330 kV断路器监视回路设计优化分析与探讨

2020-04-28林成传陈建春熊大联

水电站机电技术 2020年3期

林成传，陈建春，熊大联

（中国水利水电第十六工程局有限公司，福建福州350000）

1 概述

津巴布韦卡里巴南岸扩建开关站布置2个330 kV主变进线间隔，1个330 kV母联间隔，2个330 kV母线分段间隔及3个电抗器间隔，共安装8组断路器及保护装置。津巴布韦卡里巴南岸扩机工程新建开关站各间隔断路器保护均选择ABB保护装置，采用ABB标准方案对跳闸线圈的故障进行监视，由于新建330 kV断路器是采用分相操作的，每相的跳闸回路原理相同，因此我们采用A相的跳闸回路设计方案进行分析，跳闸监视回路原理图如图1所示。

图1 跳闸监视回路原理图

原跳闸线圈监视回路工作原理：

当断路器处在正常的分闸状态时，KFA1、KFL1、KFA2、KFL2均处于未动作状态，电路通过DC220V+→ KSF3（TCS）继电器→ Rx限流电阻→ 52b/1 断路器辅助开关接点→52T-a断路器A相跳闸线圈→DC220V-形成回路，此时TCS继电器经延时动作后（设定值为2.2 s，下同）发出跳闸线圈正常信号。

当断路器处在正常的合闸状态时，KFA1、KFL1、KFA2、KFL2均处于未动作状态，电路通过DC220V+→KSF3（TCS）继电器→52a/1断路器辅助开关接点→52T-a断路器A相跳闸线圈→DC220V-形成回路，此时TCS继电器延时动作发出跳闸线圈正常信号。

2 故障发生经过

2017年11月，330 kV扩建开关站设备安装完成，按GB/T 14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》和DL/T 995-2006《继电保护和电网安全自动装置检验规程》进行各项试验，各试验项目结果符合设计要求，向国家电网供电公司申请并网发电。供电公司派专家到现场验收，并重新校验断路器操作分合闸工作实际情况，当保护装置动作时发出断路器跳闸指令，专家到现地检查断路器分闸是否到位时，发现跳闸线圈监视回路限流电阻Rx有烧毁的现象。

3 原因分析

由于回路中KFS3（TCS）继电器是内阻较高的电压型线圈，而Rx限流电阻的设计阻值是10 kΩ/10 W。可见在断路器处于正常的分闸或合闸状态时，监视回路都是由KFS3（TCS）继电器的线圈与Rx限流电阻串联后形成的，因此回路中的电流很小，Rx限流电阻处于正常工作状态，发热极小，所以长时间工作不会发生烧毁的情况。

当保护装置动作时发出断路器跳闸指令，KFA1与KFL1处于动作后闭合状态（电量保护），或KFA2与KFL2处于动作后闭合状态（非电量保护），此时KFS3（TCS）继电器的线圈被接点短接，电路通过DC220V+→KFA1与KFL1接点（或KFA2与KFL2接点）→Rx限流电阻→52b/1断路器辅助开关接点→52 T-a断路器A相跳闸线圈→DC220V-形成回路，回路中缺少了KFS3（TCS）继电器的线圈与Rx限流电阻相串联，回路中的电流升高，如果没有及时将保护动作复归，那么Rx限流电阻长期带电就会发热严重，进而烧毁。由于现场调试实验时，及时将保护动作复归，所以没发生发热烧毁现象。而电网公司来验收时，要到现场工地查看、检验，保护动作延时复归，造成Rx限流电阻长期带电发热烧毁。

4 处理解决方案分析与对比

针对Rx限流电阻长期带电发热烧毁现象，外方和中方提出了2种不同的处理方案：

（1）外方处理方案

由于原先的Rx限流电阻体积很小不利于长期带电工作及散热，建议在不改变其阻值的情况下更换为功率更大的瓷管电阻，并将其安装在较大的铝板上，以利于散发热量，这样就可以解决散热问题而不至于烧毁。

（2）中方的处理方案

在保护继电器触点与TCS及Rx之间插入一个隔离二极管D（如图2优化后跳闸监视回路原理图），当保护动作时断路器跳闸后隔离继电器触点与Rx的串联回路，这样就不会造成Rx的电流增大进而烧毁电阻。

（3）2种方案的对比分析

外方方案，提出更换瓷管电阻，中方工程师分析后认为虽然解决了散热的问题，但是并没有解决发热的问题，而且当更换瓷管电阻后，如果保护动作后没有及时的复归，屏柜内的热量增加了反而不利于设备的运行。另外瓷管电阻安装在较大的铝板上，在原盘柜空间位置内放置不下，必须对柜内元器件重新布置，现场处理工作量大。

图2 优化后跳闸监视回路原理图

中方方案，由于采用的是隔离二极管，在保护动作后不会影响断路器的跳闸，电路通过DC220V+→KFA1与KFL1接点（或KFA2与KFL2接点）→52a/1断路器辅助开关接点→52T-a断路器A相跳闸线圈→DC220V-形成回路断路器跳闸。此时通过保护跳闸继电器触点的监视回路被二极管切断，监视回路只能通过DC220V+→KSF3（TCS）继电器→Rx限流电阻→52b/1断路器辅助开关接点→52T-a断路器A相跳闸线圈→DC220V-形成，KFS3（TCS）继电器的线圈与Rx限流电阻串联，回路中的电流很小，Rx限流电阻发热极小，所以长时间工作不会烧毁。而且此时KFS3（TCS）继电器依然可以监视跳闸线圈是否有故障。但是外方工程师认为如果增加二级管，由于二级管质量问题或选型不对，会增加设备安全运行风险。

经过双方多次交流，并考虑现场处置的实际情况：最终采用增加隔离二极管的方案。二极管选择型号为1 N4007/L，峰值电压要求不小于1 000 V。