风电场35kV集电系统断路器控制回路断线故障分析

风电场 35kV集电系统断路器控制回路断线故障分析

樊登胜

江苏龙源风电技术培训有限公司 江苏省南通市 226000

摘要：断路器控制回路断线是风电场电气系统常见故障之一，掌握其分析处理方法及预防措施对于提升风电场运行的可靠性和经济性有着重要意义。本文以风电场35kV集电系统断路器控制回路断线故障为例，对断路器控制回路断线故障检测原理进行阐述，对故障原因进行分析归纳。

关键词：风电场；集电系统；断路器；控制回路；断线故障

0．概述

目前，陆上风电场在运的主流风力发电机组单机容量相对较小，多为1.5-3MW。由于单机容量小，风电场的电能生产比较分散，要达到大规模发电应用，并网运行的风电场往往需要布置数十台风力发电机组。风电机组分布在方圆几十千米的范围内，电能的收集要比常规发电厂复杂得多。风电场集电系统的作用是按照位置就近的原则，将全场风机分为若干组，每组风机数量相当，每组风机发出的电能全部由一条集电线路进行收集汇流后送至风电场升压站。

风电场集电系统断路器数量众多，大幅增加了设备故障停运的概率，掌握断路器常见故障的处理及预防方法对于提升风电场运行的可靠性和经济性有着重要意义。

断路器控制回路断线是风电场电气系统常见故障之一，本文以风电场35kV集电系统断路器控制回路断线故障为例，对断路器控制回路断线故障检测原理进行阐述，对故障原因进行分析。

1．风电场35kV系统断路器配置情况

如图1，某风电场总装机容量99MW，安装66台单机容量1.5MW的双馈风力发电机组，建设220kV升压站一座，220kV侧、35kV侧均采用单母线接线方式，35kV集电系统共6条集电线路，每条线路带11台机组。35kV侧配置11台小车式断路器，包括6台集电线路断路器、1台主变低压侧断路器、3台无功补偿断路器、1台厂用变断路器，线路、无功补偿等系统的继电保护及测控装置装设于对应小车开关柜本体。

图1

2．断路器控制回路断线故障检测原理

1）断路器控制回路原理图

图2

图2所示为典型的风电场35kV集电线路断路器控制回路，大致分为两个部分，一部分集成在线路保护测控装置内部（图中虚线左侧部分），一部分在断路器本体（图中虚线右侧部分）。

图中，跳位指示二极管对应测控装置面板上的绿色跳位指示灯，断路器处于分闸位置时点亮；合位指示二极管对应测控装置面板上的红色合位指示灯，断路器处于合闸位置时点亮；TWJ是跳位监视继电器；HWJ是合位监视继电器；HBJ是合闸保持继电器；TBJ是跳闸保持继电器；YHJ和YTJ是遥控合闸继电器和遥控跳闸继电器的辅助触点；DL1、DL2是与断路器机械位置相关联的辅助触点，常闭触点DL1在断路器处于分闸位置时闭合、合闸到位后断开，常开触点DL2在断路器处于合闸位置时闭合、分闸到位后断开；HQ是断路器的合闸线圈，TQ是断路器的分闸线圈。

跳位监视回路，实现断路器分闸位置监视的功能，同时也起着合闸回路完好性监视的作用；合闸保持回路，在发出断路器合闸指令到断路器完成合闸的过程中起作用；防跳回路，防止断路器在特定情况下发生跳跃；遥控合闸回路是实现断路器远程人工合闸的回路；遥控跳闸是实现断路器远程人工分闸的回路；保护跳闸回路是继电保护保护后断路器自动分闸的回路；跳闸保持回路，在发出断路器分闸指令到断路器完成分闸的过程中起作用；合位监视回路，实现断路合闸位置监视的功能，同时也起着分闸回路完好性监视的作用。

2）断路器位置监视及分、合闸回路完好性监视

正常情况下，当断路器处于分闸位置时，DC220V+、跳位指示二极管、TWJ、DL1、HQ、DC220V-及连接导线构成的跳位监视回路闭合，回路中的绿色跳位指示二极管得电点亮、TWJ继电器得电吸合；绿色跳位指示二极管点亮、TWJ继电器得电吸合这一现象也就说明包括DL1、HQ及连接导线在线内的断路器合闸回路是完好（导通）的。

当断路器处于合闸位置时，DC220V+、合位指示二极管、HWJ、DL2、TQ、DC220V-及连接导线构成的合位监视回路闭合，回路中的红色跳位指示二极管得电点亮、HWJ继电器得电吸合；红色合位指示二极管点亮、HWJ继电器得电吸合这一现象也就说明包括DL2、TQ及连接导线在线内的断路器分闸回路是完好（导通）的。

3）断路器控制回路断线故障检测原理

图3

图3为断路器控制回路断线故障检测原理图。正常运行时，若断路器处于分闸位置，则TWJ得电，其长闭触点断开；若断路器处于合闸位置时，则HWJ得电，其常闭触点断开；上述两种情况下，光电耦合器中左侧的发光二极管回路均处于断开状态，因此在检测回路的电平输出端均输出5V电压。

当TWJ和HWJ均不得电时，光电耦合器中左侧的发光二极管回路处于闭合状态，二极管得电发光，触发右侧的光电三极管导通，此时检测回路电平输出端与地等电位，输出电压为0V。一旦电平输出端输出电压为0V，即被定义为断路器控制回路断线故障。

3．断路器控制回路断线故障原因分析

由上述分析可知，风电场35kV集电系统断路器控制回路是否发生断线故障是通过线路保护测控装置的数字量输入回路进行判别的，故影响判别结果的每一个环节或因素存在异常，都可能触发断路器控制回路断线故障。

一类是断路器分、合闸回路确实存在断线故障，检测结果能够真实反映回路的实际状态。常见的原因包括：分合闸线圈烧毁、对应辅助触点未正确切换状态、对应回路连接导线断线或虚接等。如，当断路器处于分闸位置时，合闸线圈HQ烧毁或辅助触点DL1没有闭合，合闸回路确实存在断点导致故障报出；当断路器处于合闸位置时，分闸线圈TQ烧毁或辅助触点DL2没有闭合，分闸回路确实存在断点导致故障报出。

一类是断路器分、合闸回路并未发生断线故障，由于检测回路的缺陷导致故障报出，此时的检测结果并不能真实反映回路的实际状态。主要原因包括集成在测控装置内的电子元器件、电路板等设备损坏。如，跳位指示二极管烧毁或TWJ继电器烧毁，当断路器处于分闸位置时报控制回路断线故障；合位指示二极管烧毁或HWJ继电器烧毁，当断路器处于合闸位置时报控制回路断线故障。

4．结语

本文以风电场35kV集电系统断路器为例对控制回路断线故障的检测原理进行了分析、对故障原因进行了归纳，具有一定的代表性和扩展性，读者遇到其他电压等级或形式的高压断路器时，可参照本文讲述的基本原理进行具体分析。

参考文献：

1. 风电场电气系统/马宏忠等编著，中国水利水电出版社，2017.3

樊登胜     男      河北怀安     汉     1988.08  无 助理工程师     风力发电运维技术     江苏龙源风电技术培训有限公司

江苏省南通市崇川区胜利路7号 226000