限動作時先判斷反時限是否已經(jīng)動作，如果反時限已動作，定時限將只發(fā)動作報文，不在操作出口。當反時限動作時先判斷定時限是否已經(jīng)動作，如果定時限已動作，反時限將只發(fā)動作報文，不在操作出口。

2.1.3分閘線圈有流告警

當分閘線圈電流大于額定電流的20%（或者0.2A，取兩者之間大值），延時分閘線圈定時限段時間定值加上5s后，報分閘線圈有流告警。其動作邏輯如下：圖中Itq為分閘線圈實時計算值，Igj為分閘線圈額定電流的20%。

2.1.4合閘線圈定時限

裝置實時計算合閘線圈電流值，當和閘線圈電流大于整定定值80%時和閘線圈定時限段啟動，達到設定的時間定值，裝置出口斷開跳圈回路保護跳圈。出口動作邏輯為先合上IGBT，在斷開繼電器，最后在斷開IGBT。動作邏輯如下：圖中Ihq為合閘線圈實時計算值，In為合閘線圈額定電流的80%。

2.2保護硬件實現(xiàn)

線圈保護器硬件設計原理如圖3所示。圖3中，vin+、vin-分別接圖4中的線圈HQ-1、HQ-2，vout+、vout-直接接線圈電磁鐵本體，RZ實現(xiàn)線圈回路的過電壓保護，D1防止線圈回路電源接反，D8實現(xiàn)線圈放電。R1—R4，D2—D4，C1—C4完成線圈保護器電源電壓的實現(xiàn)，其中，R1—R4完成電壓信號的隔離降幅，D2—D4實現(xiàn)電壓的幅值穩(wěn)定，C1—C4實現(xiàn)電源電壓的低頻濾波，高頻退耦功能;電阻R5—R7及D5實現(xiàn)系統(tǒng)電壓取樣回路;R8—R12、Q1、U2、D7完成線圈保護器的兩級開出驅(qū)動，當控制器監(jiān)測到采樣電壓大于154V時，驅(qū)動定時器計時，當延時到定時出口時間，驅(qū)動一級開出即PB5為高電平，Q1飽和，Q2斷開，切斷線圈回路的大電流回路，斷路器線圈返回;在一級開出的基礎上延時100ms，驅(qū)動二級開出即PB3為高電平，啟動U2模塊，繼電器動作，其常閉觸點斷開線圈保護器的mA級小電流回路，操作回路的保持驅(qū)動回路返回，其系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

結(jié)束語

本文根據(jù)微機保護裝置斷路器操作回路的特性，分析斷路器分、合閘線圈燒毀的原因，設計了線圈保護器，并完成了其可靠性測試。測試結(jié)果表明，該線圈保護器不影響微機保護裝置監(jiān)視回路信號采樣，不僅適用于帶微機保護的220V操作電源的斷路器，對礦井供電系統(tǒng)下的智能防爆開關等無操作回路的真空機械保持的斷路器線圈，當操作電壓不是220V時，只要對線圈保護器的硬件參數(shù)做適當?shù)男薷?，均能滿足對線圈的可靠性保護。

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