CN209860573U - 高压断路器跳脱回路系统设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高压断路器跳脱回路系统设备，特别是改善高压电力系统中发生事故时，其原有跳脱回路的工作电源失能，无法提供有效电源驱动高压断路器的跳脱线圈运作。本实用新型是引入电流侦测装置的降流单元的电能，作为高压断路器跳脱线圈所需的电能，于系统发生故障时可确实使高压断路器强制运作，以使高压断路器的跳脱机构动作，使高压断路器开路，隔离事故点的高压电力回路，提升用电的安全性。

Description

高压断路器跳脱回路系统设备

技术领域

本实用新型涉及电力回路跳脱设备，特别是一种高压断路器跳脱回路系统设备。

背景技术

高压输配电系统中，高压断路器盘﹙又称配电柜﹚是非常重要的设备并受到重视，按屋内装置规则的认证要求，如高压设施，从箱体、高压变压器、高压断路器、比压器、比流器、避雷器、高压熔丝等，都必须通过验证。按理而言高压系统应非常可靠且安全信赖度高。但实务上高压受电用户出故障的状况时有所闻。探讨其中发现有许多的案例，症结是高压系统中提供跳脱回路的工作电源失能而造成事故！蓦然发现，高压系统中，提供系统能安全隔离事故的跳脱回路工作电源元件，确已成为安全上的死角。当该跳脱回路所需的工作电源故障时，系统中因缺乏电能致动，跳脱机构无法运作隔离高压事故，后果相当严重，衍生的经济损失甚或赔偿问题难以估计。

高压断路器盘，有三种动作，一为通电闭合ON、二为断电启断OFF、三为故障时跳脱（Trip）隔离事故。一般驱动高压断路器跳脱的指令来自于保护继电器，而保护继电器的信息来源，一般来自比流器CT，检视是否有过载或短路的事故，而比压器PT检视是否有过电压或低电压的状况，零相比流器ZCT检视是否有接地状况、或温度过高、频率异常问题等。这些感测装置提供保护继电器运作导通，并进而使高压断路器断开以隔离事故点的电力。目前高压配电系统中，许多的事故发生时，无法有效隔离事故点令高压断路器跳脱，多半的原因是因为系统中跳脱回路的工作电源失能。目前世界上在高压配电系统上，其供应给跳脱回路使用的工作电源，一般分为直流工作电源与交流工作电源。直流工作电源一般又以电池组作为跳脱回路的工作电源，交流工作电源一般则以电容跳脱装置CTD为主。而目前高压断路器的跳脱方式一般分为两种，一种为电动式，使用内部动作线圈；另一种为机械式跳脱。

高压配电系统事故案例列举如下：案例一、中国台湾电力公司在台中新天轮电厂爆炸案；案例二、中国台湾观音工业区某半导体公司，高压盘中的保护继电器专用CTD故障，导致台电变电站跳电；案例三、中国台湾新竹工业区某化工厂CTD 故障造成69KV主变电站跳电，造成损失；案例四、中国台湾芳苑工业区某化纤厂CTD故障造成69KV变电站跳电，半成品全毁；案例五、印尼某工厂保护继电器用CTD，容量不足造成二次事故；案例六、中国台湾科学园区电子厂扩建UPS故障；案例七、中国台湾花莲某医院，高压盘的CTD 被误触而故障；案例八、日本福岛核灾；案例九、苏联车诺比核灾等。以上的案例中，不外乎就是其输配电系统中，其高压断路器盘中的控制电源的跳脱回路工作电能失能，导致系统发生故障时，没有一个有效的工作电源使高压断路器做对应跳脱动作以隔离事故电力回路，继续供应高压电造成短路漏电的意外事件，甚至造成大停电等重大损失。综合这些案例可知，造成事故的原因，不外乎由天灾、人祸、系统设备上的惯性疏失等相互影响。

高压断路器(H.V.CB) 或特高压CGIS或GIS，是接受保护继电器(Relay)的指令，做为是否跳脱高压断路器，将事故源隔离。因此该断路器如果不能如期在某一事业单位(受电方)发生短路事故时立即跳脱，将会造成高压断路器(H.V.CB)损坏，而扩及到影响主供电干线供应电源给其他的事业单位(受电方)，造成连锁性的产业损失。高压断路器能否及时跳脱，受控于保护继电器(Relay)是否能即时发出指令。因此，当提供保护继电器的工作电源有问题时，该保护继电器就不会动作；如果该保护继电器不会动作时，高压CB在事故发生时也就不会动作，无法隔离事业单位的事故点电力，造成严重的二次事故，甚至影响电力公司供电馈线跳脱。由于此高危险性的工安事件常因误判而产生意外，于是供电干线的业者(如电力公司)为防止继电器于短路事故时，因电压骤降无法动作触发断路器跳脱，或因比流器饱和迟缓动作，即要求事业单位要按照规定设置保护系统，才答应供电。设置保护系统主要的规定内容是：“采比压器二次侧电源供应时，应辅以电容跳脱装置(CTD)或辅以电容跳脱装置再并接不断电系统(UPS)，且供电子式或数字式继电器使用的电容跳脱装置(CTD)，不得接供断路器或其他设备使用。”这设置保护系统是种理想，但意外常常来自于理想状况下。因为实务上不断电系统(UPS)使用一年、两年后几乎都会因电池老化而故障。高压配电盘其中保护继电器以及高压断路器的跳脱回路中的工作电源，一般都是AC或DC均可使用，但在一般的情况下，会以直流电源为优先考量（AC与DC二者只能选定一种），因为一般而言直流电源比较稳定可靠。若是使用蓄电池组为主的直流供电系统，其电池一年后可能会失能，但是事业单位却不会察觉到。通常都是等到有短路事故时，才发现高压断路器(H.V.CB)不会跳脱，或发现没有跳脱回路的直流工作电源，导致无法供应工作电源给保护继电器(Relay)，但发现时为时已晚。

本发明人对于高压配电系统中，其高压配电盘中的跳脱回路工作电源改善方式，已经有数个方案申请专利并获准。尤其在电容跳脱装置CTD的改良方面，包括从在有载之下可测试，有电表显示其电压值；盘面式可以有效防止因开启高压配电盘而可能引起的工安事故预防；有电压比较电路及警报电路的电容跳脱装置，来解决电容器会因时间而衰减的问题；时间电路与电压比较电路的组合，可以每日或设定时间以模拟事故发生时，其跳脱回路工作电源是否足以推动其负载设备以隔离事故；进一步有自动电源转换电路的CTD，以防止电容跳脱装置故障时，外部电源有交流及直流电源的支援，与可解决电压以及电容量和通信的问题；具有备用电源的电容跳脱装置CTD；直流储能直流电源电容跳脱装置CTD；高压电磁开关VCS专用电容跳脱装置CTD；支援直流系统的电容跳脱装置CTD等，发明人以上种种的改善方案，都是为了使高压系统中跳脱回路的工作电源更安全稳定而设计制造。

由以上可得知，技术上高压断路器盘跳脱回路工作电源基本上分为两大类，一种电池组直流电能、另一种为交流电源。交流电源来自高压比压器HV PT二次侧，但是当高压系统中发生短路事故时，比压器PT电压骤降为零，导致完全没有工作电源给跳脱回路来驱动高压断路器以隔离事故；为了防止此缺失，目前现有技术是在交流电源供电系统中加装直流的电池组盘或电容跳脱装置CTD，以做为该系统高压盘跳脱回路的紧急工作电源。进一步检讨现有高压配电系统，其跳脱回路系统会故障的原因，若在元件方面的因素分析，如比压器PT其会发生烧毁的原因包括：1. 环境不良，湿气过重、2. 比压器PT本体绝缘不好（绝缘劣化、有空隙等）、3. 动物入侵等，都会造成比压器PT烧毁；至于比流器CT其会发生烧毁的原因，为1. 当系统发生短路事故时，二次侧造成烧毁、2. 环境潮湿、3. 绝缘不良、4. 接地故障等，都会造成比流器CT烧毁。一般而言，比流器CT二次侧不得开路，否则会产生高电压，并烧毁该比流器CT，所以CT二次侧必须串接负载阻抗避免开路；相类的，比压器PT二次侧不得短路，否则会产生过大故障电流，并烧毁该比压器PT，所以比压器PT二次侧必须并接负载阻抗避免短路。

现有技术中，一般交流系统中的控制电源，是以比压器PT二次侧的电源做为跳脱回路的工作电源来源。在高压系统上，比流器CT二次侧为一般电流源，电性连接至计器指示电流及保护继电器，比压器PT二次侧为一般电压源，电性连接至计器指示电压及保护继电器，依据电能等于电压乘以电流（单相），三相乘以√3倍的电能，当比流器CT二次侧开路电流源趋近零则二端间会产生高压，反之，当比压器PT二次侧短路电压源趋近零则二端间会产生高电流。所以当系统发生故障时，比压器PT或比流器CT其中会有异常的状态电能。另外外接电源失能、线路断线或线路短路等，均会影响其跳脱回路的工作电源。

一般而言，该跳脱回路工作电源正常供电的情况下，虽可解决大部分的问题。但在特殊的状况下，如大地震、爆炸、雷击等天灾，或者人为疏失操作或检修不到位的情形下，都可能使得该跳脱回路损坏或失能，导致高压断路器无法跳脱隔离事故点电能。又比如因使用器材不当，例如使用不合规范的UPS，UPS内部电池失能等，都会导致许多的事故案例。实际案例如中国台湾龙山变电站因事故发生时，没有隔离事故点电能而造成中国台湾新竹科学园区大停电；又如台电新天轮意外事件，因控制电源操作不当、负载高压断路器LBS缺失，……造成电厂爆炸及数十人的伤亡；再如日本福岛核电厂，因地震把该跳脱回路传统的供电线路损害，因高压断路器没有跳脱，大量高压电流源源不断注入导致冷却循环系统失能，最后引发大爆炸而造成核灾……。以上实际案例均说明跳脱回路工作电源的重要性以及必须改善的迫切性。本实用新型即在改良高压断路器跳脱的方法及其回路系统，以提升高压跳脱回路供电系统的稳定性。由上述的事故案例所呈现的问题，无论是天灾或者是人祸的因素，其跳脱回路的跳脱系统失能，都能产生极大的事故。

因此在既有的架构下，不能改变其配电盘的结构、不能改变其保护继电器的设定值、不能改变该高压断路器的结构等。通过本实用新型高压断路器跳脱回路系统设备的实用新型，在增强其原本跳脱回路系统的功能，以达到以往无法保护的安全功能性。综上所述，以直流电源或交流电源为主的控制回路，使用于高压盘的跳脱回路工作电能失能时，在现场中所面临实际的状况，以往并无法有效的来解决该问题，于是从现场中的状况实际需求，一种高压断路器跳脱回路系统设备可以解决上述的问题，同时提升其配电系统的安全性及稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种高压断路器跳脱方法及其回路系统设备，是将现有的跳脱回路的工作电源装置加以强化改进，除了保留既有直流电能的状态或者交流电能的状态、或者直流交流混合而成的状态外，在不改变原本系统保护继电器所设定保护协调机制、不改变原有配电盘的结构、以及不改变已经定型试验过的高压断路器的状态下，引入电流侦测装置的降流单元的电能，以系统线路上的电能，同时利用电压源及电流源的电能，串接保护继电器的常开接点动作、串接高压断路器闭合辅助接点、再串接驱动高压断路器的跳脱线圈，形成一完整跳脱回路系统，并驱动高压断路器内部跳脱机构，使高压断路器运作断电跳脱并隔离事故。

为达到上述目的，本实用新型提供一种高压高压断路器跳脱回路系统设备，其是与一高压电力回路电性连接，且该高压电力回路具有至少一供断开该高压电力回路的高压断路器的跳脱线圈，以连动该高压断路器的跳脱机构来断开该高压断路器。该高压断路器跳脱回路系统设备包括：一设于该高压电力回路上至少一只电压侦测装置，该电压侦测装置包含一供降低输出电压的降压单元；一设于该高压电力回路上至少一只电流侦测装置，该电流侦测装置包含一供降低输出电流的降流单元；一设于该高压电力回路上至少一只保护继电器，该保护继电器依据电力系统线路、负载状态及保护协调需求，设定其保护电气安全设定值，比如电流、接地、电压、频率、温度等至少其中一种，当该侦测装置数值大于该电气安全设定值时，保护继电器常开接点将运作导通。本实用新型高压断路器跳脱回路系统设备，以电流侦测装置为主，但可辅以并接电压侦测装置、电池组、外接电源等交流或直流电能输出为控制回路电源，再串接该保护继电器常开接点或远程智能强制断电指令接点、串接高压断路器闭合辅助接点、再串接该高压断路器的跳脱线圈而形成一跳脱回路系统。本装置可由保护继电器常开接点或远程智能强制断电指令接点导通，当高压断路器闭合辅助接点运作导通时﹐该高压断路器的跳脱线圈是受控制回路电源或电流侦测装置的降流单元的电能运作，以驱动该高压断路器的跳脱机构来断开该高压断路器。

本实用新型所提供的高压断路器跳脱回路系统设备另一实施例，同样也是与一高压电力回路电性连接，且该高压电力回路具至少有一供断开该高压电力回路的高压断路器的跳脱线圈，以连动该高压断路器的跳脱机构断开该高压断路器。该高压断路器跳脱回路系统设备包括：一设于该高压电力回路上至少一只电压侦测装置，该电压侦设装置包含一供降低输出电压的降压单元；一设于该高压电力回路上至少一只电流侦测装置，该电流侦测装置包含一供降低输出电流的降流单元；一设于该高压电力回路上至少一只保护继电器，该保护继电器依据电力系统线路、负载状态及保护协调需求，设定其保护电气安全设定值，比如电流、接地、电压、频率、温度等至少其中一种。当该侦测装置数值大于该电气安全设定值时，该保护继电器常开接点运作导通。该高压断路器跳脱回路系统设备，以电流侦测装置再串接该保护继电器常开接点或远程智能强制断电指令接点、串接高压断路器闭合辅助接点、再串接该高压断路器的跳脱线圈而串接形成一跳脱回路系统。该保护继电器常开接点或远程智能强制断电指令接点运作导通时﹐高压断路器闭合辅助接点运作导通﹐该高压断路器的跳脱线圈借着电流侦测装置降流单元的电能，以驱动该高压断路器的跳脱机构来断开该高压断路器。

为达到上述目的，本实用新型还提供一种高压断路器跳脱方法，其是将上述的高压断路器跳脱回路系统设备电性连接于一高压电力回路是通过电流侦测装置的降电流为驱动电流，且侦测该电流侦测装置输出的电流值，当大于预先设定的保护电气安全设定值时，立即使保护继电器常开接点运作导通，来驱动该高压断路器的跳脱机构断开该高压断路器，使高压电输送中断。

本实用新型前述的方法，其设定预先设定的保护电气安全设定值，至少是依据电流、接地、电压、频率、温度其中一种侦测方式所设定。再者，本实用新型前述的方法，可辅以并接电压侦测装置、电池组、不断电系统至少其中一种交流或直流电能输出为控制回路的电源。进一步的，本实用新型前述的方法，还包括提供一远程智能强制断电指令接点，且与该电流侦测装置是串接，再串接该电流侦测装置与该高压断路器的跳脱线圈而形成一跳脱回路系统，该远程智能强制断电指令接点导通时，运作该高压断路器的跳脱线圈，来驱动该高压断路器的跳脱机构以断开该高压断路器。

本实用新型的高压断路器跳脱方法及其回路系统设备可确保高压电力系统发生事故时，让高压断路器的跳脱机构强制作动跳脱，使高压断路器开路而隔断事故点的高压电力回路，而提升用电的安全性。

附图说明

图1是本实用新型高压断路器跳脱回路系统设备的配线示意图。

图2是本实用新型电流侦测装置（比流器）的示意图。

图3是本实用新型高压断路器跳脱回路系统设备跳脱回路动作的示意图。

图中：

高压断路器跳脱回路系统设备1；高压断路器10；电流侦测装置11；电压侦测装置12；

跳脱机构13；高压断路器闭合辅助接点14；跳脱线圈15；保护继电器常开接点16；

远程智能强制断电指令接点17；控制回路电源18；保护继电器19；电源自动交替电路20。

具体实施方式

本实用新型高压断路器跳脱回路系统设备，所实施的较佳实施例，如图1至图3所示。其中图1，高压电力回路上设有一高压断路器10，该高压断路器10有一跳脱线圈15，该跳脱线圈15连动其该高压断路器10的跳脱机构13；该高压电力回路上设有一电压侦测装置12(如比压器），该电压侦测装置12包含一供降低输出电压的降压单元；该降压单元电性连接至保护继电器19及控制回路电源18。该高压电力回路上亦设有一电流侦测装置11(如比流器)，该电流侦测装置11包含一供降低输出电流的降流单元；该降流单元电性连接至保护继电器19及控制回路电源18，该控制回路电源18经电源自动交替电路20，选择对应的电能串接至保护继电器19以连接保护继电器常开接点16。该保护继电器19依电力系统线路、负载状态及保护协调需求，设定其保护电气安全设定值，达到保护设定值时，该保护继电器常开接点16运作导通，并可并接远程智能强制断电指令接点17，再串接该高压断路器闭合辅助接点14，再串接该高压断路器10的跳脱线圈15串接形成一跳脱回路系统。如此即可引入电流侦测装置11(如比流器)的电能以及电压侦测装置12（如比压器）的电能，进一步改善当事故发生时，能确保该高压断路器10的跳脱线圈15有足够的电能驱动，以隔离事故。

请参考图2针对本实用新型的原理做进一步的说明。如图2右侧方框所示为一般电流侦测装置（比流器）的等效电路示意图，电流侦测装置11的降流单元电流流经一电流表，形成一完整回路。而为进一步引入电流侦测装置11(如比流器)的电流做为高压断路器10跳脱线圈15的电源，本实用新型于电流侦测装置11的降流单元并联一侧支路径。此一侧支路径于电力系统正常时，保护继电器19未动作内部的保护继电器常开接点16开路，而高压断路器10的高压断路器闭合辅助接点14为导通状态，此时并未有电流流经侧支路径。但当电力系统故障，保护继电器19动作该保护继电器常开接点16导通及高压断路器闭合辅助接点14亦导通，侧支路径即为构成一完整回路导通状态，电流侦测装置11(如比流器)的降流电元电流即通过侧支路径，因而可做为高压断路器10跳脱线圈15驱动所需的电力。

将前述电流侦测装置11(如比流器)降流单元侧支路径的技术特征与现用高压断路器跳脱电源的设计结合，请参阅图3。图3左上方方块，表示现用技术中以电池组BAT、电容跳脱装置CTD或不断电系统UPS做为高压断路器10跳脱线圈15的跳脱电源，其通常在一般情况下，是足以提供高压断路器10跳脱线圈15所需的驱动电源。但当电池、电容跳脱装置或不断电系统因人为疏忽、天灾巨变而失能，将无法驱动该跳脱线圈15以隔离事故，此时将产生巨大危害。如将前述引入电流侦测装置11(如比流器)的降流单元电流源的技术特征整合，从图3可见，当系统故障(保护继电器常开接点16接点导通)，若现用技术的电池组、电容跳脱装置或不断电系统均失能时，此时高压电力回路的电流仍持续通过高压断路器10，因此电流侦测装置11(如比流器)的降流单元的电流源仍持续有电流流通(参阅图2)。而此时电源自动交替电路20因现用技术的电池组、电容跳脱装置或不断电系统均失能是切换到电流侦测状置11的回路，电流如虚线箭号所示流进高压断路器10的跳脱线圈15，以驱动跳脱机构13运作，因而可以切断高压断路器10的闭合主接点以隔离事故点，进一步提升了高压断路器跳脱回路系统的稳定性，以确保电力系统运作的安全。

综上所述，本实用新型的方法与其高压断路器跳脱回路系统设备，进一步提升了高压断路器跳脱回路系统的稳定性，深具产业的实用性，而以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种高压断路器跳脱回路系统设备，其是与一高压电力回路电性连接，且该高压电力回路具有至少一个供断开该高压电力回路的高压断路器的跳脱线圈，以连动该高压断路器的跳脱机构断开该高压断路器；其特征在于，该高压断路器跳脱回路系统设备包括： 一设于该高压电力回路上的电压侦测装置，该电压侦测装置包含一供降低输出电压的降压单元；一设于该高压电力回路上的电流侦测装置，该电流侦测装置包含一供降低输出电流的降流单元；一设于该高压电力回路上的保护继电器，该保护继电器依据电力系统线路、负载状态及保护协调需求，设定一保护电气安全设定值，当该侦测装置侦测的数值大于该电气安全设定值时，该保护继电器的接点即运作导通； 该高压断路器跳脱回路系统设备，是以电流侦测装置串接该保护继电器常开接点，再串接该高压断路器的跳脱线圈而串接形成一跳脱回路系统，该保护继电器常开接点导通，且当高压断路器闭合辅助接点运作导通时，该高压断路器的跳脱线圈通过电流侦测装置的电能运作，来驱动该高压断路器的跳脱机构以断开该高压断路器。

2.如权利要求1所述的高压断路器跳脱回路系统设备，其特征在于，该保护继电器是依据电力系统线路、负载状态及保护协调需求，其保护电气安全设定值是根据电流、接地、电压、频率、温度的至少其中一种而设定。

3.如权利要求1所述的高压断路器跳脱回路系统设备，其特征在于，该电流侦测装置的还并接有电压侦测装置、电池组、不断电系统的至少其中一。

4.如权利要求1所述的高压断路器跳脱回路系统设备，其特征在于，还包括一远程智能强制断电指令接点，其中该电流侦测装置是串接该远程智能强制断电指令接点，再串接该高压断路器的跳脱线圈串接形成一跳脱回路系统，当该远程智能强制断电指令接点导通时，该高压断路器的跳脱线圈运作，来驱动该高压断路器的跳脱机构以断开该高压断路器。

5.如权利要求1所述的高压断路器跳脱回路系统设备，其特征在于，当侦测该电流侦测装置输出的数值大于预先设定的保护电气安全设定值时，是使保护继电器常开接点运作导通。