220kV断路器操作回路改造方案的探讨
220kV断路器操作回路改造方案的探讨
吴凯
东风发电厂贵州清镇 551400
【摘要】:随着2008年东风发电厂GIS大修改造的进行以及即将进行的发变组保护装臵换型改造，在实现主设备保护装臵双重化配臵的基础上，同步进行断路器操作回路的双重化配臵以及相关回路的应用显得尤为重要。本文针对目前东风发电厂220kV断路器操作回路存在的问题，诸如直流操作电源、防跳等相关回路进行了研究，并对今后的220kV断路器操作回路的改造方案进行了探讨。
【关键词】220kV断路器双重化直流操作回路
1 引言
东风发电厂位于贵州省清镇市与黔西县交界的鸭池河段，为乌江流域梯级开发第二级电站，距贵阳市88km。电站于1982年开工，1989年元月截流，1994年下闸蓄水发电，1995年竣工。电站原装机3×170MW，共510MW；2004年至2005年，每台机组增容20MW，装机容量为570MW；2005年12月底，扩建一台机组，装机容量为125MW；目前电站总装机容量为695MW（3×190MW+1×125MW）。
东风发电厂采用接线为单母单分段方式的220kV SF6组合电器（接线方式如图1所示），全厂共有九台220kV GIS断路器。其中二台母联开关（210、220），三台线路开关（207、203、204），四台发变组出口开关（211、212、213、214），2008年之前除2005年新增的四号机发变组出口开关214DL为三相联动机构外，其余八个开关均为三相分相机构。在2008年的GIS大修技改工作中，已将除三台线路开关和四号机发变组出口开关以外的所有母联和发变组出口开关改为三相联动机构（由于三台线路开关为分相机构，且都带有操作箱，不属于操作回路需要改造的断路器范畴，本文所指的220kV GIS断路器是指母联和发变组出口开关）。《国网公司十八项反事故措施--防止继电保护事故》要求，电力系统重要设备的继电保护应采用双重化配臵，且两套发变组保护装臵的跳闸回路应分别作用于断路器的两个跳闸线圈。东风发电厂投产时只设计了一套发变组保护装臵，于2000年新增加了另一套发变组保护装臵形成了双重化配臵，但两套发变组保护装臵以及母差保护装臵的跳闸回路并没有分别作用于断路器的两个跳闸线圈。与此同时，断路器操作回路中存在的其他多个问题也同样严重地威胁着东风发电厂主设备的安全运行，合理地、尽快地对操作回路进行大的“手术”显得尤为迫切和必要。
东站线东干Ⅰ回线东干Ⅱ回线
图1：东风主接线示意图
2 现东风发电厂220kV断路器操作回路的组成及存在的问题2．1东风发电厂220kV GIS断路器操作回路的基本组成
东风发电厂220kV GIS 断路器操作回路由几部分组成，一部分位于中控室的模拟返回屏中，一部分位于GIS室的相应开关现控柜和开关本体内。下面以东风发电厂210DL，220DL母联断路器为例，先对220kV GIS断路器操作回路的组成进行介绍。
SCJ为手动操作继电器，JCJ为计算机操作继电器，HJ为合闸继电器，TJ为手动跳闸继电器。3、4回路为本部分回路的直流电源，引自母联开关的现控柜。在图1中，BZJ为保护重动继电器，来自保护装臵的跳闸回路接于BZJ继电器。
图1：操作回路1
如图2中所示，是位于GIS室的母联开关现控柜和开关本体内的操作回路部分。图中虚线框部分位于开关本体。
图2：操作回路2
发电投产时由于设计和当时的二次控制设备水平，以及后期操作回路曾进行多次改动等原因，造成了东风发电厂220kV GIS断路器操作回路中间元件较多，集成化程度较低，没有设计相关功能回路，直流操作电源较混乱等现状。
2．2现东风发电厂220kV GIS断路器操作回路中存在的几个问题
2．2．1 操作回路直流电源较混乱
开关站直流分屏为开关现控柜提供了两组独立的直流电源，第一组为BP1和BN1，第二组为4BP1和4BN1。开关现控柜的设计是将二组直流电源各自独立分开，一组直流电源提供给合闸和第一组跳闸线圈，另一组直流电源提供给第二组跳闸线圈。由于原来设计的原因，操作回路模拟返回屏部分只有一路电源（即3、4回路），引自开关站现控柜的BP1、BN1回路。在图2中可以看出，断路器第二组分闸线圈的负电来自4BN1，而正电却在BP1上。也就是说，在现控柜两组直流电源分别取自我厂二组蓄电池组的情况下，如果第一组电源发生正接地，开关的第二组分闸线圈是不可能动作的，或者第二组电源发生负接地，第二组分闸线圈也是不可能动作的。2．2．2 保护装臵的跳闸回路没有分别作用于断路器的两个跳闸线圈来自各个保护装臵以及开关站LCU远方操作的跳闸接点只有一副接于BZJ保护出口继电器，而且由图2可知，BZJ继电器的二副出口接点通过33回路只接于开关的第一组跳闸线圈，第二组跳闸线圈只被用作手动跳闸时使用。
2．2．3 无控制回路断线的监视回路
由于保护装臵只能动作于开关的第一组跳闸线圈，如果第一组跳闸回路的某处发生断线，由于没有监视控制回路断线的信号回路，维护运行人员无法得知操作回路中已经出现了如此严重的情况，一旦发生故障需要跳开相应开关时就会造成非常严重的后果。
2．2．4 模拟返回屏存在较多的不安全隐患
位于中控室的模拟返回屏是东风发电厂重要的控制设备之一，集中了用于操作220kV断路器的手动操作继电器、计算机操作继电器、保护重动继电器等一些核心元件，另外还包括220kV断路器手动操作、手准同期、紧急停机、事故停机等一些重要的回路，是220kV断路器操作回路的重要中间环节。自94年东风发电厂投产发电以来，模拟返回屏投入使用已长达14年之久，屏中的积尘积灰、二次控制线老化、端子松动、线头标记不清等现象日益严重，存在较多较严重的不安全隐患。在日常的维护改造工作中，保护人员在此处开展工作往往要非常地小心谨慎，因为稍大的震动都可能会引起端子的松动或出口继电器接点的抖动导致事故的发生。
3 断路器操作回路改造方案的探讨与研究
实际上，对于东风发电厂220 kV断路器操作回路的改造存在两种可行性方案：一种是在现操作回路的基础上扩充大量的出口继电器和信号继电器，同时还需要对回路进行较大的改动用于解决操作回路中存在的上述几个问题，这种方案在理论和技术上虽可以做到，但同时也存在较大的弊端，不仅耗时较长，工作量较大，且实施后也不一定能取得预期满意的效果，操作回路中的各个环节甚至会变得更加冗杂，长远看来是不利于今后改造维护工作的进行以及建设“少人值守、无人值守”式现代化水力发电厂目标的实现。第二种方案是采用断路器操作箱这种抗干扰性强、集成化程度高、功能回路完备的断路器辅助操作装臵。这种一劳永逸的方案，不仅能一次性解决现在东风发电厂220 kV断路器操作回路中存在的问题，还能为今后模拟返回屏的改造提前完成大量的工作。
国内外众多厂家生产的110kV及以上等级断路器操作箱在功能和技术指标上大相径庭，下面以东风电厂四号机214开关的许继ZSZ-812型断路器操作箱为例，对操作回路的具体改造方法进行了探讨。
3．1ZSZ-812型断路器操作箱装臵综述
许继ZSZ-812型断路器操作箱包含了一套三相双跳闸线圈操作回路，操作回路内具有合后继电器、手动合闸回路，防跳回路，手动跳闸回路，合位监视回路，跳位监视回路，压力监视回路，信号回路，压力异常闭锁及告警回路，弹簧储能监视回路，操作电源监视回路和面板信号指示功能等。
3．2配臵了ZSZ-812型断路器操作箱后的接线方法
如图3、图4、图5所示，为使用了操作箱的母联断路器操作回路接线方式，共使用电缆9芯，现控柜提供两路独立的直流电源到操作箱（101、102和201、202）。103，133分别为手动合闸和手动跳闸回路，也可接LCU合闸和跳闸。109为去断路器现控柜的合闸， 139和239分别为去断路器现控柜第一、二组跳闸的。
图3：操作回路3
图4：操作回路4
图5：操作回路5
3.3 防跳回路的实现方式
由图4、图5可知，装臵的防跳回路由防跳电流继电器TBJI和防跳电压继电器TBJV组成。第一、二组跳闸线圈动作时，TBJI电流继电器随即动作，其自身的动合接点自保持，保证断路器可靠跳闸，TBJV电压继电器经TBJI电流继电器另一动合接点并联于合闸回路，两副并联的TBJV电压继电器动断触点串接在合闸回路中。如跳闸时合闸接点未返回，TBJI的电流线圈励磁并通过TBJI-2保持到断路器辅助位臵接点打开，同时TBJI的另一接点TBJI-1闭合，电压继电器TBJV由未返回的合闸接点动作保持，TBJV-1、TBJV-2断开合闸回路，使断路器跳闸后不致再次合闸。
3.4TWJ/HWJ位臵继电器和控制回路断线
TWJ/HWJ主要作用是提供开关位臵指示（如图6所示）。HWJ并接于跳闸回路，该回路在开关跳圈之前串有断路器常开辅助触点。当开关在合位时，其常开辅助触点闭合，HWJ线圈带电，HWJ=1表明开关合位。TWJ一般并接于合闸回路，该回路在开关合圈之前串有断路器常闭辅助触点。当开关在分位时，其常闭辅助触点闭合，TWJ线圈带电，TWJ=1表明开关分位。位臵继电器除了提供位臵指示外，还有一个重要作用是监视控制回路是否完好（如图6所示）。因为正常情况下，不论开关处于何状态，TWJ和HWJ必有一个带电，状态为1，装臵产生的控制回路断线信号=TWJ常闭接点+HWJ常闭接点。如果全为0，则代表控制回路异常，也即我们常说的控制回路断线。按照部颁技术要求，必须监视跳闸回路（相比而言，跳闸回路断线要比合
闸回路断线后果严重的多）。
图6：操作回路6
3.5使用操作箱后对模拟返回屏改造的积极作用
如果在未使用操作箱的220kV断路器上配臵操作箱将能基本取代现在模拟返回屏的作用，所有现在用于220kV断路器分合闸的出口继电器（除线路开关以外）均能取消，“事故停机”、“紧急事故停机”的回路也可改到操作箱安装处，只剩各个断路器和刀闸信号指示回路保留在模拟返回屏内。这对于我厂220kV主设备的安全稳定运行是极其有利的，也对日后模拟返回屏的进一步改造起到了非常积极的作用。
4 结束语
220kV断路器操作回路的健康和稳定运行关乎着东风发电厂的安全生产。在极端恶劣的情况下，需要跳开断路器切除故障点时发生断路器拒动的事故将会造成严重的后果,所以对于220kV断路器操作回路的改造已迫在眉睫，正确、合理的改造对东风发电厂和系统的安全运行具有重要的实际意义。
《华电技术》编辑部的同志：
你好！
《220kV断路器操作回路改造方案的探讨》此篇文章经你们审查后，给了我一些很好的修改意见，而且我已作了仔细的修改，请编辑同志再看一看，能够争取发表自然最好，劳编辑同志费心了。
同时借这个机会感谢编辑们的辛勤劳动！如有任何问题，或文章还需修改之处，都可随时联系我，电话：139********，恳请赐教！以后来贵州玩也可联系我，我是华电集团在黔企业的一名员工，很希望和编辑们交朋友。
此致
敬礼
吴凯