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新型的通用型10千伏手车式断路器电路板工作原理分析

​焦少康 汤维纯 周俊宇 张石磊 张德 徐嘉宏 邓曦

国网湖南省电力公司长沙供电公司,湖南长沙,410000

摘要: 2018年以前,10千伏断路器电路板一般带有整流模块和熔断器,近几年国家电网公司提出取消断路器熔断器、整流桥和电阻等辅助元件,以减少电路板故障率,提高电路板整体性能。
关键词: 电路板;整流模块
DOI:10.12721/ccn.2022.157210
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1.引言:

近年来,10kV手车式断路器频发由于整流模块故障导致控制回路断线的告警,由于事出突然,此类抢修需对备品备件用有很高的要求,但目前运行的变电站控制电源均为直流电源,整流模块存在毫无意义,且会增大运行中的故障率,所以目前电路板已逐步取消整流模块、熔断器等二次元器件。

2.整流模块工作原理与作用

整流模块一般有两对端子,一对是交流输入端,另一对是直流输出端。其原理类似于一个整流桥,当交流电由交流输入端流入后,相当于注入了整流桥的上下两个桥臂,由于二极管正向导通、反向截止的特性,交流电的负半轴无法通过,流过电阻RL的电流始终至上而下,从而实现了将交流电转化为直流电并从直流输出端输出的功能。

当输入电流为直流时,无论正负极接在上桥臂还是下桥臂,流过电阻RL的电流始终至上而下,即直流输出端始终正极为正,负极为负。故在控制电源为直流电的条件下,绕过整流模块从原理上看是可行的。

截图1741598334.png图1 整流模块                                     图2  一个整流桥

2.1二次回路分析

以索菱VS1-12型小车式断路器为例(二者二次回路基本一致):

截图1741598349.png其中晶闸管图标V2、V4代表整流模块(桥式整流器),KO是防跳继电器,QF是辅助开关,S1是储能状态的微动开关,HQ、TQ为合、分闸线圈,S8、S9为底盘车位置辅助开关。此断路器可以选配是否带防跳和闭锁,厂家设计了多组跳线,通过更改跳线的短接方式,来实现不同的功能配置。车间内两台断路器为带防跳无闭锁的配置,连通的跳线为:a-f、a-g、b-c、i-j、l-k。

整个合闸回路可以分为两个部分看:

(1)整流模块的交流输入回路

航空插把的4号合闸端子直接连到整流电路板的A4号端子,该电路板如图所示:

截图1741598373.png由背面图可见,A4端子直接连到了整流模块的一个交流输入端。另一个交流输入端连到跳线端子B,由于该断路器存在b-c跳线,即B与C短接,所以又通过端子C连到了电路板接线端子的B5,通过查阅接线图知B5连接到了底盘车接线端子的JX16端子,该端子直接连至底盘车试验位置辅助开关S8和工作位置辅助开关S9的43端子。

截图1741598387.png试验、工作位置辅助开关节点另一端分别接至JX-15和JX-12,然后接至电路板接线板的X-A11和X-A13,通过电路连接至跳线接线端子的F和G端子,通过跳线并到A端子,然后通过电路接至X-A12,由接线图可知,X-A12连到了航空插把的14号端子。至此,整流模块交流输入回路结束,回路总览:

截图1741598499.png(2)整流模块的直流输出回路

从正极出发,首先连至防跳继电器的3端和X-A5,由X-A5连至辅助开关的QF-52节点,该节点是一个常开节点,另一端QF-51又回到了电路板接线端子上的X-A1。通过电路板分成了两路,一路连至跳线端子K,另一路连到防跳继电器K0的一个节点,通过二次原理图可看出这个节点是K0的5号节点。K和L之间存在跳线,从I出来后连到了电阻R0的一端,电阻的另一端又连到了防跳继电器K0的一个节点,由二次原理图可看出这个节点是防跳继电器的电源输入端。另一个电源输入端连至了整流模块的负极,此回路完成。

防跳继电器共有五个端子,那么剩下的最后一个就是2号端子,该端子是连到了X-A2,由接线图可知X-A2连至辅助开关QF-54,该节点为常闭节点,另一端QF-53连至X-B2。X-B2和X-B1是连在一起的,均连至跳线端子I,因为存在I-J跳线,所以又通过J端子连至X-B3。(此处实际接线与原理图相反,原理图上画的是先到J点,再经I到X-B3。由于I、J端子只是接在了S5的两端,无论正反均无区别,所以没有关系。)

X-B3连到了微动开关S1的13、14端子上。该微动开关是反映弹簧储能状态的,未储能时处于断开状态,储能完毕后储能轴上的顶杆顶住微动开关使13、14节点闭合。另一端14直接连到了合闸线圈。从合闸线圈出来后连到了电路板接线端子的X-A3,由背部电路可知X-A3连到了整流模块的负极,至此回路结束,回路总览:

截图1741598524.png2.2新型电路板工作原理

从二次回路图中可知,只需要将航空插拔的4号接到合闸线圈HQ的1端,将航空插把的14号接到KO的3端即可绕过整流模块且不影响回路正常功能。

由原理图得知合闸回路用的是V2号整流器。从V2的直流输出端正极出发,分为两路,一条连到端子排A5,进而连至辅助开关13号节点;另一条连到KO的两个并联端子,由原理图可以看出这两个并联端子就是KO的3号端子。从负极出发只有一条线,连到了端子排A3,从A3上的线的号码筒上可以看到HQ-2字样,可以看出这根线是直接连到合闸线圈的末端的,与原理图一致。

通过以上分析,设计出取消整流桥、电阻和熔断器等元件的产品,其二次原理图如图所示:

截图1741598538.png二次原理图

通过取消整流模块、电阻、熔断器等元件,可以有效减少因电路板原因导致的开关故障,提高了产品新能。

3.结论

1.由于站内都配备的是直流控制电源,整流模块并不能发挥其应有的作用,且存在损坏隐患,对设备正常运行及电网稳定造成威胁。对于新改扩变电站,在可研初设阶段便不设计采用带有整流模块的设备。对于已经采购、带有整流模块的项目,要求生产商取消设备内的整流模块后再发货。

2.结合停电对站内10kV手车式断路器开展全面排查,凡带有整流模块的断路器,均更换为该种直流电源供电电路板,提高设备安全运行水平。
作者简介:  
焦少康(1990-)男,河北邢台人,硕士,中级工程师,研究方向:变电站电力设备检修专业。