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(jī)出口送出電能的重要設(shè)備，斷路器防跳回路是保證斷路器安全穩(wěn)定運(yùn)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(duì)電力系統(tǒng)高壓斷路器防跳回路進(jìn)行簡要分析探討。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電廠設(shè)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(shè)備。斷路器“跳躍”是指斷路器在手動(dòng)或保護(hù)裝置動(dòng)作合閘后，控制開關(guān)尚未返回（手動(dòng)合閘時(shí)控制開關(guān)返回需1～2s，而斷路器合閘動(dòng)作時(shí)間約為50ms，斷路器合閘后控制開關(guān)未返回，觸點(diǎn)仍接通）或保護(hù)自動(dòng)裝置合閘觸點(diǎn)卡死情況下，同時(shí)發(fā)生永久性故障導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作后斷路器跳閘，此時(shí)合閘脈沖還未消失，斷路器將會(huì)再次合閘，造成斷路器連續(xù)分合的現(xiàn)象。這種永久性故障情況下多次跳合閘，對(duì)斷路器本身及電網(wǎng)安全均會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，輕則對(duì)系統(tǒng)造成多次沖擊，嚴(yán)重時(shí)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(yùn)行時(shí)接通或斷開電路，故障情況在繼電保護(hù)裝置的作用下迅速斷開電路，特殊情況（如自動(dòng)重合到故障線路上時(shí)）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(yùn)行的重要控制設(shè)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(yīng)用的過程中其擔(dān)負(fù)著穩(wěn)定電流和及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)可以通過繼電器的保護(hù)裝置。

高壓真空斷路器處于合閘狀態(tài)的時(shí)候，它對(duì)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(dòng)作跳閘后，接地故障點(diǎn)又未被清除，則有電母線的對(duì)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(shí)，斷口一對(duì)觸點(diǎn)間的真空絕緣間隙要耐受各種恢復(fù)電壓的作用而不發(fā)生擊穿。高壓斷路器的應(yīng)用作用主要體現(xiàn)在 2 個(gè)方面。1）高壓斷路器的控制作用。高壓斷路器結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行在需要會(huì)將所有的電氣設(shè)備以及部門線路投入或者退出運(yùn)行。2）高壓斷路器的保護(hù)作用。在電力系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障的時(shí)候，高壓斷路器會(huì)和保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置共同配合來將故障及時(shí)從系統(tǒng)中切除，從而減少損害，防止事故擴(kuò)大。

3高壓斷路器防跳回路設(shè)計(jì)原理探討

電力系統(tǒng)高壓斷路器防跳回路設(shè)計(jì)是電力系統(tǒng)中常見的一種預(yù)防性保護(hù)設(shè)計(jì)回路，其技術(shù)的有效應(yīng)用為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)于維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)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(shè)計(jì)策略有電氣并聯(lián)防跳回路設(shè)計(jì)、電氣串聯(lián)防跳回路設(shè)計(jì)、自動(dòng)化裝置內(nèi)部防跳回路設(shè)計(jì)、保護(hù)裝置與斷路器本體二次防跳回路設(shè)計(jì)。

3.1電氣并聯(lián)防跳回路設(shè)計(jì)

電氣并聯(lián)防跳回路設(shè)計(jì)為常見的一種防跳回路設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)際設(shè)計(jì)作業(yè)中通過在斷路器中實(shí)施并聯(lián)線路操作的方式，實(shí)現(xiàn)防跳作用。斷路器合閘操作中如出現(xiàn)故障現(xiàn)象，DL1閉合，TBJ勵(lì)磁動(dòng)作，并通過TBJ1繼電器線路動(dòng)作自保持，TBJ2繼電器動(dòng)作打開斷路的合閘回路，確保高壓斷路器不會(huì)重復(fù)合閘，保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，并實(shí)現(xiàn)防跳功能。在實(shí)際應(yīng)用中，由于機(jī)構(gòu)箱多數(shù)安裝于戶外，潮氣易侵入機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，造成電器元件受潮銹蝕，如防跳繼電器鐵芯生銹、機(jī)構(gòu)卡澀等，降低防跳繼電器的可靠性，影響其正常運(yùn)行。

3.2 電氣串聯(lián)防跳回路設(shè)計(jì)

電氣串聯(lián)防跳回路設(shè)計(jì)運(yùn)行過程為：斷路器合閘于故障線路時(shí)，繼電保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)出口接點(diǎn)BCJ閉合，啟動(dòng)防跳繼電器TBJ的電流線圈，同時(shí)斷路器跳閘。TBJ2常閉觸點(diǎn)斷開合閘回路，TBJ1常開觸點(diǎn)閉合使TBJ繼電器電壓線圈接通并保持。如果此時(shí)SA（5—8）或 ZJ 點(diǎn)不能返回而持續(xù)發(fā)出合閘信號(hào)，由于合閘回路已斷開，斷路器不能合閘，從而達(dá)到防跳目的。在實(shí)際應(yīng)用中，由于串聯(lián)防跳必須由保護(hù)跳閘指令啟動(dòng)，在合閘信號(hào)長期存在而斷路器合閘后不能保持的情況下，由于無保護(hù)跳閘指令，操作箱內(nèi)的串聯(lián)防跳將不能啟動(dòng)，如此會(huì)造成斷路器因無防跳功能而不斷分合，釀成事故。

3.3 自動(dòng)化裝置內(nèi)部防跳回路設(shè)計(jì)

當(dāng)前中國電力系統(tǒng)在運(yùn)行中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較多的自動(dòng)化操作，自動(dòng)化裝置內(nèi)部實(shí)施防跳回路設(shè)計(jì)，為當(dāng)前電力系統(tǒng)高壓斷路器防跳回路設(shè)計(jì)中的主要設(shè)計(jì)方式。具體在實(shí)施中，自動(dòng)化裝置內(nèi)部防跳回路設(shè)計(jì)作業(yè)的實(shí)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(dòng)化裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)運(yùn)行中具備防跳功能。在自動(dòng)化裝置內(nèi)部實(shí)施防跳回路設(shè)計(jì)，需要注意的事項(xiàng)為：設(shè)計(jì)作業(yè)中防跳繼電器的電流線圈額定電壓應(yīng)與斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)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(shè)計(jì)效果無法發(fā)揮，出現(xiàn)安全事故。在實(shí)際運(yùn)行中，如保護(hù)裝置到斷路器柜之間的回路出現(xiàn)故障，則其防跳功能失效，無法發(fā)揮防跳設(shè)計(jì)效果。因此在實(shí)際應(yīng)用中落實(shí)裝置內(nèi)部的回路檢修、裝置檢修維護(hù)，也為重要的作業(yè)內(nèi)容。

3.4 保護(hù)裝置與斷路器本體二次防跳回路設(shè)計(jì)

保護(hù)裝置與斷路器本體二次防跳回路設(shè)計(jì)為兩種常見防跳回路設(shè)計(jì)技術(shù)。從當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀方面分析，兩種防跳回路設(shè)計(jì)均有應(yīng)用。保護(hù)裝置防跳回路設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程合閘中的防跳效果，斷路器本體二次防跳回路設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)就地合閘中的防跳效果。

從電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行管理方面分析，遠(yuǎn)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(shè)計(jì)均無法全面滿足電力系統(tǒng)中的防跳運(yùn)行需求，但同時(shí)受限于中國電力技術(shù)方面的相關(guān)規(guī)則，只能選擇一套防跳回路設(shè)計(jì)，從目前的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀看，保護(hù)裝置防跳回路設(shè)計(jì)的應(yīng)用占比較高。另外從遠(yuǎn)期電力系統(tǒng)的智能化改造方面分析，電力系統(tǒng)運(yùn)行中涉及大量的遠(yuǎn)程操控作業(yè)，因此保護(hù)裝置防跳回路設(shè)計(jì)的應(yīng)用具備較高的優(yōu)勢。

4高壓斷路器防跳回路異常與改進(jìn)

4.1 防跳回路異常

以某電站500kV斷路器防跳回路缺陷為對(duì)象進(jìn)行分析，在對(duì)母線進(jìn)行檢修試驗(yàn)時(shí)，操作斷路器出現(xiàn)合閘后立即跳閘的情況。工作人員進(jìn)行現(xiàn)場檢修后，發(fā)現(xiàn)第一次手動(dòng)合斷路器時(shí)，斷路器C相防跳閉鎖繼電器并未返回，由此母差保護(hù)跳開斷路器后，再次和斷路器、斷路器C相無法合上，最終因?yàn)槿嗖灰恢露斐蓴嗦菲魈_。然后將第一路操作電源開關(guān)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(dòng)作并且自動(dòng)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(diǎn)會(huì)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(huì)持續(xù)被勵(lì)磁，以免斷路器出現(xiàn)跳躍問題。如果正常收回合閘令，則繼電器電流會(huì)小于返回電流，將操作電源斷開以后，防跳繼電器將會(huì)返回。

4.3 防跳異常分析

4.3.1 回路分析

對(duì)斷路器操作回路進(jìn)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(dòng)作。但是因?yàn)槔^電器存在未返回情況，而導(dǎo)致防跳繼電器一直被勵(lì)磁。

4.3.2 繼電器分析

將繼電器作為試驗(yàn)分析對(duì)象，合閘保持繼電器為1.5V電壓繼電器，可得到繼電器試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過多項(xiàng)數(shù)據(jù)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(yàn)結(jié)果具有離散性特點(diǎn)。以歐姆定律為依據(jù)，可計(jì)算得到防跳繼電器介入后回路電流數(shù)值，其與返回值非常接近，而造成返回動(dòng)作不穩(wěn)定。

4.3.3 合閘插件

對(duì)操作箱C相合閘插件進(jìn)行更換，然后對(duì)斷路器進(jìn)行多次合閘試驗(yàn)，未出現(xiàn)防跳繼電器未返回現(xiàn)象，可證明防跳缺陷消除。

4.4 分壓電阻不匹配

在對(duì)斷路器防跳回路缺陷進(jìn)行試驗(yàn)分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)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(nèi)防跳繼電器額定電壓為110V，直阻大約為1.4kΩ，分壓電阻數(shù)值為370Ω?，F(xiàn)在操作回路電壓數(shù)值在230V左右，防跳繼電器動(dòng)作以后，可確認(rèn)其電壓數(shù)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(chǎn)廠家聯(lián)系后確認(rèn)此處電阻匹配不合適，同時(shí)與電站內(nèi)其他相似回路進(jìn)行對(duì)比分析后，最終確定此位置應(yīng)選擇1.2kΩ左右的分壓電阻。同時(shí)，還要兼顧操作回路進(jìn)行分析，選擇應(yīng)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(shí)際生產(chǎn)中廠家需要根據(jù)分析結(jié)果，來選擇大小合適的分壓電阻，對(duì)原來所用分壓電阻進(jìn)行更換。

5 結(jié)語

為保證電力系統(tǒng)的生產(chǎn)安全，防止斷路器發(fā)生跳躍現(xiàn)象至關(guān)重要。在此過程中，應(yīng)使斷路器的電氣防跳回路更加可靠與完善，避免因?yàn)榉捞芈啡毕荻霈F(xiàn)“跳躍”問題。因此需要總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)斷路器防跳回路存在的缺陷進(jìn)行分析，然后基于實(shí)際情況，判斷問題原因后，采取有效措施來進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，維持回路正常運(yùn)行。

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作者簡介：

段素政（1987.11.28—），男，漢族，籍貫：江蘇，中級(jí)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）