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高壓斷路器跳合閘線圈保護(hù)原理和實(shí)現(xiàn)方法探討
點(diǎn)擊次數(shù):2341 更新時間:2013-11-05

電力系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生跳、合閘線圈燒毀事故,*,跳、合閘線圈設(shè)計時都是按短時通電而設(shè)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,至使跳、合閘線圈長時間通電造成的。
  
  作為電力系統(tǒng)重要電氣元件,在電力系統(tǒng)故障時,斷路器接受繼電保護(hù)及自動裝置的跳、合閘命令,并要求以毫秒級的速度去執(zhí)行跳閘動作,以避免事故蔓延和擴(kuò)大。
  
  因此,要求斷路器在投運(yùn)中,能隨時處于待命狀態(tài),并能令行禁止。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。
  
  電力部門在DL400-91繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程和NDGJ8-89火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計技術(shù)規(guī)定都要明確要求各斷路器的跳、合閘回路、重要設(shè)備和線路繼路器的合閘回路等等,均應(yīng)裝設(shè)監(jiān)視回路完整性的監(jiān)視裝置。
  
  目前,國內(nèi)外現(xiàn)有的斷路器二次回路完整性監(jiān)視方法有四種:一是采用簡單直觀的紅(綠)燈回路直接監(jiān)視;二是采用跳(合)閘位置繼電器常閉觸點(diǎn)串聯(lián)啟動中央信號的間接監(jiān)視;三是部分制造廠提供的操作箱中,配合有在合閘狀態(tài)下的跳閘回路完整性監(jiān)視信號燈(氖燈),四是串接高內(nèi)阻繼電器于跳閘回路。
  
  上述四種監(jiān)視方式的分析發(fā)現(xiàn),前三種方式存在一個共同的問題是:斷路器合閘后合閘回路完整性失去監(jiān)視,斷路器跳閘后跳閘回路完整性失去監(jiān)視,都屬于非全工況監(jiān)視。
  
  第四種方式的跳閘回路屬于全工況監(jiān)視,合閘回路仍屬于非全工況監(jiān)視。所以在合閘狀態(tài)下,跳閘后能否再合尚屬未知,供電可靠性將失去保證,仍然不是真正的全工況監(jiān)視。這些問題應(yīng)引起重視,并采取必要的措施予以改進(jìn)。更重要的是,以上四種方式都不具備跳、合閘線圈的保護(hù)功能。
  
  本文結(jié)合電力系統(tǒng)時有發(fā)生的斷路器跳閘、合閘線圈燒毀現(xiàn)象,在深入研究國內(nèi)外關(guān)于高壓斷路器二次回路控制方式的基礎(chǔ)上,提出一種解決方案,該方案同時具備跳、合閘線圈保護(hù)和跳、合閘回路全工況監(jiān)視雙重功能。
  
  高壓斷路器二次回路保護(hù)器原理
  
  鑒于引言中分析的原因,很有必要引入一種保護(hù)裝置,在斷路器輔助觸點(diǎn)切換不正?;蛘卟僮鳈C(jī)構(gòu)卡死時,能夠及時地斷開跳、合閘線圈回路,避免跳、合閘線圈長時間得電而燒線圈事故。該實(shí)現(xiàn)原理正是基于以上分析而得出。
  
  高壓斷路器二次回路保護(hù)器原理如圖1所示,它包括如下幾部分:通信環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)、控制接點(diǎn)輸出環(huán)節(jié)。
  
  它們各部分的作用分別如下:通信環(huán)節(jié)用于接收上位機(jī)(變電所監(jiān)控計算機(jī))發(fā)出的命令和數(shù)據(jù),同時也可向上位機(jī)發(fā)送斷路器的狀態(tài)信號和故障代碼等。數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)用于采集斷路器狀態(tài)信號和跳、合閘線圈回路電流信號借之了解斷路器的工作狀態(tài)。
  
  控制觸點(diǎn)輸出環(huán)節(jié)用于必要時跳開跳、合閘線圈回路來保護(hù)線圈。該二次回路保護(hù)器自成體系,既可獨(dú)立工作,在必要時跳開跳、合閘線圈回路,實(shí)現(xiàn)對線圈的保護(hù);又可受控于變電所監(jiān)控機(jī),通過通信接口接受變電所監(jiān)控機(jī)操作命令和向變電所監(jiān)控機(jī)發(fā)送斷路器狀態(tài)數(shù)據(jù)。
  
  為實(shí)現(xiàn)以上功能,我們須對現(xiàn)有高壓斷路器二次回路作如下改進(jìn):①增加通信功能。②增加跳、合閘動作電流檢測電路。③在跳、合閘回路增加能夠分?jǐn)嗵?、合閘線圈動作電流的觸點(diǎn)。④增加跳、合閘動作電流計時單元。
  
  霍爾傳感器簡介
  
  由于篇幅所限,現(xiàn)僅對跳、合閘線圈回路的電流監(jiān)視原理及實(shí)現(xiàn)方法簡介如下:
  
  在自動控制系統(tǒng)中,電參量的采集是首先要解決的問題。近年來發(fā)展起來的霍爾傳感器技術(shù)既可以克服電磁式互感器的非理想性缺點(diǎn),又解決了直流電參量測量時的隔離問題。
  
  霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理構(gòu)造的。
  
  霍爾效應(yīng)是一種磁敏效應(yīng),在圖2所示的半導(dǎo)體(或金屬)薄片的長度X方向上通入控制電流IC,在厚度Z方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)調(diào)為B的磁場,則在寬度Y方向上會產(chǎn)生電動勢UH,這種現(xiàn)象即稱為霍爾效應(yīng),UH稱為霍爾電勢,其大小可表示為:
  
  其中,RH為霍爾系數(shù),由半導(dǎo)體材料的性質(zhì)決定;d為半導(dǎo)體材料的厚度。
  
  設(shè)RH/d=K,則式(1)可以寫為:
  
  UH=K·IC·B(2)
  
  可見,霍爾電壓與控制電流及磁感應(yīng)強(qiáng)調(diào)的乘積成正比,K稱為乘積靈敏度。K值越大,靈敏度就越高;半導(dǎo)體材料厚度越小,靈敏度也越高。
  
  在式(2)中,若控制電流IC=常數(shù),磁感應(yīng)強(qiáng)度B與被測電流成正比,就可以做成霍爾電流傳感器;同理,如果B與被測電壓成正比,又可以做成霍爾電壓傳感器。
  
  本文用霍爾傳感器來監(jiān)測跳合閘線圈電流。其意義界定如下:如果是動作電流,啟動定時單元準(zhǔn)備對線圈進(jìn)行保護(hù);如果是微小的監(jiān)視電流,表明跳、合閘回路完整;如果沒有電流,表明跳、合閘回路完整性被破壞。
  
  二次回路保護(hù)器實(shí)現(xiàn)
  
  為了既能實(shí)現(xiàn)在眾多非正常情況下對高壓斷路器跳、合閘線圈進(jìn)行保護(hù),又能實(shí)現(xiàn)對其二次回路的完整性進(jìn)行全工況監(jiān)視,在現(xiàn)有控制回路的基礎(chǔ)上構(gòu)造了一種改進(jìn)方案。
  
  圖中,+、-為控制小母線和合閘小母線;M100(+)為閃光小母線;SA為控制開關(guān),GN、RD為綠、紅信號燈;FU1~FU4為熔斷器;R為附加電阻;KCF為防跳繼電器;KM為合閘接觸器;YC、YT為合、跳閘線圈,HL1~HL3為霍爾傳感器。控制電路的動作及跳、合閘回路保護(hù)與監(jiān)視原理如下:
    
 ?。?)高壓斷路器二次回路保護(hù)器功能實(shí)現(xiàn)。無論是在手動控制還是在自動控制位置,當(dāng)合閘線圈回路有電流流過時,霍爾傳感器將測出這一電流的大校如果電流大于某一限值,二次回路保護(hù)器將啟動計時單元開始計時。
  
  如果斷路器輔助觸點(diǎn)切換不正?;蛘卟僮鳈C(jī)構(gòu)卡死,在定時單元整定的時間內(nèi)合閘動作電流沒有消失,二次回路保護(hù)器將發(fā)出跳閘命令使其輸出常閉觸點(diǎn)KH1打開,跳開合閘接觸器KM,由KM的常開觸點(diǎn)跳開合閘線圈回路,保護(hù)斷路器合閘線圈YC免于燒毀,同時發(fā)出相應(yīng)的聲光報警信號,通知值班人員。
  
  同理,當(dāng)跳閘線圈有動作電流流過時,在整定的時間內(nèi)跳閘動作電流沒有消失,保護(hù)器將發(fā)出命令使其輸出常閉觸點(diǎn)KH2打開,跳開跳閘線圈回路,并給出相應(yīng)的聲光報警信號。
  
 ?。?)全工況監(jiān)視功能實(shí)現(xiàn)。由圖3可以看出,附加電阻R3經(jīng)斷路器常開輔助觸點(diǎn)接入合閘回路;附加電阻R5經(jīng)斷路器常閉輔助觸點(diǎn)接入跳閘回路。電阻R3、R5為斷路器線圈的完整性監(jiān)視提供電流通路,此電阻的選擇要不影響線圈的正確動作和熱穩(wěn)定性為前提。電阻R3、R5支路的斷路器輔助觸點(diǎn)引入是為了實(shí)現(xiàn)對斷路器輔助觸點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視。在跳、合閘瞬間由動作電流來判別回路的完整性;跳、合閘后由R3、R5支路流過的監(jiān)視電流來判別回路的完整性;跳、合閘過程中有常開、常閉兩觸點(diǎn)瞬時都未接觸現(xiàn)象,可引入斷路器狀態(tài)信息或者用軟件判別來防止誤報。
  
  對于時有發(fā)生的高壓斷路器跳合閘線圈燒毀現(xiàn)象,很有必要采取適當(dāng)?shù)拇胧?,對高壓斷路器跳、合閘線圈回路的電流進(jìn)行監(jiān)視,以實(shí)現(xiàn)必要時對線圈的保護(hù)。
  
  對大容量發(fā)電機(jī)組和220kV及以上電壓等級的斷路器,應(yīng)該裝設(shè)跳閘回路完整性監(jiān)視裝置,以防止斷路器合到故障上因跳閘回路斷線出現(xiàn)斷路器拒動現(xiàn)象。拒動會擴(kuò)大故障,甚至造成系統(tǒng)瓦解,后果嚴(yán)重。與跳閘回路完整性相比,雖然合閘回路完整性破壞時所造成的危害要小一些,但它妨礙了供電可靠性的提高。代價不大時仍然應(yīng)該予以監(jiān)視。以提高供電可靠性和真正實(shí)現(xiàn)斷路器二次回路的全工況監(jiān)視。
  
  由于二次回路完整性監(jiān)視和跳合閘回路電流監(jiān)視具有共性,該方案將二者結(jié)合起來一并監(jiān)視,這樣既可以提高監(jiān)視的可靠性,又可以降低成本。本方案不僅實(shí)現(xiàn)了高壓斷路器二次回路的全工況監(jiān)測,也從根本上解決了由于種種原因?qū)е碌奶祥l線圈燒毀問題。具有一定的推廣價值和現(xiàn)實(shí)意義。

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