宋振輝，馬叢淦，王 釗

(國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京 100032)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)代化電力系統(tǒng)不斷向超(特)高壓、遠(yuǎn)距離和大容量方向發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜。近年來(lái)，世界范圍內(nèi)大停電事故頻繁發(fā)生。通過對(duì)事故進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難性連鎖故障與繼電保護(hù)隱性故障導(dǎo)致的不正確動(dòng)作有著密切關(guān)系。繼電保護(hù)硬件缺陷是導(dǎo)致隱性故障發(fā)生、推動(dòng)連鎖故障發(fā)展的重要原因之一。保護(hù)裝置和斷路器之間的直流操作回路雖是斷路器重要的控制、監(jiān)視和保護(hù)回路，但它并不像微機(jī)保護(hù)那樣具備自檢功能，使得由直流操作回路缺陷引起的保護(hù)不正確動(dòng)作占有相當(dāng)高的比例。因而，對(duì)繼電保護(hù)直流操作回路進(jìn)行有效的在線監(jiān)視與故障預(yù)警，是預(yù)防隱性故障發(fā)生、減少保護(hù)不正確動(dòng)作的重要手段。

目前，繼電保護(hù)直流操作回路不具備在線自檢、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和信息遠(yuǎn)傳等功能，也不具備觸點(diǎn)接觸不良時(shí)的預(yù)警功能和故障情況下的保護(hù)功能。常規(guī)的紅綠燈回路直接監(jiān)視或位置繼電器常閉觸點(diǎn)串接信號(hào)回路間接監(jiān)視的方法，在斷路器合閘后無(wú)法監(jiān)視合閘回路，跳閘后無(wú)法監(jiān)視跳閘回路，即兩種方法均不是全工況監(jiān)視。另外，當(dāng)斷路器拒動(dòng)或斷路器輔助觸點(diǎn)分接不良時(shí)，跳/合閘線圈或繼電器等元件會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間流過動(dòng)作電流而燒毀，操作回路缺少相應(yīng)預(yù)警和保護(hù)措施，直到回路元件燒毀后才能感知回路斷線情況。因此，對(duì)于直接動(dòng)作于跳閘或合閘命令的直流操作回路，還沒有有效的手段能夠直接檢測(cè)其工作狀態(tài)和動(dòng)作情況。文獻(xiàn)[1]通過在線監(jiān)測(cè)跳/合閘回路流過的電流來(lái)識(shí)別直流操作回路存在的接觸不良、回路斷線問題，同時(shí)利用時(shí)間繼電器來(lái)在線監(jiān)視跳/合閘回路的工作狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)跳/合閘回路元件的保護(hù)，但提出的附加支路并未考慮實(shí)際走線情況。文獻(xiàn)[2]對(duì)現(xiàn)有跳/合閘回路進(jìn)行改進(jìn)，并給出了系統(tǒng)中元件的選型與參數(shù)整定依據(jù)，但所提方法僅靠霍爾電流傳感器的測(cè)試數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)跳/合閘回路的全工況監(jiān)視，易受傳感器測(cè)量精度影響，且無(wú)法直觀給出監(jiān)視結(jié)果。

下面在分析現(xiàn)有直流操作回路監(jiān)視方法缺陷的基礎(chǔ)上，搭建繼電保護(hù)直流操作回路模型，為直流操作回路全工況在線監(jiān)視方法的驗(yàn)證奠定基礎(chǔ)；研究直流操作回路全工況在線監(jiān)視和預(yù)警方法。

1 直流操作回路工作原理分析及建模

現(xiàn)有繼電保護(hù)直流操作回路中合閘回路接線如圖1 所示。當(dāng)斷路器處于跳位狀態(tài)時(shí)，其常閉觸點(diǎn)QF1 閉合，此時(shí)跳位繼電器TWJ、常閉觸點(diǎn)QF1、合閘線圈HQ 構(gòu)成閉合回路，利用跳位繼電器TWJ 的輔助觸點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)斷路器跳閘狀態(tài)判斷，同時(shí)能夠判斷與跳位繼電器TWJ 串聯(lián)的電纜、斷路器常閉觸點(diǎn)QF1 和合閘線圈HQ 等合閘回路部分元件是否完好。

圖1 現(xiàn)有繼電保護(hù)直流操作回路中合閘回路接線及原理

現(xiàn)有繼電保護(hù)直流操作回路中跳閘回路接線如圖2 所示。當(dāng)斷路器處于合位狀態(tài)時(shí)，其常開觸點(diǎn)QF2 閉合，此時(shí)合位繼電器HWJ、常開觸點(diǎn)QF2、跳閘線圈TQ 構(gòu)成閉合回路，利用合位繼電器HWJ的輔助觸點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)斷路器合閘狀態(tài)判斷，同時(shí)能夠判斷與合位繼電器HWJ 串聯(lián)的電纜、斷路器常開觸點(diǎn)QF2 和跳閘線圈TQ 等跳閘回路部分元件是否完好。

圖2 現(xiàn)有繼電保護(hù)直流操作回路中跳閘回路接線及原理

為避免斷弧能力較差的自動(dòng)與手動(dòng)跳/合閘常開接點(diǎn)ZTJ，STJ 和ZHJ，SHJ 提前返回，斷開較大的跳/合閘回路動(dòng)作電流導(dǎo)致拉弧燒毀，并保證正常跳/合閘命令時(shí)斷路器可靠動(dòng)作，跳/合閘回路需串聯(lián)自保持繼電器TBJ，HBJ，其能保證斷路器跳/合閘操作完成后由斷弧能力較強(qiáng)的斷路器輔助接點(diǎn)QF2 和QF1 斷開回路。分析圖1和圖2 可知，TBJ，HBJ 也是造成斷路器輔助接點(diǎn)QF2，QF1 拒動(dòng)時(shí)跳/合閘回路元件燒毀的重要原因。由于跳/合閘回路元件是按照短時(shí)通電設(shè)計(jì)的，一旦QF2，QF1 拒動(dòng)，在TBJ，HBJ 的自保持作用下回路將長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通，回路線圈和繼電器等元件會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間流過動(dòng)作電流而燒毀。圖1 和圖2 中跳/合閘位置繼電器HWJ，TWJ 所在監(jiān)視支路，只有在跳/合閘元件燒毀斷線后才能給出回路斷線信號(hào)，無(wú)法起到保護(hù)回路的作用。

因此，可以總結(jié)得到現(xiàn)有繼電保護(hù)直流操作回路存在如下缺陷。

(1) 現(xiàn)有直流操作回路僅能實(shí)現(xiàn)在斷路器跳閘后監(jiān)視合閘回路和合閘后監(jiān)視跳閘回路的功能，進(jìn)而達(dá)到連續(xù)監(jiān)視直流操作電源的目的，但并不能滿足全工況連續(xù)監(jiān)視跳/合閘回路的要求。

(2) 如果斷路器輔助觸點(diǎn)QF1 或QF2 拒動(dòng)，在自保持繼電器TBJ 和HBJ 的自保持作用下，直流操作回路將長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通，回路中的跳閘或合閘線圈、自保持繼電器等元件可能因長(zhǎng)時(shí)間流過動(dòng)作電流而燒毀。

在對(duì)繼電保護(hù)直流操作回路進(jìn)行建模時(shí)，直流母線電壓Un設(shè)定為220 V，可以用+KM 端接220 V 直流電源、-KM 端接地進(jìn)行模擬。另外，為了保證跳/合閘線圈TQ 和HQ 的長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性，操作箱中HWJ 和TWJ 均為高內(nèi)阻繼電器，其內(nèi)阻取為5 kΩ。跳/合閘線圈TQ 和HQ 電阻一般很小，粗略估計(jì)取為100 Ω。自保持繼電器TBJ，HBJ 則均為低內(nèi)阻繼電器，其內(nèi)阻取為1 Ω。

2 直流操作回路全工況在線監(jiān)視及故障預(yù)警方法

2.1 直流操作回路改進(jìn)方法及動(dòng)作行為分析

2．1．1 直流操作回路合閘回路改進(jìn)方法

首先，對(duì)于現(xiàn)有的跳位繼電器TWJ 所在支路進(jìn)行改進(jìn)，即在跳位繼電器TWJ 所在支路串聯(lián)跳位自保持繼電器TBJ 常開觸點(diǎn)，同時(shí)在該支路兩端并聯(lián)一條由合閘后合位繼電器HHWJ 和合位自保持繼電器HBJ 常開觸點(diǎn)以及電阻Rh串聯(lián)組成的支路。為實(shí)現(xiàn)合閘后合位繼電器HHWJ 的自保持，在合位自保持繼電器HBJ 常開觸點(diǎn)兩端并聯(lián)連接繼電器HHWJ 的常開觸點(diǎn)。

其次，對(duì)合位自保持繼電器HBJ 所在支路進(jìn)行改進(jìn)，即在合位自保持繼電器HBJ 兩端并聯(lián)合位時(shí)間繼電器HTJ，并與合位時(shí)間繼電器HTJ 的延時(shí)斷開輔助觸點(diǎn)串聯(lián)。

最后，在機(jī)構(gòu)箱中對(duì)斷路器常閉輔助觸點(diǎn)QF1進(jìn)行改進(jìn)，即改為常開輔助觸點(diǎn)QF2 和斷路器常閉輔助觸點(diǎn)QF1 并聯(lián)，以使得斷路器在跳位和合位情況下機(jī)構(gòu)箱內(nèi)電路均處于通路，為全工況監(jiān)視提供基礎(chǔ)連通條件。經(jīng)上述改進(jìn)后的直流操作回路合閘回路如圖3 所示。

圖3 合閘回路改進(jìn)接線方案1

需要說明的是，為防止斷路器在跳位和合位狀態(tài)切換時(shí)合閘線圈始終保持通電狀態(tài)，在斷路器機(jī)構(gòu)箱生產(chǎn)工藝中，需滿足常閉輔助觸點(diǎn)QF1 斷開速度大于常開觸點(diǎn)QF2 閉合速度，從而使得繼電器HBJ 和HTJ 返回，避免將時(shí)間繼電器HTJ 燒毀。

對(duì)于現(xiàn)有斷路器機(jī)構(gòu)箱，則可采用圖4 所示合閘回路改進(jìn)接線方案。與圖3 所示方案相比，該方案對(duì)斷路器不同輔助觸點(diǎn)的動(dòng)作速度大小沒有要求，但需額外增加一段操作箱和機(jī)構(gòu)箱的連接電纜。

圖4 合閘回路改進(jìn)接線方案2

2．1．2 直流操作回路跳閘回路改進(jìn)方法

首先，對(duì)于現(xiàn)有的合位繼電器HWJ 所在支路進(jìn)行改進(jìn)，即在合位繼電器HWJ 所在支路串聯(lián)合位自保持繼電器HBJ 常開觸點(diǎn)，同時(shí)在該支路兩端并聯(lián)一條由跳閘后跳位繼電器TTWJ 和跳位自保持繼電器TBJ 常開觸點(diǎn)以及電阻Rt串聯(lián)組成的支路。為實(shí)現(xiàn)跳閘后跳位繼電器TTWJ 的自保持，在跳位自保持繼電器TBJ 常開觸點(diǎn)兩端并聯(lián)連接繼電器TTWJ 的常開觸點(diǎn)。

其次，對(duì)跳位自保持繼電器TBJ 所在支路進(jìn)行改進(jìn)，即在跳位自保持繼電器TBJ 兩端并聯(lián)跳位時(shí)間繼電器TTJ，并與跳位時(shí)間繼電器TTJ 的延時(shí)斷開輔助觸點(diǎn)串聯(lián)。

最后，在機(jī)構(gòu)箱中對(duì)斷路器常開輔助觸點(diǎn)QF3進(jìn)行改進(jìn)，即改為常閉輔助觸點(diǎn)QF4 和斷路器常開輔助觸點(diǎn)QF3 并聯(lián)。

經(jīng)上述改進(jìn)后的直流操作回路跳閘回路如圖5所示。

與圖3 所示合閘回路改進(jìn)方案要求類似，在圖5 所示方案中，為防止斷路器在跳位和合位狀態(tài)切換時(shí)跳閘線圈始終保持通電狀態(tài)，在斷路器機(jī)構(gòu)箱生產(chǎn)工藝中，需滿足常開輔助觸點(diǎn)QF3 斷開速度大于常閉觸點(diǎn)QF4 閉合速度，從而使得繼電器TBJ 和TTJ 返回，避免將時(shí)間繼電器TTJ 燒毀。

圖5 跳閘回路改進(jìn)接線方案1

對(duì)于現(xiàn)有斷路器機(jī)構(gòu)箱，則可采用圖6 所示跳閘回路改進(jìn)接線方案。與圖5 所示方案相比，該方案對(duì)斷路器不同輔助觸點(diǎn)的動(dòng)作速度大小沒有要求，但需額外增加一段操作箱和機(jī)構(gòu)箱的連接電纜。

圖6 跳閘回路改進(jìn)接線方案2

2．1．3 改進(jìn)后的直流操作回路動(dòng)作行為分析

當(dāng)斷路器接受跳閘指令而處于跳閘狀態(tài)時(shí)，斷路器常閉觸點(diǎn)QF1 和QF4 閉合，跳位自保持繼電器TBJ 常開觸點(diǎn)閉合。正常情況下，直流母線±KM 經(jīng)跳位繼電器TWJ、跳位自保持繼電器TBJ 常開觸點(diǎn)(已閉合)、電纜、斷路器常閉觸點(diǎn)QF1 和合閘線圈HQ 構(gòu)成閉合回路并導(dǎo)通。若電纜破損斷開、斷路器常閉觸點(diǎn)QF1 拒動(dòng)、合閘線圈HQ 毀壞等任何一種或幾種情況發(fā)生，則跳位繼電器TWJ 無(wú)法動(dòng)作，表明合閘回路存在斷開故障。另外，在跳閘回路中，正常情況下，直流母線±KM 經(jīng)跳閘后跳位繼電器TTWJ、跳位自保持繼電器TBJ 常開觸點(diǎn)(已閉合)、串聯(lián)電阻Rt、電纜、斷路器常閉觸點(diǎn)QF4 和跳閘線圈TQ 構(gòu)成閉合回路并導(dǎo)通。同樣的，若電纜破損斷開、斷路器常閉觸點(diǎn)QF4 拒動(dòng)、跳閘線圈TQ 毀壞等任何一種情況發(fā)生，則跳閘后跳位繼電器TTWJ無(wú)法動(dòng)作，表明跳閘回路存在斷開故障。

因此，根據(jù)改進(jìn)后的直流操作回路設(shè)計(jì)方案，斷路器跳閘后合閘回路和跳閘回路的運(yùn)行狀態(tài)均得到有效監(jiān)視。

當(dāng)斷路器接受合閘指令而處于合閘狀態(tài)時(shí)，斷路器常開觸點(diǎn)QF2 和QF3 閉合，合位自保持繼電器HBJ 常開觸點(diǎn)閉合，正常情況下，直流母線±KM 經(jīng)合位繼電器HWJ、合位自保持繼電器HBJ 常開觸點(diǎn)(已閉合)、電纜、斷路器常開觸點(diǎn)QF3 和跳閘線圈TQ 構(gòu)成閉合回路并導(dǎo)通(見圖3，4)。若電纜破損斷開、斷路器常開觸點(diǎn)QF3 拒動(dòng)、跳閘線圈TQ 毀壞等任何一種或幾種情況發(fā)生，則合位繼電器HWJ 無(wú)法動(dòng)作，表明跳閘回路存在斷開故障。另外，在合閘回路中，正常情況下，直流母線±KM 經(jīng)合閘后合位繼電器HHWJ、合位自保持繼電器HBJ 常開觸點(diǎn)(已閉合)、串聯(lián)電阻Rh、電纜、斷路器常開觸點(diǎn)QF2 和合閘線圈HQ構(gòu)成閉合回路并導(dǎo)通(見圖5，6)。同樣，若電纜破損斷開、斷路器常開觸點(diǎn)QF2 拒動(dòng)、合閘線圈HQ 毀壞等任何一種或幾種情況發(fā)生，則合閘后合位繼電器HHWJ 無(wú)法動(dòng)作，表明合閘回路存在斷開故障。因此，通過改進(jìn)，斷路器合閘后合閘回路和跳閘回路的運(yùn)行狀態(tài)均得到有效監(jiān)視。

綜上，改進(jìn)后的方案能夠?qū)崿F(xiàn)直流操作回路的全工況運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視。

在斷路器接受跳閘指令后，直流母線±KM經(jīng)跳位自保持繼電器TBJ 或跳位時(shí)間繼電器TTJ、跳位時(shí)間繼電器延時(shí)斷開觸點(diǎn)、電纜、斷路器常開觸點(diǎn)QF3(已閉合)和跳閘線圈TQ 構(gòu)成閉合回路并導(dǎo)通，跳位時(shí)間繼電器TTJ 得電后開始計(jì)時(shí)。若斷路器常開觸點(diǎn)QF3 拒動(dòng)，則經(jīng)過整定時(shí)間后，由跳位時(shí)間繼電器TTJ 延時(shí)斷開輔助觸點(diǎn)切斷跳閘回路并發(fā)出告警信號(hào)(見圖5，6)。同理，在斷路器接受合閘指令后，直流母線±KM 經(jīng)合位自保持繼電器HBJ 或合位時(shí)間繼電器HTJ、合位時(shí)間繼電器延時(shí)斷開觸點(diǎn)、電纜、斷路器常閉觸點(diǎn)QF1 和合閘線圈HQ 構(gòu)成閉合回路并導(dǎo)通，合位時(shí)間繼電器HTJ 得電后開始計(jì)時(shí)。若斷路器常閉觸點(diǎn)QF1 拒動(dòng)，則經(jīng)過整定時(shí)間后，由合位時(shí)間繼電器HTJ 延時(shí)斷開輔助觸點(diǎn)切斷合閘回路并發(fā)出告警信號(hào)。

因此，改進(jìn)方案能夠避免回路元件長(zhǎng)時(shí)間流過動(dòng)作電流而燒毀，使得直流操作回路具備故障預(yù)警和保護(hù)功能。

2.2 相關(guān)參數(shù)的整定方法及元件選型

在前述改進(jìn)方法中，為了區(qū)分合閘后和跳閘后的合閘回路狀態(tài)監(jiān)視以及合閘后和跳閘后的跳閘回路狀態(tài)監(jiān)視，需要對(duì)相應(yīng)的繼電器設(shè)置不同的啟動(dòng)電流。

對(duì)于實(shí)現(xiàn)跳閘后合閘回路和合閘后跳閘回路狀態(tài)監(jiān)視的合位繼電器HWJ、跳位繼電器TWJ，其分別與斷路器輔助觸點(diǎn)QF1 和QF3 所在支路相連，回路中并未串接有電阻Rh和Rt，流過這兩個(gè)繼電器的電流為動(dòng)作電流，記為Ia。因此這兩個(gè)繼電器的啟動(dòng)電流分別設(shè)置為合閘回路和跳閘回路動(dòng)作電流Ia的k(0＜k＜1)倍。對(duì)于實(shí)現(xiàn)合閘后合閘回路和跳閘后跳閘回路狀態(tài)監(jiān)視的合位繼電器HHWJ、跳位繼電器TTWJ，其分別與斷路器輔助觸點(diǎn)QF2和QF4 所在支路相連，回路中串接有電阻Rh和Rt。與前述兩個(gè)繼電器相比，流過這兩個(gè)繼電器的電流值較小，將該電流記為監(jiān)視電流Im。因此這兩個(gè)繼電器的啟動(dòng)電流分別設(shè)置為合閘回路和跳閘回路監(jiān)視電流Im的k(0＜k＜1)倍。為了使得繼電器能夠長(zhǎng)時(shí)間流過監(jiān)視電流同時(shí)明顯區(qū)分監(jiān)視電流和動(dòng)作電流，因此將回路中串接的電阻Rh和Rt的阻值設(shè)為1 kΩ。

另外，與原有直流操作回路相比，改進(jìn)后的直流操作回路還增加了時(shí)間繼電器。時(shí)間繼電器的選擇要考慮繼電器的觸點(diǎn)容量和整定時(shí)間。普通時(shí)間繼電器觸點(diǎn)不能可靠切斷跳/合閘回路動(dòng)作電流，因而可選擇帶中間繼電器的時(shí)間繼電器，其觸點(diǎn)容量大，能可靠切斷跳/合閘回路動(dòng)作電流。

在時(shí)間繼電器整定時(shí)間方面，按照斷路器的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行確定。實(shí)際高壓斷路器跳/合閘動(dòng)作時(shí)間包括斷路器固有跳/合閘時(shí)間與輔助觸點(diǎn)電弧燃燒時(shí)間，一般不超過0．2 s，同時(shí)，斷路器跳/合閘線圈及繼電器元件能承受動(dòng)作電流時(shí)間不超過2 s。為保證斷路器完成跳閘或合閘操作后再切斷動(dòng)作電流，時(shí)間繼電器整定時(shí)間應(yīng)略大于斷路器固有的跳閘或合閘時(shí)間與輔助接點(diǎn)電弧燃燒時(shí)間之和，留有一定裕度，可將時(shí)間繼電器的斷開延時(shí)設(shè)置為400 ～600 ms。

3 仿真驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

按照第1 節(jié)中建模參數(shù)，在PSCAD 軟件中搭建原有繼電保護(hù)直流操作回路見圖7，繼電器觸點(diǎn)和斷路器觸點(diǎn)的開關(guān)控制由仿真軟件中的時(shí)序元件和開關(guān)元件配合實(shí)現(xiàn)。

圖7 原有繼電保護(hù)直流操作回路仿真模型

用Un表示直流操作回路額定電壓，Rc表示合閘線圈HQ 和跳閘線圈TQ 電阻(取為100 Ω)，Rw表示跳閘位置繼電器TWJ 和合閘位置繼電器HWJ 的內(nèi)阻(取為5 kΩ)，Rb表示合位自保持繼電器HBJ 和跳位自保持繼電器TBJ 的內(nèi)阻(取為1 Ω)，忽略電纜線阻，則跳/合位監(jiān)視電流Im和跳/合位動(dòng)作電流Ia分別為：

3.2 原有跳/合閘回路電流仿真

根據(jù)1．1 中對(duì)原有繼電保護(hù)直流操作回路動(dòng)作特性的分析以及相關(guān)繼電器參數(shù)的設(shè)計(jì)，當(dāng)斷路器由跳位變?yōu)楹衔缓陀珊衔蛔優(yōu)樘粫r(shí)，原有繼電保護(hù)直流操作回路跳/合閘回路電流變化示意如圖8所示。

結(jié)合所建模型，對(duì)原有繼電保護(hù)直流操作回路進(jìn)行跳合閘仿真，得出跳/合閘回路電流波形與圖8 所示電流變化示意圖吻合。其中，跳/合閘回路的跳位監(jiān)視電流Im為43．14 mA，跳/合閘回路的動(dòng)作電流Ia為2．18 A，符合實(shí)際直流操作回路電流情況。同時(shí)，由示意圖和波形圖也能看出，斷路器處于跳位時(shí)跳閘回路監(jiān)視電流和合位時(shí)合閘回路監(jiān)視電流均為0 A，無(wú)法實(shí)現(xiàn)直流操作回路的全工況在線監(jiān)視。

圖8 原有繼電保護(hù)直流操作回路電流變化示意

3.3 改進(jìn)后的跳/合閘回路電流仿真模型

當(dāng)處于跳位的斷路器接收到合閘指令卻又拒動(dòng)時(shí)，根據(jù)原有直流操作回路的合閘回路電流波形可知，合閘回路將持續(xù)流過大于2 A 的動(dòng)作電流，合閘線圈以及合閘回路中的繼電器將長(zhǎng)時(shí)間流過動(dòng)作電流而可能燒毀，原有直流操作回路并不具備保護(hù)和故障預(yù)警能力。

按照2．1 和2．2 中提出的繼電保護(hù)直流操作回路改進(jìn)方法和元件參數(shù)整定方法，在PSCAD 仿真軟件中對(duì)原有繼電保護(hù)直流操作回路模型進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的直流操作回路仿真模型見圖9。

3.4 改進(jìn)后回路正常時(shí)跳/合閘回路電流仿真

改進(jìn)后的繼電保護(hù)直流操作回路正常運(yùn)行時(shí)的合閘回路和跳閘回路電流仿真波形與原波形相比，無(wú)論斷路器處于跳閘狀態(tài)還是合閘狀態(tài)，在任何時(shí)刻，直流操作回路中的合閘回路和跳閘回路均有電流流過。其中斷路器處于跳位時(shí)合閘回路和跳閘回路的監(jiān)視電流分別為85．2 mA 和36．8 mA，斷路器處于合位時(shí)合閘回路和跳閘回路的監(jiān)視電流分別為36．8 mA 和85．2 mA，在斷路器合閘過程中合閘回路和跳閘回路電流分別為2．19 A 和61．5 mA，在斷路器跳閘過程中合閘回路和跳閘回路電流分別為61．5 mA 和2．19 A。

圖9 改進(jìn)后的繼電保護(hù)直流操作回路仿真模型

在任何時(shí)刻直流操作回路均有電流流過的原因在于，對(duì)于跳閘后合閘回路、跳閘后跳閘回路、合閘后合閘回路和合閘后跳閘回路這4 種直流操作回路狀態(tài)，均有對(duì)應(yīng)的HWJ，TTWJ，HHWJ 和TWJ 繼電器通電啟動(dòng)，可以利用這4 個(gè)繼電器的輔助觸點(diǎn)和對(duì)應(yīng)指示燈相連，實(shí)現(xiàn)直流操作回路的全工況在線監(jiān)視。另外，若操作回路安裝有霍爾元件，則可根據(jù)霍爾元件的電流值判斷上述4 種狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的直流操作回路運(yùn)行狀態(tài)。

3.5 改進(jìn)回路異常時(shí)跳/合閘回路電流仿真

改進(jìn)后的繼電保護(hù)直流操作回路安裝有時(shí)間繼電器，當(dāng)操作回路長(zhǎng)時(shí)間流過動(dòng)作電流時(shí)，時(shí)間繼電器將動(dòng)作，斷開操作回路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)直流操作回路保護(hù)，并且其輔助觸點(diǎn)可以與指示燈相連，實(shí)現(xiàn)直流操作回路故障預(yù)警。當(dāng)接收到合閘指令并且斷路器輔助觸點(diǎn)拒動(dòng)時(shí)，根據(jù)合閘回路電流仿真波形可知：當(dāng)合閘回路流過動(dòng)作電流400 ms 后，合閘回路電流恢復(fù)到監(jiān)視電流值，能夠?qū)崿F(xiàn)自我保護(hù)和故障預(yù)警功能。

4 結(jié)論

以上所提方案在原有繼電保護(hù)直流操作回路基礎(chǔ)上，添加和原有合位和跳位繼電器相同型號(hào)的繼電器，并充分合理利用繼電器輔助觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)直流操作回路全工況運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視，元件選型簡(jiǎn)單，能夠全工況在線監(jiān)視跳閘或合閘狀態(tài)下跳閘回路和合閘回路是否存在接觸不良、斷線等問題。同時(shí)，利用時(shí)間繼電器監(jiān)視跳閘回路和合閘回路流過動(dòng)作電流的時(shí)間，起到直流操作回路保護(hù)作用，避免回路元件長(zhǎng)時(shí)間流過動(dòng)作電流而燒毀。

上述改進(jìn)能夠有效避免因?yàn)槔^電保護(hù)直流操作回路硬件故障而造成的保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，為消除繼電保護(hù)直流操作回路這一監(jiān)視盲區(qū)、實(shí)現(xiàn)該回路的自我保護(hù)及故障預(yù)警提供了有益思路，保證了電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

此外，直流操作回路中的跳/合閘線圈電流蘊(yùn)含著大量斷路器機(jī)械狀態(tài)信息，基于監(jiān)測(cè)跳/合閘線圈回路電流的霍爾傳感器的電流信息，能夠進(jìn)一步識(shí)別斷路器操作機(jī)構(gòu)和二次回路多種故障類型，實(shí)現(xiàn)斷路器運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；結(jié)合斷路器自身的機(jī)械震動(dòng)、行程曲線、溫度等非電量信息，最終能夠更加準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)斷路器隱性故障和狀態(tài)評(píng)估等。因此，如果將本研究?jī)?nèi)容結(jié)合霍爾傳感器，可進(jìn)一步充分挖掘和利用直流操作回路電流信息，為操作回路和斷路器運(yùn)行狀態(tài)的智能評(píng)估奠定基礎(chǔ)。