林矗

摘要：本文討論了三種不同類型的防跳回路，根據(jù)其接線方式的不同，其動作原理也不同。經(jīng)過對比討論，筆者認為，VD4真空短路性新型機械防跳回路，具有結構簡單，安全性高等優(yōu)點。

關鍵詞：高壓斷路器；防跳回路；VD4型真空斷路器；合分閘脫扣器

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—271—02

前言

在供電系統(tǒng)中，凡是對一次設備進行操作、控制、保護、測量的設備，以及各種信號裝置，統(tǒng)稱為二次設備，二次設備及其有關的線路叫做二次回路。高壓斷路器合分閘回路是控制與保護回路設計的重要內(nèi)容之一。合分閘回路出現(xiàn)故障會引起高壓斷路器誤動或者拒動，會影響設備的正常運行，嚴重的情況，會造成故障擴大化，甚至導致整個配電系統(tǒng)崩潰。因此，合分閘回路的設計必須嚴謹可靠。在合分閘回路中，需設計有防跳回路，否則在合分閘回路同時接通時會導致高壓斷路器發(fā)生跳躍性合閘，造成嚴重后果。防跳回路是指防止跳躍的電氣回路。開關裝置配有電氣的分閘和合閘按鈕，當分閘按鈕一直按下時，開關分閘，如果此時合閘按鈕也一直按下，開關就會出現(xiàn)合閘后立即分閘，分閘后又合閘的跳躍動作。

國內(nèi)“防跳”回路最初是通過控制室二次操作回路的接線來實現(xiàn)的，國產(chǎn)斷路器基本不具備電氣“防跳”功能。后來隨著進口斷路器（如ABB公司VD4型真空斷路器）的引進，斷路器機構本身帶了功能，這主要是為了防止沒有外部防跳回路時，運行中或現(xiàn)場調(diào)試時出現(xiàn)多次“跳躍”，損壞機械設備。當時考慮到進口斷路器操作機構回路修改手續(xù)比較繁瑣，而且其防跳繼電器質(zhì)量不錯，機構箱密封性能好，這就開始出現(xiàn)了采用斷路器機構箱“防跳”，而停用操作箱“防跳”的情況。本文將對南京自來水公司城南水廠運用的幾種防跳回路進行分析對比，并就應用中出現(xiàn)的問題進行探討。

1開關柜控制室內(nèi)典型防跳回路接線

早期的防跳回路是通過控制室內(nèi)的二次操作回路接線來實現(xiàn)的（如筆者最早接觸的上海華通產(chǎn)的JYN-12型落地手車式高壓開關柜，即屬于此類），即防跳繼電器TBJ由電流啟動，該線圈串聯(lián)在斷路器的跳閘回路中。電壓保持線圈與斷路器的合閘線圈并聯(lián)。當合閘到故障線路或設備上，則繼電保護動作，保護出口接點TJ閉合，此時防跳繼電器TBJ的電流線圈啟動，同時斷路器跳閘，TBJ的常閉接點斷開合閘回路，另一對常開接點接通電壓線圈并保持。若此時SK（5—8）或HJ接點不能返回而繼續(xù)發(fā)出合閘命令，由于合閘回路已被斷開，斷路器不能合閘，從而達到防跳目的。我們經(jīng)常稱之為“電流啟動，電壓保持”。另外，當TBJ啟動后，其并聯(lián)于保護出口的常開接點閉合并自保，直到斷路器常開輔助觸點變位為止。有效地防止了保護出口接點斷弧。其原理圖詳見圖1。

2斷路器內(nèi)典型防跳回路接線

目前在6～10kV中壓系統(tǒng)中使用較多的為ABB公司生產(chǎn)的VD4型真空斷路器，其生產(chǎn)的35kV等級的HD4型SF₆斷路器的防跳回路設計與VD4型真空斷路器較為類似。在本章中，筆者將以VD4型真空斷路器防跳回路設計為例，介紹兩種不同的斷路器內(nèi)典型防跳回路接線。

2.1采用有防跳繼電器K0的防跳回路

在早期的VD4型真空斷路器內(nèi)，安裝有防跳繼電器KO，并形成專門的防跳回路來實現(xiàn)防跳功能。即防跳繼電器KO的電壓線圈并聯(lián)在斷路器的合閘回路上（如圖2所示）。例如一個持久的合閘命令存在時，合閘整流橋輸出經(jīng)Y3，S2，S3，S1，KO（2—1）接通。斷路器合閘后，并聯(lián)在合閘回路的輔助接點S3′閉合，啟動防跳繼電器KO，KO接點即由2—1位置切換到4—1位置，斷開合閘回路并保持。若此時線路或設備故障，繼電保護動作跳閘。但由于合閘回路已可靠斷開，從而防止了開關跳躍。（目前我廠變電所和二泵房在用）

2.2無防跳繼電器的防跳回路

約從2007年起，ABB公司更改了VD4真空斷路器的合分閘回路設計，開始采用新型安全型雙線圈設計脫扣器，分合閘脫扣器完全相同。分合閘脫扣器皆可承受被長期通電而不會燒毀。分合閘脫扣器安裝在脫扣器功能模塊中，整個模塊可以進行簡單快速的更換，并同時保持斷路器參數(shù)的穩(wěn)定性。以合閘線圈為例：

每個脫扣器包含有一個動作線圈（5-3端子間）和一個保持線圈（3-4端子間），并集成了一整套控制保護電路。動作線圈的額定功率為200W，保持線圈的額定功率僅為5W。其動作步驟如下：

（1）在無合閘命令狀態(tài)下，受IC控制的電子開關M1和M2皆處于關斷狀態(tài)，動作線圈和保持線圈都不被導通。

（2）如果脫扣器接受到的合閘命令小于設定的門檻電壓，也就是低于60%的額定二次工作電壓時，IC控制的電子開關M1和M2仍然不被導通，動作線圈和保持線圈中沒有任何電流通過，脫扣器不動作。

（3）如果脫扣器接受到的合閘命令高于設定的門檻電壓，也就是60%的額定二次工作電壓時：

①在前0～100ms時間內(nèi)，脫扣器控制模塊IC的Out 4處于高電平狀態(tài)，M1導通，動作線圈得電，脫扣器啟動并推動斷路器機構完成合/分閘動作。此時電流流經(jīng)回路為：端子5—動作線圈一端子3—M1。動作線圈功率為200W，也就是說假設脫扣器額定電壓為220V時，動作線圈的阻值約為200Q，動作電流約為1A。

②經(jīng)過100ms后，控制電路模塊IC的Out4變成低電平狀態(tài)，M1關斷斷開動作線圈。同時IC的Out2變成高電平狀態(tài)，M2導通，保持線圈得電。此時電流被切換到新的回路：端子5一脫扣器的動作線圈一脫扣器的保持線圈一端子4—M2。保持線圈的功率僅為5W，保持電流僅為極低的數(shù)十毫安，線圈發(fā)熱量極少。由于電磁鐵的特性，此毫安級的電流足以使得鐵心被可靠保持在吸合位置。

由該脫扣器動作分析可知，在接受指令完成一次合閘動作后，該脫扣器保持線圈將得電，使脫扣器一直保持在吸合狀態(tài)，此時如果斷路器因故障跳閘，即使合閘命令仍然存在，但因為合閘脫扣器一直沒有復位，而使得斷路器無法再次完成合閘，從而達到防止跳躍性合閘的目的。（目前我廠一泵房在用）

3 VD4真空斷路器兩種防跳回路的比較

采用了雙線圈設計的新型脫扣器，大大簡化了斷路器內(nèi)部合閘回路的設計，和ABB公司上代VD4型真空斷路器相比具有以下優(yōu)點：

（1）更高的安全性，有效保護脫扣器線圈在各種極端工況下不被燒毀，同時保證斷路器動作時間更加準確；

（2）極大簡化了合閘回路的設計，提高斷路器整體可靠性；

（3）與機構配合，實現(xiàn)可靠的機械防跳功能。

4幾種防跳回路的對比與討論

防跳功能是指一個合閘命令，無論保持的時間有多長，都只能使斷路器合閘一次。第二次合閘必須在前一個合閘命令消失之后，由重新發(fā)出的第二個合閘命令觸發(fā)。

簡單的說：

（1）傳統(tǒng)斷路器的防跳功能是靠一個自保持的繼電器回路實現(xiàn)的。在開關柜控制室內(nèi)的防跳回路是通過電壓保持線圈實現(xiàn)該項功能，在電流線圈啟動后，電壓線圈切斷串聯(lián)在合閘回路內(nèi)的輔助觸點，使得合閘線圈無法得電動作。

（2）傳統(tǒng)VD4上，這個繼電器是合閘回路中的K0。一個長期存在的合閘命令將使K0繼電器在斷路器合閘到位后動作，切斷合閘線圈回路，使得斷路器避免跳躍合閘。這兩種防跳回路的區(qū)別在于，前者必須有跳閘信號存在，啟動電流線圈，才能實現(xiàn)防跳功能，而后者無論跳閘信號是否存在，一次合閘命令只能完成一次合閘動作。

（3）新VD4上，沒有電氣防跳的K0回路，防跳功能完全由脫扣器本身和操動機構機械配合實現(xiàn)：當一個合閘命令持續(xù)存在時，在驅(qū)動斷路器動作一次后脫扣器將被持續(xù)保持在吸合位置。在這種情況下，即便是斷路器分閘并儲滿能量，保持在吸合位置的脫扣器也使操動機構無法復位到準備合閘的條件。只有當合閘命令消失，脫扣器鐵心返回后操動機構才能復位，從而實現(xiàn)了防跳的功能。

與電氣防跳相比，機械防跳具有以下優(yōu)點：

（1）從原理可以看出，機械防跳與外界綜保的電氣回路永遠不產(chǎn)生任何沖突。新VD4的實際運行經(jīng)驗也顯示了這一點。

（2）新VD4機械防跳的設計使得操動機構對手動合閘操作也具有防跳功能，也就是說，一個手動合閘操作也只能使得斷路器合閘一次。新VD4更安全的保護了運行人員的安全。

（3）機械防跳本身沒有電氣防跳繼電器斷線、接點接觸不良等風險，更加安全可靠。