歐陽帆，劉海峰，趙永生，荀吉輝(湖南省電力公司科學研究院，湖南長沙 410007)

長沙110 kV曾家沖智能變電站是國網(wǎng)公司建設堅強智能電網(wǎng)第1批智能變電站新建試點項目之一，該站在站內結構設計等方面做了大量創(chuàng)新應用，取得了很好的效果。該站已于2011年12月25日順利投運。在為期2個多月的現(xiàn)場調試中，調試人員發(fā)現(xiàn)并解決了多項重要問題，其中包括就地智能終端合閘出口回路與GIS斷路器操作機構防跳回路之間的電路匹配問題。

本文從調試階段發(fā)生的1例斷路器防跳回路閉鎖合閘線圈故障著手，通過回路分析和現(xiàn)場實測，查出問題原因并現(xiàn)場驗證，提出了解決方法和觀點。

1 智能變電站系統(tǒng)概況

曾家沖變電站自動化系統(tǒng)基于IEC61850標準，采用“三層設備一層網(wǎng)絡”二次網(wǎng)絡結構。SMV，GOOSE，MMS，IEEE1588報文共網(wǎng)傳輸?shù)摹八木W(wǎng)合一”通信模式，按照IEC61850通信規(guī)范進行系統(tǒng)建模及信息傳輸，實現(xiàn)了網(wǎng)絡采樣及網(wǎng)絡跳閘。

110 kV高壓設備為戶內GIS設備，采用“一次設備+智能組件”的方式，實現(xiàn)一次設備智能化。GIS開關生產(chǎn)廠家為西安西電，開關操作回路引入就地外設的智能組件柜;智能組件柜的智能組件生產(chǎn)廠家為思源弘瑞，將合并單元和智能終端功能集成為1個裝置的2個模塊，實現(xiàn)采集控制一體化。智能組件柜與本間隔斷路器操作機構同柜安裝。

過程層設備與間隔層裝置之間的所有直流量開關輸入信號 (斷路器、刀閘、地刀位置及其他信號)通過置于GIS室各間隔的智能組件柜就地完成采集，轉換為數(shù)字量后通過GOOSE報文從網(wǎng)絡傳輸;所有直流量開關輸出控制也由網(wǎng)絡通信GOOSE報文完成，在智能終端轉換為硬接點輸出，最后通過二次電纜連接開關、刀閘或地刀等實現(xiàn)分合控制。

2 調試故障現(xiàn)象與分析

2.1 故障現(xiàn)象

在對1號間隔斷路器進行整組調試時，首先通過后臺操作斷路器合、跳開1次，動作正確;當再試圖操控斷路器合閘時，此時斷路器合不上;將智能組件停電后重新上電，再發(fā)合令，又可以正確動作了。并且發(fā)現(xiàn)，其他幾個間隔斷路器都存在同樣的問題。

通過現(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn)，當?shù)?次合、跳閘后再合閘，智能終端的合閘出口處電壓沒有發(fā)生明顯變化，因此可將故障范圍認定在分合閘出口回路上。

2.2 回路原理分析

調試人員分別調取了斷路器操作機構和智能組件設計圖紙，對有關回路進行檢查。與該故障相關的回路主要有3部分:斷路器操作機構分合閘回路，智能終端分合閘出口回路，智能防跳邏輯判別回路。

(1)斷路器操作機構分合閘回路

西電斷路器操作機構的分合閘回路原理圖見圖1，其中虛線部分是思源弘瑞智能終端裝置的回路，52a與52b均為斷路器位置輔助接點，圖中對應于斷路器斷開位置。斷路器防跳功能由斷路器操作機構防跳回路實現(xiàn)。

西電斷路器通過驅動本體操作機構實現(xiàn)斷路器分、合閘控制，防跳回路作為其一部分，采用并聯(lián)防跳方式〔1-2〕。這種防跳方式原理是靠1個與斷路器合閘線圈52C并聯(lián)的接觸器52Y實現(xiàn)的。

圖1 斷路器操作機構分合閘回路原理圖

該回路動作順序如下:合閘指令發(fā)出后，HJ閉合，接通52C合閘回路，斷路器合閘;位置接點52a－1、52a－2 閉合，52b－1 斷開;52a－2 為先合接點，先于52b－1動作，在合閘回路斷開前接通52a－2—52Y－3—52Y，使防跳回路可靠接通;52Y動作斷開52Y－1和52Y－3、閉合52Y－2后，改由52Y—R1—52Y－2構成小電流自保持回路，保持52Y動作狀態(tài)，并使52a－2旁路。此時由于52Y－1和52b－1斷開，合閘回路斷開。如果合閘指令因故粘連，即HJ始終接通，則52Y不會返回，合閘回路就不會貫通，若此時保護動作跳閘也不會再次合閘，從而達到防跳目的。只有HJ部分跳開，使52Y返回，合閘回路才可恢復以再次合閘。

(2)智能終端分合閘出口回路

智能終端的分合閘出口回路原理見圖2，其中虛線部分是西電斷路器操作機構的回路。終端接收保護測控裝置通過GOOSE報文送來的跳閘信號，并驅動板內合位繼電器HJ閉合，接通合閘出口。合位保持繼電器HBJ動作，與HBJ接點構成自保持電路，在HJ斷開后承擔續(xù)流功能，確保合閘回路即使在HJ跳開后也能繼續(xù)完成合閘操作。

圖2 智能終端出口回路原理圖

(3)智能防跳邏輯判別回路

智能終端合閘出口回路中的FTJ為防跳繼電器接點，采用軟件邏輯判別實現(xiàn)防跳功能，其邏輯判別實現(xiàn)圖見圖3。當防跳回路功能投入，檢查到合閘回路異常，如HBJ接點粘連、合閘出口異常等情況時，防跳繼電器經(jīng)延時動作，跳開FTJ觸點并發(fā)報文，合閘回路不能啟動〔3〕。

圖3 軟件防跳功能邏輯實現(xiàn)圖

經(jīng)檢查，為避免與斷路器操作機構防跳回路沖突，智能終端退出了軟件防跳功能，該觸點一直閉合，可以排除該部分故障可能性。

2.3 故障分析

查閱相關文獻得知〔4-6〕:近年來，國外及國內引進技術生產(chǎn)的斷路器均自帶并聯(lián)方式的防跳回路。并聯(lián)防跳回路的特點是回路比較簡單，只與合閘回路有關，對跳閘回路沒有影響;但需與斷路器操作箱配合共同構成完整操作回路。如果兩者配合不好，就會產(chǎn)生沖突，甚至不能完成基本的跳、合閘操作:最常見的現(xiàn)象就是斷路器合、分操作一次后不能繼續(xù)合閘操作，與本文前面提到的現(xiàn)象一樣。

通過回路分析并結合文獻信息可以確定:防跳回路閉鎖合閘回路是導致此次合閘拒動故障的原因，且問題應出在智能終端和斷路器操作機構2個自保持電路之間的電氣配合上。圖4給出了合閘回路跳開后的整體電路示意圖。

圖4 合閘回路跳開后的電路示意圖

進一步檢查智能終端插板，查明出口模塊中HBJ，TBJ均是日本松下生產(chǎn)的直流繼電器，型號為NAISST2－DC1.5V－F，額定工作電壓1.5 V，線圈標準阻值9.3 Ω，其釋放電壓為10%額定工作電壓，可算得保持電流約為16 mA;并聯(lián)電阻R為10 Ω/5 W。并查得斷路器操作回路中52Y接觸器的型號為JZC3－22dZ，電感線圈，其額定工作電壓110 V，釋放電壓 (0.1～0.7)Un，保持電流約在100～150 mA;R1型號為RX20－30，阻值1 200 Ω，對52Y起分壓和限流作用。計算52Y上即整條電路上的保持電流Ist取值范圍為:

可見回路上的電流滿足52Y的保持電流要求，而HBJ線圈上并聯(lián)的電阻因配比選擇不當，導致流過HBJ線圈的電流超過了其保持電流上限，防跳回路不能自行切斷。

2.4 解決與驗證

由于HBJ線圈保持電流比52Y接觸器線圈保持電流低1個數(shù)量級，要使HBJ自保持回路先于防跳自保持回路分斷，必須更換HBJ上并聯(lián)的分流電阻，令合閘后通過HBJ線圈的電流小于16 mA。按式 (1)求得的Ist范圍可計算出配合合位保持繼電器9.3 Ω阻抗所需并聯(lián)電阻取值范圍為:

考慮到HBJ線圈吸合需要施加一定量的電流，最終在智能終端HBJ線圈位置更換電阻為1.2 Ω/10 W。

防跳回路的正確性必須通過試驗來檢驗:

(1)先在就地智能組件柜操作面板上將遠方就地手柄打到“就地”位置，扳分合閘手柄至“合閘”位置不松手，斷路器合閘后短接保護跳閘觸點，斷路器分閘，不再合閘。

(2)再將遠方就地手柄打到“遠方”位置，短接斷路器遠方合閘接點不松手，斷路器合閘，再短接保護跳閘觸點，斷路器分閘，不再合閘。

以上分別試驗都正確，才能說明斷路器的防跳功能是正確、可靠的。本例修改以后的回路經(jīng)現(xiàn)場試驗順利通過，證明防跳功能可靠〔7〕。

3 結束語

智能變電站用過程層網(wǎng)絡替代了傳統(tǒng)變電站的二次回路，取消從就地到保護控制室的電纜連接，代以光纖通信，提高了信息承載量。但在一次設備與智能終端柜之間仍依靠電氣二次回路實現(xiàn)操作，電氣模擬知識必不可少。

防跳回路的作用是為防止因控制開關或自動裝置的合閘接點未能及時返回而正好合閘在故障線路和設備上，造成斷路器連續(xù)切合的“跳躍”現(xiàn)象而設定的，目的在于保護斷路器;防跳回路還有另一項重要功能，是防止因跳閘回路的斷路器輔助接點變位過慢造成保護出口接點先行斷弧而燒毀的現(xiàn)象，對于微機保護裝置來說這種情況是禁止發(fā)生的。因此，一次開關和二次設備廠家都會在各自回路中預設防跳回路，在投用時根據(jù)實際情況擇一使用。由于一、二次設備為不同廠家制造，之間的電氣配合需要認真考慮、仔細檢查。

隨著智能變電站技術的進步，勢必促使一次開關設備技術朝著一、二次功能融合的方向發(fā)展，屆時智能組件嵌入一次設備中，光數(shù)字信號直接連入一次設備本體，有可能帶來調試檢查的不便。需要重視前期設計和參與到出廠調試驗收中，在設計聯(lián)席階段對圖紙、技術參數(shù)等認真核查;深度參與出廠調試過程，盡可能采取聯(lián)合調試，改進測試方法，避免此類問題的發(fā)生。

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