高壓交流斷路器防跳回路原理與防跳失敗原因淺析

段俊杰

摘要：眾所周知，在高壓交流斷路器控制中，“防跳躍”功能回路是不可或缺的構成內容之一，也是保證高壓交流斷路器設備安全的重要措施。

關鍵詞：高壓交流斷路器;防跳回路原理;防跳失敗;原因

1高壓斷路器概述

額定電壓在3KV以上，能夠關合、承載和開斷運行狀態的正常電流和在規定時間內關合、承載、開斷規定的異常電流如短路電流、過電荷電流的開關電器統稱為高壓斷路器。高壓斷路器按滅弧介質的不同可分為：少油斷路器、多油斷路器、SF6斷路器、壓縮空氣斷路器等。一般來說它具有以下基本結構：通斷原件、操動機構、傳動機構、絕緣支撐元件、基座等。這些結構構成的高壓斷路器在電網中有控制和保護的作用，分別是：（1）根據電網運行的相關要求，將要求的部分電氣設備及線路從運行狀態轉化為退出、備用、檢修等狀態。（2）在電器設備或電路發生故障時，通過繼電保護裝置及自動裝置的作用將電網中的故障部分切除，保障無故障部分可以安全穩定的運行，保護相關的電氣設備和電路安全。

1.2防跳原理

通常造成高壓交流斷路器跳躍有以下2種情況：a.高壓電氣設備發生接地或短路故障，保護動作跳開高壓交流斷路器，若此時操作箱內合閘脈沖未解除，會導致高壓交流斷路器反復跳合閘;b.高壓交流斷路器機構箱內有問題，如合閘按鈕粘死，此時手動分閘，也會導致高壓交流斷路器跳躍。針對這2種跳躍情況，現主要采取高壓交流斷路器機構箱防跳方式加以應對，防止高壓斷路器跳躍。常見的防跳回路設計有：串聯式防跳、并聯式防跳、彈簧儲能式防跳、分閘線圈輔助接點式防跳等4種。高壓交流斷路器大多采用并聯式防跳，下面以并聯的防跳回路進行分析。為了模擬跳躍現象產生的條件，將分合閘命令同時給出，高壓交流斷路器處于分閘狀態，合閘線圈受電啟動，完成合閘，輔助開關接點接通，防跳繼電器開始受電;與此同時，分閘線圈受電啟動，分閘動作完成后輔助開關接接通，則K12繼電器的節點斷開，使合閘回路不能導通;同時繼電器的節點導通，與其線圈形成自保持回路，以保證合閘回路處于不導通狀態，從而實現防跳功能，使高壓交流斷路器最終處于分閘狀態。

2防跳失敗原因分析

防跳失敗多發生在線路故障高壓交流斷路器進行自動重合閘的過程中，合閘命令和分閘命令同時發出，合-分閘過程中輔助開關、觸點轉換太快，防跳繼電器的線圈勵磁吸合時間過長，即防跳繼電器的吸合時間大于合-分閘過程中輔助開關、觸點的金屬短接時間，防跳繼電器沒有吸合，沒有形成自保持回路，防跳繼電器觸點沒有切斷合閘回路，造成高壓交流斷路器又進行合閘操作，這樣在重合閘的過程中高壓交流斷路器將連續進行分-合-分-合的操作，這樣不僅對高壓交流斷路器本身有損害，而且還可能造成上一級的電站設備發生跳閘事故，造成更大面積的停電事故。所以為了使防跳回路更加可靠，在選用防跳繼電器時，要選用吸合時間短的繼電器，而輔助開關選擇時，要裝配到本體上，測試輔助開關的轉換時間，原則是輔助開關的轉換時間要大于防跳繼電器的吸合時間。防跳繼電器的吸合時間和輔助開關的轉換時間可以用Ko-cos特性儀、示波器等設備進行測試。下面是用Kocos設備測量的繼電器吸合時間50 ms，。而與之相配合的輔助開關在CO過程中，觸點的金屬短接時間為16 ms。這樣輔助開關的轉換時間小于了防跳繼電器吸合時間，導致防跳失敗。

3防跳回路存在問題的解決方案

3.1短路發電機直接試驗法

在試驗過程中，采用直流電流源的方法難度較大，因此可以采用低頻的交流電流來模擬直流短路故障電流，一般選擇短路發電機作為試驗電源。，試驗電流和功率因數由電抗器L和R調節。進行試驗時，先閉合開關將短路發電機與直流斷路器接通，在短路發電機達到額定轉速后突然加上勵磁電流，此時發電機的電壓和電流便會迅速上升，在電流達到要求幅值時進行故障電流開斷試驗。短路發電機直接試驗法可以通過增加短路發電機的數量來滿足相應電壓等級對短路電流和電壓的要求，試驗的等價性較高，且試驗參數易于調節。但是沖擊發電機的電流會隨著頻率的降低而降低，并且為避免斷路器開斷失敗需要加裝保護裝置，同時沖擊發電機試驗室的造價昂貴，不便于維護。

3.2導電回路電阻測量試驗

斷路器導電回路的電阻主要取決于觸頭的接觸電阻，測量該回路電阻的目的是檢查動、靜觸頭之間的接觸電阻和連接電阻的變化以此來判斷動、靜觸頭是否接觸良好。該實驗可以通過電流和電壓表法、平衡電橋法、直流降壓法等方法進行測量。以電流和電壓表法測量來介紹，先斷開斷路器的電源，連續分合幾次開關;合上刀閘，調試好電流值，再接通MV表，并且測量三次后取平均值。在該實驗中，測量時接線要將電壓引線接在靠近觸頭的一側，電流引線接在電壓引線的外側，而且接線不應有重疊、交叉現象，測量接頭必須有良好的靈敏度，電阻值不應超過該表規定的電阻值。

3.3控制方法

a.就地控制方式下，在進行斷路器合閘操作時，斷路器輔助觸點SOA3閉合啟動機構箱防跳繼電器TBJa′，并通過其常開接點TBJa′1和ZK“就地控制”選通接點形成的回路自保持，打開繼電器常閉接點TBJa′3和TBJa′4，斷開斷路器的合閘回路。b.遠方控制方式下，在進行斷路器合閘操作時，一方面斷路器輔助觸點S0A3閉合啟動機構箱防跳繼電器TBJa′，并通過其常開接點TBJa′1和ZK“遠方控制”選通接點形成的回路自保持，打開繼電器常閉接點TBJa′3和TBJa′4，斷開斷路器的合閘回路;另一方面斷路器合閘后，在跳閘指令作用下斷路器跳閘時，啟動保護操作防跳繼電器TBJ， 其常開接點 TBJ2閉合自保持， 打開常閉接點 TBJ3、TBJ4，斷開斷路器合閘回路 。改進后的斷路器防跳回路不僅使兩套防跳回路共同作用， 在是否有跳閘指令情況下都能可靠起到防跳作用 ， 而且由于在跳閘位置繼電器 TWJa線圈回路上串入斷路器輔助觸點 S0A4，解決了斷路器合閘后與機構防跳繼電器TBJa′ 形成 “寄生回路”， 引起 TWJa與 TBJa′同時得電引起跳閘位置繼電器與機構防跳繼電器動作的邏輯混亂或錯誤現象的發生 。提出的修改方案在改動工作上， 增加的元件只有一對（每相 ）就地—遠方控制的切換開關 ZK的開閉接點和幾處接線的改動 。在防跳功能上，兩套防跳回路有機結合，充分發揮作用，無論是就地控制還是遠方控制、跳閘指令跳閘還是合閘未成功（合位未掛上 ）跳閘， 都設有防跳功能 ， 有效防止斷路器跳躍 ;在 “寄生 ”回路的防范上 ， 解除了合閘保持繼電器 HBJa電流線圈和防跳繼電器TBJa電壓保持線圈的相互影響的聯系 ， 解決了斷路器在跳 -合 -跳動作以后只能用斷開操作直流復歸防跳閉鎖的問題， 同時避免了斷路器合閘后TWJa與 TBJa′ 同時得電引起跳閘位置繼電器與機構防跳繼電器動作的邏輯混亂或錯誤現象的發生 。

結語

高壓交流斷路器并聯防跳回路設計的關鍵之處在于輔助開關轉換時間和繼電器吸合時間的配合，在選用防跳繼電器時，應選用吸合時間短的產品，即防跳繼電器的吸合時間要小于輔助開關的切換時間，以保證防跳回路可靠工作。

參考文獻

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