220kVGIS斷路器跳閘回路缺陷探討

蘇東亮

（中實易通集團有限公司，山東 濟南 250002）

0 引言

GIS斷路器的保護跳閘回路在最初設計中可能存在以下危急缺陷：保護跳閘回路與手動跳閘回路未分離，若斷路器的遠方/就地轉換把手HK1選擇“就地”時，保護裝置輸出跳閘指令無法成功跳開斷路器，導致事故擴大化。 許多電廠新建機組都存在過此類危急缺陷，不符合相關規定對電力系統安全性及穩定性的要求［1］。

圖1 操作箱跳閘回路原理圖

1 缺陷產生原因

以華電淄博熱電新建220 kV升壓站為例，起備變間隔配置南瑞繼保CJX-21操作箱及泰開ZF16-252三相聯動斷路器。圖1是南瑞繼保CJX-21操作箱跳閘回路原理圖，原設計中第一組跳閘線圈手動跳閘回路和保護跳閘回路在節點9n913匯合，經4D28端子接至GIS斷路器遠方/就地轉換把手HK1的“遠方”位置（圖 2 的 X1：104）。

圖2是泰開ZF16-252三相聯動斷路器中第一組跳閘線圈的控制回路原理圖，手動跳閘回路或保護跳閘回路的跳閘指令經圖1中4D28端子通過電纜接至圖2的X1-104，并經遠方/就地轉換把手HK1的“遠方”位置節點以及一系列的輔助節點啟動第一組跳閘線圈。

圖2 三相聯動斷路器跳閘回路原理圖

第一組保護跳閘指令成功啟動跳閘線圈需要具備的先決條件就是斷路器遠方/就地轉換把手HK1必須在“遠方”位置。假如因為某種原因導致斷路器遠方/就地轉換把手HK1處于“就地”位置，第一組跳閘線圈的保護跳閘無法形成回路。如果此時保護裝置發出保護跳閘指令，且第二組跳閘線圈未成功啟動，將會導致斷路器無法成功跳閘（圖3），從而使事故擴大化，危及人身及財產的安全。根據國家電網十八項反措15.2.1.3條與15.3.2條要求，此缺陷不可接受。

圖3 缺陷產生原因示意圖

2 缺陷解決方法

解決此危急缺陷的關鍵，是在不影響跳閘回路各項主要功能且不產生額外回路的前提下，增加一路保護跳閘回路，跨過斷路器的遠方/就地轉換把手HK1，從而使保護跳閘指令能夠直接啟動跳閘線圈［2］，如圖4所示。

圖4缺陷消除以后的跳閘回路示意圖

2.1 增加保護跳閘回路

保持手動跳閘回路基本不變，增加一路保護跳閘回路（方案一）。首先，將圖1中端子4D20、4D24的內部線拆除，確保保護跳閘回路與手動跳閘回路完全分離。然后，在圖1中原回路基礎上斷開端子4D28、4D29之間連片（或環線）并短接端子4D20、4D29，斷開端子4D31、4D32之間連片（或環線）并短接端子4D24、4D31（此步驟消除監視回路缺陷與本缺陷無關）［3］。第三步，通過一芯電纜從圖1中端子4D20接至圖2中的X2-7，使第一組保護跳閘指令能夠跨過遠方/就地轉換把手HK1，直接啟動第一組跳閘線圈，再通過一芯電纜從圖1中端子4D24接至圖2中的X2-11，使第二組保護跳閘指令能夠跨過遠方/就地轉換把手HK1直接啟動第二組跳閘線圈。

該方案雖保留了手動跳閘回路的全部功能，但會產生兩個額外的缺陷。第一，由于保護跳閘回路完全跨過操作箱，所以無法啟動跳閘保持繼電器TBJ1（圖1），考慮到大部分保護裝置的跳閘出口繼電器一般具備自保持功能［4］，若不對保護裝置進行復位操作，跳閘出口繼電器會保持動作狀態，所以保護跳閘回路有自保持功能的保護裝置，此修改產生的缺陷可以忽略。第二，斷路器第一組跳閘線圈正常工作所通過的最大電流，不能超過保護裝置跳閘接點允許通入的最大電流（如南瑞繼保985T跳閘接點允許通入最大電流為5A，南瑞繼保985TS跳閘接點允許通入最大電流為8A）［5］，如果保護跳閘回路的最大電流超過跳閘接點允許通入的最大電流，將會導致保護出口繼電器動作時產生拉弧，從而使其動作觸點粘連。因此，此方案只適用于大部分跳閘回路，對于無法消除以上兩種缺陷的系統不適用。

2.2 增加手動跳閘回路

保持保護跳閘回路基本不變的前提下增加一路手動跳閘回路（方案二）。將圖2中X1-104端子上的跳閘電纜移至X2-7，并將X1-112端子上的跳閘電纜移至X2-11，使保護跳閘回路能夠跨過遠方/就地轉換把手HK1直接啟動跳閘線圈；然后將圖1中4D16端子的內部線拆除，確保保護跳閘回路與手動跳閘回路完全分離，并增加一芯電纜從圖1中4D16端子接至圖2中的X1-104。

此方案雖保留了保護跳閘回路的全部功能，但卻有可能會產生其它缺陷。由于手動跳閘回路完全跨過操作箱，所以無法啟動手動跳閘繼電器STJ、手動跳閘保持繼電器STKKJ、手動合閘保持繼電器SHKKJ以及跳閘保持繼電器TBJ1。首先，由于手動跳閘繼電器STJ無法啟動，所以手動跳閘回路無法啟動第二組跳閘線圈。其次，由于手動跳閘保持繼電器STKKJ與手動合閘保持繼電器SHKKJ無法啟動，導致操作箱無法提供此項功能，且不利于事故追憶。第三，由于跳閘保持繼電器TBJ1無法啟動，所以手動跳閘回路不具備跳閘保持功能，需要手動跳閘指令的發出元件能夠提供滿足跳閘要求的長脈沖信號，考慮到一般系統中GIS斷路器手動跳閘指令的來源可能是NCS后臺、DCS卡件、操作臺跳閘按鈕、或其它可以發出跳閘指令的元件，所以對大部分系統來說第三條缺陷是可以忽略的。由于此修改方案存在缺陷比較多，修改工作量并不比方案一少，且其中有1項缺陷是無法啟動手動跳閘保持繼電器STKKJ與手合保持繼電器SHKKJ（圖1），從而導致不利于事故追憶，所以不推薦使用此方案。

2.3 啟動跳閘線圈

在跳閘回路中首先對斷路器遠方/就地位置進行判斷，再通過操作箱統一出口啟動跳閘線圈（方案三）。此方案與以上兩種方案有本質區別，以上兩種修改思路是增加回路，將手動跳閘回路與保護跳閘回路完全分離。而方案三是在原跳閘回路的基礎上進行元件平移，在跳閘信號出口元件側先判斷斷路器遠方/就地位置，再經操作箱統一出口啟動跳閘線圈。

方案三修改后接線如圖5、圖6所示。首先，將圖6中端子X2-7至遠方/就地轉換把手HK1的內部線拆除，確保圖6中遠方/就地轉換把手HK1的點14與X2-7完全分離。然后，將跳閘電纜跨過遠方/就地轉換把手HK1，從圖5中保護柜的4D28端子接至圖6中匯控柜的X2-7，并將圖6中原X1-112端子上的跳閘電纜移至X2-11。第三步，通過兩芯電纜將斷路器遠方/就地轉換把手HK1的遠方節點（圖6中HK1的13、14）串接到圖5手動跳閘回路中4D16之前。此修改方法未影響到跳閘回路的其它功能，未

圖5 修改后操作箱跳閘回路示意圖

增加其它元件，避免了新增元件與原跳閘回路元件不匹配的問題。按照此方案修改后跳閘回路未產生其它缺陷，此種修改方案適用于幾乎所有的跳閘回路。

3 方案對比

方案一比方案三施工更簡單、經濟，但是這種方案本身也存在缺陷，雖然現在大部分系統都可以忽略此缺陷，但是對于有些系統來說不適用。而方案三比方案一適用范圍更廣，適用于幾乎所有存在此危急缺陷的跳閘回路，但方案三比方案一工作量大。雖然兩種方案的思路不同，但都能消除危急缺陷，并都保留了原跳閘回路中的功能，且未產生寄生回路，未增加額外的輔助接點與元件，將回路修改后故障發生幾率降至最低。

圖6 修改后三相聯動斷路器跳閘回路示意圖

4 結語

只有分離保護跳閘回路與手動跳閘回路才能從本質上消除斷路器跳閘回路缺陷。由于斷路器分合閘回路存在其他缺陷，且在不同的發電機變壓器組及升壓站調試中，系統間存在差異，因此GIS斷路器跳閘回路缺陷的消除方案需根據現場實際情況進行調整。修改方案應避免產生寄生回路，且減少元器件的添加數量。

［1］ DL 755—2001 電力系統安全穩定導則［S］.

［2］ GB/T 14285—2006 繼電保護和安全自動裝置技術規程［S］.

［3］ 邱濤，井雨剛，杜紹輝.斷路器兩套防跳回路配合問題探討［J］.山東電力技術，2012（3）：37-39.

［4］ 于軍，吳金祥，羅茂嘉，等.ABB保護跳閘出口自保持繼電器監視功能的實現［J］.浙江電力，2012（12）：24-27.

［5］ 甘景福.繼電保護跳閘回路的改進［J］.電工技術，1998（5）：52-53.