03.07 斷路器防跳回路常見問題分析

一、防跳定義

什麼是斷路器防跳。當斷路器合閘於永久性故障時,斷路器保護動作迅速跳開開關,此時若合閘指令持續存在(合閘接點黏粘),開關又會再次合閘於故障,保護動作再次跳開開關,即開關儲能滿足要求後會出現連續“合-分-合-分…”的跳躍現象,為避免此類現象發生,在開關機構或保護裝置內加裝防跳繼電器,經過控制迴路斷開或短接合閘迴路,實現開關防跳功能。

二、防跳功能的實現方式

1 防跳回路原理

1)保護裝置防跳回路原理

斷路器防跳回路常見問題分析

               圖1保護裝置防跳回路原理

保護裝置防跳閉鎖繼電器的斷路器控制迴路如圖1所示,圖1中防躍繼電器TBJ有兩個線圈,即電流線圈和電壓線圈,電流線圈為啟動線圈,電壓線圈為自保持線圈。SHJ為手合節點,ZHJ為重合閘節點,HBJ為合閘保持繼電器,HQ為合閘線圈,DL為斷路器輔助節點,STJ為手跳節點,TJ為保護動作跳閘節點,TQ為跳閘線圈。

當手動合閘或保護裝置重合閘動作時,SHJ或ZHJ動作,其常開節點閉合,若此時一次系統有故障,保護動作,TJ閉合,啟動TBJ的電流線圈,TBJ1、TBJ3常閉節點打開,切斷合閘迴路,防止操作人員在手動合閘後未放開合閘把手,導致SHJ不能返回,或重合閘繼電器節點粘住。如果沒有防跳躍閉鎖迴路,上述情況將導致斷路器再次合閘。

另一方面常開節點TBJ2閉合,啟動TBJ的電壓線圈自保持。直到SHJ與STJ返回,TBJ的電壓線圈失電為止,TBJ繼電器復歸。使用TBJ1與TBJ3這兩個常閉節點是為了增加合閘迴路的可靠性,防止其中一個節點損壞而導致斷路器不能合閘;使用TBJ4是為了防止故障切除後,TJ比斷路器輔助節點DL 先返回,跳閘迴路由TJ直接斷弧而損壞。

2) 操作機構防跳回路原理

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               圖2 操作機構防跳回路原理

以110kV彈簧操作機構斷路器為例,操作機構防跳躍閉鎖繼電器的控制迴路如圖2所示。圖2中DL* 為提前接通常開節點,即在開關斷路器合閘過程中,且未合上之前DL* 接通;TBJ2 為延時打開的常閉節點;當儲能迴路故障時DG 常閉節點打開,閉鎖合閘迴路;S1 為彈簧儲能限位節點,當彈簧未儲能時S1 節點打開,閉鎖合閘迴路;當SF6 氣體低於規定值時,SF6 節點打開,閉鎖跳合閘迴路。

當保護合閘時,7 為高電位,通過TBJ3、DG、S1、DL、HQ、SF6 接通合閘迴路,斷路器合閘,在合閘過程中DL* 先閉合,通過DL* 、TBJ2 啟動電壓繼電器TBJ,防跳回路由TBJ1 閉合並保持,TBJ3 打開斷開合閘迴路。當合閘信號未切除,分閘信號又給出,37 為正電位,則斷路器分閘,此時由於TBJ3節點打開,合閘迴路被切斷,開關斷路器不能再次合閘,只有當合閘信號撤除時,防跳繼電器TBJ 才能復歸。

3) 同時採用兩種防跳回路的分析

斷路器防跳回路常見問題分析

                圖3 同時採用兩種防跳回路

如圖3 所示,當手合斷路器或重合閘動作合閘時,操作機構防跳回路啟動,由於當合閘信號撤除後,TWJ 線圈與TBJ 線圈串連,TBJ 雖長期帶電,但電壓達不到動作電壓,TBJ 返回,TWJ 線圈通過DL* 、TBJ2、TBJ 線圈,與負電源接通,TWJ 線圈勵磁。另一方面HWJ 線圈通過開關輔助節點DL與跳閘線圈TQ 勵磁,因此會導致斷路器合閘後HWJ 與TWJ 同時啟動。

由以上分析可以看出如果同時採用兩種防跳回路時,HWJ 與TWJ將同時啟動,則會出現以下現象或問題:①斷路器合閘後,操作把手上紅燈與綠燈同時亮;②變電站事故影響啟動;③微機保護裝置重合閘不充電,失去重合閘功能;④後臺或故障錄波器異常顯示或動作。

2 防跳回路的比較與選用

保護防跳和操作機構防跳防跳的實現原理不同。保護防跳是利用跳閘迴路的電流啟動,閉鎖合閘迴路實現防跳自保持,避免開關跳躍,防止電氣元件多次受故障電流衝擊擴大故障。保護防跳存在著明顯的缺點:

(1)就地操作。此時即使串聯防跳繼電器動作,不能斷開就地合閘脈衝,防跳失效。

(2)機構本身故障造成跳躍。斷路器合閘後發生觸點粘連,此時斷路器由於機構故障(三相不一致或偷跳等)或其二次迴路故障返回至分閘狀態,由於保護不動作,則防跳繼電器不啟動,斷路器將繼續合閘分閘,發生跳躍。

操作機構防跳是保證當開關機構本身有故障( 機構打滑合閘後未停留在合閘後的位置,仍返回分閘位置),但由於某種原因使合閘脈衝一直存在時,利用合閘脈衝啟動,使合閘線圈只能通電1 次,閉鎖合閘迴路實現防跳自保持,避免開關主觸頭承受連續多次合閘衝擊。因此,操作機構防跳除了具有保護防跳的功能以外,還具有防止因機構失靈而引起的斷路器跳躍功能。

對比分析可知,保護防跳回路保護範圍小且存在死區,因此,從保護設備的角度考慮,斷路器防跳回路應優先採用機構箱防跳回路。同時,操作機構防跳存在較多與操作箱的配合問題,具體包括與操作箱合閘監視迴路(TWJ)的配合問題、與合閘保持迴路(HBJ)的配合問題,以及斷路器合閘迴路為三相電氣聯動時分相操作箱與機構箱防跳回路的配合問題,應在迴路設計上予以解決。

三、目前常見的防跳回路問題及整治對策

1 投入方式不正常

1) 開關機構防跳始終投入,保護防跳始終投入。

整治對策:取消保護防跳。

2) 開關機構防跳近控位置時投入,遠控位置時保護防跳未投入,

整治對策:將斷路器防跳整改為始終投入,並檢查跳位監視迴路接線應獨立引至斷路器機構的相關接入點,不可與合閘迴路並接。

2 無法正常啟動

防跳繼電器與輔助開關的時間配合不滿足要求,即防跳繼電器無法在斷路器輔助開關短暫接通的時間內可靠動作並自保持。對於故障斷路器,其防跳繼電器動作時間大於斷路器輔助觸點金屬短接時間,則防跳繼電器不能在斷路器輔助觸點金屬短接時間內動作,從而導致防跳回路失效,而因合閘信號仍存在,斷路器則會再次合閘,具體防跳繼電器正常動作和不動作的斷路器保護動作時序分析分別如圖8所示。因此,防跳繼電器動作必須在斷路器輔助觸點閉合的時間段內工作,防跳回路才能正常工作。

斷路器防跳回路常見問題分析

         (a) 防跳繼電器與斷路器輔助觸點配合正確時,防跳繼電器正常動作

斷路器防跳回路常見問題分析

          (b) 防跳繼電器與斷路器輔助觸點配合不正確時,防跳繼電器不動作

圖4.斷路器輔助觸點與防跳繼電器配合時間

整治對策:更換防跳繼電器或輔助開關,使得防跳繼電器動作時間與斷路器輔助觸點金屬短接時間匹配,保證防跳繼電器正常動作。

四、現場防跳功能驗證方式

1 確認該斷路器是否採用斷路器本體防跳繼電器;

2 若採用了斷路器本體防跳繼電器,則按國網反措要求進行檢查:斷路器處於分閘狀態,遠方/就地鑰匙開關切換到就地,先按就地分閘按鈕,並保持,再按合閘按鈕,並保持。待機構儲完能後,若斷路器未再次合閘,則符合國網反措要求,若斷路器又進行了一次合分,則不符合國網反措要求。

3 斷路器遠方/就地鑰匙開關切換到遠方,按上述方式由保護進行模擬操作。

4 在退出保護防跳功能,採用就地防跳功能時,一定要注意斷路器本體防跳繼電器是否與TWJ衝突。


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