断路器的控制方式及选择

1 控制方式及选择 断路器的控制方式选择与变电所的控制方式、变电所的规模等因素有关。变电所的控制方式不同、规模不同，断路器的控制方式也相应而异。 按控制回路的工作电压，断路器的控制方式可分为强电控制和弱电控制两种。按操作方式，可分为一对一控制和选线控制两种。 所谓强电控制，就是从发出操作命令的控制设备到断路器的操动机构，整个控制回路的工作电压均为直流110V或220V。根据控制地点，分为集中控制与就地控制两种；按跳、合闸回路监视，分为灯光监视和音响监视两种；按控制回路接线分为控制开关具有固定位置的不对应接线与控制开关触点自动复位的接线。 弱电控制分为以下两种情况。 （1）断路器控制回路的工作电压分成弱电和强电两部分，发出操作命令的控制设备工作电压是弱电一般是48V）。命令发出后，再经过中间强弱电转换环节把弱电命令信号转换成强电信号，送至断路器的操动机构。中间转换环节和断路器之间的回路结构与强电控制相同。这种弱电控制，实质上只是把布置在控制屏（台）上的控制设备弱电化了。 （2）从控制设备到断路器的操动机构全部回路的工作电压均为弱电。这种方式的命令信号传输距离较近，断路器的操动功率又比较大，它不适用于220500kV变电所。 弱电选线控制的接线比较复杂，操作步骤较多，其可靠性难以保证。220－500kV变电所的断路器，不推荐采用弱电选线控制。 弱电控制的共同特点是由于在控制屏（台）上采用了小型化的弱电控制设备，控制屏（台）上单位面积内可布置的控制回路多。在相同数量的被控对象情况下，与强电控制相比，可以减少控制屏（台）的面积，方便运行人员监视和操作；减少了主控制室的建筑面积，降低土建工程投资。这是采用弱电控制的主要优点。但是弱电设备也存在着不足，弱电端子和弱电设备中的电气绝缘距离较小，怕积灰尘，特别是灰尘中含有导电物质的情况下更危险；弱电设备的端子和屏后的弱电连接端子与软线的连接多采用焊接，由于端子间距离较近，在查线和清扫时特别注意防止端子间的短路；另外，还有机械强度低，触点断开的容量小，抗干扰性能差等缺点。 强电控制分为强电一对一直接控制和强电选线控制。后者在实际工程中应用的很少。强电一对一直接控制方式具有控制回路简单，操作电源电压单一，运行人员容易掌握，维护方便，可靠性较高等优点，是国内投入运行的各类变电所中采用的一种主要的控制方式。 强电控制，因控制设备的工作电压比较高，为满足绝缘距离的要求，控制设备、接线端子排等设备体积都比较大，而在控制屏（台）上单位面积内可布置的控制回路数却较少。在变电所规模大，被控对象多的情况下，所需的控制屏数量多。这不仅加大了主控制室的面积，增加了土建工程的费用，同时，由于监视面过大，也不利于正常的监视和操作。 目前，采用的控制方式是：强电一对一直接控制，站内不设常规的控制屏，通过独立的测控装置实现控制。老站也逐步按该方式进行改造。 　　 2 断路器控制回路设计的基本要求 在断路器控制回路设计时应注意以下基本要求。 （1）应有对控制电源的监视回路。断路器的控制电源最为重要，一旦失去电源，断路器便无法操作。因此，无论何种原因，当断路器控制电源消失时，应发出声、光信号，提示值班人员及时处理。 （2）应经常监视断路器跳、合闸回路的完好性，当跳闸或合闸回路故障时，应发出断路器控制回路断线信号。 （3）应有防止断路器“跳跃”的电气闭锁装置，发生“跳跃”对断路器是非常危险的，容易引起机构损伤，甚至引起断路器爆炸，故必须采取闭锁措施。目前，微机保护装置和断路器的操作回路的默认配置中，均有防止断路器“跳跃”的电气回路。实际运用时，用且只能用其中一处的防止断路器“跳跃”的电气回路。设计和运行时，应严格对厂家设计的该部分回路把关。 1997年2月2日，某电厂220kV出线A相故障，线路两侧保护装置正确动作，但在重合时两侧断路器均产生“跳跃”现象。其中，该电厂侧的断路器连续开断后，液压急剧下降，断路器停留在合位后拒分。由于故障点未切除，该厂220kV断路器失灵保护动作将母联断路器及一条母线上的所有元件切除，一条母线停电。事故检查发现：故障线路的该电厂侧分相操作箱中，防跳继电器电压保持线圈极性接反，防跳回路未能起到作用，致使断路器产生“跳跃”现象：对端则由于其防跳继电器中的电流线圈短路，而导致防跳回路未能起到作用。 　　 断路器的“跳跃”现象一般是跳闸、合闸回路同时接通时才发生。“防跳”回路的设计应使得断路器出现“跳跃”时，将断路器闭锁到跳闸位置。 （4）跳、合闸命令应保持足够长的时间，并当跳闸或合闸完成后，命令脉冲应能自动解除。通常由断路器的辅助触点自动断开跳、合闸回路。 （5）对于断路器的跳、合闸状态，应有明显的位置信号，故障自动跳闸、自动合闸时，应有明显的动作信号。 （6）断路器的操作动力消失或不足时，例如，弹簧机构的弹簧未拉紧，液压或气压机构的压力降低等，应闭锁断路器的动作，并发出信号；SF6气体绝缘的断路器，当SF6气体压力降低而断路器不能可靠运行时，也应闭锁断路器的动作，并发出信号。 在线路或变压器无故障情况下，压力降低时应闭锁跳闸回路。如果此时不闭锁，一旦线路或变压器发生故障，由于断路器压力已降低，主触头已无消弧能力，可能引起断路器爆炸，其后果不堪设想。 （7）在满足上述要求的条件下，力求控制回路接线简单，采用的设备和使用的电缆最少。 　　 3　双重化配置 根据《“防止电力生产重大事故的二十五项重点要求”继电保护实施细则》（国电调[2002]138号）的要求，220kV及以上电压等级的微机型线路保护、主变压器微机保护应遵循相互独立的原则按双重化配置。继电保护双重化配置是防止因保护装置拒动而导致系统事故的有效措施，同时又可大大减少由于保护装置异常、检修等原因造成的一次设备停运现象。 与保护装置双重化配置相适应，应优先选用具备双跳闸线圈机构的断路器。根据文献介绍，在187kV以上系统中，断路器的拒动率为1.8×10-3，其中72％是由控制回路不良引起的。控制电缆和断路器的跳闸线圈采用双重化措施以后，拒动率降低到5×10-4，即采用双重化后拒动率降到原来的1／3.6。 　　 4　压力闭锁回路 断路器制造厂一般只提供一套压力f包括液压机构的压力和SF6气体压力）闭锁触点，这对于单跳闸线圈断路器当然不存在任何问题。但对于双跳闸线圈断路器就有隐患存在。 双跳闸线圈断路器的跳闸回路为两套，有两个独立的操作电源。压力闭锁回路电源的供电方式有以下两种： 压力闭锁中间继电器的工作电源采用图1的自动切换方式供电。该方式，有可能造成两组操作电源并联，目前已不再采用该供电方式。 另一种供电方式是使用第一组操作电源。如图2所示。 压力闭锁触点串接在跳、合闸回路中，压力闭锁触点分常开触点和常闭触点两种。当第一组操作电源失电后，常开触点的闭锁方式将断开第二组跳闸线圈回路，断路器无法操作；常闭触点的闭锁方式，压力闭锁触点将恒闭合，即使压力降低也不闭锁跳闸回路，此时，主触头已无消弧能力，可能会引起断路器爆炸。 建议：要求断路器制造厂提供两套压力（包括液压机构的压力和SF6气体压力）闭锁触点，以消除存在的隐患。