新断路器分合闸防跳关键技术介绍.doc

一、 脱扣器原理简介
新VD4断路器所配脱扣器为创新安全型双线圈设计脱扣器，分合闸脱扣器完全相似。分合闸脱扣器皆可承受被长期通电而不会烧毁。分合闸脱扣器安装在脱扣器功能模块中，整个模块可以进行简朴迅速更换，并同步保持断路器参数稳定性。
以合闸脱扣器为例，新脱扣线圈工作原理如下图所示：

图1 控制模块原理示意图
每个脱扣器包具有一种动作线圈（5-3端子间）和一种保持线圈（3-4端子间），并集成了一整套控制保护电路。动作线圈额定功率为200W，保持线圈额定功率仅为5W。
1. 在无合闸命令状态下，受IC控制电子开关M1和M2皆处在关断状态，动作线圈和保持线圈都不被导通。
2. 如果脱扣器接受到合闸命令不大于设定门槛电压，也就是低于60％额定二次工作电压时，IC控制电子开关M1和M2依然不被导通，动作线圈和保持线圈中没有任何电流通过，脱扣器不动作。

3. 如果脱扣器接受到合闸命令高于设定门槛电压，也就是60％额定二次工作电压时：
n 在前0~100ms时间内，脱扣器控制模块ICOut 4处在高电平状态，M1导通，动作线圈得电，脱扣器启动并推动断路器机构完毕合/分闸动作。此时电流流经回路为：端子5－动作线圈－端子3－M1。动作线圈功率为200W，也就是说假设脱扣器额定电压为220V时，动作线圈阻值约为200Ω，动作电流约为1A。
n 通过100ms后，控制电路模块ICOut 4变成低电平状态，M1关断断开动作线圈。同步ICOut 2变成高电平状态，M2导通，保持线圈得电。此时电流被切换到新回路：端子5－脱扣器动作线圈－脱扣器保持线圈－端子3－M1。保持线圈功率仅为5W，保持电流仅为极低数十毫安，线圈发热量很少。由于电磁铁特性，此毫安级电流足以使得铁心被可靠保持在吸合位置。

集成了控制电路合闸脱扣器 分合闸脱扣器功能模块
新型脱扣器重要长处有：
n 更高安全性，有效保护脱扣器线圈在各种极端工况下不被烧毁，同步保证断路器动作时间更加精确
n 极大简化了合闸回路设计，提高断路器整体可靠性
n 与机构配合，实现可靠机械防跳功能
二、 更高安全性
采用了以上工作原理新型脱扣器，可有效避免如下两种不安全工况下脱扣器烧毁也许：
1. 脱扣器被长期通电。在许多状况下，如断路器机械闭锁未打开而电气闭锁已经解除时发出分合闸命令，脱扣器即也许被长期通电。老式脱扣器对长时间通电特别敏感，普通通电时间超过1秒即有也许被烧毁。而新VD4断路器线圈完全可承受被长期通电，消除了在这种状况下烧毁也许。
2. 脱扣器过低电压启动。当二次电压过低（如仅为50％额定值）时发出合闸命令，脱扣器被通电但局限性以可靠推动断路器机构动作，在这种状况下断路器动作特性极不稳定，线圈也极易被烧毁。新VD4合闸线圈由于设立了门槛，只有在接受到符合规定合闸命令时才被通电，不但保证了断路器动作特性稳定，且保证了线圈自身安全。
三、 简化合闸回路设计
采用了以上工作原理新型脱扣器，大大简化了断路器内部合闸回路设计。
老式合闸脱扣器，由于不能被长期通电，故为了保证脱扣器不会被烧毁，合闸回路中必要要串联各种辅助开关接点。如下图左所示，老式VD4断路器合闸脱扣器Y3回路中共串连有：
n K0防跳继电器接点
n 储能完毕接点S1，13-14
n 断路器分闸位置接点S3，31-32
n 合闸闭锁电磁铁接点S2
n 同步S2自身还受手车位置接点S8、S9控制

老式VD4断路器合闸回路 新VD4断路器合闸回路
以储能完毕接点S1功能为例，当断路器储能未完毕时，断路器机械闭锁使得机构无法合闸；如果此时线圈接到错误发出合闸命令，线圈得电但无法完毕合闸动作，由于普通综保接点不会积极切断合闸信号，Y3线圈将会持续得电最后被烧毁。因而，必要在合闸回路中串接S1接点，使得当储能未完毕、机械闭锁未接触时，合闸回路不导通，合闸线圈接受不到合闸命令。其她串联接点功能与S1类似。
以上所有串连接点保证断路器Y3合闸线圈不会在错误时候接到合闸命令。
但是，由于串联电路连接方式，以上任何一种接点如果发生接触不良等故障，都必然会导致断路器拒合成果！
新VD4脱扣器创新设计使其具备安全耐受长期通电特性，运用这个特性，新VD4断路器合闸回路设计异常简洁可靠。如上图所示，整个合闸回路中仅有脱扣器自身一种元件，没有串联任何其她接点，合闸回路彻底避免了接点接触不良故障也许，安全性和可靠性大大提高。
省去所有辅助开关接点新VD4断路器具备完整机械闭锁机构，合闸回路完全没有有误动作也许。
仍以储能功能为例，当新VD4储能未完毕时，如果此时新VD4线圈接到错误发出合闸命令，线圈将会吸合被始终通电保持，但断路器机械闭锁会使得机构无法动作，断路器不会被合闸。由于线圈完全可以承受长期通电，因而整台断路器无论机械还是电气系统都是安全。
更进一步，在上述假设中当咱们考虑储能完毕后断路器动作时，咱们可发现新VD4设计比老式设计具备更佳安全特性：
当综合保护继电器在断路器正在储能（未完毕）状况下发出合闸命令后，无论是老式串联接点电气闭锁设计，还是新VD4设计，断路器都可靠闭锁不会错误合闸。而依照大多数综保继电器工作原理，如果发出命令后断路器未动作，这个合闸命令都将会被始终保持。假设如果合闸命令持续存在状况下，当储能继续进行直到完毕后：
n 老式设计断路器操动机构机械闭锁接除、合闸回路中S1闭合、合闸线圈得电，断路器及时合闸！对顾客而言，这是一种非预期合闸。
n 新VD4设计使得合闸脱扣器始终保持在吸合位置，由于脱扣器铁心不返回，操动机构机械闭锁无法完全接除。断路器不会合闸！只有当外界合闸命令取消并重新发出后，断路器才会被合闸。
不但是储能闭锁功能如此，新VD4其她如手车闭锁、合闸闭锁电磁铁等闭锁均有相似更安全动作特性。
四、 机械防跳功能
运用合闸线圈可被长期通电特性，新VD4断路器巧妙实现了机械防跳功能。
防跳功能是指一种合闸命令，无论保持时间有多长，都只能使断路器合闸一次。第二次合闸必要在前一种合闸命令消失之后，由重新发出第二个合闸命令触发。
简朴说来，老式断路器防跳功能是靠一种自保持继电器回路实现。在老式VD4上，这个继电器是合闸回路中K0。一种长期存在合闸命令将使K0继电器在断路器合闸到位后动作，切断合闸线圈回路，使得断路器避免跳跃合闸。K0线圈由合闸命令自身自保持供电。只有当前一种合闸命令消失后K0才会返回并接通合闸回路，为第二次合闸作好准备。
自保持继电器回路设计安全可靠，但实际运营中由于外界综保设计多样性，常有某些综保和断路器防跳回路存在参数冲突现象。在这种状况下断路器防跳继电器需要被拆除。
在新VD4上，没有电气防跳K0回路，防跳功能完全由脱扣器自身和操动机构机械配合实现：当一种合闸命令持续存在时，在驱动断路器动作一次后脱扣器将被持续保持在吸合位置。在这种状况下，即便是断路器分闸并储满能量，保持在吸合位置脱扣器也使操动机构无法复位到准备合闸条件。只有当合闸命令消失，脱扣器铁心返回后操动机构才干复位，从而实现了防跳功能。
与电气防跳相比，机械防跳长处突出：
n 从原理可以看出，机械防跳与外界综保电气回路永远不产生任何冲突。新VD4实际运营经验也显示了这一点。
n 新VD4机械防跳设计使得操动机构对手动合闸操作也具备防跳功能，也就是说，一种手动合闸操作也只能使得断路器合闸一次。新VD4更安全保护了运营人员安全。
n 机械防跳自身没有电气防跳继电器断线、接点接触不良等风险，更加可靠。
机械脱扣功能详细原理简介可见厦门ABB有关技术公示。
新VD4机械防跳机构
五、 新VD4脱扣器与综保配合
在额定工作条件下，新VD4分合闸脱扣器详细技术参数如下表：
通过了优化设计新型脱扣器能与市场上所有已知综合保护继电器可靠配合，涉及与各种综保断线监视回路可靠配合。
断线监视回路工作原理有各种，最常用一种其原理图如下，在综保合闸回路中并联了一种高阻值中间继电器TWJ，为合闸线圈提供一种持续毫安级小电流。如果合闸线圈断线，则这个小电流被截断，中间继电器TWJ无法吸合，综保继电器报警。

一种典型国内综保监视回路
为了保证断路器安全运营，ABB规定断线监视装置提供监视电流为：
n 110V及如下工作电压，监视电流不大于20mA
n 220V工作电压，监视电流不大于10mA
在小电流条件下，新VD4分合闸脱扣器典型伏安特性如下：
线圈额定电压
测量电压DC（V）
电流值（mA）
等效电阻值（k）
220V AC/DC
15
≥7.5
≤2.0
110V AC/DC
8
≥12
≤0.7
只要监视电流符合规定，新VD4可和各种继保配合良好。