断路器二次回路故障分析及消除

断路器二次回路故障分析及消除

郭莉莉

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摘要：建筑安全一直是社会各界非常关注的问题，其包含建筑设计方案的安全保障设计以及在建筑物投入使用之后的水、煤、电的使用安全。为了保证居民生活和企业生产的安全，我国对建筑物安全防控制定了严格措施。断路器作为建筑物配电网络运行中的安全控制设备之一，其重要性不可忽视。基于此，本篇文章对断路器二次回路故障分析及消除进行研究，以供参考。

关键词:断路器；设备改造；控制回路

引言

随着我国提出碳达峰、碳中和的目标，能源电力系统将从化石能源向可再生能源转型。基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter，MMC)的直流电网可以实现区域电网的灵活互联，并且可以有效接入新能源发电系统。然而，现有的直流电网存在诸多技术难点，其中之一就是缺少低成本、快速、可靠的直流侧故障保护方案。

1断路器智能故障诊断系统硬件设计

使用相邻的DCCB切断全部电流时，虽然可以最大限度的帮助故障线路断路器分担能量，但是该方案会破坏直流电网的网架结构。为了平衡故障能量分担和维持网架完整性的需求，使相邻断路器在主保护过程中先限流，当确认故障彻底消失后恢复到导通状态，既能够分担故障能量，又没有完全切断相邻线路，有助于后续的恢复过程，其中双色模块表示设备状态有切换过程。本文使用的是上节所提轮替导通限流方案，但是控制方式同样适用，其外特性一致，因此统称为断路器的限流模式。基于所提出的主保护方法，提出采用多个DCCB的后备保护方案。传统的后备保护只有在接收到故障线路DCCB的失效信号后才会启动，然后闭锁故障近端换流站(MMC0)和相邻线路的DCCB(CB1&2)，MMC0和CB1&2均从导通状态变为闭锁。所提协调后备保护方案的快速恢复主保护实现，在故障发生后所有相邻断路器开始限流，当接收到CB0的失效信号时，所有的相邻断路器将变为闭锁，直接切断对应线路，同时MMC0会闭锁。该方案的优点在于启动后备保护时相邻断路器已经处于动作状态，仅需切换控制方式，不需要等待机械开关延时，因此其动作速度较快。

2断路器故障智能诊断的难点

基础数据信息的对比分析，需要建立故障模型知识库。故障模型知识库中的数据主要来源于历史试验收集的典型断路器故障原因及对应的输出波形，对某一项试验中得出的波形进行自主地分析，对比各种故障原因的典型输出波形，从中总结并判断故障。基于上述原理，通过建立智能处理电路，内置典型故障模型数据库，采用高速DSP处理电路进行自动判断，发现断路器故障，实现智能故障诊断。选用鸿立芯HYM320VC33型DSP和HYM9253型AD转换芯片，采用波形抓取的模数转换电路与智能处理电路，分析断路器故障的原因和输出工作波形的识别特征。HYM320VC33具有34K×32位（1.1-Mbit）片内双静态SRAM和13ns指令周期，能够完全满足数据库的存储空间需求与处理速度要求。HYM9253内置采样保持电路，转换速率最高可达125MSPS，可以满足断路器故障发生时瞬时采样要求。被检测的试验样本信号通过加速传感器，经电缆输送到调理板，转换成能够被数据采集卡收集到的数据信号。被采集到的信号传送到上位机等待下一步的计算处理。

3断路器智能故障诊断系统软件设计

3.1数据处理模块设计

数据处理模块主要采用DSP处理核心。DSP处理核心数据处理能力强，含有丰富的工具包和编程，能够自主选择数据的处理方式。DSP处理核心包含信号处理、数据分析、文件信号输入、输出等分析处理模组。具体工作流程为：波形测量（对采集到的数字化波形进行还原，提取特征点）；数字滤波（剔除噪声，平滑波形）；窗、谱分析（通过局部放大方式分析波形中的谐振谱分量）；逐点计算（计算变化趋势、增量等分析波形变化）；波形拟合（与数据库中记录波形进行对比）；报警驱动（在发现短路故障时，触发报警模块，分别驱动声、光、电硬件设备）。

3.2数据储存与管理模块设计

断路器的故障状态变化和发展是渐进的，并且有各种干扰因素，设备从正常到不正常状态的变化存在转化期，因此系统选择访问的数据库需要具备足够的容量，实现全寿命周期数据存储。系统采用Access2003作为数据库平台，可以完全满足断路器数据存储的要求。通过智能命令模块完成动态网络数据操作，如创建和删除命令，读取或写入数据库中的参数等，管理虚拟仪器与数据库的连接。数据集模块用于对数据库中的记录执行操作，如创建或删除记录，读取和写入记录中的条目等。

4产生跳跃现象隐患的分析

4.1 串联防跳的原理

国产的保护回路大多采用串联启动方式来实现断路器防跳跃功能，即由电流启动TBJ电流线圈，然后由TBJ常开接点串联其电压线圈自保持来断开合闸回路。当手合令SHJa闭合，正电源通过跳跃闭锁继电器常闭接点1TBUJa——断路器辅助接点DL——合闸线圈HQ——负电源，断路器进行合闸。若合闸于故障时，保护动作跳闸使1TJR闭合，正电源经TJR至跳跃闭锁继电器电流线圈、断路器常开接点（因断路器已经合闸，此时常开接点闭合）、跳闸线圈，最后到负电源对断路器进行跳闸操作，因跳跃闭锁继电器电流线圈流过电流，跳跃闭锁继电器电流线圈1TBIJ励磁，一方面使跳跃闭锁继电器常开接点1TBUJ闭合，常闭接点1TBUJa断开，切断合闸回路，另一方面由防跳跃继电器电流启动的接点1TBIJ闭合，启动其电压线圈1TBUJ励磁，使1TBUJ进行自保持。若此时合闸令还没返回，跳跃闭锁继电器1TBUJ其电压线圈在手合令的正电源下自保持，直到合闸令返回后失去正电源使1TBUJ失磁返回，完成跳跃闭锁功能。

4.2导致防跳跃失效的原因

防跳功能分析：断路器防跳跃并不能起到防跳作用，原因为合闸继电器后面加的断路器辅助接点-S0，在断路器合闸到位后该常闭接点会断开回路，使跳闸位置继电器失磁，不发生合闸指示灯与分闸指示灯同时亮的现象，但同时也会使合闸接触器-KOE失磁，使防跳跃继电器-K201失去正电源失磁返回，防跳跃继电器-K201常闭接点也将返回闭合，造成防跳跃回路不能断开合闸线圈-Y1回路。因此当合闸于故障上，合闸令没有返回时，断路器将因合闸接触器后面的断路器辅助接点-S0的开-合-开-合......现象，而发生断路器跳跃现象，直到合闸令返回或因断路器压力降至闭锁位置才停止跳跃。

结束语

断路器在整个电力系统的工作运行中起着非常重要的作用，其工作状态是否正常决定着建筑配电网络能否安全运行，实现智能化的断路器故障监测，对建筑安全领域和高新技术应用领域具有重要的现实意义。结合智能化处理模块，开发功能更为强大的系统，在用电安全、智能处理、节能减排等方面实现智能化应用是未来的发展趋势，也是社会发展的必然选择。后续应在断路器智能故障诊断系统的软件界面交互友好性、功能操作的易用性方面加以改进，不断完善系统，提供方便、快捷、可靠、优质的智能化产品。

参考文献

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