王海波

斷路器分位防跳失敗原因分析與整改措施

王海波

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）

針對(duì)一個(gè)一次設(shè)備采用西門(mén)子3AP1FG斷路器、二次設(shè)備采用國(guó)電南自PSL621C保護(hù)配置的110kV線路間隔防跳回路未配置就地機(jī)構(gòu)分位防跳功能與遠(yuǎn)方操作箱分位防跳功能的情況，詳細(xì)介紹防跳回路的工作原理及驗(yàn)證方法，通過(guò)分析防跳繼電器動(dòng)作時(shí)序發(fā)現(xiàn)，就地分位防跳功能缺失是由于斷路器輔助觸點(diǎn)變位快于防跳繼電器動(dòng)作時(shí)間所致，遠(yuǎn)方分位防跳功能缺失是由于保護(hù)操作回路中引入彈簧未儲(chǔ)能觸點(diǎn)閉鎖合閘回路所致。根據(jù)規(guī)程要求，取消保護(hù)操作箱防跳功能，遠(yuǎn)方就地均采用機(jī)構(gòu)本體防跳，試驗(yàn)驗(yàn)證了回路功能的正確性。

操作箱；斷路器；防跳；彈簧機(jī)構(gòu)

0 引言

高壓斷路器作為電力系統(tǒng)中分?jǐn)嘭?fù)荷電流及故障電流的主要設(shè)備，保障其可靠分合閘對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。在進(jìn)行斷路器合閘操作時(shí)，因某些原因，如合閘觸頭粘連或把手未及時(shí)松開(kāi)等，導(dǎo)致合閘觸頭一直處于閉合狀態(tài)。這時(shí)，如果系統(tǒng)發(fā)生永久性故障，保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，由于此時(shí)合閘脈沖仍未解除，斷路器會(huì)再次合閘，如此反復(fù)跳合，稱(chēng)為斷路器的“跳躍”[1]?！疤S”行為將導(dǎo)致電力系統(tǒng)多次受故障電流沖擊，危害系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)使斷路器遮斷能力下降，產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞甚至爆炸，危及人身及設(shè)備安全，所以必須針對(duì)斷路器“跳躍”現(xiàn)象采取相應(yīng)的防跳措施。

針對(duì)電氣防跳，一般有操作箱防跳與機(jī)構(gòu)本體防跳兩種措施[2]。由于保護(hù)裝置與斷路器的生產(chǎn)廠家眾多，操作箱及機(jī)構(gòu)本體的控制回路設(shè)計(jì)也多有不同[3-4]，這導(dǎo)致在工程實(shí)踐中經(jīng)常出現(xiàn)防跳失敗的情況。原因諸如儲(chǔ)能閉鎖觸點(diǎn)在合閘回路中的接入點(diǎn)不正確[5]、防跳繼電器自保持觸點(diǎn)返回過(guò)快[6]、遠(yuǎn)方/就地切換觸點(diǎn)接入方式錯(cuò)誤[7]、合閘指令時(shí)間配合不當(dāng)[8]等。兩種防跳方式同時(shí)投入時(shí)也會(huì)導(dǎo)致分合閘指示燈同時(shí)亮、合閘回路閉鎖[9-11]等情況發(fā)生。盡管?chē)?guó)網(wǎng)公司在相應(yīng)的規(guī)程及反措文件[12-14]中已明確，優(yōu)先考慮采用機(jī)構(gòu)本體防跳，但部分老舊設(shè)備不具備整改條件，以及不同省、市供電公司對(duì)規(guī)程的理解及反措的執(zhí)行有出入，導(dǎo)致對(duì)兩種防跳方式的取舍也產(chǎn)生分歧。

國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司正開(kāi)展斷路器防跳回路排查與整改工作，要求兩種防跳方式在遠(yuǎn)方或是就地情況下只保留一種功能投入，且優(yōu)先保留機(jī)構(gòu)本體防跳功能。尤其是“分位防跳”概念提出后，在排查試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多設(shè)備不具備該功能，包括就地與遠(yuǎn)方兩種情況。文獻(xiàn)[15-16]對(duì)不同防跳方式進(jìn)行比較，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，目前比較可行的方案有兩種：一是按照規(guī)程要求，取消操作箱防跳，遠(yuǎn)方與就地均采用機(jī)構(gòu)本體防跳；二是遠(yuǎn)方采用操作箱防跳，就地采用機(jī)構(gòu)本體防跳，通過(guò)遠(yuǎn)方/就地切換把手實(shí)現(xiàn)任一情況下只投入一種，而且任何時(shí)候合位防跳與分位防跳功能必須同時(shí)滿足。在排查一條采用國(guó)電南自PSL621C保護(hù)與西門(mén)子3AP1FG斷路器配置的110kV線路間隔防跳功能時(shí)，發(fā)現(xiàn)操作箱與機(jī)構(gòu)箱控制回路的設(shè)計(jì)存在缺陷，通過(guò)分析整改及多次試驗(yàn)驗(yàn)證使防跳功能恢復(fù)正常，符合規(guī)程要求，滿足投運(yùn)條件。

1 操作箱防跳與機(jī)構(gòu)本體防跳

1.1 操作箱防跳

保護(hù)操作箱防跳針對(duì)的是當(dāng)斷路器合于故障時(shí)，繼電保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳開(kāi)，如果此時(shí)合閘脈沖還未解除，斷路器反復(fù)分合閘會(huì)使電氣元件多次受大電流沖擊進(jìn)而擴(kuò)大故障。以典型的110kV國(guó)電南自線路保護(hù)PSL621C操作回路為例，介紹操作箱防跳的實(shí)現(xiàn)方式[17]。PSL621C操作箱控制回路示意圖如圖1所示。

圖1 PSL621C操作箱控制回路示意圖

圖1中各符號(hào)意義見(jiàn)表1。

表1 PSL621C操作回路各符號(hào)意義

當(dāng)斷路器為合閘狀態(tài)時(shí)，跳閘回路中，S1閉合，此時(shí)若合閘觸點(diǎn)粘連（SHJ或ZHJ閉合）且有跳令（STJ或TJ閉合），則跳閘回路導(dǎo)通，斷路器跳閘，同時(shí)TBJI得電勵(lì)磁，其觸點(diǎn)TBJI1閉合可保持跳閘回路持續(xù)導(dǎo)通直至斷路器跳開(kāi)后S1打開(kāi)從而斷開(kāi)跳閘回路，避免跳閘令時(shí)間太短，通過(guò)STJ或TJ觸點(diǎn)斷開(kāi)跳閘回路導(dǎo)致觸點(diǎn)拉弧燒損。同時(shí)TBJI2觸點(diǎn)閉合，在合閘觸點(diǎn)粘連情況下，TBJV得電勵(lì)磁，其觸點(diǎn)TBJV1閉合確保TBJV繼電器持續(xù)導(dǎo)通；TBJV2觸點(diǎn)打開(kāi)，使合閘回路斷開(kāi)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)合閘，從而將斷路器閉鎖在分閘狀態(tài)，達(dá)到防跳的目的。

由上述分析可知，操作箱防跳必須由串聯(lián)于跳閘回路中的繼電器TBJI啟動(dòng)，故該種防跳又稱(chēng)為串聯(lián)防跳。

1.2 機(jī)構(gòu)本體防跳

斷路器機(jī)構(gòu)本體防跳針對(duì)的是當(dāng)斷路器機(jī)構(gòu)有問(wèn)題（如機(jī)構(gòu)脫扣位置偏移、斷路器偷跳）時(shí)，斷路器合閘回路未解除，如果此時(shí)斷路器合閘脈沖仍存在，斷路器反復(fù)分合閘，觸頭將會(huì)承受連續(xù)的合閘沖擊，從而損壞設(shè)備。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)由于其操作功較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)，在126～252kV電壓等級(jí)中得到廣泛應(yīng)用[18]。以典型的110kV西門(mén)子3AP1FG型彈簧儲(chǔ)能斷路器為例，介紹機(jī)構(gòu)本體防跳的實(shí)現(xiàn)方式[19]。3AP1FG斷路器控制回路示意圖如圖2所示。

圖2 3AP1FG斷路器控制回路示意圖

圖2中與圖1相同符號(hào)的意義相同，其余符合意義：S8為遠(yuǎn)方/就地切換開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)切至就地時(shí)常閉觸點(diǎn)導(dǎo)通；S9為就地合閘按鈕；K75為防跳繼電器。

當(dāng)斷路器在合位時(shí)，S1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，S8切至就地時(shí)，按下S9，則K75得電勵(lì)磁，K75-1觸點(diǎn)閉合，使在合閘觸點(diǎn)粘連時(shí)K75繼電器回路保持導(dǎo)通；K75-2常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，斷開(kāi)合閘回路，實(shí)現(xiàn)防跳，將斷路器閉鎖在分閘狀態(tài)。由于防跳繼電器K75是與合閘回路并聯(lián)，故該種防跳又稱(chēng)為并聯(lián)防跳。

2 防跳回路試驗(yàn)方法

傳統(tǒng)的防跳概念及防跳回路驗(yàn)證稱(chēng)為“合位防跳”，即在斷路器合閘狀態(tài)下，驗(yàn)證斷路器分閘后不會(huì)再合閘，則該回路具有防跳功能。文獻(xiàn)[20]對(duì)改造防跳回路試驗(yàn)的不足進(jìn)行探討并提出改進(jìn)措施。隨著對(duì)防跳認(rèn)識(shí)的加深，又提出“分位防跳”概念。兩種防跳試驗(yàn)比較見(jiàn)表2。

表2 合位防跳與分位防跳試驗(yàn)比較

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)就地用機(jī)構(gòu)本體防跳、遠(yuǎn)方用操作箱防跳的配合形式，除了需滿足上述就地與遠(yuǎn)方防跳要求，還需補(bǔ)充一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，本文稱(chēng)之為“遠(yuǎn)方機(jī)構(gòu)防跳”試驗(yàn)。

將機(jī)構(gòu)切換開(kāi)關(guān)切至遠(yuǎn)方位置。

合位防跳：先短接保護(hù)屏后控制電源正101及合閘出口回路107，隨后短接控制電源正101及跳閘出口回路137，斷路器應(yīng)“跳躍”。

分位防跳：先短接保護(hù)屏后控制電源正101及跳閘出口回路137，隨后短接控制電源正101及合閘出口回路107，斷路器應(yīng)“跳躍”。

該試驗(yàn)可以證明，控制在切遠(yuǎn)方時(shí)，機(jī)構(gòu)本體未投入，防止兩種防跳回路在切遠(yuǎn)方時(shí)均投入導(dǎo)致以下后果：①斷路器在合位時(shí)，分閘指示燈亮；②機(jī)構(gòu)防跳繼電器長(zhǎng)期勵(lì)磁燒損；③合閘回路被防跳觸點(diǎn)斷開(kāi)，斷路器拒合。這種情況可以通過(guò)在合閘監(jiān)視回路中串接斷路器常閉輔助觸點(diǎn)與防跳繼電器常閉輔助觸點(diǎn)的方法予以解決[3]。

3 就地機(jī)構(gòu)本體分位防跳失敗原因分析及解決措施

經(jīng)過(guò)工程排查發(fā)現(xiàn)，在使用遠(yuǎn)方操作箱防跳時(shí)，合位防跳與分位防跳同時(shí)滿足；在使用就地機(jī)構(gòu)本體防跳時(shí)，基本只具有合位防跳，在進(jìn)行分位防跳試驗(yàn)時(shí)會(huì)發(fā)生“跳躍”現(xiàn)象。

3.1 原因分析

經(jīng)分析，是機(jī)構(gòu)防跳回路中斷路器輔助觸點(diǎn)變位速度快于防跳繼電器啟動(dòng)速度導(dǎo)致的防跳失敗，就地分位防跳動(dòng)作過(guò)程示意圖如圖3所示。

結(jié)合圖2，動(dòng)作過(guò)程如下：

①按下分閘按鈕。

②按下合閘按鈕。

圖3 就地分位防跳動(dòng)作過(guò)程示意圖

③斷路器合閘完成，K75啟動(dòng)回路中的S1觸點(diǎn)閉合，K75開(kāi)始勵(lì)磁，同時(shí)跳閘回路導(dǎo)通。

④斷路器跳閘完成，K75啟動(dòng)回路中的S1觸點(diǎn)打開(kāi)，K75勵(lì)磁中斷。

⑤K75可以完成勵(lì)磁的時(shí)刻。

⑥斷路器合閘后彈簧儲(chǔ)能完成的時(shí)刻。

由分析可知，在斷路器跳閘完成時(shí)刻④由于S1打開(kāi)導(dǎo)致K75未滿足動(dòng)作條件，其串接在合閘回路中的防跳觸點(diǎn)K75-2未將合閘回路斷開(kāi)，在彈簧完成儲(chǔ)能即S16閉合后，由于合閘按鈕一直保持，斷路器再次合閘，從而防跳失敗。

3.2 解決措施

斷路器更快的分閘速度是衡量其性能優(yōu)越的重要指標(biāo)，若通過(guò)延長(zhǎng)其分閘時(shí)間使K75充分勵(lì)磁顯然與其性能要求背道而馳；若通過(guò)縮短防跳繼電器動(dòng)作時(shí)間則對(duì)器件性能提出很高的要求，且隨著快分線圈的普及，防跳繼電器提升的空間有限。排除對(duì)跳閘線圈及防跳繼電器元器件的改動(dòng)，考慮斷路器合閘后需要約10s的儲(chǔ)能時(shí)間，在此期間彈簧未儲(chǔ)能觸點(diǎn)恰好可以滿足閉合條件。如圖2中虛線部分，通過(guò)將S16與S1并聯(lián)，利用合閘后彈簧儲(chǔ)能的時(shí)間實(shí)現(xiàn)K75的可靠動(dòng)作，多次試驗(yàn)證明，該方法切實(shí)可行。

4 遠(yuǎn)方操作箱分位防跳失敗原因分析及解決措施

在排查一條保護(hù)裝置為國(guó)電南自線路PSL621C，斷路器為西門(mén)子3AP1FG的110kV線路間隔斷路器遠(yuǎn)方防跳功能時(shí)發(fā)現(xiàn)，在遠(yuǎn)方采用保護(hù)操作箱防跳情況下，只有合位防跳有效，沒(méi)有分位防跳功能。

4.1 原因分析

遠(yuǎn)方分位防跳動(dòng)作過(guò)程示意圖如圖4所示。

結(jié)合圖1，分析其動(dòng)作過(guò)程如下：

①按下分閘按鈕。

②按下合閘按鈕。

圖4 遠(yuǎn)方分位防跳動(dòng)作過(guò)程示意圖

③斷路器合閘完成，跳閘回路導(dǎo)通，TBJI開(kāi)始勵(lì)磁，彈簧開(kāi)始儲(chǔ)能，S16觸點(diǎn)閉合，2YJJ開(kāi)始勵(lì)磁。

④TBJI1與TBJI2觸點(diǎn)閉合，TBJV開(kāi)始勵(lì)磁。

⑤TBJV完成勵(lì)磁，TBJV1觸點(diǎn)閉合，TBJV2觸點(diǎn)打開(kāi)。

⑥斷路器分閘完成，合閘回路中S1觸點(diǎn)閉合。

⑦2YJJ繼電器完成勵(lì)磁，合閘回路中2YJJ觸點(diǎn)打開(kāi)，TBJV失電。

⑧TBJV1觸點(diǎn)打開(kāi)，TBJV2觸點(diǎn)閉合。

⑨彈簧儲(chǔ)能完成，S16觸點(diǎn)打開(kāi)，2YJJ開(kāi)始失電。

⑩2YJJ延遲返回（0.3s），合閘回路導(dǎo)通，開(kāi)始再次合閘，防跳失敗。

其中2YJJ延時(shí)動(dòng)作約250ms，因?yàn)樵谡＿\(yùn)行時(shí)，也可能出現(xiàn)壓力瞬時(shí)降低的情況，所以，壓力低閉鎖重合閘宜帶延時(shí)，該延時(shí)一般應(yīng)大于斷路器操作時(shí)壓力瞬時(shí)降低的時(shí)間。

4.2 解決措施

由分析可以看出，操作箱遠(yuǎn)方分位防跳失敗原因是壓力低閉鎖重合閘回路中引入了彈簧未儲(chǔ)能觸點(diǎn)S16，該觸點(diǎn)引入初衷是：在采用三相重合閘線路永久性故障時(shí)，重合閘加速跳開(kāi)斷路器后，斷路器開(kāi)始儲(chǔ)能，TWJ因合閘回路斷開(kāi)而返回，保護(hù)裝置重合閘滿足開(kāi)始充電條件。在個(gè)別情況下，在儲(chǔ)能結(jié)束前就重合閘完成充電，在儲(chǔ)能結(jié)束后滿足第二次重合閘條件，保護(hù)由于位置不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)重合閘，從而導(dǎo)致斷路器反復(fù)重合于故障，對(duì)斷路器及系統(tǒng)均造成危害。在現(xiàn)場(chǎng)只要保證保護(hù)重合閘充電時(shí)間大于斷路器彈簧儲(chǔ)能時(shí)間即可取消該觸點(diǎn)的引入?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，斷路器彈簧儲(chǔ)能時(shí)間為10s，保護(hù)重合閘充電時(shí)間約為20s，滿足取消2YJJ回路中S16觸點(diǎn)條件。

同時(shí)，如圖2所示，考慮在機(jī)構(gòu)合閘回路中已經(jīng)有SF6壓力低閉鎖觸點(diǎn)K10及彈簧未儲(chǔ)能觸點(diǎn)S16，無(wú)需再在操作箱中實(shí)現(xiàn)相同功能，因此可以取消2YJJ啟動(dòng)回路。

綜上所述，設(shè)計(jì)了兩種整改方案。

方案1：根據(jù)文獻(xiàn)[9]，徹底取消操作箱防跳，遠(yuǎn)方及就地均用機(jī)構(gòu)本體防跳。操作箱拆除2YJJ啟動(dòng)回路，斷開(kāi)繼電器TBJV；機(jī)構(gòu)箱并接S16觸點(diǎn)，短接a、b兩點(diǎn)，取消遠(yuǎn)方就地切換觸點(diǎn)S8。

方案2：遠(yuǎn)方采用操作箱防跳，就地采用機(jī)構(gòu)本體防跳。操作箱拆除2YJJ啟動(dòng)回路；機(jī)構(gòu)箱并接S16觸點(diǎn)，通過(guò)S8切換，遠(yuǎn)方斷開(kāi)K75，就地投入K75。

在現(xiàn)場(chǎng)按照方案1進(jìn)行改造，通過(guò)就地機(jī)構(gòu)本體防跳試驗(yàn)、“遠(yuǎn)方機(jī)構(gòu)防跳”試驗(yàn)及遠(yuǎn)方帶操作箱防跳試驗(yàn)后，防跳功能均滿足要求。

5 結(jié)論

老舊設(shè)備投產(chǎn)時(shí)對(duì)斷路器防跳功能僅要求具備合位防跳，但運(yùn)行實(shí)踐及故障經(jīng)驗(yàn)表明，分位防跳也應(yīng)是斷路器必備的功能。在防跳回路排查中發(fā)現(xiàn)的分位防跳功能缺失的情況應(yīng)根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況進(jìn)行整改，在機(jī)構(gòu)本體具備改造條件的情況下，優(yōu)先選用機(jī)構(gòu)本體防跳功能。盡管機(jī)構(gòu)本體防跳在功能上可以較好地實(shí)現(xiàn)防跳，但在運(yùn)行中需做好運(yùn)行維護(hù)并結(jié)合停電定檢進(jìn)行周期試驗(yàn)，避免由于運(yùn)行環(huán)境惡劣而發(fā)生文獻(xiàn)[21]中防跳繼電器觸點(diǎn)卡澀造成的防跳功能缺失的重大隱患。保護(hù)廠家與斷路器廠家較多，不同廠家的設(shè)備防跳回路設(shè)計(jì)思想有些許不同。本文所列的國(guó)電南自PSL621C保護(hù)與西門(mén)子3AP1FG斷路器配置是一種比較典型的情況，可作為廠家產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的考慮因素，本文整改方法可供現(xiàn)場(chǎng)檢修人員參考。

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Cause analysis and rectification measures for the failure of anti-bouncing of circuit breaker

WANG Haibo

(State Grid Jiaxing Power Supply Company, Jiaxing, Zhejiang 314000)

For a 110kV line bay configured with Siemens 3AP1FG circuit breaker for primary equipment and SAC PSL621C protection device for secondary equipment, there is a situation in which neither the local mechanism anti-bouncing nor the remote operation box anti-bouncing function is configured. The working principle and verification method of the anti-bouncing circuit are introduced in detail. Through the analysis of the action sequence of the anti-bouncing relay, it is found that the position of breaker auxiliary contact transfers faster than the action of the anti-bouncing relay makes the function of the local anti-bouncing lost, and spring energy storage contact is accessed to the closing circuit makes the function of the remote anti-bouncing lost. According to the standards, the protection operation box anti-bouncing function is removed and the mechanism control box anti-bouncing function is rectified. The correction of the solution is verified through test.

protection operation box; circuit breaker; anti-bouncing; spring mechanism

2022-05-05

2022-06-07

王海波（1987—），男，江蘇省徐州市人，碩士，工程師，主要從事繼電保護(hù)裝置檢修維護(hù)、繼電保護(hù)二次回路設(shè)計(jì)相關(guān)工作。