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(gòu)成內(nèi)容之一，也是保證高壓交流斷路器設(shè)備安全的重要措施。

關(guān)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(guān)合、承載和開斷運行狀態(tài)的正常電流和在規(guī)定時間內(nèi)關(guān)合、承載、開斷規(guī)定的異常電流如短路電流、過電荷電流的開關(guān)電器統(tǒng)稱為高壓斷路器。高壓斷路器按滅弧介質(zhì)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(jié)構(gòu)：通斷原件、操動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、絕緣支撐元件、基座等。這些結(jié)構(gòu)構(gòu)成的高壓斷路器在電網(wǎng)中有控制和保護的作用，分別是：（1）根據(jù)電網(wǎng)運行的相關(guān)要求，將要求的部分電氣設(shè)備及線路從運行狀態(tài)轉(zhuǎn)化為退出、備用、檢修等狀態(tài)。（2）在電器設(shè)備或電路發(fā)生故障時，通過繼電保護裝置及自動裝置的作用將電網(wǎng)中的故障部分切除，保障無故障部分可以安全穩(wěn)定的運行，保護相關(guān)的電氣設(shè)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(shè)備發(fā)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(nèi)合閘脈沖未解除，會導(dǎo)致高壓交流斷路器反復(fù)跳合閘;b.高壓交流斷路器機構(gòu)箱內(nèi)有問題，如合閘按鈕粘死，此時手動分閘，也會導(dǎo)致高壓交流斷路器跳躍。針對這2種跳躍情況，現(xiàn)主要采取高壓交流斷路器機構(gòu)箱防跳方式加以應(yīng)對，防止高壓斷路器跳躍。常見的防跳回路設(shè)計有：串聯(lián)式防跳、并聯(lián)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(lián)式防跳，下面以并聯(lián)的防跳回路進行分析。為了模擬跳躍現(xiàn)象產(chǎn)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(tài)，合閘線圈受電啟動，完成合閘，輔助開關(guān)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(guān)接接通，則K12繼電器的節(jié)點斷開，使合閘回路不能導(dǎo)通;同時繼電器的節(jié)點導(dǎo)通，與其線圈形成自保持回路，以保證合閘回路處于不導(dǎo)通狀態(tài)，從而實現(xiàn)防跳功能，使高壓交流斷路器最終處于分閘狀態(tài)。

2防跳失敗原因分析

防跳失敗多發(fā)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(fā)出，合-分閘過程中輔助開關(guān)、觸點轉(zhuǎn)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(guān)、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(xù)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(shè)備發(fā)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(guān)選擇時，要裝配到本體上，測試輔助開關(guān)的轉(zhuǎn)換時間，原則是輔助開關(guān)的轉(zhuǎn)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(guān)的轉(zhuǎn)換時間可以用Ko-cos特性儀、示波器等設(shè)備進行測試。下面是用Kocos設(shè)備測量的繼電器吸合時間50 ms，。而與之相配合的輔助開關(guān)在CO過程中，觸點的金屬短接時間為16 ms。這樣輔助開關(guān)的轉(zhuǎn)換時間小于了防跳繼電器吸合時間，導(dǎo)致防跳失敗。

3防跳回路存在問題的解決方案

3.1短路發(fā)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(fā)電機作為試驗電源。，試驗電流和功率因數(shù)由電抗器L和R調(diào)節(jié)。進行試驗時，先閉合開關(guān)將短路發(fā)電機與直流斷路器接通，在短路發(fā)電機達到額定轉(zhuǎn)速后突然加上勵磁電流，此時發(fā)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(fā)電機直接試驗法可以通過增加短路發(fā)電機的數(shù)量來滿足相應(yīng)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(shù)易于調(diào)節(jié)。但是沖擊發(fā)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(fā)電機試驗室的造價昂貴，不便于維護。

3.2導(dǎo)電回路電阻測量試驗

斷路器導(dǎo)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(xù)分合幾次開關(guān);合上刀閘，調(diào)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(cè)，電流引線接在電壓引線的外側(cè)，而且接線不應(yīng)有重疊、交叉現(xiàn)象，測量接頭必須有良好的靈敏度，電阻值不應(yīng)超過該表規(guī)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)防跳繼電器動作的邏輯混亂或錯誤現(xiàn)象的發(fā)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(guān) 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(jié)合，充分發(fā)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(shè)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(lián)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(fù)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(gòu)防跳繼電器動作的邏輯混亂或錯誤現(xiàn)象的發(fā)生 。

結(jié)語

高壓交流斷路器并聯(lián)防跳回路設(shè)計的關(guān)鍵之處在于輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換時間和繼電器吸合時間的配合，在選用防跳繼電器時，應(yīng)選用吸合時間短的產(chǎn)品，即防跳繼電器的吸合時間要小于輔助開關(guān)的切換時間，以保證防跳回路可靠工作。

參考文獻

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