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220 kV高压断路器分相操作箱与三相联动操作机构的配合分析

2024-06-04 107 上传者：管理员

摘要：操作箱是断路器控制回路的重要组成部分，为满足220 kV高压断路器安全可靠运行要求，分相操作箱回路变更有两种方式：其一是只取其中一相操作回路，取消另外两相；其二是将三相操作回路并联，再统一出口到操作机构。当分相操作箱与三相联动操作机构配合使用时，方式二容易受分、合闸电流影响，涉及的回路较多，更易有意料之外的情况发生，故方案一的效果更好。对于无需单相重合闸功能的断路器，建议优先采用三相联动的操作机构，以避免因老化磨损导致断路器三相不一致等故障发生。

关键词：
三相联动操作机构
分相操作箱
断路器
电力系统
电流
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断路器是电力系统的关键部分，它能够关合、承载、开断运行回路正常电流，也能在规定时间内关合、承载及开断规定的过载电流[1]。根据国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》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分闸线圈机构，两套保护装置的分闸回路应与断路器的两个分闸线圈分别一一对应。操作箱是断路器控制回路的必要组成部分，通过操作箱分、合闸回路与断路器操作机构内分、合闸线圈回路的连接，才能完成对断路器分、合闸命令的实现。

湖北清江高坝洲水力发电厂是清江干流最下游一个梯级电厂，总装机容量27万kW。2022年，因220 kV高压断路器已使用20余年，动作次数已达万余次，液压机构密封及阀体、缸体等部分刚性部件处于寿命后期，需对其进行改造。更换后的断路器为如高LW58-252(W)型三相机械联动操作机构；操作箱为南瑞CZX-22R2型分相操作箱，未同步进行改造更换，故而产生了分相操作箱与三相联动操作机构配合使用的情况。

对于该种情况，目前通常采用将某一相分合闸操作回路连接至断路器分合闸线圈的方法[2],但对于不同配置、不同型号的操作箱和操作机构，往往有些不同的细节需要注意。本文结合目前常用的操作箱和操作机构，对各种配合方式下的情况作了详细分析，便于参考借鉴。

1、方案分析

1.1装置简介

如高LW58-252(W)型断路器为三相机械联动式弹簧操作机构，以SF6气体为绝缘和灭弧介质，采用自能式灭弧原理，开断能力强，操作功小，可靠性高。该断路器符合GB/T 1984《高压交流断路器》和IEC 62271-100《高压开关设备和控制设备-第100部分：交流断路器》的要求，是电力系统的控制和保护设备，也可作为联络断路器使用。

南瑞CZX-22R2型操作箱按超高压输电线路继电保护统一设计原则设计而成，含有两组分相分闸回路，一组分相合闸回路以及手合选线加速回路。该操作箱采用高阻抗、小功耗继电器，大大降低装置的功耗和发热情况，还改善了防潮性能，提高安全性。保护装置和其他有关设备均可通过操作箱进行分合操作。

从理论上来说，分相操作箱回路变更可能有两种方式：其一是只取其中一相操作回路，取消另外两相操作回路；其二是将A、B、C三相操作回路分别并联，再统一出口到操作机构。以下对这两种方案分别进行分析。

1.2方案一：只取一相操作回路

1.2.1分位监视及合闸回路变更

因操作箱中三相操作回路的电气参数完全相同，本文采用A相操作回路，取消B、C相操作回路。

分位监视、合闸回路变更如图1所示。将三相的分位监视接点4D:112-4D:115-4D:118短接，再接至4D:113端子送至操作机构的合闸回路，同时需解除B、C相合闸至操作机构的外部接线。

如此修改后，当断路器在分位时，三相分位监视继电器通过4D:113与操作机构连接，实现断路器的分位监视。当有外部合闸令时，手合接点(1SHJ)或重合闸接点(ZHJ)闭合，通过4D:113将电信号送至操作机构，实现断路器三相合闸。

图1分位监视、合闸及防跳回路变更图

1.2.2防跳回路

通常情况下断路器操作机构和操作箱都会配置有防跳回路，若两个防跳回路都投入使用，很可能会存在冲突[3]。根据Q/GDW 1161-2014《线路保护及辅助装置标准化设计规范》11.1.2条规定，断路器防跳功能应优先由断路器本体机构实现。遵照此条标准，在图1中投入线①,拆除线②、③,即投入断路器本体机构防跳，取消操作箱防跳。但在后续防跳回路的试验中发现，断路器操作机构的防跳继电器未正常启动，防跳回路失效。

经试验分析后发现，使用断路器操作机构防跳时，回路中串联了三相分位监视继电器，断路器本体的防跳继电器KJL线圈两端电压过低(实测84V)无法动作，导致防跳功能失效。

因操作箱与操作机构防跳不能有效配合，此处改用操作箱防跳。在图1中拆除线①,投入线②、③,即取消断路器本体机构防跳，投入操作箱防跳。操作箱防跳由第一组分闸控制回路(见图2)电流线圈12TBIJa启动，12TBIJa的常开接点启动电压继电器1TBUJa, 1TBUJa的常开接点再去启动电压继电器2TBUJa, 1TBUJa和2TBUJa把合闸回路断开，当断路器在分位或分闸令撤销时1TBUJa返回，而2TBUJa要等合闸令撤销才返回，故当断路器曾经在合位，且分闸令、合闸令同时存在时2TBUJa将合闸回路断开，使断路器稳定在分闸位置，实现防跳功能[4]。

经整组联动试验，改动后的防跳回路工作正常。

1.2.3合位监视及分闸回路变更

合位监视及分闸回路变更如图2所示。将三相合位监视接点4D:123a-4D:124a-4D:125a短接，再接至4D:123端子送至操作机构的分闸回路；将其他保护分相跳闸开入的接点4D:126-4D:129-4D:132短接，统一接至同一个分闸接点3D:83;同时取消B、C相分闸回路至操作机构的外部接线。

图2合位监视及分闸回路变更图

如此修改后，当断路器在合位时，三相合位监视继电器通过4D:123与操作机构连接，实现断路器的合位监视。当手动分闸时，STJa接点闭合；当保护分相跳闸时，对应的跳闸接点闭合；当保护三相跳闸时，根据实际接线TJQ/TJR接点闭合。通过4D:123将电信号送至操作机构，实现断路器的三相分闸。

需要说明的是，因B、C相操作回路取消，11TBIJb、11TBIJc继电器失效，当有保护动作跳闸时，操作箱“TB”、“TC”指示灯不会点亮。

1.2.4分、合闸保持电流的整定

在二次回变更中需特别注意分、合闸保持电流的整定。若整定电流过小，则可能导致分、合闸线圈无法正常动作；若整定电流过大，则有烧毁分、合闸线圈的风险，因此需慎重整定分、合闸保持电流。南瑞CZX-22R2操作箱分、合闸电流整定采用了跳线方式，其原理分别如图3、图4所示。

图3分闸回路图

图4合闸回路图

分、合闸保持电流的整定公式：

Ib=0.5A+ΣI

式中：Ib为保持电流整定值；I为分流电阻上的电流值。

当任何跳线都不连接时，保持电流为0.5 A;连一个跳线时，即该电阻的分流与0.5 A相加；当所有连线均连上时，保持电流定值为4 A。值得说明的是在配分流电阻时已考虑了2倍的动作裕度，整定电流时，只要按断路器实际分/合闸电流整定即可，不用再考虑裕度。

例如，如高LW58-252(W)型断路器分、合闸线圈的动作电流均为1.8 A,在此次配合中需将A相分闸回路的R22电阻跳线连接(第一组和第二组分闸回路均需连接),A相合闸回路的R16电阻跳线连接，则分、合闸回路电流整定为1.0 A,考虑到有2倍的裕度，满足运行要求。

特别的，某些操作箱具有分、合闸电流自适应功能(例如四方JFZ-22FX型分相操作箱),在其允许范围内可可靠实现电流的自保持。在这种情况下，操作箱和操作机构配合时无需考虑分、合闸电流参数。

1.3方案二：三相操作回路并联

1.3.1回路变更

三相合闸回路并联的接线方式如图5所示。将4D:112、4D:113、4D:115、4D:116、4D:118、4D:119六个端子短接，统一出口到操作机构的合闸回路。

第一组三相分闸回路并联接线方式如图6所示。将4D:123a、4D:123、4D:124a、4D:124、4D:125a、4D:125六个端子短接，统一出口到操作机构的分闸回路。

图5合闸回路并联接线方式简图

图6第一组分闸回路并联接线方式简图

按照前文分析，防跳功能依然采用操作箱的防跳回路，图中作简化处理，此处不再赘述。

因断路器分、合闸线圈动作电流均为1.8 A,三相平均分流后每相0.6 A,在三相并联的变更方式下，分、合闸回路每相的保持电流都整定为0.5 A(第二组分闸回路也需修改),即应取消所有跳线。

1.3.2效果分析

回路变更完成之后进行断路器的整组联动试验，断路器的分、合闸及防跳功能试验均正常。

但需要注意的是，实际运行中，三相操作回路的电气参数不可能完全一致，这会导致三相分流并不平均。若因某些原因导致电流相差过大，可能会使某相电流保持继电器无法正常启动；另外，采用三相并联的方式时，分、合闸保持电流最小为1.5 A(每相0.5 A),若断路器的分、合闸线圈动作电流较小，则不适合采用这种接线方式。

2、结语

1)通过上述分析可知，当分相操作箱与三相联动操作机构配合使用时，方案二容易受分、合闸电流的影响，且涉及的回路较多，更易有意料之外的情况发生；方案一的效果更为良好。

2)总的来说，分相操作箱内的三相回路与三相联动操作机构配合使用总会存在一些瑕疵，不宜长期使用此种配合方式。但由于断路器操作机构与操作箱更换可能不是同步进行，所以上述配合方式只是一种过渡型的配合方式，将在一段时期内客观存在，采用了分相操作箱与三相联动操作机构配合使用的厂站，在条件允许的情况下，应尽快对其进行改进，减少这一接线方式的运行时间。

3)要做好这种方式下二次回路的配合工作，在设计时不可简单参照标准执行，需多考虑操作箱与操作机构能否正常配合，注意防跳回路、分合闸保持电流整定等问题，尽可能完善控制回路，并在控制回路变更后进行充分的试验，避免断路器误动、拒动的情况发生。

4)对于无需单相重合闸功能的断路器，建议优先采用三相联动的操作机构，以避免因老化磨损导致断路器三相不一致等故障发生[5]。

参考文献:

[1]GB 26860-2011,电力安全工作规程:发电厂和变电站电气部分[S]

[2]是晨光,蒋严庆,徐敏.主变压器保护220kV侧操作箱与断路器配合分析[C]//江苏省电机工程学会2009年学术年会暨第四届江苏电机工程青年科技论坛论文集.南京:2009

[3]黄国林,余良志,刘本金.110kV线路保护装置分合位信号异常分析及处理[J].水电与新能源,2022,36(11):61-63,67

[4]曹树江,林榕.断路器操动机构与继电保护控制回路的协调与配合[J].继电器,2005,33(24):72-77

[5]唐云武,高代阳,周涌丰.一起SF6断路器故障引起分闸的分析处理[J].水电与新能源,2022,36(9):61-63

文章来源:严苗,周龚娇.220 kV高压断路器分相操作箱与三相联动操作机构的配合分析[J].水电与新能源,2024,38(05):54-58.