■ 嘉興電力局 劉永興

0 引言

在斷路器二次回路設計、安裝過程中，必須使斷路器操作機構(gòu)的二次回路和保護裝置的二次回路銜接得當，以保證控制回路完整正確可靠地工作，因此在設計和安裝施工時必須要考慮斷路器和保護裝置接口的問題，否則會產(chǎn)生一些附加問題。

1 保護裝置防跳回路原理

采用保護裝置防跳閉鎖繼電器的斷路器控制回路如圖1所示，圖1中防跳繼電器TBJ有兩個線圈，即電流線圈和電壓線圈，電流線圈為起動線圈，電壓線圈為自保持線圈。SHJ為手合觸點，ZHJ為重合閘觸點，HBJ為合閘保持繼電器，HQ為合閘線圈，DL為斷路器輔助觸點，STJ為手跳觸點，TJ為保護動作跳閘繼電器觸點，TQ為跳閘線圈。TB2防跳是應用時間最長、最為經(jīng)典、也最為常用的一種防跳回路，當控制開關接通，斷路器合閘，如合到故障線路，保護動作，斷路器跳閘，TBJ電流線圈起動，TBJI觸點閉合自保，此時，如遇控制開關未復歸或其觸點卡住等情況，即使合閘脈沖未消除，由于TBJ的電壓線圈動作并自保，TBJv常閉觸點斷開了合閘回路，使斷路器不會再次合閘，斷路器等電氣元件不會再次受到短路電流的沖擊，只有合閘脈沖解除，TBJ的電壓線圈斷電后一接線才恢復原來的狀態(tài)。因此，TBJ防跳只有在跳閘回路動作后才起動，是一種電流起動，電壓自保的“串聯(lián)防跳”。TBJ防跳，其特點是回路復雜但工藝簡單，實現(xiàn)比較容易。

2 防跳繼電器參數(shù)選擇的技術要求

1)電流起動電壓自保持的防跳繼電器，其動作時間應不大于斷路器的固有跳閘時間。目前，220 kV及以下大多斷路器的固有跳閘時間大都在30～50 ms之間。

2)電流起動電壓自保持的防跳繼電器，其電流線圈額定電流的選擇應與斷路器跳閘線圈的額定電流相配合，并保證動作的靈敏系數(shù)不小于1.5。自保持電壓線圈按直流電源的額定電壓選擇。

3)電流起動線圈動作電流的整定可以根據(jù)選用的繼電器線圈額定電流的80%整定。

4)電壓自保持線圈按80%額定電壓整定。

3 防跳繼電器選擇中存在的問題

斷路器操作回路中所用的防跳繼電器由于其使用范圍的特殊性，考慮到分合閘都是短時工作制，因此動作的可靠性、靈敏度是非常重要的。防跳繼龜器相對適用范圍不大，一般在設計中常按以往經(jīng)驗選擇。實際上由于操作機構(gòu)的不同，應該充分考慮可靠性及靈敏度來選擇防跳繼電器。

某變電站選用西門子3APl-FG型斷路器，其控制回路選用DZK-141型0.25 A防跳繼電器，投入運行的一年多時間里，則經(jīng)常發(fā)生斷路器分閘時不成功，且防跳繼電器連續(xù)燒壞情況。3APl一FG型斷路器控制原理圖如圖1所示。從圖l中可以看出，TBJ電流線圈TBJ。的阻值對于跳閘線圈的影響很大，經(jīng)查數(shù)據(jù)及測量得到各線圈阻值為：TBJ1(0.25 A、130 Q、8 W)；分閘線圈TQ(50 Q、110 V)。

雖然分閘線圈設計為短時工作制，但由于要求有較大的出力來使開關分閘，其功率相對來說是較大的，TQ的功率為1102/50≈242(W)?？梢杂嬎愠觯珠l時在TQ上的壓降為(110／(50+130)]×50≈30.56(V)(假定在手動分閘情況)，此時TQ上壓降為其控制電源額定電壓值的30.56／110≈27.78%，達不到能使分閘線圈TQ可靠動作的30%～65%之間的額定電壓。此時，TBJ電流線圈上獲得的電流為110/(50+130)≈0.61(A)，引起的發(fā)熱功率P=fR=0.612x 130≈48.54(W)，遠大于8W的要求。由此可見，在分閘回路未能可靠動作情況下，TBJ電流線圈上獲得的功率太大，TBJ電流線圈發(fā)熱燒毀是不可避免的，而分閘回路不能可靠動作的主要原因就在于防跳繼電器的選擇有問題。

4 防跳繼電器的正確選擇

?

TBJ的選擇除了要使分閘線圈可靠動作之外，還應保證其自身動作的靈敏度。靈敏度的定義是系統(tǒng)在最小運行方式下的最小動作電流與保護裝置動作電流之比值，最小運行方式下的最小動作電流指的就是系統(tǒng)阻抗為最大時的動作電流，在本例中就是指在某一狀態(tài)下TBJ電流線圈TBJI流過的最小電流與其額定動作電流的比值，即KLM=Ld.min/Idz，按設計要求防跳繼電器的動作靈敏度Klm≥1.5。在本例中，如果不考慮觸點電阻，則使TBJ1動作的最小動作電流發(fā)生在保護跳閘回路動作情況(合閘位置繼電器非跳閘回路，不予考慮)，經(jīng)查信號繼電器的阻抗RTXJ為3.6Ω。表1為防跳回路中各數(shù)據(jù)計算值。

根據(jù)以上計算，可以看出防跳繼電器額定電流在此例中以選擇1.00 A為宜，在跳閘時TBJ電流線圈上的功耗較小，而其動作繞組的動作靈敏度為2.31，這樣既可以保證分閘線圈的可靠動作，又有了完全符合要求的靈敏度。從保持繞組方面看，電壓保持繞組回路較簡單，基本不存在阻礙動作的因素。從實際使用的情況來看，也完全達到了預期的效果，重新選型后再未出現(xiàn)過防跳繼電器燒毀現(xiàn)象。

5 防跳繼電器靈敏度參數(shù)選擇在工程實踐中的必要改進

選擇防跳繼電器靈敏度參數(shù)的國家相關技術標準充分考慮了其動作的靈敏度，但均未對防跳繼電器最大靈敏度作出相應的技術規(guī)定，也就是沒有對防跳繼電器最小動作電流作出限制。然而由于變電站實際運行中存在由直流接地、交流電穿入直流引起的電纜分布電容充放電等現(xiàn)象無法避免，同時南瑞等公司生產(chǎn)的操作箱中存在防跳繼電器最小起動電流太小現(xiàn)象。220 kV母聯(lián)(分)、主變開關目前普遍使用南瑞保護公司生產(chǎn)的RCS-974FR系列操作箱，變電站因此多年來多次發(fā)生母聯(lián)(分)、主變開關不明原因跳閘。

6 變電站220kV母聯(lián)(分)、

主變開關不明原因跳閘的分析試驗

6.1 一起變電站220kV母聯(lián)開關誤動事故的分析

6.1.1 跳閘前狀態(tài)

正常運行方式：220kV系統(tǒng)單數(shù)命名線路接220kV正母運行，雙數(shù)命名線路接220kV副母運行，220kV母聯(lián)開關運行，220 kV旁路開關由正母對旁母充電。220 kV母聯(lián)開關負荷：P：26.8 MW，Q：-6MVar，I：77A。天氣為小雨。

6.1.2 簡要經(jīng)過

2007年6月7日12：08，220kV母聯(lián)開關跳閘。監(jiān)控后臺顯示l10 kV母差開入變位、220 kV,母差開入變位、直流屏絕緣過低、220 kV故障錄波器起動、事故總信號報文出現(xiàn)，同時后臺報文顯示220 kV母聯(lián)開關合位復歸、220 kV母聯(lián)開關分位動作、220 kV母聯(lián)開關油泵起動、110 kV母差開入變位信號復歸、220 kV母差開入變位信號復歸、直流屏絕緣過低信號復歸(直流屏絕緣過低信號瞬時復歸)?，F(xiàn)場檢查220 kV母聯(lián)開關間隔一次設備正常，機構(gòu)壓力正常，室外下小雨，故障錄波器報告顯示區(qū)內(nèi)無故障。直流屏絕緣過低信號復歸后對直流裝置進行檢查：正對地102 V，負對地125 V。220 kV母聯(lián)充電保護液晶屏無跳閘報文顯示。

6.1.3 檢查情況

1)絕緣檢查

用1000V搖表對220kV母聯(lián)開關二次回路進行絕緣檢查，重點測試了跳、合閘回路與控制、信號、保護正電源之間的絕緣電阻，測試結(jié)果正常。當測試220 kV母聯(lián)開關機構(gòu)箱交流電源與控制、信號、保護回路之間絕緣時，發(fā)現(xiàn)220 kV母聯(lián)開關機構(gòu)箱交流電源C相與直流回路間的絕緣電阻與正常值相比明顯偏低。測試結(jié)果如表2。

2)斷路器動作電壓試驗

斷路器動作電壓測試情況如表3，數(shù)據(jù)合格。

6.1.4 保護整組試驗

?

?

保護整組傳動試驗情況一切正常。

6.1.5 操作箱有關繼電器的進一步檢查

該母聯(lián)開關的操作箱為南瑞公司生產(chǎn)的RCS一974FR三相操作箱，母差保護動作觸點直接并到防跳繼電器的開關跳閘回路，無中間重動繼電器轉(zhuǎn)接。在對防跳繼電器最小起動電流試驗(試驗接線如圖2)時，發(fā)現(xiàn)僅八十幾毫安防跳繼電器就能動作。

6.1.6 分析及應采取的措施

盡管母差保護與母聯(lián)斷路器的操作屏置于同一小室，但還是有一定距離，很可能為當直流接地時，電纜分布電容的充放電過程導致防跳繼電器誤起動。因此母聯(lián)斷路器誤動的原因初步判斷為防跳繼電器最小起動電流太小造成。由于直流接地、交流電穿入直流引起的電纜分布電容充放電等現(xiàn)象在實際運行中無法避免，必須提高防跳繼電器的最小起動電流指標。浙江電力公司企業(yè)標準規(guī)定動作電流范圍應為25%～50%斷路器跳閘線圈額定跳閘電流，原電力部和國家電網(wǎng)公司的有關技術規(guī)程均未對操作箱內(nèi)防跳繼電器最小起動電流作出相應的技術規(guī)定。

6.1.7 電纜分布電容充放電驗證性試驗

我們到一個即將投產(chǎn)的變電所進行了有關電纜分布電容充放電試驗，試驗接線如圖3，首先在直流負端加入工頻交流電源(電壓可調(diào))，有關測試數(shù)據(jù)如表4。

可見交流電穿入直流引起的電纜分布電容充放電電流數(shù)值達到幾十毫安左右。考慮到實際故障點處可能存在電弧，即存在高次諧波分量，高次諧波分量與工頻分量對電纜電容充放電影響的程度也進行了比較試驗，在直流負端加入了三倍工頻。頻率的交流電源(電壓可調(diào))，有關測試數(shù)據(jù)如表5。

可見若考慮到實際故障點處可能存在電弧，即存在高次諧波分量，比基波更容易通過電容耦合到回路中，極易使防跳繼電器誤動。

6.2 結(jié)論

通過現(xiàn)場反復試驗分析后，我們發(fā)現(xiàn)在變電站正常運行時長電纜電容充放電有關防跳中間繼電器誤動。目前220 kV母聯(lián)(分)、主變開關目前普遍使用南瑞保護公司生產(chǎn)的RCS一974FR系列操作箱，該操作箱內(nèi)防跳繼電器最小起動電流太小，現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)出廠整定只有八十幾毫安，在直流電源有波動或有一定干擾情況下斷路器極易誤跳。所以在設計、安裝施工過程中，為防止在直流接地、交流電穿入直流系統(tǒng)等異常情況下長電纜電容充放電使斷路器發(fā)生誤跳，注意適當提高防跳繼電器最小起動電流，把防跳繼電器最大靈敏度整定到不大于5.0，提高其抗干擾能力。

?

?