汪辉宇 肖什飞

【摘要】LY-31型断路器操作箱在沙田电站使用较多，在一次故障处理过程中，发现该型号的操作箱有使断路器误动的可能，会给发电机组带来极大的危害。本文通过对LY-31断路器操作箱操作回路一次异常进行处理的实例，分析查明其存在的缺陷，提出整改措施并通过实际处理，具有一定的实用性。

【关键词】断路器操作箱;位置继电器;最低动作电压;定子反充电

1.引言

断路器操作回路是断路器重要控制、保護、监视回路，在断路器切断一次回路的过程中起着重要的辅助作用，它是断路器顺利切断一次电流且在异常情况下不出现损坏的保证。从保护装置的应用角度而言，一种微机保护其操作回路设计的好坏，是影响产品整体性能的一个必不可少的部分。

2.使用情况

GDGT801微机保护是南京自动化公司生产的一种发变组保护装置，我站现有7台该型号的保护装置投入使用，其中有5台配置了LY-31型号的断路器操作箱（发电机6KV出口断路器3台，主变中压侧35KV断路器2台）。自2007年第一台该型号的断路器操作箱在我站投入运行以来，情况较好，并未发现异常情况。

3.故障情况

2013年8月6日在3号发电机停机230断路器跳开后，发现机组保护柜上操作手柄和操作箱面板的断路器位置信号灯指示不正确，操作手柄上跳闸位置灯亮而操作箱上位置灯不亮（均由合闸回路跳闸位置继电器TWJ提供）。将230断路器小车摇至试验位置后，对断路器进行了合、分闸试验，发现上述断路器位置指示不正确问题有时出现有时不出现。

4.原因分析及查找

经初步分析：认为是跳闸位置继电器TWJ（如图1所示，实际为五个串联，图中只用一个TWJ代替）与断路器内合闸继电器KA1（该断路器由KA1的触点去接通合闸线圈回路，没有直接到合闸线圈）的电阻不匹配，造成跳闸位置继电器所分压处于临界点，由于每个跳闸位置继电器TWJ动作电压有一定的区别，从而致使跳闸位置继电器TWJ触点有的能动作有的不能动作，于是动作电压低的常开触点通，动作电压高的常开触点不通。

对于该情况，决定采用对合闸继电器KA1并联电阻的方法，以提高跳闸位置继电器线圈的电压，从而保证高跳闸位置继电器能可靠动作。为此，需要对断路器的跳位置继电器TWJ、合闸继电器KA1线圈电阻以及跳闸位置继电器最低动作电压进行测量，并通过计算对待并电阻进行选配。

图1

而在现场对上述所需参数进行测量时，某次跳开230断路器后该断路器立即自动合闸，这说明跳闸后合闸线圈又被激磁，造成断路器合闸，这个情况在以前正常停机跳230断路器时并没有发生。在经过仔细查找后发现，造成该现象的原因是合闸回路中跳闸位置继电器即N2：A4与N5：A6之间短路（如图一所示）。

将该保护装置操作箱中合闸模件拆下，对电路板并联的续流二极管与跳闸位置继电器TWJ进行分开测量，发现跳闸位置继电器并没有损坏，但二极管被击穿。从图一上可以很明显看出，在二极管被击穿后，跳闸位置继电器TWJ被短接。当断路器跳闸时，断路器辅助接点DL闭合，整个合闸回路接通。由于此时为跳闸位置继电器TWJ不能承担分压作用，致使220V直流电压全部加在合闸继电器KA1上，从而造成230断路器合闸。

5.存在的缺陷及危害

当在发电机处于正常停机状态时，如果跳闸位置继电器TWJ线圈损坏短路或者并联的二极管击穿短路（例如230断路器操作箱在试验时已经发生的情况），那么，就存在开关跳开后立即合闸，此时就会发生发电机定子反充电事故，使定子线圈受到全电压短路冲击，将致使发电机定子线圈短路，将产生巨大的电动力，使定子线圈绝缘损坏发热烧毁，后果不堪设想。

6.处理方法

通过分析，可以采用在跳闸位置继电器TWJ上串联电阻和在合闸继电器KA1上并联电阻。通过所串、并电阻来达到同跳闸位置继电器TWJ、合闸继电器KA1电阻之间的匹配来解决这个问题，从而达到以下目的：

（1）在手、自动合闸时能正确动作;

（2）正常状态时，合闸继电器KA1所分电压不超过其最低动作电压;

（3）跳闸位置继电器TWJ能可靠动作，正确反映开关状态;

（4）在跳闸位置继电器短路后，合闸继电器KA1能可靠不动作，避免出现跳闸后立即合闸的定子反充电事故。

图2

如图2所示，设跳闸位置继电器TWJ最低动作电压U1，合闸继电器HJ最低动作电压U2，跳闸位置继电器TWJ直流电阻为RTWJ，合闸继电器KA1直流电阻为RKA1，串联电阻为R1，并联电阻为R2。

分析计算如下：

（1）

?         （2）

（3）

由（2）、（3）可得：

（4）

（5）

设：

（6）

则由（1）、（6）可得：

（）        （7）

由以上各式易知：R2的值在某一个范围可以满足条件，如果我们给R2一个明确的值，那么，我们可以求得R1值的一个范围，在此范围内选取R2的一个值，即可满足要求。事实上：当M>RKA1时，我们并不需要并联R2，只需要串联一个R1即可满足要求，此时就不能根据式（7）来求R2的值的范围，式中RKA1-M<0也能很好的体现这一点。我们也可以根据式（4）求出Rx的范围值，此时Rx的值是大于RKA1的实际值的，对于一个电阻来说，在并联其他电阻后所体现的值只会变小，而这里变大显然是不可能的，所以造成式（7）的错误。当然，并联电阻也是可以的，并联后会使合闸继电器KA1端电压进一步降低，提高跳闸位置继电器TWJ两端电压。因此，在这种情况下，完全可以不并联电阻。

7.实际处理情况及效果

按照上述方法，本实例中所需要的各项数据测量值如下：

（1）跳闸位置继电器TWJ合闸继电器KA1电阻

跳闸位置继电器TWJ 合闸继电器KA1

29.00K 16.2K

（2）跳闸位置继电器TWJ合闸继电器KA1最低动作电压

合闸继电器KA1最低動作电压 137.00V

跳闸位置继电器TWJ

所选触点 最低动作电压

9X：32-9X：33 135

9X：40-9X：41 142

9X：42-9X：43 135

9X：44-9X：45 137

9X：46-9X：47 144

由于电路板元件不宜拆散，表格内所侧跳闸位置继电器电阻和电压为5个继电器串联所测值，而以上数据也说明在未做处理前最低动作确实在临界点。这里，为保证跳闸位置继电器TWJ可靠动作，我们应该选取最高144V为最低动作电压。

即：230断路器跳闸位置继电器TWJ的最低动作电压U1=144V，其合闸继电器KA1最低动作电压U2=137V，其跳闸位置继电器TWJ的电阻RTWJ=29.0，合闸继电器KA1的电阻为RKA1=16.2。通过以上推导计算有：0

本例中，我们选取了R1=8为串联电阻，依照以上推算，当正常状态时，跳闸位置继电器TWJ两端电压为161.4V大于最低动作电压144V，可靠动作，合闸继电器KA1两端电压为14.1V小于最低动作电压137V，当跳闸位置继电器被短路时合闸继电器KA1两端电压为52.86V小于最低动作电压137V，均能可靠不动作。另外，我们对断路器进行了上电操作，测量了跳闸位置继电器TWJ、合闸继电器KA1带电后实际电压值，并与计算结果进行了比对;同时，我们模拟了跳闸位置继电器被短路故障，测量了合闸继电器KA1带电后实际电压值，均与预先计算值相同，而且，断路器没有误动，达到了满意的效果。

这样，我们就可以在跳闸位置继电器TWJ被短路时，避免断路器误合使发电机定子线圈受到全电压短路冲击，从而不存在电机定子线圈烧毁的可能。

8.拓展延伸

对于230断路器的跳闸回路，如果在机组发电态的时候合闸位置继电器HWJ线圈短路或并联二极管击穿短路时，那么操作电压将直接加在跳闸继电器KA2上，断路器会直接跳闸，此时，将会造成转子过速和过电压。

图3

如果要使在合闸位置继电器HWJ线圈短路或并联二极管击穿短路时，跳闸继电器TJ不误动致使断路器误跳，我们一样可以采用串、并联电阻，同样进行计算从而合理选取电阻达到满意的效果（如图3所示）。实际上，我们对此也进行了改造，效果也非常好，由于和合闸回路处理方法相同，因此不再重复。

此外，由于各方面的原因使操作电压存在波动的可能，在电压波动时断路器同样不能误动，我们可以取±10%为电压波动范围，则只需要在处理计算中对跳、合位置继电器电阻范围计算时候取-10%误差，对跳、合闸继电器取+10%误差即可。

还有，许多断路器从操作箱出来后直接就到了跳、合闸线圈，并没有同本文中一样还有跳、合闸继电器。对此，只需要将跳、合闸线圈看作跳、合闸继电器即可。

9.结束语

本文对LY-31型断路器操作箱所存在的缺陷进行了探讨，提出了一种可行的方法，并以我站实际改造应用为说明，该方法消除了隐患，取得了较好的效果。虽然断路器操作回路已经很成熟，但由于要实现的各种功能较多，接线形式就相对复杂，因此，设计者在设计的时候难免出现疏忽，难免会出现缺陷，再者，二次辅助回路的缺陷一般都比较隐蔽，轻易不容易发现它的存在，这就会带来隐患。本文中如果不是刚好试验时出现故障，而是在其他的时候出现，必将发生定子反充电事故，对发电机会产生极大的危害。在装新的保护柜或断路器时，我们要特别注意二次回路之间的配合，仔细推敲，尽可能考虑可能会出现的问题。

参考文献

[1]杨晗.水轮发电机组定子反充电事故的处理[J].水电厂自动化，2010（3）：38-40.

[2]郑云锋等.关于合闸、跳闸位置继电器的配合分析[J].电气技术，2008（12）：67-68.

[3]郭占伟等.断路器操作回路详述[J].继电器，2004.32（19）：67-70.

作者简介：

汪辉宇（1986—），男，大学本科，现供职于湖南东江水力发电厂，主要从事水电站电气检修工作。

肖什飞（1986—），男，大学本科，现供职于湖南东江水力发电厂，主要从事水电站电气检修工作。