F－C开关控制回路设计缺陷分析及其解决方法

毛 剑 罗 超 支彦华 晏青松

（黄冈大别山发电有限责任公司，湖北 黄冈438000）

0 引言

高压开关用于开断或闭合电路中的电流，是电力系统中重要的控制及保护执行元件，其对控制回路的可靠性要求非常高。高压开关的控制电源消失、辅助接点接触不良、跳／合闸线圈开路等原因都会造成开关失灵。因此，开关的控制回路应能实时监视开关控制电源及跳／合闸回路的完好性。当开关控制电源消失或跳／合闸回路故障时，应及时发出“控制回路断线”信号，以提醒运行和检修人员采取措施处理。

1 开关控制回路原理及“控制回路断线”报警信号简析

图1是经过简化后的典型开关控制回路。

图1 简化后的典型开关控制回路

图1 中，跳闸启动继电器TQJ线圈和电阻R3组成跳闸启动回路。防跳继电器TBJ1常闭接点、跳闸启动继电器TQJ常闭接点、合闸启动继电器HQJ线圈及电阻R2组成合闸启动回路。防跳继电器TBJ1常开接点、跳闸启动继电器TQJ常开接点、防跳继电器TBJ1线圈及电阻R1组成开关的防跳回路。跳闸保持继电器TBJ2常开接点、跳闸启动继电器TQJ常开接点、跳闸保持继电器TBJ2线圈、开关常开辅助接点DL及跳闸线圈T Q组成跳闸回路。

合闸保持继电器HBJ常开接点、合闸启动继电器HQJ常开接点、合闸保持继电器HBJ线圈、开关常闭辅助接点DL及合闸线圈HQ组成合闸回路。

电阻R5、合闸位置继电器H WJ线圈、开关常开辅助接点DL及跳闸线圈组成合闸监视回路。

电阻R4、跳闸位置继电器T WJ线圈、开关常闭辅助接点DL及合闸线圈组成跳闸监视回路。

H WJ和T WJ的常闭接点串联，即形成“控制回路断线”报警回路。

当开关处在合位时，其常开辅助接点DL闭合。此时若微机跳闸继电器TJ闭合，或者有遥分、手分命令来时，TQJ吸合，其常开接点闭合，接通跳闸回路，TBJ2线圈带电吸合并自保持，TQ带电使开关跳闸。当开关完成跳闸动作后，其常开辅助接点DL断开，切断TBJ2的自保持回路，TBJ2返回，整个跳闸操作结束。

当开关处于分位时，开关的常闭辅助接点DL闭合。此时若微机合闸继电器HJ闭合，或者有遥合、手合命令来时，HQJ吸合，其常开接点闭合，接通合闸回路，HBJ线圈带电吸合并自保持，HQ带电使开关合闸。当开关完成合闸动作后，其常闭辅助接点DL断开，切断HBJ的自保持回路，HBJ返回，整个合闸操作结束。

若无防跳回路，则当开关合闸于故障回路且因某种原因合闸命令一直存在，如微机合闸、手合或遥合继电器某个接点粘死时，开关会因保护动作而跳开。但因合闸命令继续存在，开关随即又合上，然后又跳开，如此反复，即所谓的开关跳跃现象。开关跳跃会对开关造成极大损害甚至爆炸。图1所示的防跳回路原理为：当合闸命令一直存在且开关合闸于故障回路时，保护动作使TQJ吸合，其常开接点闭合，使TBJ1吸合并自保持，TBJ1的常闭接点断开，切断合闸启动回路，使开关无法再合闸。直至合闸命令消失后，TBJ1才会因自保持回路被切断而返回，从而防止开关跳跃。

开关在合位时，其常开辅助接点DL闭合，合闸监视回路接通，有电流流过。开关的跳闸线圈TQ为电流型线圈，其阻值较小。而H WJ的线圈为电压型，其阻值相比TQ要大得多。因此，H WJ线圈上分得的电压比TQ要大得多，足以使H WJ动作，但TQ因回路中的电流太小而不动作。即，正常情况下，若开关处于合位且跳闸回路完好，则H WJ带电吸合。同理，若开关处于分位且合闸回路完好，则T WJ带电吸合。

正常情况下，开关不是处于分位就是合位。若操作电源正常，则H WJ或T WJ总有一个动作，一个不动作，“控制回路断线”回路不通，保护装置不会发出控制回路断线报警。若开关处在合位而跳闸回路因故障不通，或者开关处在分为但合闸回路因故障不通，或者控制电源失电，则H WJ和T WJ都不动作，它们的常闭接点闭合，“控制回路断线”回路接通，保护装置随即发出控制回路断线信号。

由“控制回路断线”信号发出原理可知，其仅能监测处于合闸监视回路或跳闸监视回路中的元件及其回路的完好性，未被包含在这些回路中的元件出现故障，保护装置不会发出告警信号。因此，合闸监视回路或跳闸监视回路必须尽可能多的包含控制回路元件。

2 ××发电厂F－C开关控制回路设计缺陷造成保护装置不报“控制回路断线”的事件经过

××发电厂一期工程建设有两台660 MW发电机组，其碎煤机、磨煤机、空压机等额定电流在200 A以下的6 k V厂用高压电机全部采用VCR193型F－C开关。F－C开关是F－C回路的俗称，由高压真空接触器（Contactor）和高压熔断器（Fuse）串联组合而成。因频繁操作，该厂F－C开关不同程度受损，缺陷时有发生。

2013年2月11日，该发电厂＃2碎煤机电机F－C开关无论在远方、就地操作还是按下事故按钮都无法跳闸，运行人员最后通过按开关本体的机械跳闸按钮才得以将其断开。事后检查确认，故障由跳闸回路中常开辅助接点DL接触不良造成该回路不通引起。而查阅开关保护装置的事件记录及运行巡检记录，均为发现故障时该开关并未报控制回路断线报警信号。

查阅图纸及开关说明书发现，与真空断路器不同的是，该发电厂F－C开关的跳、合闸线圈启动电流较大。一般保护装置的控制回路容量太小，不足以驱动F－C开关进行跳、合闸操作。因此需要通过加装中间继电器来扩大容量。该发电厂＃2碎煤机电机F－C开关简化后的控制回路如图2所示。

图2 ××发电厂F－C开关简化后的控制回路

相比图1，图2在合闸回路和跳闸回路分别加装了合闸中间继电器K M2和跳闸中间继电器KM1。以跳闸回路为例，保护装置的跳闸命令不直接作用于F－C开关的跳闸线圈TQ，而是先启动K M1，K M1吸合后由其常开接点启动TQ。图2中，R5、H WJ、常开辅助接点DL和TQ组成跳闸监视回路。K M1的线圈以及与其相连的常开辅助接点DL，即图中云框中包含的元件，未包含在跳闸监视回路中，它们之中有任何一个故障开路，开关将无法跳闸，但保护装置不会发出“控制回路断线”报警信息。此即该发电厂＃2碎煤机电机F－C开关跳闸回路故障但保护装置不发“控制回路断线”报警信息的原因。同理，该开关的合闸监视回路也存在同样的设计缺陷。

进一步查阅图纸发现，该发电厂所有的F－C开关接线都与图2一样，即该发电厂所有F－C开关的控制回路均存在此设计缺陷，具有重大安全隐患。

3 解决方案

由上面的分析可以看出，该发电厂F－C开关的控制回路在设计上有缺陷，其跳、合闸监视回路不能完整监视整个跳、合闸回路的完好性。解决此问题的一个简单可行的办法是，在图2的分、合闸回路中分别再串入一个合闸位置继电器H WJ′和跳闸位置继电器T WJ′，如图3所示。

图3 改进后的F－C开关控制回路

在图3中，在跳闸回路中加入H WJ′，与常开辅助节点DL及TQ串联，回路中原有的H WJ改为与常开辅助节点DL及K M1串联。在合闸回路中，加入T WJ′，与DL及K M1串联，回路中原有的T WJ改为与常闭辅助节点DL及K M2串联。将H WJ与T WJ的常闭接点串联、H WJ′与T WJ′的常闭接点串联后，再将它们并联，形成新的“控制回路断线”信号报警回路。

如此，即可完整监视该发电厂F－C开关控制回路的完好性，当开关再次发生2013年2月11日的类似缺陷时，保护装置就能及时发出“控制回路断线”报警，避免事故的发生。此方案对回路的改动小，成本低，效果明显。

4 结语

“控制回路断线”是高压开关非常重要的告警信号，一旦该信号发出，运行和检修人员必须立即查找原因并处理。“控制回路断线”报警信号回路在设计上必须能尽可能多地监测开关控制回路中元件及接线的完好性，尤其是跳、合闸线圈及开关辅助接点这些易损元件的完好性。

［1］沈诗佳.电力系统继电保护及二次回路［M］.北京：中国电力出版社，2007.