高压断路器合闸闭锁自检状态指示仪的研制

阅读提示：本文约 3100 字，建议收藏后阅读！

断路器因故障跳闸后，合闸回路的完整性缺少有效的监测手段，这给自动重合闸功能的可靠性带来挑战，使断路器可能因临时性故障跳闸后无法实现重合。国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司、宿迁供电分公司的王肖、季虎、董德勇、周骁、马泰，在2023年第8期《电气技术》上撰文，以实际案例为切入点，分析造成开关重合闸失败的原因，设计一种带有合闸闭锁自检功能的指示仪。 通过指示面板上的按钮，接通断路器分合闸辅助开关常开触头，进而接通断路器合闸闭锁回路，合闸闭锁电磁铁得电吸合，再通过安装于合闸闭锁电磁铁上的行程触头接通合闸闭锁状态指示灯，从而可在断路器运行的情况下，检测合闸闭锁回路的完好性，为保护装置实现自动重合闸功能提供保障。

对供电系统工作人员而言，熟悉断路器的运行性能，掌握典型断路器的结构和常见故障，对维护检修相关设备十分必要。

高压断路器的控制回路实现断路器的合、分闸操作，对其合、分闸回路进行有效监视是保障断路器实现合、分闸操作的重要手段。在35kV及以下高压断路器操作回路中普遍采用合闸闭锁设计，保障断路器只在试验或工作位置才允许合闸操作，但断路器若长期处于运行状态（手车在工作位置，断路器合闸状态）下，在系统故障跳闸后，合闸闭锁电磁铁能否可靠动作无法知晓，合闸回路的完整性难以保障，这给带有自动重合闸功能的保护装置的动作可靠性带来了挑战，可能造成断路器因临时性故障而无法实现重合。

有文献分析了断路器油压低分合闸闭锁故障原因，但未能提出预防性措施。有文献分别从闭锁回路和电磁铁动特性角度分析合闸闭锁功能故障，但均未从根本上提升断路器的可靠性。

本文以实际案例为切入点，设计一种带有断路器合闸闭锁解锁自检功能的综合状态指示装置，通过按钮短接断路器辅助开关，接通断路器合闸闭锁回路，合闸闭锁电磁铁得电吸合，从而可以在断路器运行情况下，自检合闸闭锁回路的完好性，进而为保护装置实现自动重合闸功能提供支撑。

1 故障案例

2019年1月4日11:15，监控人员发现某110kV变电站某10kV出线故障跳闸，重合不成功，运检人员立即赶往现场检查处理。

1.1 保护装置动作，重合不成功

2019年1月4日11:42，运行人员现场检查装置和后台信号发现，接地变消弧线圈中电阻选线功能正确，该出线故障信号显示在11:09，B、C相先后出现接地故障，导致零序Ⅰ段保护动作，现场重合闸功能启动，断路器重合不成功，同时报控制回路断线，直流系统异常。

1.2 控制回路断线，合闸功能闭锁

2019年1月4日12:14，检修人员现场检查后发现，断路器机构箱内合闸闭锁电磁铁得电但未动作成功，机构箱内残存浓厚的烧焦味，合闸闭锁电磁铁烧损。经测试，合闸闭锁行程开关未导通，开关闭锁合闸操作，致使开关重合失败。

2 故障原因分析

2.1 合闸闭锁电磁铁拒动

根据对该出线断路器故障进行现场勘查，结合以往此类事故经验进行如下分析。

1）闭锁电磁铁机械铁心在长期不动作时，易出现卡涩粘连。在保护装置发出跳闸指令后，断路器拒合，致使重合不成功。

2）断路器在发生B、C相接地故障后，保护装置发出跳闸指令，断路器由合闸变为分闸状态，在装置重合闸指令发出之前，开关闭锁回路接通合闸闭锁电磁铁直至烧损，故而报控制回路断线信号。

3）由于合闸闭锁电磁铁得电后机械拒动，导致导通线圈电流过大而烧坏，引起二次电缆绝缘下降和直流负端接地，故而造成直流系统异常。

4）在断路器运行状态下，无法事前检验合闸回路的完整性。若出现故障分闸，合闸闭锁节点的动作可靠性缺乏有效验证手段。

综合以上分析得出一般结论：造成本次某出线断路器保护动作、重合失败的直接原因是断路器合闸闭锁电磁铁在长期不动作的情况下，机械卡滞引起合闸闭锁电磁铁烧损，导致合闸回路不通，开关拒合。

2.2 合闸闭锁自检

针对上述故障，检修人员虽然找到了故障原因，但对这类故障无法进行有效预防，合闸闭锁回路能否正确启动、合闸闭锁电磁铁在长期不动作的情况下能否可靠动作是检修人员必须要考虑的问题。

经过对以往断路器重合闸不成功案例的分析，将原因大体分为两类：一类是由于故障类型为永久性故障，重合闸功能启动、断路器重合成功后，故障仍然未排除，重合闸后加速跳开故障线路断路器；另一类是由于断路器本身故障导致断路器重合闸不成功。其中，后者导致的合闸闭锁回路故障占全部断路器控制回路故障的近80%。

由此可见，在断路器运行状态下，增加断路器合闸闭锁回路的监视自检功能显得尤为必要，因此本文设计一种带有断路器合闸闭锁自检功能的状态指示仪来解决上述问题。

3 合闸闭锁自检功能

3.1 合闸闭锁自检回路

合闸闭锁自检回路原理如图1所示。断路器合闸闭锁回路与断路器手车试验和工作位置有关，如果断路器不在以上两个位置，断路器手车可靠闭锁合闸操作，同时闭锁回路中还串接有断路器的分闸位置常闭触头。正常运行条件下，断路器处于合闸位置，常闭辅助触头DL处于断开位置，闭锁回路不通，这种条件下无法启动合闸闭锁电磁铁。

图1

本文提出将常闭辅助触头DL两端（59、60）引出，接于开关柜状态指示仪上，同时在控制面板处增加一个按钮，在断路器运行条件下，按下按钮短接常闭辅助触头DL，此时接通合闸闭锁回路，合闸闭锁电磁铁动作。

3.2 合闸闭锁自检指示回路

虽然通过按钮可接通合闸闭锁电磁铁，但电磁铁动作后能否可靠接通合闸回路仍无法确定。据此，本文提出在合闸闭锁电磁铁动作行程开关上增加一副常开触头S2（与合闸回路中的闭锁触点S2同步动作），并将两端（61、62）引出，同时在指示面板上增加一个指示灯，接通交流电源后，当自检按钮按下后，合闸闭锁回路接通，合闸闭锁电磁铁动作，接通串接于合闸回路中的闭锁触头（59、60），完成断路器合闸闭锁电磁铁外部启动。

图2 自检功能状态指示仪接线原理

同时与合闸闭锁触点同步接通的还有61、62节点，进而接通状态指示仪上的合闸闭锁状态指示回路，运检人员通过指示灯便可清晰观察到合闸闭锁电磁铁是否可靠动作。自检功能状态指示仪接线原理如图2所示。

4 装置应用

将本文设计的带有合闸闭锁自检功能的状态指示仪应用于某新建110kV变电站10kV开关室内全部出线开关柜中。

一方面，运行人员每月巡检变电站时，通过按触开关柜综合状态指示面板上的自检按钮，便可验证运行状态下的断路器合闸闭锁电磁铁的动作特性，并可通过控制面板上的指示灯验证合闸闭锁回路的完好性；另一方面，在断路器处于分闸状态时，合闸闭锁回路本身已经接通，闭锁电磁铁得电动作，运行人员无需任何操作，只需观察控制面板上自检指示灯是否亮起即可判断合闸闭锁电磁铁的动作状态，无断路器误合的操作风险，从而可提升供电安全可靠性。

有无合闸闭锁自检功能的断路器重合闸成功率（线路故障为瞬时性故障）如图3所示。经过对比不难发现，改进后的带有合闸闭锁自检功能的断路器重合闸成功率大大提高。

图3 有无合闸闭锁自检功能的断路器重合闸成功率

5 结论

1）本文设计的高压断路器合闸闭锁自检功能状态指示仪能够有效检验合闸闭锁电磁铁的机械动作特性，正确反映合闸状态下合闸回路的完好性。

2）带有合闸闭锁自检功能的状态指示仪不存在寄生回路，对原有断路器的分合闸控制回路、设备及人员均不会产生任何附加影响。

3）带有合闸闭锁自检功能的状态指示仪使用方便，运行人员在日常巡视过程中只需通过自检按钮即可验证合闸闭锁回路完好性。

4）改进的带有合闸闭锁自检功能的状态指示仪使断路器在线路临时性故障跳闸后的重合闸成功率大大提高。

5）本文设计的带有合闸闭锁自检功能的状态指示仪试点应用成功，可为其他站提供参考。未来可结合新一代集控站建设，将该功能拓展为在线检测，以进一步提升运检专业数字化应用水平。

本工作成果发表在2023年第8期《电气技术》，论文标题为“高压断路器合闸闭锁自检状态指示仪的研制”，作者为王肖、季虎 等。

中国电工技术学会

新媒体平台

学会官方微信

电工技术学报

CES电气

学会官方B站

CES TEMS

今日头条号

学会科普微信

抖音号

☎️ 《电工技术学报》：010-63256949/6981；邮箱：dgjsxb@vip.126.com ☎️ 《电气技术》：010-63256943；邮箱：dianqijishu@126.com ☎️ 《中国电工技术学会电机与系统学报（英文）》：电话：010-63256823；邮箱：cestems@126.com ☎️ 编务：010-63256994 ☎️ 订阅：010-63256817 ☎️ 商务合作：010-63256867/6838