220KV断路器控制设计(ZT)

1. 工程概况
红花水电站工程位于广西壮族自治区柳江县境内，是以发电、航运为主，兼顾灌溉、旅游、养殖等综合功能的水利水电工程。水库正常蓄水位77.5m，为日调节水库。电站厂房为河床式、升压站采用GIS布置在户内、最高出线电压等级为220kV。厂房内装设六台单机容量38MW的灯泡贯流式机组，电站总装机容量为228MW。发电机额定电压10.5KV，额定功率因数0.85（滞后）。三台220KV主变压器，两回220KV出线， 220KV双母线带母联。
红花水电站220KV配电装置为上海西安高压电器研究所有限责任公司的产品，采用了六氟化硫（SF6）气体绝缘金属封闭开关设备（GIS），布置在电站安装间段下游副厂房内。断路器为ABB公司的SF6气体断路器，断路器采用了弹簧操动机构。
红花水电站工程220KV开关站电气主接线形式为：220kV配电装置采用双母线带母联断路器接线，共分8个220kV间隔，六个220KV断路器。电气一次主接线图见附图1。
2.控制方式选择
为了适应水电站的统一调度和经济运行的发展方向，方便电站频繁操作的要求，提高水电站安全运行维护管理水平，为电站无人值班及少人值守创造条件，红花水电站二次控制系统全部采用了计算机监控系统，对电站各主要电气设备进行监视、控制，实现成组调节和机组间负荷合理分配，提高发电效益等。电站的监控模式按无人值班（少人值守）的原则进行设计。不另设常规自动控制系统，只设现地手动操作作为调试和检修所需的控制设备。
红花水电站220KV断路器控制、信号及测量回路的操作电源为220V直流强电控制。
红花水电站220KV断路器按远方（自动）、现地（手动）分为两种控制方式，远方自动控制是在中控室计算机监控系统的开关站LCU屏上给出跳、合闸命令，对断路器跳、合闸线圈进行控制，从而驱动断路器操动机构。现地（手动）控制是在断路器操作箱上进行控制。控制回路都采用220V直流电源，远方（自动）、现地（手动）转换开关放置在现地GIS断路器操作箱上。
根据《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》继电保护实施细则’’中对220KV线路、变压器、母线的保护装置要求双重化配置的规定，红花220KV线路、变压器、母线的保护都按照双重化配置了保护，为了与保护装置双重化配置相适应，220KV断路器选用了具备双跳闸线圈机构的断路器，断路器与保护配合的相关回路（如断路器、隔离开关的辅助接点等）均按照相互独立的原则双重化配置。两个跳闸回路采用独立的控制电源，断路器控制电源都取自保护屏上220V直流电源。
因为红花水电站220KV断路器采用了国内成熟的控制技术，各个水电站都基本相同，在此不作叙述了，本文只对220KV断路器控制回路中遇到的问题以及采取的解决方法作一些论述。
2.断路器跳合闸控制回路设计
红花水电站220KV线路保护屏、主变压器保护屏、母线保护屏都采用了南京南瑞继保电器有限公司的产品，保护屏内有可选择的WBC-11型操作继电器装置，即断路器控制操作箱，保护装置和其他有关设备均可通过操作该继电器装置实现断路器的分合闸操作。同时现地GIS内部断路器本身也配置了控制回路，与保护屏上的操作箱功能基本相同。
保护屏操作继电器装置（简称保护屏操作箱），设有直流电源监视与切换回路，两组分相跳闸回路具有独立的直流电源，当任一组直流消失即可报警，同时切换后的公共部分直流电源，供压力监视和备用继电器回路用。该操作箱还具备交流电压切换回路，该回路在直流电源消失后，电压切换继电器不返回，仍保持原来的输出状态，可防止由于操作箱直流消失而造成的保护交流失压，从而提高了保护运行的可靠性。
该操作箱设计有必须的气压闭锁回路（压力异常禁止操作、压力异常禁止重合闸、压力降低禁止重合闸、压力降低禁止跳闸）；三相跳闸回路（三跳起动重合闸、三跳不起动重合闸、手动跳闸回路）；分相跳闸回路（合位监视、跳闸回路）；分相合闸回路（跳位监视、合闸回路、防跳回路）；重合闸及手动合闸回路（重合闸接点重动回路、手动合闸回路）；跳合闸信号回路（重合闸信号、跳闸信号）；交流电压切换回路（电压切换、重动接点）；交流电压加速回路；备用中间继电器；装置输出接点及功能（送给保护和其他设备的接点、送给信号回路）。
因为保护屏操作箱具有完整的断路器控制功能，涵盖了现地GIS断路器本身配置的控制回路，并且保护厂家配套的断路器操作箱与保护装置接线有直接的联系，保护屏所带的操作箱具有很多与保护接线相关的回路不便于拆开，以及各保护屏是设置在中央控制室，且220KV开关站LCU控制屏也是设置在中央控制室，而220KV断路器的控制基本上是由远方开关站LCU屏自动控制，现地只在有需要进行断路器无压操作或试验时才可能进行跳、合闸操作。所以为了能够更方便的对断路器进行整体控制，基于以上优势，在进行红花水电站220KV断路器控制回路设计时，我们完整的保留了保护屏断路器的操作箱，简化了现地GIS断路器操作屏的控制功能。并有效地进行了两个操作回路的连接，使之拥有了一套完整的断路器控制回路。以220KV母线断路器控制图为例见附图2和附图3。
2.防跳回路设计
在完整保留保护屏断路器的操作箱，简化了现地断路器的控制功能时，遇到了如何选择防跳回路的情况。因为两个操作回路都含有电气防跳回路，究竟怎样设计防跳回路更有利于断路器的操作呢。我们经过反复比较，得出三种方式可选择：（1）保留保护屏操作箱上的电气防跳回路，去掉现地断路器控制回路中的电气防跳回路；（2）保留现地断路器控制回路中电气防跳回路，去掉保护屏操作箱上的电气防跳回路；（3）保护屏操作箱上的电气防跳回路和现地断路器控制回路中的电气防跳回路都保留，但必须增加切换回路，进行两个电气防跳回路之间的切换控制。
那么最终选用哪一种方式的电气防跳回路比较好呢，第（1）、（2）种方式经过比较，基于前面所叙述的原因，为了实现保护与控制的完整性，觉得采用保留保护屏上操作箱的电气防跳回路比较好，而第（3）种方式过于复杂，增加了控制回路的难度且因为设备的增加也增加了回路的不安全因数，再加上选用的ABB公司220KV断路器是很难在其控制回路中进行修改。所以最终决定保留保护屏上操作箱的电气防跳回路，取消现地断路器控制回路中的电气防跳回路，使之能够更合理的进行220KV断路器的控制。
由于采用了保护屏操作箱上的电气防跳回路，所以不允许在未投入保护屏上保护及操作箱时进行现地断路器控制回路的带电操作。而且“手动合闸”只用于调试检修时投入，作为无压试验合闸，其他情况不允许投入。以避免人为因素误操作断路器造成事故。
4.同期方式设计
水电站发电机端、变压器高压测、线路接入系统的断路器的控制中经常遇到电站需要接入系统时要进行同期操作，这就要求装设同期装置。考虑到正常情况下，220KV断路器的各种操作基本上是由远方计算机监控系统220KV开关站LCU屏自动控制，现地只有在需要进行断路器无压操作或试验时才可能进行跳、合闸操作。所以红花水电站开关站只在远方计算机监控系统220KV开关站LCU屏设置了一套多对点智能自动同期装置，未设置手动控制方式下的手动同期装置。
为了防止手动误操作断路器非同期合闸并网运行，，在断路器控制回路设计中对原有典型断路器手动控制回路中作了一些修改，增设了手动合闸闭锁接线：当220KV断路器两侧的隔离开关处于断开状态才允许手动合闸断路器（即现地调试检修时可以手动合闸）。具体修改接线为：在现地GIS断路器操作屏上的手动、远方操作转换开关接线的后面，串接断路器两侧的隔离开关常闭接点在断路器手动合闸回路中，闭锁手动操作回路，即只要断路器两侧的隔离开关是断开的，就算误动了断路器的手动合闸，也是不可能误操作的，起到了手动非同期闭锁的目的。同时为了适应电站各种运行方式的转换，在确实需要无压合闸手动操作断路器时，能够手动进行断路器合、跳闸操作，设计中还增加了解除220KV断路器手动合闸闭锁回路的连接片LP，以达到必要时需要进行220KV断路器手动无压操作的目的。具体接线为：将连接片LP并联于220KV断路器手动合闸闭锁回路中隔离开关常闭接点回路上，在正常运行方式及现地调试检修时，连接片LP处于断开状态，当运行方式需要无压合闸手动操作断路器时，可将连接片LP连接，闭锁隔离开关常闭接点串联回路，以完成该项操作，以220KV母线断路器控制图为例见附图2。
5.不足之处
经过这次设计，在防跳回路的设计上还存在一点考虑不周的地方，那就是断路器厂家在厂内进行调试需要手动操作断路器时，因为断路器操作回路中的防跳回路在保护屏操作箱内，这时如果断路器发生反复跳跃的情况，就只能靠机械防跳回路阻止跳跃，而机械防跳装置是没有电气防跳回路可靠的，虽然这对断路器的控制操作是没有什么不利，但总是觉得不是最好的设计方法，鉴于这一点，最终认为断路器控制回路中的防跳回路还是保留断路器厂家现地的防跳回路比较好，因为这样可以避免断路器厂家在厂内进行调试需要手动操作断路器时没有电气防跳回路的弊端。只是这样一来，保护屏与断路器控制回路之间的协调设计相对较之前面的设计要麻烦一点，当然这些都是能够解决的。
6.设计总结
红花水电站220KV断路器已在2005年10月通过验收投入运行，经过半年多的正常运行证明，红花水电站220KV断路器控制回路的设计方法是合理可行有效地，达到了断路器自动控制的设计目的，运行是稳定可靠的。