斷路器操作回路的深入分析與探討

康麗萍

（國(guó)家能源集團(tuán)江西電力有限公司萬(wàn)安水力發(fā)電廠，江西 萬(wàn)安 343800）

0 引言

某電廠在校驗(yàn)完110 kV 線路保護(hù)裝置后，用保護(hù)對(duì)斷路器進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)，在進(jìn)行防跳躍試驗(yàn)時(shí)，斷路器發(fā)生了跳躍現(xiàn)象，這在實(shí)際運(yùn)行中是一個(gè)非常重大的隱患。

1 該廠設(shè)備運(yùn)行及改造過(guò)程

該廠于1990 年投產(chǎn)發(fā)電，其110 kV 系統(tǒng)首先投運(yùn)，線路開(kāi)關(guān)為上海華通開(kāi)關(guān)廠生產(chǎn)的SF6組合電器，因該產(chǎn)品為20 世紀(jì)80 年代的產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量并不良好，經(jīng)常出現(xiàn)缺陷，與其共同投運(yùn)的線路保護(hù)為“四統(tǒng)一”晶體管保護(hù)裝置，在90 年代因保護(hù)裝置換型改造，改用了美國(guó)SEL 繼電器組裝的微機(jī)型線路保護(hù)裝置，因SEL 繼電器并不帶操作箱，采用外配繼電器組成帶操作箱的一套線路保護(hù)裝置。

該廠因110 kV 系統(tǒng)母線發(fā)生過(guò)熔化短路故障，在2003 年對(duì)110 kV 系統(tǒng)進(jìn)行了換型改造，改用了廈門ABB 公司整體設(shè)計(jì)的一套配電系統(tǒng)，于2003年12 月投運(yùn)至今。

繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行周期為10～12 年，該廠2013 年將原SEL 繼電器保護(hù)裝置更換為目前的北京四方公司的CSC 線路保護(hù)裝置。

2 產(chǎn)生跳躍現(xiàn)象隱患的分析

2.1 串聯(lián)防跳的原理

國(guó)產(chǎn)的保護(hù)回路大多采用串聯(lián)啟動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)斷路器防跳躍功能，即由電流啟動(dòng)TBJ 電流線圈，然后由TBJ 常開(kāi)接點(diǎn)串聯(lián)其電壓線圈自保持來(lái)斷開(kāi)合閘回路。其原理如圖1 所示。

圖1 串聯(lián)防跳原理示意圖

當(dāng)手合令SHJa 閉合，正電源通過(guò)跳躍閉鎖繼電器常閉接點(diǎn)1TBUJa——斷路器輔助接點(diǎn)DL——合閘線圈HQ——負(fù)電源，斷路器進(jìn)行合閘。若合閘于故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作跳閘使1TJR 閉合，正電源經(jīng)TJR 至跳躍閉鎖繼電器電流線圈、斷路器常開(kāi)接點(diǎn)（因斷路器已經(jīng)合閘，此時(shí)常開(kāi)接點(diǎn)閉合）、跳閘線圈，最后到負(fù)電源對(duì)斷路器進(jìn)行跳閘操作，因跳躍閉鎖繼電器電流線圈流過(guò)電流，跳躍閉鎖繼電器電流線圈1TBIJ 勵(lì)磁，一方面使跳躍閉鎖繼電器常開(kāi)接點(diǎn)1TBUJ 閉合，常閉接點(diǎn)1TBUJa 斷開(kāi)，切斷合閘回路，另一方面由防跳躍繼電器電流啟動(dòng)的接點(diǎn)1TBIJ 閉合，啟動(dòng)其電壓線圈1TBUJ 勵(lì)磁，使1TBUJ進(jìn)行自保持。若此時(shí)合閘令還沒(méi)返回，跳躍閉鎖繼電器1TBUJ 其電壓線圈在手合令的正電源下自保持，直到合閘令返回后失去正電源使1TBUJ 失磁返回，完成跳躍閉鎖功能。

2.2 導(dǎo)致防跳躍失效的原因

2003 年110 kV 改造后開(kāi)關(guān)操作回路接線圖如圖2 所示。

圖2 110 kV GIS 室改造后開(kāi)關(guān)操作回路接線圖

在開(kāi)關(guān)改造結(jié)束，操作回路送電后發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)分閘狀態(tài)下合閘指示燈及分閘指示燈都亮，檢查回路發(fā)現(xiàn)分閘位置TWJ 與合閘繼電器-KOE（非合閘線圈）串聯(lián)進(jìn)行了分壓（回路部分，當(dāng)時(shí)并沒(méi)有斷路器輔助接點(diǎn)-S0 串接到負(fù)電源），使分閘位置繼電器TWJ 勵(lì)磁動(dòng)作。為了解決該問(wèn)題，保護(hù)人員在合閘繼電器-K0E 后面串接了一對(duì)斷路器常閉接點(diǎn)-S0，當(dāng)斷路器合閘后，串接的斷路器常閉接點(diǎn)-S0 斷開(kāi)負(fù)電源，從而使跳閘位置繼電器TWJ 不勵(lì)磁。

在2013 年保護(hù)改造的時(shí)候，因相關(guān)規(guī)程及反措要求斷路器如自帶防跳躍功能的，優(yōu)先使用斷路器本體防跳躍功能（在此之前一直使用操作箱的防跳功能），因此取消了保護(hù)盤操作箱內(nèi)的TBJ 防跳躍功能，合閘回路直接經(jīng)4D35 接至斷路器的合閘繼電器-K0E 上，具體接線圖如圖3 所示。

圖3 改用斷路器本體防跳躍功能后回路接線圖

合閘時(shí)正電源經(jīng)合閘接點(diǎn)SHJ 直接加到了4D35 的103 回路上，從圖2 中我們可以發(fā)現(xiàn)，103合閘回路是直接啟動(dòng)的合閘接觸器-KOE，-KOE合閘接觸器再啟動(dòng)合閘線圈回路，正電源經(jīng)聯(lián)鎖繼電器-KOV 常閉接點(diǎn)至合閘接觸器-KOE 接點(diǎn)，至防跳躍繼電器-K201 常閉接點(diǎn)，到壓力閉鎖-K204常閉接點(diǎn)，到斷路器輔助接點(diǎn)-S0，經(jīng)合閘線圈-Y1，通過(guò)合閘接觸器的另一對(duì)接點(diǎn)-KOE 到負(fù)電源進(jìn)行合閘。同時(shí)正電源經(jīng)過(guò)合閘接觸器接點(diǎn)與斷路器輔助接點(diǎn)-S0 防跳躍繼電器-K201 至負(fù)電源，使防跳躍繼電器-K201 勵(lì)磁。

防跳功能分析：斷路器防跳躍（圖2 底部回路部分）并不能起到防跳作用，原因?yàn)楹祥l繼電器后面加的斷路器輔助接點(diǎn)-S0，在斷路器合閘到位后該常閉接點(diǎn)會(huì)斷開(kāi)回路，使跳閘位置繼電器失磁，不發(fā)生合閘指示燈與分閘指示燈同時(shí)亮的現(xiàn)象，但同時(shí)也會(huì)使合閘接觸器-KOE 失磁，使防跳躍繼電器-K201 失去正電源失磁返回，防跳躍繼電器-K201 常閉接點(diǎn)也將返回閉合，造成防跳躍回路不能斷開(kāi)合閘線圈-Y1回路。因此當(dāng)合閘于故障上，合閘令沒(méi)有返回時(shí)，斷路器將因合閘接觸器后面的斷路器輔助接點(diǎn)-S0 的開(kāi)-合-開(kāi)-合......現(xiàn)象，而發(fā)生斷路器跳躍現(xiàn)象，直到合閘令返回或因斷路器壓力降至閉鎖位置才停止跳躍。

現(xiàn)場(chǎng)檢查實(shí)際接線是在負(fù)電源至合閘繼電器-K0E 線圈回路中-X201:4 與-X201：6 之間串接了一斷路器常閉輔助接點(diǎn)（-X701:32/-X701:31）。

2.3 初步的解決辦法

（1）將合閘接觸器后面的斷路器輔助接點(diǎn)-S0短接取消。

（2）將跳閘位置繼電器直接經(jīng)斷路器輔助接點(diǎn)-S0 接至負(fù)電源，不與合閘接觸器-KOE 串接。經(jīng)過(guò)改線后，試驗(yàn)防跳功能恢復(fù)正常。

3 擴(kuò)展分析

（1）斷路器控制回路有如下基本要求該廠沒(méi)有滿足

1）合、分閘脈沖電流應(yīng)直接作用于斷路器的跳、合閘線圈，對(duì)電磁操作機(jī)構(gòu)的斷路器，合閘電流很大，需通過(guò)合閘接觸器接通合閘線圈。該廠跳、合閘線圈為154 Ω，操作電源為直流220 V，合閘電流2 A 不到，完全可以不經(jīng)合閘接觸器-KOE 去啟動(dòng)合閘回路。

2）根據(jù)GB/T 14285-2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》中6.1.11 發(fā)電廠和變電所中重要設(shè)備和線路的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置，應(yīng)有經(jīng)常監(jiān)視操作電源的裝置。各斷路器的跳閘回路，重要設(shè)備和線路的斷路器合閘回路，以及裝有自動(dòng)重合裝置的斷路器合閘回路，應(yīng)裝設(shè)回路完整性的監(jiān)視裝置。該廠目前運(yùn)行的110 kV 斷路器操作回路，不能滿足該條規(guī)程要求，監(jiān)視不了回路完整性。

（2）對(duì)該廠斷路器操作回路改進(jìn)的思路

要滿足斷路器操作回路的基本要求，那么就要取消合閘接觸器-KOE，使合閘脈沖直接加在合閘線圈回路上，查看圖2 底部可以發(fā)現(xiàn)，在合閘線圈回路中串接了-K0V 聯(lián)鎖繼電器接點(diǎn)，而啟動(dòng)聯(lián)鎖繼電器如圖4 所示，為本單元的-Q1、-Q9 兩把隔離開(kāi)關(guān)的常開(kāi)輔助接點(diǎn)，與合閘壓力閉鎖接點(diǎn)S1 并接在一起，只要合閘壓力閉鎖不動(dòng)作就能啟動(dòng)聯(lián)鎖繼電器勵(lì)磁接通合閘正電源，而在合閘回路中已經(jīng)有合閘壓力閉鎖繼電器-K204 的常閉接點(diǎn)在回路中串接進(jìn)行斷路器合閘閉鎖功能，因此認(rèn)為該聯(lián)鎖功能為重復(fù)設(shè)計(jì)，可以說(shuō)增加了回路的復(fù)雜性。

圖4 聯(lián)鎖繼電器接線圖

在目前，該廠機(jī)組出口開(kāi)關(guān)及220 kV 主變進(jìn)線間隔開(kāi)關(guān)、出線開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)均采用了ABB 操作機(jī)構(gòu)，在所有機(jī)構(gòu)上的操作回路均沒(méi)有合閘繼電器進(jìn)行擴(kuò)容，而是直接作用于分、合閘線圈上。也沒(méi)有該廠110 kV 斷路器合閘回路中的聯(lián)鎖，因斷路器操作不受任何刀閘、接地刀閘限制，可以直接進(jìn)行分合斷路器操作。改進(jìn)方法如圖5 所示。

圖5 改線示意圖

在跳閘位置繼電器TWJ 后面串接一斷路器輔助常閉接點(diǎn)，用于斷開(kāi)合閘后TWJ 與防跳躍繼電器-K201 之間的分壓，合閘103 回路不接入合閘繼電器-K0E 回路中，而接至斷路器機(jī)構(gòu)中防跳躍繼電器-K201 與合閘繼電器接點(diǎn)-K0E 之間，短接合閘線圈-Y1 至負(fù)電源的合閘繼電器接點(diǎn)-K0E，這樣既能滿足合閘回路直接作用于合閘線圈的條件，又能滿足對(duì)合閘回路完整性的監(jiān)視功能，還能保留現(xiàn)地合閘啟動(dòng)合閘繼電器的聯(lián)鎖功能。

（3）220 kV 設(shè)備改造注意的事項(xiàng)

在220 kV 系統(tǒng)改造中，我們發(fā)現(xiàn)變壓器進(jìn)線間隔開(kāi)關(guān)由三相聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)取代了原來(lái)的分相機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)中只是簡(jiǎn)單地將原來(lái)的分相操作箱跳、合閘回路進(jìn)行短接設(shè)計(jì)，雖然能進(jìn)行跳、合閘操作，但如果是保護(hù)動(dòng)作跳閘將不能點(diǎn)亮操作箱保護(hù)跳閘信號(hào)燈，跳閘回路原理如圖6 所示。

圖6 操作箱原理圖（四方JFZ-12TB 型）

手動(dòng)操作跳閘為1STJ，經(jīng)1STBJ 電流線圈至133 跳閘回路進(jìn)行跳閘操作，而保護(hù)動(dòng)作去調(diào)整是由1TJR、1TJF 進(jìn)行跳閘，保護(hù)動(dòng)作后正電源經(jīng)1TJR、1TJF——1TXJ——1TBJ 到133 跳閘回路，其中1TJX 為保護(hù)跳閘信號(hào)繼電器，當(dāng)跳閘回路并接后，另外兩相跳閘回路將進(jìn)行分流，使1TJX 電流不夠無(wú)法點(diǎn)亮操作箱保護(hù)跳閘信號(hào)指示燈。設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)圖如圖7 所示。

圖7 設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)圖

跳閘電流I為跳閘電流Ia、Ib、Ic三路電流和，因此1TXJa 流過(guò)的電流為原電流的1/3，無(wú)法滿足該信號(hào)繼電器的靈敏度導(dǎo)致保護(hù)跳閘時(shí)無(wú)信號(hào)燈。

解決辦法：

（1）在操作箱板件中調(diào)整跳閘電流，使電流滿足1TJX 啟動(dòng)電流，5 號(hào)主變操作箱為南瑞分相操作箱，該操作箱跳閘電流通過(guò)跳線可從0.5～8 A 進(jìn)行跳閘電流調(diào)整，在該廠5 號(hào)機(jī)投運(yùn)時(shí)已檢驗(yàn)方法可行。

（2）保留一塊跳閘插件，拔出另外兩塊跳閘插件，將分相操作箱變成一塊A 相插件的三相操作箱，在該廠3 號(hào)主變、4 號(hào)主變投運(yùn)時(shí)證明方法可行。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)原理與歷史改造分析，對(duì)設(shè)備改造后或者在操作回路改線后可能出現(xiàn)工作中考慮不到的功能，必須經(jīng)過(guò)斷路器傳動(dòng)試驗(yàn)，斷路器動(dòng)作及各種閉鎖功能正常后，方可投入運(yùn)行，這篇文章總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)供電氣專業(yè)人員在實(shí)際改造工作中借鑒。