斷路器跳位監(jiān)視回路與防跳的配合實(shí)例分析

何 熙，黃 煒，可 可

(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司 市區(qū)供電公司，重慶 400010)

在變電站繼電保護(hù)及二次操作回路的調(diào)試過(guò)程中，給斷路器做防跳試驗(yàn)[1]時(shí)，常有在防跳邏輯已經(jīng)退出的情況下，斷路器依然無(wú)法合閘或斷路器位置顯示異常等現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)分析與驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，異常是在相應(yīng)防跳方式下，二次回路中跳位監(jiān)視回路的接線方式不對(duì)導(dǎo)致的。在實(shí)際的電力工程中，變電站斷路器防跳優(yōu)先選擇斷路器機(jī)構(gòu)防跳，但目前大部分變電站一次設(shè)備都未更新，很多機(jī)構(gòu)不具備防跳功能，防跳仍然使用的是保護(hù)防跳。故在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中對(duì)新投運(yùn)的斷路器采用機(jī)構(gòu)防跳，以往不具備機(jī)構(gòu)防跳的斷路器采用保護(hù)防跳。

文獻(xiàn)[2-4]中分析與討論了斷路器兩種防跳方式——保護(hù)防防跳與機(jī)構(gòu)防跳的原理及運(yùn)用。文獻(xiàn)[5-7]中分析了斷路器跳位監(jiān)視回路與合閘回路間的3種接線方式——跳位監(jiān)視回路直接接入合閘回路、串?dāng)嗦菲鞒ｉ]接點(diǎn)后接入合閘回路、串?dāng)嗦菲鞒ｉ]接點(diǎn)與防跳常閉接點(diǎn)后接入合閘回路。

上述研究未全面地將跳位監(jiān)視回路與防跳回路結(jié)合在一起進(jìn)行討論，有必要將兩者結(jié)合進(jìn)行進(jìn)一步的理論分析和工程驗(yàn)證。目前實(shí)際工程中跳位監(jiān)視回路與防跳回路常常是分開(kāi)設(shè)計(jì)的，忽視了二者之間在二次操作回路中的配合，從而出現(xiàn)前文所述的異?，F(xiàn)象。因此，本文就斷路器現(xiàn)行主要的兩種防跳(保護(hù)防跳、機(jī)構(gòu)防跳)與主要的3種跳位監(jiān)視回路接線方式之間的配合進(jìn)行了分析和探討。最后本文給出了正確的配合方式，希望為以后的工程實(shí)踐提供更多的參考經(jīng)驗(yàn)。

1 繼電保護(hù)與二次操作回路簡(jiǎn)介

1.1 繼電保護(hù)

繼電保護(hù)的作用是在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能正確判別故障，并快速、靈敏、可靠、有選擇地作用于相應(yīng)斷路器，使其分閘或合閘，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的隔離或切除。

1.2 二次操作回路

二次回路是由二次設(shè)備(對(duì)一次設(shè)備的工作進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)、和監(jiān)測(cè)的設(shè)備)相互連接組成的電氣回路，其工作電源為直流220 V。

二次操作回路(屬于二次回路的一部分，主要用于對(duì)斷路器的控制及監(jiān)視)由兩部分組成，一部分與保護(hù)裝置集成在一起(微機(jī)保護(hù))，叫保護(hù)的操作回路；另一部分在斷路器機(jī)構(gòu)處，包括分合閘線圈等。這兩部分通過(guò)電纜線連接，一起構(gòu)成了斷路器的整個(gè)二次操作回路。

1.3 繼電保護(hù)與二次操作回路

繼電保護(hù)的基本原理是對(duì)電力系統(tǒng)各種運(yùn)行量進(jìn)行分析(比如電流、電壓等)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，保護(hù)安裝處檢測(cè)到的電氣量會(huì)隨之變化，當(dāng)故障電氣量達(dá)到繼電保護(hù)裝置的整定值時(shí)，相應(yīng)的保護(hù)繼電器就會(huì)動(dòng)作。保護(hù)繼電器的輔助接點(diǎn)串在對(duì)應(yīng)斷路器二次操作回路的分閘(或合閘)回路中，當(dāng)保護(hù)繼電器動(dòng)作，其接點(diǎn)就會(huì)導(dǎo)通分閘(或合閘)回路，最終作用于分閘(或合閘)線圈，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)斷路器的分閘(或合閘)。

繼電保護(hù)用于判別系統(tǒng)故障，然后通過(guò)二次回路作用于斷路器進(jìn)行分、合閘，進(jìn)而切除故障。因此二次回路的完好性和正確性，對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作后能安全可靠地實(shí)現(xiàn)跳、合閘起決定性作用，對(duì)于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重大意義。

2 跳位監(jiān)視回路與防跳回路簡(jiǎn)介

2.1 跳位監(jiān)視回路

跳位監(jiān)視回路是二次操作回路中用于對(duì)斷路器跳位監(jiān)視的回路，接于保護(hù)操作回路的合閘回路中。當(dāng)斷路器位置在跳位時(shí)，跳位監(jiān)視回路和合閘回路是導(dǎo)通的(即此時(shí)有跳位顯示，且操作回路中有合閘脈沖時(shí)就合上斷路器)。故跳位監(jiān)視回路一方面用于指示斷路器在分位，另一方面可以監(jiān)視合閘回路的完好性。

2.2 防跳回路

防跳回路是二次操作回路中用于防止斷路器反復(fù)跳躍的回路。當(dāng)操作回路中合閘回路出現(xiàn)了故障(即合閘接點(diǎn)發(fā)生粘黏等)，若此時(shí)斷路器所在一次回路出現(xiàn)故障從而保護(hù)動(dòng)作跳閘，但因合閘脈沖一直存在，斷路器又會(huì)被合上，如此反復(fù)，使斷路器不停地分合。為了防止斷路器這種反復(fù)分合情況的發(fā)生，工程中在二次操作回路中設(shè)置了防跳回路，其基本原理是當(dāng)合閘脈沖一直存在時(shí)，斷路器分閘后，合閘回路能被其斷開(kāi)，使斷路器在持續(xù)的合閘脈沖消失前不能再次被合閘。

而斷開(kāi)合閘回路的方式通常有兩種，在保護(hù)的操作回路中斷開(kāi)，或在斷路器機(jī)構(gòu)的二次操作回路中斷開(kāi)。當(dāng)防跳功能啟用時(shí)，在保護(hù)的操作回路中斷開(kāi)合閘回路，叫保護(hù)防跳；在斷路器機(jī)構(gòu)的二次操作回路中斷開(kāi)合閘回路，叫機(jī)構(gòu)防跳。下文將對(duì)上述兩種防跳情況進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

3 跳位監(jiān)視回路與防跳的配合分析

3.1 采用機(jī)構(gòu)防跳時(shí)，05回路直接接入07回路

如圖1所示，虛線左側(cè)是斷路器二次操作回路的保護(hù)操作回路部分，右側(cè)是機(jī)構(gòu)回路部分，回路中SH、ST分別為手合、手跳把手，TWJ、HWJ分別為跳位、合位繼電器，05、07、37分別為跳位監(jiān)視、合閘、跳閘回路編號(hào)，KF為機(jī)構(gòu)防跳繼電器，QF為斷路器輔助接點(diǎn)，HQ、TQ分別為合閘、跳閘線圈。該斷路器采用機(jī)構(gòu)防跳，為了便于分析，對(duì)保護(hù)操作回路部分(虛線左側(cè))進(jìn)行了簡(jiǎn)化。當(dāng)合閘后手合把手(SH)的接點(diǎn)發(fā)生粘黏，此時(shí)機(jī)構(gòu)防跳繼電器(KF)啟動(dòng)，其輔助接點(diǎn)KF1由圖1中的(2)變位到(1)，斷開(kāi)合閘回路的同時(shí)導(dǎo)通了跳位監(jiān)視回路，此時(shí)斷路器在合位，合位燈亮，但TWJ因KF1的變位而導(dǎo)通，進(jìn)而TWJ動(dòng)作，跳位燈也亮(跳位燈與合位燈分別受TWJ與HWJ控制，TWJ啟動(dòng)則跳位燈亮，HWJ啟動(dòng)則合位燈亮)。通過(guò)圖1中(1)的回路結(jié)構(gòu)可以看出，當(dāng)機(jī)構(gòu)防跳繼電器(KF)被啟動(dòng)后，KF通過(guò)跳位監(jiān)視回路一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，無(wú)法自動(dòng)復(fù)歸。 即使SH粘黏接點(diǎn)返回，斷路器斷開(kāi)后，此時(shí)合閘回路也由于KF帶電而被斷開(kāi)，操作回路無(wú)法再次進(jìn)行合閘，須重啟操作電源讓KF返回后，方可恢復(fù)機(jī)構(gòu)操作回路的正常狀態(tài)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)合閘。

圖1 采用機(jī)構(gòu)防跳時(shí)，05回路直接接入07回路

通過(guò)上述分析可以看出，當(dāng)斷路器采用機(jī)構(gòu)防跳，如果05回路直接接入07回路，防跳功能被啟動(dòng)，斷路器在合位時(shí)裝置會(huì)有合、分雙位置指示(合位燈和跳位燈同時(shí)點(diǎn)亮)；且即使粘黏接點(diǎn)返回，防跳繼電器因一直在導(dǎo)通回路中而無(wú)法返回，斷路器分開(kāi)后也無(wú)法再合上。

3.2 采用機(jī)構(gòu)防跳時(shí)，05回路串?dāng)嗦菲鞒ｉ]接點(diǎn)后接入07回路

如圖2所示，當(dāng)合閘后手合把手(SH)接點(diǎn)粘黏，此時(shí)機(jī)構(gòu)防跳繼電器KF啟動(dòng)，其輔助接點(diǎn)KF1由(2)變位到(1)，斷開(kāi)了合閘回路，跳位監(jiān)視回路此時(shí)由于被斷路器常閉接點(diǎn)QF4斷開(kāi)，故TWJ不會(huì)因機(jī)構(gòu)防跳啟動(dòng)而被導(dǎo)通。但斷路器斷開(kāi)后QF4也會(huì)閉合，KF會(huì)通過(guò)跳位監(jiān)視回路被保持，此時(shí)即使SH粘黏接點(diǎn)返回，KF還是會(huì)一直被啟動(dòng)，合閘回路始終被斷開(kāi)，無(wú)法合閘，需重啟操作電源讓KF返回后方可合閘。

圖2 采用機(jī)構(gòu)防跳時(shí)，05回路串?dāng)嗦菲鞒ｉ]接點(diǎn)后接入07回路

通過(guò)上述分析可以看出，當(dāng)斷路器采用機(jī)構(gòu)防跳且05回路串?dāng)嗦菲鞒ｉ]接點(diǎn)后接入07回路時(shí)，斷路器在合位時(shí)有雙位置的問(wèn)題得以解決；但若斷路器斷開(kāi)前機(jī)構(gòu)防跳未返回，則斷開(kāi)后即使SH粘黏接點(diǎn)返回了，合閘回路還是會(huì)被防跳斷開(kāi)而無(wú)法合閘。

3.3 采用機(jī)構(gòu)防跳時(shí)，05回路串?dāng)嗦菲鞒ｉ]和機(jī)構(gòu)防跳常閉接點(diǎn)后接入07回路

如圖3所示，當(dāng)合閘后SH發(fā)生接點(diǎn)粘黏，此時(shí)機(jī)構(gòu)防跳繼電器KF啟動(dòng)，其輔助接點(diǎn)KF1由(2)變位到(1)，斷開(kāi)了合閘回路，同時(shí)KF2也斷開(kāi)跳位監(jiān)視回路，跳位監(jiān)視回路此時(shí)被常閉接點(diǎn)QF4、KF2斷開(kāi)。當(dāng)斷路器分開(kāi)后，QF4閉合，但只要SH接點(diǎn)一直粘黏，KF就一直啟動(dòng)，合閘回路和跳位監(jiān)視回路一直斷開(kāi)，此時(shí)無(wú)法合閘且無(wú)跳位指示。當(dāng)SH粘黏接點(diǎn)返回后，KF返回，KF2閉合，跳位監(jiān)視回路被導(dǎo)通，KF1由(1)變位到(2)，能進(jìn)行合閘。

圖3 采用機(jī)構(gòu)防跳時(shí)，05回路串?dāng)嗦菲鞒ｉ]和KF常閉接點(diǎn)后接入07回路

通過(guò)上述分析可以看出，當(dāng)斷路器采用機(jī)構(gòu)防跳，05回路串?dāng)嗦菲鞒ｉ]和KF常閉接點(diǎn)后接入07回路時(shí)，如果斷路器SH接點(diǎn)發(fā)生粘黏，斷路器分開(kāi)后無(wú)跳位顯示且無(wú)法進(jìn)行合閘，在粘黏接點(diǎn)恢復(fù)后，斷路器跳位監(jiān)視回路恢復(fù)正常，且能進(jìn)行合閘。該種接線方式能夠正確顯示開(kāi)關(guān)位置，同時(shí)滿足防跳的要求。

3.4 采用保護(hù)防跳時(shí)，05回路直接接入07回路

如圖4所示，該斷路器采用保護(hù)防跳，同理對(duì)機(jī)構(gòu)操作回路部分(虛線后側(cè))進(jìn)行了簡(jiǎn)化，回路中TBJ為跳閘保持繼電器，TBJV為保護(hù)防跳繼電器，在SH接點(diǎn)粘黏后，斷路器手分或保護(hù)跳時(shí)，TBJ動(dòng)作(TBJ常開(kāi)觸點(diǎn)閉合)，TBJV被啟動(dòng)，其常閉接點(diǎn)TBJV1斷開(kāi)合閘回路，常開(kāi)觸點(diǎn)TBJV2閉合使保護(hù)防跳回路形成自保持，從而使斷路器無(wú)法再合閘。此時(shí)TWJ帶電，跳位顯示正常；在SH粘黏接點(diǎn)返回后，TBJV失電返回，TBJV2斷開(kāi)，TBJV1閉合，當(dāng)再合閘時(shí)，合閘回路被導(dǎo)通從而合上斷路器。

由于此時(shí)斷路器未采用機(jī)構(gòu)防跳，無(wú)論05回路是按照?qǐng)D2、圖3還是圖4接入07回路，其動(dòng)作結(jié)果是一樣的，為避免回路冗雜，一般采用最簡(jiǎn)單的方式接入，即05回路直接接入07回路。

圖4 采用保護(hù)防跳時(shí)，05回路直接接入07回路

4 實(shí)例驗(yàn)證

為了驗(yàn)證理論分析的正確性，本文對(duì)上述幾種接線方式進(jìn)行了工程實(shí)例驗(yàn)證。斷路器機(jī)構(gòu)選擇大連三友電器設(shè)備KYN28A-12型交流金屬封閉開(kāi)關(guān)，保護(hù)選擇東方電子DF3360EA-F型裝置。

通過(guò)將合閘把手短接(手動(dòng)將分合把手一直置于合閘位置)來(lái)模擬合閘接點(diǎn)發(fā)生粘黏，然后給保護(hù)裝置加入故障狀態(tài)模擬量使保護(hù)動(dòng)作跳閘，觀察斷路器的分合及位置指示燈的變位情況。最后斷開(kāi)短接的把手(模擬粘黏的合閘接點(diǎn)復(fù)歸)，再對(duì)斷路器進(jìn)行分合操作，觀察斷路器的指示與分合情況。斷路器的分合指示和分合閘結(jié)果如下所示。

4.1 采用機(jī)構(gòu)防跳時(shí)，05回路直接接入07回路

斷路器采用圖1中的防跳原理，合上斷路器后，將合閘把手短接，啟動(dòng)機(jī)構(gòu)防跳功能(此時(shí)采用機(jī)構(gòu)防跳，保護(hù)防跳被停用)。此時(shí)保護(hù)裝置上斷路器合位指示燈(紅色)、分位指示燈(綠色)均點(diǎn)亮，如圖5所示(圖中左邊為保護(hù)裝置，右邊為開(kāi)關(guān)柜一次設(shè)備實(shí)際位置指示器)。

圖5 斷路器在合位時(shí)，分、合雙位置指示

與此同時(shí)加入故障量，保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)斷路器，斷路器跳開(kāi)后未再重合，防跳功能正確。退出合閘短接線(機(jī)構(gòu)防跳返回)，再進(jìn)行手動(dòng)合閘，斷路器無(wú)法合上。現(xiàn)象如圖6所示，試驗(yàn)現(xiàn)象和理論分析一致。

圖6 防跳返回后手動(dòng)合閘效果

4.2 采用機(jī)構(gòu)防跳時(shí)，05回路串?dāng)嗦菲鞒ｉ]接點(diǎn)后接入07回路

斷路器采用圖2所示的防跳原理，合上斷路器并短接合閘把手，此時(shí)保護(hù)裝置上位置指示正確(在合位，且無(wú)雙位置)，如圖7所示。

圖7 斷路器在合位時(shí)，合位指示

與此同時(shí)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)斷路器，斷路器跳開(kāi)后未再合閘，防跳功能正確。退出合閘短接線后，再進(jìn)行手動(dòng)合閘，無(wú)法再合閘。結(jié)果同圖6。

4.3 采用機(jī)構(gòu)防跳時(shí)，05回路串?dāng)嗦菲鞒ｉ]和機(jī)構(gòu)防跳常閉接點(diǎn)后接入07回路

斷路器采用圖3所示的防跳原理，合上斷路器后，短接合閘把手(啟動(dòng)機(jī)構(gòu)防跳)，保護(hù)裝置位置指示正確。保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)斷路器后，斷路器未重合(防跳正確)，且無(wú)跳位指示(此時(shí)合閘把手仍短接，防跳邏輯未退出)，如圖8所示。

退出合閘短接后(防跳邏輯退出)，跳位指示恢復(fù)正確，如圖9所示。

再操作分合把手，對(duì)斷路器進(jìn)行合閘，此時(shí)斷路器能正常合上，且合上后，合位指示正確。如圖10所示。

4.4 采用保護(hù)防跳時(shí)，05回路直接接入07回路

斷路器采用圖4所示的防跳原理(采用保護(hù)防跳，此時(shí)機(jī)構(gòu)防跳被停用)，合上斷路器后，合閘把手短接，此時(shí)斷路器位置指示正確，現(xiàn)象同圖7。保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)斷路器后，斷路器未重合，且跳位指示正確，現(xiàn)象同圖6(區(qū)別在于，此時(shí)把手是一直置于合位，圖6是把手從合位斷開(kāi)后再置于合位)。退出合閘短接，再進(jìn)行合閘，斷路器正常合上，且合位指示正確，現(xiàn)象同圖10。

圖8 斷路器在分位時(shí)位置指示

圖9 斷開(kāi)合閘把手短接后跳位指示

圖10 斷路器能正常合閘位置指示

在啟用保護(hù)防跳時(shí)，05回路按圖2、圖3接入07回路，其驗(yàn)證結(jié)果均與上述相同，故此處不再重復(fù)敘述。

4.5 結(jié)果統(tǒng)計(jì)

上述各組試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

從表中的試驗(yàn)現(xiàn)象可以看出，方式3、4、5、6皆可用于斷路器的防跳，方式5、6與方式4作用效果一樣，但接線更冗雜，故不適合在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中使用。因此，工程實(shí)際中應(yīng)該采用方式3或4作為斷路器防跳功能的接線方式。

5 結(jié)論

綜合以上6種情況分析，當(dāng)斷路器采用機(jī)構(gòu)防跳時(shí)，跳位監(jiān)視回路05應(yīng)采用串?dāng)嗦菲鞒ｉ]接點(diǎn)和機(jī)構(gòu)防跳繼電器常閉接點(diǎn)后接入07回路；當(dāng)斷路器采用保護(hù)防跳時(shí)，可采用最簡(jiǎn)單、直接的接線方式即將跳位監(jiān)視回路05直接接入07回路。這兩種方式的區(qū)別就在于，防跳被啟動(dòng)且斷路器分開(kāi)后，用機(jī)構(gòu)防跳無(wú)跳位顯示，用保護(hù)防跳則有跳位顯示。

在工程實(shí)踐中，采用上述的兩種配合方式，能消除二次操作回路的接線冗雜、防跳啟動(dòng)后位置指示異常、防跳返回后無(wú)法合閘等問(wèn)題，確保二次操作回路的完好，對(duì)斷路器能正確地實(shí)現(xiàn)防跳功能有重要意義，進(jìn)而使一次系統(tǒng)能更安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。