一種優化的雙重防跳方案的提出

芮新花 趙玨斐 眭晨程 黃文寶

摘要：繼電保護的發展經歷了漫長的過程，從傳統的電磁式保護、整流式保護、晶體管式保護、微機式保護以及目前的數字式保護，斷路器的“防跳”一直是繼電保護操作回路設計和斷路器控制回路設計都必須考慮的問題。不同接線方式的“防跳”方案的選擇將直接影響防跳的效果和斷路器的安全。本文通過對比分析不同接線方式產生的“防跳”方案的利弊，提出一種優化的雙重防跳方案。

關鍵詞：跳躍；防跳；雙重化；模擬斷路器

中圖分類號：TP23 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）37-0126-03

一、斷路器“防跳”概念的引入

1.斷路器產生“跳躍”現象的原因。斷路器是電力系統應用較多的設備。發電機、變壓器、高壓輸電線路、電抗器、電容器等設備的投運或停運都是由相連斷路器的合閘或分閘來實現的。運行中一次設備發生故障時，繼電保護裝置動作，跳開（分閘）離故障設備最近的斷路器，使故障設備脫離運行電源。斷路器是電力系統中操作較頻繁的設備，斷路器的控制回路隨著斷路器的型式、操動機構的類型及運行上的不同要求而有所差別，但基本接線相類似。對控制回路的基本要求如下：①應能用控制開關進行手動合、跳閘，且能由自動裝置和繼電保護裝置實現自動合、跳閘。②應能在合、跳閘動作完成后迅速自動斷開合、跳閘回路。③應有反映斷路器位置狀態（手動及自動合、跳閘）的明顯信號。④應有防止斷路器多次合、跳閘的“防跳”裝置。⑤應能監視控制回路的電源及其合、跳閘回路是否完好。由此可見，斷路器的防跳是電力系統對斷路器控制回路的一項基本要求。當控制開關或者重合閘的接點未能及時返回（例如手動合閘繼電器接點粘連、重合閘裝置出口接點粘連）而此時正好合閘于故障線路和設備上，造成斷路器不斷跳合。而且由于斷路器合閘后操作把手在未復歸狀態，若此時發生故障使斷路器跳閘，由于合閘脈沖未解除，促使斷路器再次合閘，如果合閘脈沖始終不能解除，斷路器將出現多次的跳-合現象，這種現象稱為跳躍。

2.手動合閘于故障線。電力系統中，早期傳統架空線檢修的具體步驟是：檢修人員故障檢修前首先向調度申請停電，調度審核后將檢修線路停電，檢修人員驗電以確保安全，然后掛接地線，找出并排除故障，然后拆接地線，最后向調度申請送電，調度審核后送電。但實際工作中，檢修人員排除故障后有時會忘記拆接地線而直接申請送電，導致調度送電時，帶接地線合閘。還有就是值班員誤將停電待檢修的故障線路送電，或手動合閘于永久性故障，這些情況下斷路器都會出現反復跳合的跳躍現象。

3.手動合繼電器接點粘連。電力系統中斷路器的控制，通常是通過電氣回路來實現的，為此必須有相應的二次設備。在主控制室的控制平臺上，應有能發出跳、合閘命令的手動控制開關和按鈕，在斷路器上應有執行命令的操作機構，即跳、合閘線圈。手動控制開關和操作機構之間是通過控制電纜連接起來的。控制回路按操作電源的種類，可分為直流操作和交流操作（包括整流操作）兩種類型。直流操作一般采用蓄電池組供電，交流操作一般是由電流互感器、電壓互感器和所用變壓器供電。此外，對斷路器的控制，按所采用的接線及設備又可分為強電控制和弱電選線控制兩大類。在三相斷路器中，若某相手動合閘繼電器的一對常開接點粘連，在操作電源接通時，由于該相手動合閘繼電器接點粘連，該相合閘，而此時其余兩相處在分閘位置，斷路器非全相保護動作，將該相斷路器跳開，此時該相手動合閘繼電器接點依然粘連，該相再次合閘，從而使該相斷路器多次合-分閘，即稱為跳躍。

4.重合閘裝置出口接點粘連。在電力系統中，架空輸電線路的故障大多數是瞬時性故障，如果自動重合閘裝置能把跳開的線路再次重新合閘，就能恢復正常供電。自動重合閘裝置按其功能可分為三相重合閘及綜合重合閘。110kV及以下線路采用三相自動重合閘，即不論線路發生單相接地（110kV以下線路除外）或相間故障，都由繼電保護裝置動作把斷路器的三相跳開，然后由重合閘裝置動作把該三相自動合閘；220kV及以上線路采用綜合重合閘，即綜合考慮單相自動重合閘和三相自動重合閘。若重合閘裝置出口接點粘連，一旦操作電源接通，斷路器便會合閘，若故障依然存在，繼電保護裝置動作，斷路器跳閘，但由于重合閘裝置出口接點粘連，斷路器再次合閘，從而造成斷路器多次合-分，即稱為跳躍。

5.斷路器“跳躍”的危害。如果斷路器發生跳躍，勢必造成斷路器的絕緣下降，油溫上升，縮短斷路器的使用壽命以致造成斷路器的毀壞，嚴重時會引起斷路器爆炸。加上由于反復合閘于永久性故障電路，很容易引起故障擴大并導致事故，特別是保護跳閘信號源自于短路時，會引發斷路器爆炸的嚴重后果，甚至導致人身安全事故。

6.“防跳”的概念。在電力系統中當斷路器出現跳躍時，一般通過閉鎖合閘回路來達到防跳的目的，目前常用的防跳方法有：串聯式防跳、并聯式防跳、彈簧儲能式防跳、跳閘線圈輔助接點式防跳。斷路器多采用并聯式防跳，其中串聯式防跳回路最合理，應用最廣泛。

二、不同接線方式“防跳”技術及其利弊分析

1.利用跳閘線圈TQ輔助接點構成的防跳回路。①防跳的二次接線圖見圖1。②防跳的機理。以110Kv線路微機保護中斷路器的操作回路為例說明：當手合故障線，手合接點或重合閘接點粘連時電力系統發生故障，這些現象發生時，繼電保護裝置首先動作，保護跳閘繼電器TJ得電使斷路器的跳閘線圈TQ得電，跳開故障線路的斷路器，跳閘后斷路器的常開輔助觸點斷開，切斷跳閘產生的電弧，于此同時跳閘線圈的常開輔助接點TQ2閉合，跳閘線圈TQ自保持有電，其常閉輔助接點TQ1斷開，切斷合閘回路，完成跳躍閉鎖功能。具體防跳過程見圖1所示。

2.利用防跳繼電器TBJ構成的串聯式防跳回路。①防跳的二次接線圖見圖2。②防跳的機理。所謂串聯式防跳，即防跳繼電器TBJ由電流啟動，該電流線圈串聯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（簡單說就是電流啟動、電壓保持）。當手合故障線，手合接點或重合閘接點粘連時電力系統發生故障，這些現象發生時，繼電保護裝置首先使保護跳閘繼電器TJ得電，其常開接點閉合，跳閘線圈TQ得電跳開斷路器，跳閘后斷路器的常開輔助觸點斷開，切斷跳閘產生的電弧。由于防跳繼電器TBJ的電流啟動線圈和TQ串聯，當TQ有電時防跳繼電器TBJ的電流啟動線圈也有電，啟動防跳，其常開接點TBJ2閉合，接通防跳繼電器的電壓保持線圈TBJV，使其常閉接點打開，切斷合閘回路，實現斷路器的跳躍閉鎖。所以即便防跳繼電器TBJ的電流線圈隨著跳閘的完成而失電，TBJ電壓線圈的自保持可以將合閘回路切斷，實現斷路器的跳躍閉鎖。具體的防跳過程入如圖2所示。

3.兩種接線方式下的“防跳”方案的優劣比較。共同點：以上兩種接線方式的防跳方案，當手合故障線、手合接點粘連、重合閘接點粘連，這些跳躍現象之一發生時，均能起到很好的防跳閉鎖作用。優劣比較：利用跳閘線圈TQ輔助接點防跳回路。若斷路器跳閘后，其接于跳閘回路的常開輔助接點沒有及時斷開，導致保護跳閘繼電器TJ的接點先斷開，此時斷路器跳閘產生的電弧就會燒壞保護跳閘繼電器TJ的接點。這是利用跳閘線圈TQ輔助接點防跳這種接線方式防跳方案的不足之處。利用防跳繼電器TBJ構成的串聯式防跳回路。這種接線方式在保護跳閘繼電器TJ的接點旁并聯了一個防跳繼電器TBJ的常開接點TBJ1。如果斷路器跳閘后，其接于跳閘回路的常開輔助接點沒有及時斷開，TBJ的電流線圈會一直有電，并聯于保護跳閘繼電器TJ的防跳繼電器TBJ的常開接點TBJ1閉合并自保，直到斷路器跳閘，相應的斷路器常開輔助接點斷開為止，有效地防止了保護跳閘后斷路器輔助常開接點沒有及時切換而燒壞保護跳閘繼電器TJ的常開接點的現象。這就是利用防跳繼電器TBJ構成的串聯式接線方式防跳方案優于利用跳閘線圈TQ輔助接點接線方式防跳方案的地方。

三、一種優化的雙重防跳方案的提出

1.雙重防跳方案的接線圖。基于上面兩種不同接線方式的防跳方案的優劣比較，現采用一種雙重防跳方案，并給出實際的接線圖。圖3擬的是低壓線路微機保護帶防跳的斷路器控制回路，圖4擬的是模擬斷路器的防跳控制回路。

2.雙重防跳方案的優化效果。由接線圖可以看出：保護控制回路和斷路器控制回路都采用了比較優化的利用防跳繼電器TBJ構成的串聯式防跳方案。在這種雙重化防跳方案下，對手合故障線、手合接點粘連、重合閘接點粘連等可能引起斷路器跳躍的現象起到了很好的跳躍閉鎖作用。同時雙重化保護使得保護控制回路和斷路器控制回路中的防跳回路相互獨立又可以相互備用，即實現了所謂的雙重跳躍閉鎖功能，可靠地提高了電力系統操作回路的完好性和互補性。這種防跳方式不僅可以達到防跳的目的，而且當發生故障時，若保護出口跳閘接點先于斷路器輔助常開接點跳開時，能有效的防止保護跳閘繼電器的接點被斷路器跳閘造成的電弧燒毀。

四、結語

本文主要針對電力系統中斷路器的“防跳”技術進行了分析，并分別類比了兩種不同接線方式的斷路器“防跳”方案的共同機理和各自的利弊，提出了一種雙重防跳的優化方案，既可大大減少實際斷路器的動作次數，提高斷路器的使用壽命，也可以保護跳閘出口接點，保證傳動實驗正確性和完整性。

參考文獻：

[1]能源部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊：電氣二次部分[M].北京：中國電力出版社，1991.

[2]姚春球.發電廠電氣部分[M].北京：中國電力出版社，2004.

[3]何永華，發電廠及變電站二次回路[M].北京：中國電力出版社，2004.

[4]黃棟，吳軼群.發電廠及變電站二次回路[M].北京：中國水利水電出版社，2004.