共用铁芯的双跳闸线圈拒动问题分析论文_ 龙志,王磊,张礼波,张建行,黄照厅

摘 要：文章对共用铁芯的双跳闸线圈拒动现象进行了深入分析，并通过多次试验确认共用铁芯的两组跳闸线圈，其正负极接线方式决定了断路器能否正常分闸。若同时励磁的两组分闸线圈正负极接线不一致，线圈通电后产生的磁场将使铁芯两端磁极相同并且同性相斥，动铁芯不能运动并撞击分闸挚子，从而导致断路器拒动。本文运用右手螺旋定则，研究该类型线圈在各种接线方式下的磁场分布情况及断路器跳闸行为，并针对问题提出有效的防范措施，避免断路器拒动导致故障范围扩大。

关键词：共用铁芯、双分闸线圈、拒动、分析

引言

某供电公司在进行一座110kV数字化站新建线路及主变启动工作时，主变35kV侧发生相间短路故障（如图1所示），主变保护动作跳开中压侧及低压侧断路器，但主变110kV侧111断路器拒跳。导致保护越级到110kV新建线路，直至线路对侧保护动作跳开断路器后才将故障隔离。

该主变配置了双套化保护，并配置两组跳闸线圈（共用同一分闸铁芯），分别接有两路独立的控制电源，故障时主变双套保护装置、主变三侧双套智能终端均跳闸出口。为了查明111断路器拒动的原因，检修人员在A、B套主变保护装置上同时加入故障模拟量进行传动断路器，单独送上111断路器第一组或第二组控制电源，保证只投入其中一组跳闸回路， 111断路器均正常跳开。但是，当同时送上111断路器第一组、第二组控制电源时，111断路器均不能跳闸。经过多次试验验证，发现共用铁芯的两组跳闸线圈，其正负极接法决定了断路器能否正常分闸，若两组分闸线圈的正负极接法不一致，将导致断路器拒动。本文深入分析了共用铁芯的两组分闸线圈在不同的正负极接法情况下，断路器将出现的动作行为，并提出了有效的防范措施。

图1 变电站电气一次接线图

1 原因分析

故障发生后，检修人员依照相关图纸对111断路器控制回路进行了检查，发现断路器的第一组、第二组分闸线圈共用同一根分闸铁芯（如图2所示），两组线圈上的铜线均顺时针缠绕。同时发现第一组分闸线圈的正、负极接线与图纸不符，其正极（D6）与负极（N1）端子接反（如图3、4所示）。试验发现只投入其中一组分闸线圈时断路器可靠动作，同时投入两组分闸线圈时断路器拒动，可知断路器能否跳开与两组分闸线圈的正负极接线方式有关。

（a）分闸线圈左视图 （b）分闸线圈正视图

图2 断路器分闸线圈示意图

图3 现场分闸线圈正负极接线图 图4 断路器机构跳合闸回路接线图

在断路器处于合位且两组分闸线圈接线正确（均正极性接线）的情况下，若A、B套主变保护同时动作跳111断路器，两组控制电源的电流将流过断路器的两组分闸线圈并使其励磁。线圈励磁后产生磁场，磁感线顺着分闸线圈铁芯、铜背板、铜底板、动铁芯形成闭环磁路。根据通电螺线管中的安培定则，可知此时两组分闸线圈的S极均靠近正极，N极均靠近负极，两个线圈磁感线方向相同（如图5所示）。因此分闸线圈铁芯上端呈S极，铜底板下端呈N极，N极和S极异性相吸（如图6所示）。由于铜底板固定，故分闸线圈铁芯及动铁芯向下运动并撞击分闸挚子，使断路器分闸。

图5 两组分闸线圈正极性接线 图6 两组分闸线圈正极性接线时铁芯磁感线方向

当两组分闸线圈均反极性接线时，两个线圈磁感线方向保持一致（如图7所示），分闸线圈铁芯上端呈N极，铜底板下端呈S极，N极和S极异性相吸（如图8所示）。分闸线圈铁芯及动铁芯向下运动并撞击分闸挚子，使断路器分闸。

　图7 两组分闸线圈反极性接线 图8 两组分闸线圈反极性接线时的铁芯内部磁感线方向

当只有一组分闸线圈通电时（如图9所示），铁芯的磁场方向受到线圈正负极接线的影响，但无论正极性还是反极性接法，N极与S极始终相吸，动铁芯向下运动并撞击分闸挚子，断路器可靠分闸。

（a）第一组分闸线圈正接 （b）第一组分闸线圈反接

图9 第一组分闸线圈励磁示意图

在第一组分闸线圈反极性接线、第二组分闸线圈正极性接线的情况下，第一组、第二组分闸线圈的S极均靠近正极，N极均靠近负极，两组线圈磁感线方向正好相反（如图10（a）所示）。此时分闸线圈铁芯的上端呈N极，铜底板也呈N极，同性相斥导致动铁芯不能向下运动撞击分闸挚子，断路器无法分闸。

（a）第一组分闸线圈反接 （b）第二组分闸线圈反接

图10 两组分闸线圈正负极接线不同时磁感线示意图

同理，当第一组分闸线圈正极性接线、第二组分闸线圈反极性接线时，分闸线圈铁芯的上端呈S极，铜底板也呈S极（如图10（b）所示），同性相斥导致动铁芯不能向下运动撞击分闸挚子，断路器无法分闸。

为了验证理论分析的正确性，继保人员不断调整两组分闸线圈的正负极接线，并进行多次试验检查断路器的跳闸情况，具体试验结果如表1所示。

表1 两组分闸线圈不同接线方式下断路器跳闸情况统计表

根据试验结果可知，理论分析与实际情况完全相符。对于共用同一铁芯的两组分闸线圈，当其正负极接线均相同，或者只投入其中一组分闸线圈时，线圈励磁所产生的磁场使分闸铁芯两端的磁极不同，分闸铁芯和铜底板异性相吸，动铁芯向下运动并撞击分闸挚子，使断路器可靠分闸。

但当两组跳闸线圈同时投入且正负极接线相反时，线圈励磁所产生的磁场使分闸铁芯两端的磁极相同，分闸铁芯和铜底板同性相斥，动铁芯不能向下运动撞击分闸挚子，导致断路器无法分闸。

2 防范措施

为了防止共用铁芯的两组分闸线圈出现拒动问题而导致故障范围扩大，就必须做好相应的防范措施。

第一，在新建工程验收过程中，若断路器使用共用铁芯的两组分闸线圈，检修人员必须认真检查两组跳闸线圈的正负极接线，确保线圈两端接线和机构图纸完全一致。

第二，对于使用该类型分闸线圈的间隔，继保人员在验收或定检工作中，不仅要用单套保护装置分别传动断路器，还要用两套保护装置同时传动断路器，以验证两组分闸线圈正负极接线是否一致，确保断路器正常跳闸。

第三，如果更换了分闸线圈，检修人员和继保人员需要按照第一、第二种做法来验证两组分闸线圈正负极接线的正确性。

3 结语

本文从共铁芯的两组分闸线圈拒动问题出发，深入分析了在不同的正负极接线方式下，共铁芯双分闸线圈的磁场分布及铁芯运动情况。当两组跳闸线圈的正负极接线相反且同时励磁时，所产生的磁场使分闸铁芯两端的磁极相同并且同极相斥，动铁芯不能运动，导致断路器无法分闸。并针对该问题提出了行之有效的防范措施，避免断路器拒动导致故障范围扩大，进一步提高了电网的安全稳定运行水平。

参考文献：

[1] ZHW4-126（L）复合式组合电器安装使用说明书OKA.412.568[M].

[2] 国家电力调度通信中心编著.国家电网公司继电保护培训教材（上册）[M].北京：中国电力出版社，2009.4.

[3] 邱关源，罗先觉.电路（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.5

论文作者: 龙志,王磊,张礼波,张建行,黄照厅

论文发表刊物:《中国电业》2019年第20期

论文发表时间:2020/4/7

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