跳合闸线圈驱动回路继电保护装置的设计研究

国网安徽省电力有限公司阜阳供电公司 吴有中 赵德阳 贾丽娟 李 倩 王刘拴

文章围绕跳合闸线圈驱动回路继电保护装置，考虑到运行过程中可能出现的一些故障，以解决问题为前提，对跳合闸线圈保护装置进行了介绍，分析了装置设计期间使用的技术特点与设计原则，从硬件和软件两个方面探讨了如何设计该继电保护装置，最后通过实验探究的方式介绍了跳合闸线圈故障的处理，目的在于规避跳合闸线圈运行故障。

跳合闸线圈是高压断路器中的分、合闸部分的核心部件，直接关系到电网安全运行。传统继电保护经常会出现烧毁问题，其主要原因在于机械出现故障或者辅助开关位置不当等，不仅将事故范围扩大，还影响了电力系统运行。所以，需要进行跳合闸线圈驱动回路继电保护装置设计，重点解决存在的诸多问题。

1 跳合闸线圈保护装置

该分合闸线圈保护装置（图1）内主要包括如下装置：数据处理器、驱动电路、继电器、霍尔直流电流传感器、人机交互模块、报警输出模块部分，其运行原理如下：（1）霍尔直流电流传感器采集跳闸（合闸）保持回路内直流电流并传送给数据处理器；（2）数据处理器将采集到的数据进行分析保存，若跳闸（合闸）保持回路中的直流电流保持一定的时间以上时，数据处理器发出驱动信号；（3）驱动信号通过驱动电路使继电器线圈带电，常开节点闭合，常闭节点断开；（4）跳闸（合闸）保持回路断开，断路器机构里的分合闸线圈不再带电。

图1 跳合闸线圈驱动回路继电保护装置

2 技术特点与设计原则

2.1 技术特点

分合闸线圈保护装置线圈驱动回路内驱动电流信号状态进行实时在线监测，并且对有效线圈驱动电流信号展开计时操作，当已经达到预定时间长度，这时再将驱动电流信号切除，以免线圈受损。驱动回路内串联继电器是大容量常闭触点，控制回路当中设置了防干扰措施，确保原分合闸线圈驱动回路电气安全性。提供报警输出模块可以远程传输分合闸线圈保护装置工作状态和动作状态信息。

2.2 设计原则

跳合闸线圈驱动回路继电保护装置设计必须要遵循先进性、可靠性、产品易操作、维护简便这几点原则，将分合闸线圈由于故障导致长时间带电损坏问题予以解决，并且抓住人机安全和可靠性这些要点，将其视为装置设计开发方案设计的首要原则，确保装置应用的过程中，不会因为装置使用导致分合闸线圈误动拒动等问题。满足以上要求之后，再制定可行的优化方案，按照简便性这一原则，结合装置设计需求进行装置整体功能设计，从而提高装置运行效率。

3 跳合闸线圈驱动回路继电保护装置设计

本文分析的跳合闸线圈驱动回路继电保护装置，主要涉及到变电站中控制跳合闸线圈在跳合闸操作过程中，防止因为机械故障或者辅助开关位置不当等诸多原因，导致出现跳合闸线圈长时间带电损坏问题的继电保护装置，具体设计如下：

3.1 硬件系统设计

装置的硬件系统主要是应用TI高性能DSP TMS320C6713当作主CPU，霍尔电流传感器负责测量直流电流，以欧姆龙继电器发挥线圈回路保护继电器。

3.2 软件系统设计

断路器分合闸线圈驱动回路继电保护装置主要是通过跳合闸线圈直流测量，在相应逻辑对分合闸线圈回路的基础上完成保护，其核心功能是分（合）闸线圈定时限、反时限、分（合）闸线圈有流告警等。

3.2.1 分闸线圈定时限

该装置主要是对分闸线圈电流值进行实时计算，如果分闸线圈电流超过了整定定值的80%，这时分闸线圈定时线段将会开始运行，直到满足设定时间定值位置，装置的出口将跳圈回路保护线圈断开，而出口动作逻辑先将IGBT合上，再将继电器、IGBT断开。

3.2.2 分闸线圈反时限

该项公式中，T代表分闸线圈定时限时间定值，Ip则是分闸线圈反时限启动电流，将软件设置成线圈额定电流，I代表分闸线圈电流实测值。分闸线圈定时限与反时限这两者可以直接组成分闸线圈保护，如果线圈电流与之前设置的额定电流相等，那么定时限与反时限动作时间则是一致的。如果因为分闸线圈电压过高导致分闸线圈电流超过了额定电流，那么将会缩短分闸线圈反时限保护时间，对分闸线圈进行保护。分闸线圈定时限与反时限出口会协调配合，定时限动作过程中可以先对反时限动作进行合理判断，检查其是否已经动作，若反时限已经有了对应的动作，那么这时定时限则只是发出动作报文。如果处于反时限动作状态下，需要对定时限动作，若定时限已经有动作，反时限同样只是发出动作报文。

3.3 分闸线圈有流告警

如果分闸线圈已经超过额定电流20%，会将分闸线圈定时线段的时间定值会延时处理，并且分闸线圈将会发出有流告警。

3.4 合闸线圈定时限

跳合闸线圈驱动回路继电保护装置对于合闸线圈电流值进行实时计算，如果合闸线圈电流已经超过整定定值的80%，并且合闸线圈定时线段开始运行，满足设置时间定值要求，那么该装置的出口必须要将跳圈回路保护跳圈断开。由出口动作逻辑将IGBT合上，再将继电器和IGBT断开。

3.5 合闸线圈反时限

合闸线圈定时限与反时限直接组成合闸线圈保护，如果线圈电流与设置的额定电流相等，定时限、反时限动作的时间也是一致的。如果因为合闸线圈故障等相关原因导致合闸线圈电流超过额定电流，这时将会使合闸线圈反时限保护动作的运行时间缩短，对合闸线圈进行合理保护。

此外，合闸线圈定时限、反时限出口之间也会充分配合，一旦定时限动作，先对反时限动作进行判断，关于这一点，与分闸线圈反时限相同。

3.6 合闸线圈有流告警

如果合闸线圈电流超过额定电流20%，这会将合闸线圈定时限段时间延长，同时合闸线圈发出有流告警。

4 跳合闸线圈特性实验与结论

因为温度这一物理量带有一定的惯性，一旦线圈通电，往往温度不会快速达到最大值，会缓慢升温。线圈电阻也会在温度因素的影响下出现改变，流经线圈电流同样会出现改变。按照温度惯性与线圈电阻特征，可以制定完善的实验方案。使线圈和可调直流稳压电源输出相连接，同时线圈上增设测温传感器与电流检测传感器这两种设备，将直流电源输入电压设置为220v，这时开始输出并计时，将记录的电流值记为I1，当满足通电时间t0时，将电流值记录为I2，随即将电源切断，这时记录线圈可能达到的最大温度值，记为T。

经过试验发现，如果通流时间为105s，这时线圈电流会骤然增加，随即将线圈烧毁，且这时线圈温度达到135℃。根据这一结果，建议设置保护定值，实施保护动作之后不能自动复归，必须要由技术人员进行专业处理，随后再手动复归。

5 结束语

综上所述，跳合闸线圈运行过程中极有可能因为机械故障等原因出现烧毁一类的问题，为了实现其安全运行，需要设计驱动回路继电保护装置。这就需要相关操作人员全面了解跳合闸线圈专业基础与知识，做好装置设计工作，选择合适的装置，最大程度的规避运行故障，从而提高其运行安全性与稳定性。