電力系統(tǒng)高壓斷路器防跳回路探討

【摘 要】在發(fā)電廠（站）中，斷路器是發(fā)電機出口送出電能的重要設備，斷路器防跳回路是保證斷路器安全穩(wěn)定運行的一種重要的二次回路，所謂防跳，不是“防止跳閘”，而是“防止跳躍”，斷路器防跳回路能有效避免在永久性故障情況下多次合閘于故障線路。針對電力系統(tǒng)高壓斷路器防跳回路進行簡要分析探討。

【關鍵詞】發(fā)電廠設備;高壓斷路器;防跳回路;工作原理;故障分析

1 引言

斷路器是電力系統(tǒng)中重要的一次設備。斷路器“跳躍”是指斷路器在手動或保護裝置動作合閘后，控制開關尚未返回（手動合閘時控制開關返回需1～2s，而斷路器合閘動作時間約為50ms，斷路器合閘后控制開關未返回，觸點仍接通）或保護自動裝置合閘觸點卡死情況下，同時發(fā)生永久性故障導致保護動作后斷路器跳閘，此時合閘脈沖還未消失，斷路器將會再次合閘，造成斷路器連續(xù)分合的現象。這種永久性故障情況下多次跳合閘，對斷路器本身及電網安全均會產生嚴重影響，輕則對系統(tǒng)造成多次沖擊，嚴重時可能引起斷路器爆炸。

2 高壓斷路器工作原理

斷路器用于在正常運行時接通或斷開電路，故障情況在繼電保護裝置的作用下迅速斷開電路，特殊情況（如自動重合到故障線路上時）下可靠地接通短路電流。高壓斷路器是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要控制設備，是在正常或故障情況下接通或斷開高壓電路的專用電器。在具體應用的過程中其擔負著穩(wěn)定電流和及時發(fā)現和解決電力系統(tǒng)故障的職能作用，它不僅可以切斷與閉合高壓電路中空載電流與負荷電流，而且當系統(tǒng)在發(fā)生故障時可以通過繼電器的保護裝置。

高壓真空斷路器處于合閘狀態(tài)的時候，它對地絕緣由支持絕緣子來承受，一旦真空斷路器所連接的線路發(fā)生永久接地故障，斷路器動作跳閘后，接地故障點又未被清除，則有電母線的對地絕緣亦要由該斷路器斷口的真空間隙承受;各種故障開斷時，斷口一對觸點間的真空絕緣間隙要耐受各種恢復電壓的作用而不發(fā)生擊穿。高壓斷路器的應用作用主要體現在 2 個方面。1）高壓斷路器的控制作用。高壓斷路器結合電力系統(tǒng)運行在需要會將所有的電氣設備以及部門線路投入或者退出運行。2）高壓斷路器的保護作用。在電力系統(tǒng)運行出現故障的時候，高壓斷路器會和保護裝置、自動裝置共同配合來將故障及時從系統(tǒng)中切除，從而減少損害，防止事故擴大。

3高壓斷路器防跳回路設計原理探討

電力系統(tǒng)高壓斷路器防跳回路設計是電力系統(tǒng)中常見的一種預防性保護設計回路，其技術的有效應用為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行奠定了良好的基礎，同時對于維護系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性也發(fā)揮了重要的作用。常用的電力系統(tǒng)高壓斷路器防跳回路設計策略有電氣并聯防跳回路設計、電氣串聯防跳回路設計、自動化裝置內部防跳回路設計、保護裝置與斷路器本體二次防跳回路設計。

3.1電氣并聯防跳回路設計

電氣并聯防跳回路設計為常見的一種防跳回路設計技術，實際設計作業(yè)中通過在斷路器中實施并聯線路操作的方式，實現防跳作用。斷路器合閘操作中如出現故障現象，DL1閉合，TBJ勵磁動作，并通過TBJ1繼電器線路動作自保持，TBJ2繼電器動作打開斷路的合閘回路，確保高壓斷路器不會重復合閘，保障系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，并實現防跳功能。在實際應用中，由于機構箱多數安裝于戶外，潮氣易侵入機構箱內，造成電器元件受潮銹蝕，如防跳繼電器鐵芯生銹、機構卡澀等，降低防跳繼電器的可靠性，影響其正常運行。

3.2 電氣串聯防跳回路設計

電氣串聯防跳回路設計運行過程為：斷路器合閘于故障線路時，繼電保護動作，保護出口接點BCJ閉合，啟動防跳繼電器TBJ的電流線圈，同時斷路器跳閘。TBJ2常閉觸點斷開合閘回路，TBJ1常開觸點閉合使TBJ繼電器電壓線圈接通并保持。如果此時SA（5—8）或 ZJ 點不能返回而持續(xù)發(fā)出合閘信號，由于合閘回路已斷開，斷路器不能合閘，從而達到防跳目的。在實際應用中，由于串聯防跳必須由保護跳閘指令啟動，在合閘信號長期存在而斷路器合閘后不能保持的情況下，由于無保護跳閘指令，操作箱內的串聯防跳將不能啟動，如此會造成斷路器因無防跳功能而不斷分合，釀成事故。

3.3 自動化裝置內部防跳回路設計

當前中國電力系統(tǒng)在運行中已經實現了較多的自動化操作，自動化裝置內部實施防跳回路設計，為當前電力系統(tǒng)高壓斷路器防跳回路設計中的主要設計方式。具體在實施中，自動化裝置內部防跳回路設計作業(yè)的實施主要通過在線路板上直接焊接的方式，使電力系統(tǒng)自動化裝置內部結構運行中具備防跳功能。在自動化裝置內部實施防跳回路設計，需要注意的事項為：設計作業(yè)中防跳繼電器的電流線圈額定電壓應與斷路器操動機構分閘線圈的額定電流相匹配，避免電壓電流不匹配，造成的防跳設計效果無法發(fā)揮，出現安全事故。在實際運行中，如保護裝置到斷路器柜之間的回路出現故障，則其防跳功能失效，無法發(fā)揮防跳設計效果。因此在實際應用中落實裝置內部的回路檢修、裝置檢修維護，也為重要的作業(yè)內容。

3.4 保護裝置與斷路器本體二次防跳回路設計

保護裝置與斷路器本體二次防跳回路設計為兩種常見防跳回路設計技術。從當前的實際應用現狀方面分析，兩種防跳回路設計均有應用。保護裝置防跳回路設計在實際應用中能夠實現遠程合閘中的防跳效果，斷路器本體二次防跳回路設計能夠實現就地合閘中的防跳效果。

從電力系統(tǒng)的設計運行管理方面分析，遠程操控和就地操控均為兩種重要的操控作業(yè)模式，兩種防跳回路設計均無法全面滿足電力系統(tǒng)中的防跳運行需求，但同時受限于中國電力技術方面的相關規(guī)則，只能選擇一套防跳回路設計，從目前的實際應用現狀看，保護裝置防跳回路設計的應用占比較高。另外從遠期電力系統(tǒng)的智能化改造方面分析，電力系統(tǒng)運行中涉及大量的遠程操控作業(yè)，因此保護裝置防跳回路設計的應用具備較高的優(yōu)勢。

4高壓斷路器防跳回路異常與改進

4.1 防跳回路異常

以某電站500kV斷路器防跳回路缺陷為對象進行分析，在對母線進行檢修試驗時，操作斷路器出現合閘后立即跳閘的情況。工作人員進行現場檢修后，發(fā)現第一次手動合斷路器時，斷路器C相防跳閉鎖繼電器并未返回，由此母差保護跳開斷路器后，再次和斷路器、斷路器C相無法合上，最終因為三相不一致而造成斷路器跳開。然后將第一路操作電源開關斷開后，斷路器C相防跳閉鎖繼電器返回，斷路器合閘后無異常。

4.2 操作回路分析

在正常情況下斷路器發(fā)出合閘命令后，C相合閘保持繼電器動作并且自動保持合閘令確保斷路器能夠可靠合閘，在斷路器合閘操作后，斷路器輔助接點會將合閘回路斷開，并接通防跳閉鎖回路。此種情況下如果未正常收回合閘令，則防跳繼電器將會持續(xù)被勵磁，以免斷路器出現跳躍問題。如果正常收回合閘令，則繼電器電流會小于返回電流，將操作電源斷開以后，防跳繼電器將會返回。

4.3 防跳異常分析

4.3.1 回路分析

對斷路器操作回路進行檢查分析，斷路器C相合閘回路沒有任何寄生回路，這樣在收回合閘令后，并無其他回路造成防跳繼電器動作。但是因為繼電器存在未返回情況，而導致防跳繼電器一直被勵磁。

4.3.2 繼電器分析

將繼電器作為試驗分析對象，合閘保持繼電器為1.5V電壓繼電器，可得到繼電器試驗數據。通過多項數據分析后可以得知，操作箱返回電壓小于備用操作箱合閘保持繼電器返回電壓，并且試驗結果具有離散性特點。以歐姆定律為依據，可計算得到防跳繼電器介入后回路電流數值，其與返回值非常接近，而造成返回動作不穩(wěn)定。

4.3.3 合閘插件

對操作箱C相合閘插件進行更換，然后對斷路器進行多次合閘試驗，未出現防跳繼電器未返回現象，可證明防跳缺陷消除。

4.4 分壓電阻不匹配

在對斷路器防跳回路缺陷進行試驗分析時，發(fā)現防跳繼電器分壓電阻不匹配，該電站500kV斷路器防跳回路此問題比較突出。斷路器操作回路內防跳繼電器額定電壓為110V，直阻大約為1.4kΩ，分壓電阻數值為370Ω。現在操作回路電壓數值在230V左右，防跳繼電器動作以后，可確認其電壓數值大約在180V左右，電壓比較高。為消除此種問題，需要基于防跳繼電器特征來選擇確定匹配度高的分壓電阻，與生產廠家聯系后確認此處電阻匹配不合適，同時與電站內其他相似回路進行對比分析后，最終確定此位置應選擇1.2kΩ左右的分壓電阻。同時，還要兼顧操作回路進行分析，選擇應用較大電阻，可以在降低回路電流后，合閘后有利于繼電器返回，因此，在實際生產中廠家需要根據分析結果，來選擇大小合適的分壓電阻，對原來所用分壓電阻進行更換。

5 結語

為保證電力系統(tǒng)的生產安全，防止斷路器發(fā)生跳躍現象至關重要。在此過程中，應使斷路器的電氣防跳回路更加可靠與完善，避免因為防跳回路缺陷而出現“跳躍”問題。因此需要總結實踐經驗，對斷路器防跳回路存在的缺陷進行分析，然后基于實際情況，判斷問題原因后，采取有效措施來進行調整和優(yōu)化，維持回路正常運行。

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作者簡介：

段素政（1987.11.28—），男，漢族，籍貫：江蘇，中級職稱，本科，單位：華潤電力（泰州）有限公司，研究方向：發(fā)電廠電力系統(tǒng)

（作者單位：華潤電力（泰州）有限公司）