摘要：结合电力系统时有发生的高压断路器跳闸、合闸线圈烧毁现象，二次回路 1保护器的概念被提出，并对其原理和实现方法进行了探讨。文中给出的实 现方法将高压断路器二次回路完整性监视2融入其中，使其兼有二次回路的 保护和完整性监视双重功能。高压断路器；二次回路保护器；全工况；监视1引言电力系统运行中经常发生跳、合闸线圈烧毁事故】345。众所周知， 跳、合闸线圈设计时都是按短时通电而设计的。跳、合闸线圈的烧毁，主要是由 于跳、合闸线圈回路的电流不能正常切断，全使跳、合闸线圈长时间通电造成的。 作为电力系统重要电气元件，在电力系统故障时，断路器接受继电保护及自动装 置的跳、合闸命令，并要求以毫秒级的速度去执行跳闸动作，以避免事故蔓延和 扩大。因此，要求断路器在投运中，能随时处于待命状态，并能令行禁止。尤其 不允许出现有跳闸命令时，断路器拒绝跳闸的现象。电力部门在DL400-91继 电保护和安全自动装置技术规程和NDGJ8-89火力发电厂、变电所二次接线设 计技术规定都要明确要求各断路器的跳、合闸回路、重要设备和线路继路器的合 闸回路等等，均应装设监视回路完整性的监视装置。目前，国内外现有的断路器二次回路完整性监视方法有四种：一是采用简单直观 的红（绿）灯回路直接监视；二是采用跳（合）闸位置继电器常闭触点串联启动 中央信号的间接监视；三是部分制造厂提供的操作箱中，配合有在合闸状态下的 跳闸回路完整性监视信号灯（氖灯），四是串接高内阻继电器于跳闸回路。上述 四种监视方式的分析发现，前三种方式存在一个共同的问题是：断路器合闸后合 闸回路完整性失去监视，断路器跳闸后跳闸回路完整性失去监视，都属于非全工 况监视。第四种方式的跳闸回路属于全工况监视，合闸回路仍属于非全工况监视。 所以在合闸状态下，跳闸后能否再合尚属未知，供电可靠性将失去保证，仍然不 是真正的全工况监视。这些问题应引起重视，并采取必要的措施予以改进。更重 要的是，以上四种方式都不具备跳、合闸线圈的保护功能。本文结合电力系统时有发生的断路器跳闸、合闸线圈烧毁现象，在深入研究国内 外关于高压断路器二次回路控制方式的基础上，提出一种解决方案，该方案同时 具备跳、合闸线圈保护和跳、合闸回路全工况监视双重功能。2高压断路器二次回路保护器原理鉴于引言中分析的原因，很有必要引入一种保护装置，在断路器辅助触点切换不 正常或者操作机构卡死时，能够及时地断开跳、合闸线圈回路，避免跳、合闸线 圈长时间得电而烧线圈事故。该实现原理正是基于以上分析而得出。高压断路器二次回路保护器原理如图1所示，它包括如下几部分：通信环节、数 据采集环节、控制接点输出环节。它们各部分的作用分别如下：通信环节用于接 收上位机（变电所监控计算机）发出的命令和数据，同时也可向上位机发送断路 器的状态信号和故障代码等。数据采集环节用于采集断路器状态信号和跳、合闸 线圈回路电流信号借之了解断路器的工作状态。控制触点输出环节用于必要时跳 开跳、合闸线圈回路来保护线圈。该二次回路保护器自成体系，既可独立工作， 在必要时跳开跳、合闸线圈回路，实现对线圈的保护；又可受控于变电所监控机， 通过通信接口接受变电所监控机操作命令和向变电所监控机发送断路器状态数 据。为实现以上功能，我们须对现有高压断路器二次回路作如下改进：增加通信功 能。增加跳、合闸动作电流检测电路。在跳、合闸回路增加能够分断跳、合 闸线圈动作电流的触点。增加跳、合闸动作电流计时单元。2. 1霍尔传感器简介由于篇幅所限，现仅对跳、合闸线圈回路的电流监视原理及实现方法简介如下： 在自动控制系统中，电参量的采集是首先要解决的问题。近年来发展起来的霍尔 传感器技术既可以克服电磁式互感器的非理想性缺点，又解决了直流电参量测量 时的隔离问题。霍尔传感器是利用霍尔效应原理构造的。霍尔效应是一种磁敏效应，半导体（或 金属）薄片的长度X方向上通入控制电流IC，在厚度Z方向上施加磁感应强调 为B的磁场，则在宽度Y方向上会产生电动势UH，这种现象即称为霍尔效应，UH称为霍尔电势，其大小可表示为:其中，RH为霍尔系数，由半导体材料的性质决定；d为半导体材料的厚度。设RH/d = K，则式(1)可以写为：UH=KICB (2)可见，霍尔电压与控制电流及磁感应强调的乘积成正比，K称为乘积灵敏度。 K值越大，灵敏度就越高；半导体材料厚度越小，灵敏度也越高。在式(2)中，若控制电流IC=常数，磁感应强度B与被测电流成正比，就可以 做成霍尔电流传感器；同理，如果B与被测电压成正比，又可以做成霍尔电压 传感器。本文用霍尔传感器来监测跳合闸线圈电流。其意义界定如下：如果是动作电流， 启动定时单元准备对线圈进行保护；如果是微小的监视电流，表明跳、合闸回路 完整；如果没有电流，表明跳、合闸回路完整性被破坏。3二次回路保护器实现为了既能实现在众多非正常情况下对高压断路器跳、合闸线圈进行保护，又能实 现对其二次回路的完整性进行全工况监视，在现有控制回路的基础上构造了一种 改进方案+、一为控制小母线和合闸小母线；M100( + )为闪光小母线；SA为控制开关， GN、RD为绿、红信号灯；FU1FU4为熔断器；R为附加电阻；KCF为防跳 继电器；KM为合闸接触器；YC、YT为合、跳闸线圈，HL1HL3为霍尔传感 器。控制电路的动作及跳、合闸回路保护与监视原理如下：(1)高压断路器二次回路保护器功能实现。无论是在手动控制还是在自动控制 位置，当合闸线圈回路有电流流过时，霍尔传感器将测出这一电流的大校如果电 流大于某一限值，二次回路保护器将启动计时单元开始计时。如果断路器辅助触 点切换不正常或者操作机构卡死，在定时单元整定的时间内合闸动作电流没有消 失，二次回路保护器将发出跳闸命令使其输出常闭触点KH1打开，跳开合闸接 触器KM，由KM的常开触点跳开合闸线圈回路，保护断路器合闸线圈YC免于 烧毁，同时发出相应的声光报警信号，通知值班人员。同理，当跳闸线圈有动作 电流流过时，在整定的时间内跳闸动作电流没有消失，保护器将发出命令使其输 出常闭触点KH2打开，跳开跳闸线圈回路，并给出相应的声光报警信号。来 （2）全工况监视功能实现。附加电阻R3经断路器常开辅助触点接入合闸回路； 附加电阻R5经断路器常闭辅助触点接入跳闸回路。电阻R3、R5为断路器线圈 的完整性监视提供电流通路，此电阻的选择要不影响线圈的正确动作和热稳定性 为前提。电阻R3、R5支路的断路器辅助触点引入是为了实现对断路器辅助触点 进行监视。在跳、合闸瞬间由动作电流来判别回路的完整性；跳、合闸后由R3、 R5支路流过的监视电流来判别回路的完整性；跳、合闸过程中有常开、常闭两 触点瞬时都未接触现象，可引入断路器状态信息或者用软件判别来防止误报。4结论对于时有发生的高压断路器跳合闸线圈烧毁现象，很有必要采取适当的措施，对 高压断路器跳、合闸线圈回路的电流进行监视，以实现必要时对线圈的保护。 对大容量发电机组和220kV及以上电压等级的断路器，应该装设跳闸回路完整 性监视装置，以防止断路器合到故障上因跳闸回路断线出现断路器拒动现象。拒 动会扩大故障，甚至造成系统瓦解，后果严重。与跳闸回路完整性相比，虽然合 闸回路完整性破坏时所造成的危害要小一些，但它妨碍了供电可靠性的提高。代 价不大时仍然应该予以监视。以提高供电可靠性和真正实现断路器二次回路的全 工况监视。由于二次回路完整性监视和跳合闸回路电流监视具有共性，该方案将二者结合起 来一并监视，这样既可以提高监视的可靠性，又可以降低成本。本方案不仅实现 了高压断路器二次回路的全工况监测，也从根本上解决了由于种种原因导致的跳 合闸线圈烧毁问题。具有一定的推广价值和现实意义。开关柜是一种电设备，外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各 分路按其需要设置。如仪表，自控，电动机磁力开关，各种 交流接触器等， 有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设 有为保主要设备的低周减载.高压开关柜的“五防”1、高压开关柜内的真空断 路器小车在试验位置合闸后，小车断路器无 法进入工作位 置。（防止带负荷合闸）2、高压开关柜内的接地刀在合位时，小车断路器无法进 合闸。（防止 带接地线合闸）3、高压开关柜内的真空断 路器在合闸工作时，盘柜后 门用接地刀上的 机械与柜门闭锁。（防止误入带电间隔）.4、高压开关柜内的真空断路器在工作时合闸，合接地刀无法投入。（防 止带电挂接地线）5、高压开关柜内的真空断路器在工作合闸运行时，无法退出小车断路 器的工作位置。（防止带负荷拉刀闸）开关柜常见分类：1、低压抽出式开关柜2、交流低压配电柜3、金属铠装移开式开关柜4、低压固定分隔式开关柜5、高压电容器柜6、高压开关柜开关柜送电操作程序送电操作:先装好后封板，再关好前下门操作接地开关主轴并且使之分闸用转运车（平台车）将于车（处于分闸状态）推入柜内（试验位置）把二次插头插到静插座上（试验位置指示器亮）（关好前中门）用手柄将手车从试验位置（分闸状态）推入到工作位置（工作位置指示器亮，试验位置指示器灭）合闸断路器手车停电（检修）操作:将断路器手车分闸用手柄将手车从工作位置（分闸状态）退出到试验位置（工作位置指示器灭，试验位置指示器亮）打开前中门把二次插头拔出静插座（试验位置指示器灭）用转运车将于车（处于分闸状态）退出柜外操作接地开关主轴并且使之合闸打开后封板和前下门注意:下避雷器手车和中（下）PT手车可以在母线运行时直接拉出柜 夕卜.合闸故障可分为电气故障和机械故障。合闸方式有手动和电动两种。手动不 能合闸一般是机械故障。手动可以合闸，电动不能合闸是电气故障。1、保护动作:在前面已经分析过保护动作使开关跳闸。开关送电前线路有故障保 护回路使防跳继电器作用。合闸后开关立即跳闸。即使转换开关还在合闸位置， 开关也不会再次合闸连续跳跃。2、防护故障:现在高压柜内都设置了五防功能，要求开关不在运行位置或试验 位置不能合闸。也就是位置开关不闭合，电动不能合闸。这种故障在合闸过程中 经常遇到。此时运行位置灯或试验位置灯不亮。将开关手车稍微移动使限位开关 闭合即可送电。如果限位开关偏移距离太大，应当进行调整。在JYN型高压柜 中位置开关不能向外移时可以加装一个V型片，保证限位开关可靠闭合。3、电气连锁故障:高压系统中为了系统的可靠运行设置一些电气连锁。例如在两 路电源进线的单母线分段系统中，要求两路进线柜和母联柜这三台开关只能合两 台。如果三台都闭合将会有反送电的危险。并且短路参数变化，并列运行短路电 流增大。连锁电路的形式如图四所示。进线柜连锁电路串连母联柜的常闭接点， 要求母联柜分闸状态进线柜可以合闸。母联柜的连锁电路是分别用两路进线柜的 一个常开和一个常闭串连后再并连。这样就可以保证母联柜在两路进线柜有一个 合闸另一个分闸时方可送电。在高压柜不能电动合闸时，首先应当考虑是否有电 气连锁，不能盲目地用于动合闸。电气连锁故障一般都是操作不当，不能满足合 闸要求。例如合母联虽然进线柜是一分一合，但是分闸柜内手车被拉出，插头没 有插上。如果连锁电路发生故障，可以用万用表检查故障部位。利用红、绿灯判断辅助开关故障简单方便，但是不太可靠。可以用万用表检查确 定。检修辅助开关的方法是调整固定法兰的角度，调整辅助开关连杆的长度等。4、控制回路开路故障:在控制回路中控制开关损坏、线路断线等都使合闸线圈 不能得电。这时候合闸线圈没有动作的声音。测量线圈两端没有电压。检查方法 是用万用表检查开路点。5、合闸线圈故障:合闸线圈烧毁是短路故障。这时候有异味、冒烟、保险熔短等 现象发生。合闸线圈设计为短时工作制，通电时间不能太长。合闸失败后应当及 时