永磁斷路器與二次系統(tǒng)接口

1、永磁斷路器與二次系統(tǒng)接口 1、 引言 真空斷路器的驅(qū)動元件操動機構(gòu)，從最初的電磁機構(gòu)，發(fā)展到現(xiàn)在廣泛應用的彈簧操作機構(gòu)，以及近年來出現(xiàn)了永磁機構(gòu)。隨著永磁材料、制造技術(shù)、控制技術(shù)的進步真空永磁斷路器在中低壓領(lǐng)域特別是在頻繁操作的場合獲得了廣泛的應用和用戶的好評。但是由于真空永磁斷路器本身的一些特點同彈簧操作機構(gòu)的差別，在永磁斷路器的推廣應用過程中遇到了一些同二次系統(tǒng)接口方面的問題。這些問題的存在制約了永磁機構(gòu)本身特點的發(fā)揮和其進一步的推廣應用。必須解決好永磁斷路器同二次系統(tǒng)地接口問題，才能更好的發(fā)揮永磁機構(gòu)自身的特點和進一步的推廣應用。當前永磁斷路器同二次系統(tǒng)接口存在的主要

2、問題，實際上不是技術(shù)的問題，而是同現(xiàn)在廣泛應用的彈簧操作機構(gòu)斷路器的兼容問題。從設(shè)計角度講，永磁機構(gòu)斷路器簡化了同二次系統(tǒng)地接口，但是由于二次設(shè)備生產(chǎn)廠家、工程設(shè)計人員、產(chǎn)品使用人員對于永磁斷路器的特性和應用還不是特別熟悉，在認識上還不是特別清楚，總是用彈簧斷路的接口方式來套永磁斷路，造成一些應用上的問題，增加了故障點降低了永磁斷路的整體可靠性。因此，正確認識永磁斷路器同二次系統(tǒng)地接口問題，對于永磁斷路器特點的發(fā)揮和擴大應用有著非常重要的意義。 2、當前電力一次開關(guān)設(shè)備同二次系統(tǒng)的接口 對于一次開關(guān)設(shè)備同二次系統(tǒng)的接口方式可以從一次和二次設(shè)備兩方面分別來說明。一次開關(guān)設(shè)備對外接口主要

3、有以下幾部分：一、合、分閘控制回路；二、電流、電壓變送回路；三、位置指示回路。二次系統(tǒng)同一次開關(guān)設(shè)備主要接口是通過微機綜合保護裝置來完成的，微機綜合保護裝置對于一次開關(guān)設(shè)備對應的接口進行相應的采集和控制，包括：一、控制開關(guān)動作；二、采集開關(guān)上的電壓電流量；三、采集開關(guān)工作狀態(tài)。對于一次開關(guān)設(shè)備的接口，由于彈簧機構(gòu)在當前的開關(guān)設(shè)備中占據(jù)了絕對的優(yōu)勢，這里以彈簧開關(guān)作為例子說明一次開關(guān)設(shè)備的接口方式。圖一為典型的彈簧開關(guān)二次原理圖，根據(jù)該圖對一次開關(guān)設(shè)備的接口進行簡要說明。圖中合閘回路由合閘線圈、輔助開關(guān)、防跳繼電器、整流橋及有關(guān)的接點組成。合閘過程為：在開關(guān)分位，輔助開關(guān)常閉接點接通，當開關(guān)接到

4、合閘控制電壓后驅(qū)動合閘線圈動作觸發(fā)開關(guān)進行合閘，開關(guān)合閘完成輔助開關(guān)常閉接點斷開切斷合閘電流，從而完成合閘動作。防跳繼電器主要是在合閘控制電壓未消失前，閉鎖合閘回路，防止開關(guān)跳閘后繼續(xù)合閘。圖中跳閘回路由跳閘線圈、輔助開關(guān)、整流橋組成。跳閘過程為：在開關(guān)合位，輔助開關(guān)常開接點接通，當開關(guān)接到跳閘控制電壓后驅(qū)動跳閘線圈動作觸發(fā)開關(guān)進行跳閘，開關(guān)跳閘完成輔助開關(guān)常開接點斷開切斷跳閘電流，從而完成跳閘動作。圖中開關(guān)位置指示是通過輔助開關(guān)直接引出，通過常開、常閉接點表示開關(guān)位置。該圖中沒有電壓電流變送回路，一般情況戶外開關(guān)會根據(jù)要求添加電壓電流變送回路，而戶內(nèi)開關(guān)由于其安裝于開關(guān)柜內(nèi)，電壓電流變送回路

5、作為柜內(nèi)元件而不作為開關(guān)元件。電壓電流變送器件當前一般采用普通的電磁式變送器，輸出信號一般為1A、5A、100V、220V等。對于彈簧開關(guān)來講當前國內(nèi)外從原理上、應用習慣上沒有大的差別，區(qū)別僅在具體產(chǎn)品上的區(qū)別，因此就不再區(qū)別進行介紹了。圖一 VS1開關(guān)二次原理圖 電力設(shè)備二次系統(tǒng)同一次設(shè)備的接口國內(nèi)外、國內(nèi)不同廠家之間、應用于中高壓設(shè)備和低壓電器設(shè)備有較大的區(qū)別，下面簡要的介紹一下較為常見的一些做法，作為討論接口問題的例子。因為現(xiàn)在一次設(shè)備開關(guān)大部分為彈簧操作機構(gòu)，故而絕大多數(shù)國內(nèi)的二次設(shè)備（目前大多數(shù)采用“測量、保護、控制、信號”四合一的微機綜合保護裝置）的接口設(shè)計是根據(jù)彈簧操作機構(gòu)的要求

6、和特點進行控制回路的設(shè)計，同時根據(jù)設(shè)備運行的情況又不斷地添加了一些反事故措施造成控制回路復雜，與開關(guān)設(shè)備的某些功能重疊最典型的如防跳回路。國外的二次保護設(shè)備的接口相對比較簡單，大部分為空接點輸出。下面簡要介紹一下各自的特點。電力二次控制保護設(shè)備同一次開關(guān)設(shè)備的接口主要涉及到：動作控制、信號采集、模擬量采集的問題。動作控制主要是二次保護設(shè)備通過輸出控制電壓信號來驅(qū)動開關(guān)動作。保護設(shè)備為了控制開關(guān)動作（合閘、分閘），一般要有合閘繼電器（有的還分為遙控合閘和保護合閘繼電器）、分閘繼電器（有的還分為遙控分和保護分繼電器）。由于開關(guān)設(shè)備合分閘控制需要的控制電流比較大（1A5A），電壓比較高（24V,11

7、0V220V，直流/交流）如果開關(guān)拒動或是回路中的輔助開關(guān)故障，就需要保護設(shè)備切斷該電流，但是一般的繼電器的接點容量無法完全滿足上述需要，故而不同廠家采取了很多辦法解決該問題。許多措施的應用保證了保護設(shè)備的可靠性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是這些措施的應用并不適合其它非彈簧操作機構(gòu)的一次開關(guān)設(shè)備，是造成當前永磁操作機構(gòu)在應用中同二次設(shè)備接口不匹配的主要原因。國內(nèi)二次設(shè)備廠家為了解決繼電器接點容量不足的問題一般采取增加跳閘插件（回路）的辦法，圖二為一典型的保護設(shè)備跳閘插件原理圖。從圖中可以看出，保護設(shè)備為了解決繼電器接點容量不足的問題采取的辦法是增加了控制回路的電流保持功能。簡單的講就是在控制回路增

8、加了電流型繼電器（HJ、TBJ），該繼電器的功能就是一但控制回路有電流流過該回路就一直接通直至電流消失，這就保證了由于繼電器接點容量不足而引起的節(jié)點損壞。這樣的解決辦法實際上是由于國內(nèi)產(chǎn)業(yè)分割二次保護設(shè)備和一次開關(guān)設(shè)備一般不是同一廠家供貨造成的，該辦法并沒有從根本上解決問題，只是二次保廠家為了保證自身設(shè)備可靠性而采取的辦法。如果開關(guān)設(shè)備拒動或是輔助開關(guān)粘連，未采用該辦法可能燒毀控制繼電器以及合分閘線圈，采用該辦法的直接后果就是合分閘線圈的燒毀。同時保護設(shè)備為了保證控制的可靠性，通過合分閘回路來檢測開關(guān)合分閘位置，這樣就可以進行控制回路檢測，因為合閘回路合分閘回路必定有一個是通的如果兩個回路都不

9、通證明控制回路斷線。  圖二 保護裝置控制回路原理圖二次保護設(shè)備為了同一次開關(guān)設(shè)備控制回路接口匹配、為了適應不同的控制電壓（110V，220V，交流，直流）等，需要不同控制電路和參數(shù)，造成保護設(shè)備規(guī)格不一調(diào)試麻煩，沒有統(tǒng)一的標準等，至今仍然存在好多的問題。但是國外的保護設(shè)備很少采用類似的解決辦法，施耐德S80、S40、S20、ABB SPJ140系列、SEL系列、阿爾斯通MicomP系列、西門子7SJ系列都是繼電器直接出口，沒有相應的保持電路。信號采集主要是通過采集開關(guān)設(shè)備輔助開關(guān)的通斷情況來判斷開關(guān)有關(guān)的狀態(tài)，如：開關(guān)合位、開關(guān)分位、儲能狀態(tài)等。二次保護設(shè)備采集電路主要是

10、通過光電耦合器件實現(xiàn)開關(guān)量的。 模擬量采集主要是通過將電壓電流變送器輸出的轉(zhuǎn)化為AD變換電路能夠識別的電平信號，通過AD變換將該電平轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供二次保護設(shè)備CPU進行數(shù)字處理，然后確定相應的動作。 3、 新型永磁斷路器同二次系統(tǒng)接口的方式 真空永磁斷路器因其高可靠性、免維護性等逐漸獲得了用戶的喜愛，應用范圍不斷擴大，但是其又有本身不同于彈簧機構(gòu)斷路器的特點，在應用過程中遇到了很多同二次設(shè)備接口問題。為了更好的推廣真空永磁斷路器必須要解決好其同二次設(shè)備的接口問題。前面也提到了永磁開關(guān)其實是簡化了二次保護設(shè)備對于接口的要求。永磁開關(guān)因其控制方式的不同其接口方式也有區(qū)別，當前

11、永磁斷路器主要的控制方式主要分為：接觸器控制方式和電子控制器控制方式。接觸器控制方式永磁開關(guān)，通過接觸器觸點接通或斷開永磁機構(gòu)合分閘線圈的電流來實現(xiàn)合閘合分閘過程。對二次保護設(shè)備來講合分閘回路就是接觸器線圈串入相應的輔助開關(guān)，保護設(shè)備的控制電壓信號通過輔助開關(guān)送給接觸器線圈，開關(guān)動作到位后通過輔助開關(guān)切斷接觸器回路。該方式可以將接觸器線圈看成是彈簧操作機構(gòu)的合分閘線圈，接口方面同彈簧開關(guān)基本沒有大的區(qū)別。該控制方式由于采用了接觸器元件，接觸器的性能、可靠性無法同永磁機構(gòu)相匹配，同時還存在燒毀機構(gòu)線圈的問題，另外接觸器體積較大安裝不方便，因此應用該控制方式的永磁斷路器在永磁斷路器中所占的比例較少

12、且在逐漸減少。合閘位置檢測分閘位置檢測手動合閘控制遙控合閘控制手動分閘控制遙控分閘控制 光電隔離開入操作電壓EMI抑制隔離、放大、比較邏輯判別互鎖回路告警回路系統(tǒng)自檢模入合閘輸出分閘輸出開關(guān)位置電壓狀態(tài)告警信息驅(qū)動開出 工作電源電源電壓變換操作電壓電壓變換回路 供電圖三開關(guān)控制器工作原理框圖開關(guān)位置電壓狀態(tài)告警信息通訊 電子驅(qū)動方式作為永磁斷路器的發(fā)展方向近幾年取得了長足的發(fā)展，其功能不斷增加、可靠性不斷增強，逐漸獲得了廣大用戶的認可。永磁開關(guān)電子控制器作為二次控制設(shè)備同一次開關(guān)本體中間的一個設(shè)備，其實其解決的主要問題就是永磁開關(guān)對外的接口問題。永磁開關(guān)

13、控制器的主要功能為：A、為永磁機構(gòu)提供分合閘能量；B、接受控制信號；C、機構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測功能；D、通過邏輯判斷進行分合閘操作。輔助功能有：A、操作電壓監(jiān)視；B、防跳功能；C、通訊功能；D、告警功能等。圖三為永磁開關(guān)控制器工作原理圖。根據(jù)圖中所示控制開關(guān)動作通過開入的方式將控制電壓信號送入開關(guān)控制器的開入回路即可?？刂破鞯拈_入屬于電壓驅(qū)動型對于電流的需求很小，最普通的繼電器接點容量都可以滿足其需求。同時開關(guān)控制器由于內(nèi)置了CPU，可以非常方便的增加所需要的功能。因此，采用電子控制器的永磁斷路器可以非常方便的實現(xiàn)智能化，符合開關(guān)進一步發(fā)展的趨勢。    采用電子控制方式的

14、永磁開關(guān)同二次保護設(shè)備的接口相對比較簡單，由于電子控制器承擔了邏輯控制、回路閉鎖、回路檢測、輸出控制等功能，對于保護設(shè)備來講只要通過出口繼電器給出合分閘信號即可，簡化了二次保護設(shè)備控制回路的復雜性。同時控制其將檢測到的開關(guān)狀態(tài)（開關(guān)位置、控制回路狀態(tài)、控制電壓狀態(tài)等）通過繼電器接點的方式送給二次保護設(shè)備使得運行人員能夠正確地處理問題。 采用電子控制方式的永磁開關(guān)位置檢測一般采用非接觸式接近開關(guān)來檢測開關(guān)的位置，該方法具有精度高、無機械磨損、壽命長的特點?？刂破鞑杉介_關(guān)位置后，通過繼電器接點的方式輸出給二次保護設(shè)備。但是該方式也存在一定的缺點，即使當控制器失電后其繼電器接點的狀況不能真實反映開

15、關(guān)的實際位置，因此有的以永磁開關(guān)采用接近開關(guān)同輔助開相結(jié)合的方式輸出開關(guān)位置狀態(tài)。永磁斷路器具體采取何種電壓電流變送器實際上同永磁機構(gòu)是無關(guān)的，但是用于多數(shù)的永磁斷路器采用了電子控制方式內(nèi)置了CPU，因此更方便實現(xiàn)開關(guān)的智能化。所以，采用電壓電流傳感器方式的（CVT電壓傳感器、電阻分壓型電壓傳感器、輕載線圈電流傳感器、羅氏線圈電流傳感器）永磁斷路器成為開關(guān)智能化發(fā)展的一個重要方向。 4、永磁斷路器與二次系統(tǒng)接口存在的問題及解決方案 根據(jù)前面的論述可以發(fā)現(xiàn)正如引言中提到的：“當前永磁斷路器同二次系統(tǒng)接口存在的主要問題，實際上不是技術(shù)的問題，而是同現(xiàn)在廣泛應用的彈簧操作機構(gòu)斷路器的兼容問

16、題?！辈捎媒佑|器控制方式的永磁斷路器在同二次保護接口方面同彈簧操作斷路器區(qū)別不大可以直接替代。但是接觸器本身的性能造成永磁機構(gòu)的優(yōu)勢得不到充分的發(fā)揮，制約了該方式的應用。采用電子控制方式的永磁斷路器在同二次系統(tǒng)接口方面存在的問題，一方面是人的認識問題、一方面是改造工程中同原有設(shè)備的兼容問題。采用電子控制方式的永磁斷路器在同國外二次保護設(shè)備配合方面沒有大的問題，可以非常方便連接，不存在相互匹配的問題，但是國內(nèi)的二次保護設(shè)備由于前面提到跳閘插件（控制回路）的問題造成了同永磁斷路器在接口方面存在一定的問題。其實，可以非常簡單的解決，就是去掉保護設(shè)備中的跳閘插件（控制回路）。但是由于一些人的認識問題，

17、在工程設(shè)計施工中還保留了該回路，由于二次設(shè)備和一次設(shè)備廠家溝通不足，造成在設(shè)備調(diào)試中出現(xiàn)了許多不應該出現(xiàn)的問題。對于永磁斷路器于二次系統(tǒng)接口問題的處理應該根據(jù)實際情況來處理。如果工程為新建工程我認為應該加強溝通，用戶、設(shè)計單位、一次設(shè)備生產(chǎn)商、二次設(shè)備生產(chǎn)商之間應該清楚永磁斷路器相對于彈簧斷路器其實是簡化了對二次保護的要求，可以降低二次保護裝置的成本、簡化二次保護裝置的設(shè)計、增加了其可靠性而不是相反。因此，對于新建工程設(shè)計過程中直接采用二次保護設(shè)備的出口繼電器去控制永磁斷路器的合分閘控制開入即可，而沒有必要要求永磁斷路器再去增加不必要的合分閘電阻。例如：圖一中直接采用YKH、HJ1繼電器控制合閘；直接采用YKT、TJ1繼電器控制分閘即可，回路保持繼電器HJ、TBJ、回路監(jiān)視繼電器HWJ、TWJ都可以省掉。對于改造工程如果有條件更改的話盡量去掉比保護設(shè)備不必要的控制回路，如果確實無法更改可以采用在永