断路器控制电源交叉设计的分析与改进

刘博凯 郭健

摘要：以某220 kV升压站为例，针对断路器控制电源交叉的问题，对当前控制回路进行了详细分析，并提出了相应的改进方法，可以确保一路控制电源失电或发生故障时，另外一路电源可以安全地跳开断路器，及时切除故障点，达到防止故障范围扩大的目的。

关键词：断路器;控制电源交叉;设计缺陷;改进

0 引言

断路器是发生电力故障时电源侧与负荷侧、电厂设备与电网用户的重要隔离设备，而断路器中的二次控制回路是保证断路器安全稳定运行的重要组成部分。断路器控制通过电气二次回路实现，断路器的控制回路需满足以下几项基本要求：（1）既能实现手动跳闸、合闸，又能在继电保护和自动装置作用下自动跳闸、合闸;（2）当断路器跳闸或合闸完成后，应能自动切断跳闸或合闸回路，防止因通电时间过长而烧坏线圈;（3）控制回路应有指示断路器跳闸与合闸的位置信号，而且能够区分自动跳闸、合闸与手动跳闸、合闸的位置信号;（4）有指示断路器控制回路完好性的监视信号。

目前，断路器控制电源的典型设计有两路直流电源，第一路控制电源供操作合闸及第一组跳闸线圈;第二路控制电源供操作合闸及第二组跳闸线圈。两路电源分别取自两段直流段，以满足两路电源之间相互独立的要求。本文针对现场某220 kV升压站出现的线路开关两路控制电源的交叉问题进行了分析，并对相应的控制回路提出了具体的改进方案。

1 当前控制回路设计

1.1    控制回路设计

该站为典型的220 kV双母线运行方式，站内另有1号发电机组、2号发电机组、启备变间隔、升压站PT、母联及2条出线7个高压间隔。线路为负荷传输的重要途径，其设计有2套保护配置，第一套保护为深瑞PRS-753型线路保护，第二套保护为南瑞PCS-931A-G型线路保护，2套保护均配置独立的操作箱。深瑞PRS-753型线路保护操作箱控制电源I，南瑞PCS-931A-G型线路保护操作箱控制电源II。

2套保护均设计有独立的操作箱，在设计过程中，深瑞及南瑞2套操作箱均设计并运用以下功能：

（1）远方合分闸功能，本站开关均实现远程NCS操作，由测控装置发出合分闸指令，可以通过深瑞或南瑞操作箱实现远方合分闸功能。

（2）保护跳闸功能，当线路出现故障时，保护跳开负荷开关，切断故障源。

（3）重新合闸功能，当线路出现单相瞬时故障时，保护重合于故障相，在瞬时故障消失后，系统继续安全运行。

1.2    控制电源交叉的危害

在控制电源设计过程中，单纯的指令并联虽然能实现远方合闸、保护跳闸、重新合闸等基本功能，但使电源出现多余回路，导致本该独立的控制电源出现交叉，失去各自独立性。

国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中规定：“断路器的选型应与保护双重化配置相适应，220 kV及以上断路器必须具备双跳闸线圈机构，2套保护装置的跳闸回路应与断路器的2个跳闸线圈分别对应，与其他保护装置、设备（如通道、失灵保护等）配合的回路应遵循相互独立且相互对应的原则，防止因交叉停用导致双套保护功能缺失。”

为此，当2路控制电源失去独立性工作时，线路开关可以正常运行，并不会出现影响开关动作的问题。但是，当其中一路控制电源出现故障，可能将导致另外一路电源受其影响。线路在正常运行出现瞬时单相故障时，会出现控制电源交叉问题，导致2路控制电源均出现故障，将使线路开关由于失去控制电源而无法正常动作，对电厂及电网负荷产生较大影响。

因此，本文对设计原因导致双线圈以及2路控制回路失去独立性的问题进行具体的分析并进行设计改进，确保设备的安全运行。

2 控制回路设计缺陷分析

以A相控制回路为例，深瑞操作箱接线图如图1所示，当2个操作箱均实现合闸功能，该设计将保护II操作箱的合闸节点通过电缆接至保护I操作箱的合闸节点上，会使2路控制电源通过107A（第I套合闸）与207A（第II套合闸）并接，从而产生交叉联系。

另外，此设计的跳闸监视回路也通过并联实现。103A 2个操作箱并接，也会出现第一路操作电源与第二路操作电源交叉的后果，从而失去了2路电源的独立性。

因此，与之相关的合闸回路、监视回路及重合闸回路均存在控制回路交叉的问题，需要进行相应的改进，使2路控制电源可以独立运行，从而消除隐患。

3 控制回路的改进方法

3.1    合闸回路的改進

当前开关的合闸线圈只有1个，设计2路控制电源没有必要且多余，合闸回路的简单并联，使控制回路交叉，而正常的NCS合闸只需要1路就可以实现远方合闸功能。

因此，将保护II并联至保护I的合闸回路，取消107A、107B、107C回路，留存保护I操作箱的合闸回路至断路器就地机构，同时取消NCS设计的保护II操作箱的合闸回路，从而解除因合闸回路造成的控制电源交叉问题。

取消保护II操作箱的合闸回路，将会出现该保护失去重合闸功能，所以还需对重合闸回路进行改进。

3.2    跳闸监视回路的改进

与合闸回路存在的问题类似，导致2路控制电源交叉的原因是2个回路简单并联。直接的解决办法是将保护II操作箱并联至保护I操作箱，取消107A、107B、107C回路，通过保护I操作箱的A相跳闸位置节点015A，B相跳闸位置节点015B，C相跳闸位置节点015C接入保护II屏操作箱位置开入位置，从而达到回路监视的目的。相比之前设计的监视回路并联，改进后的监视回路既实现了对控制回路的监视，又保证了2路控制电源的独立性。

3.3    重合闸回路的改进

通常220 kV线路均为双套保护机制，2套保护只设置1个操作箱，就可以实现所有功能。本站2套保护均配置了单独的操作箱，取消及改造了部分回路，保护II操作箱合闸回路已取消，导致其重合闸功能不能正常实现，这需要通过改进回路来重新完善保护II操作箱的重合闸功能。

为了减少冗余回路，取消保护II操作箱重合闸出口回路，重合闸出口改接至保护I操作箱重合闸开入位置，当保护II单相接地保护动作时，通过保护I操作箱回路启动重合闸。

本文通过对NCS分合闸回路、监视回路以及重合闸回路的改进，使得2套保护操作箱控制回路完全分开独立，第一路电源控制合闸线圈以及第一组跳闸线圈，第二路电源控制第二组跳闸线圈，解决了控制电源交叉的问题，使得断路器的远方操作功能完备，保护功能也能正常实现，并符合国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》的规定，提升了升压站以及站内设备运行的安全性。

4 结语

无论在变电站还是电厂，断路器都具有举足轻重的作用，对断路器二次控制回路进行分析与研究非常有必要。本文通过对2套线路保护操作箱的功能以及控制回路进行分析，将原本设计交叉的2路控制电源独立出来，保证了其正常功能的实现，对断路器的控制、电源交叉问题提出了改进建议，对处理类似问题具有一定的借鉴意义。

[参考文献]

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[2] 吴晓梅，邹森元.电力系统继电保护典型保障分析[M].北京：中国电力出版社，2001.

[3] 李中郁，于倩倩.开关拒动对继电保护的危害分析[J].华东科技（学术版），2014（10）：199.

收稿日期：2020-09-02

作者简介：刘博凯（1988—），男，陕西西安人，工程师，研究方向：继电保护。