VS1真空斷路器防跳回路故障分析及改造措施

楊思亮 張 杰 姜亞軍 王金雷 張 鵬

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VS1真空斷路器防跳回路故障分析及改造措施

楊思亮 張 杰 姜亞軍 王金雷 張 鵬

（許繼集團(tuán)有限公司，河南許昌 461000）

斷路器做“防跳”試驗(yàn)，在合閘脈沖信號(hào)解除后，防跳繼電器不能復(fù)位，斷路器不能執(zhí)行電氣合閘操作。本文對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了深入的研究，并對(duì)大部分文獻(xiàn)中提出的跳位監(jiān)視回路串接防跳繼電器常閉輔助觸點(diǎn)進(jìn)行了驗(yàn)證。分析了文獻(xiàn)中方案存在的缺陷，提出了修改線(xiàn)路板合閘操作回路、跳位監(jiān)視回路串接斷路器常閉輔助觸點(diǎn)的改造方案，該改造方案使斷路器防跳操作回路能夠適應(yīng)國(guó)內(nèi)不同廠(chǎng)家的保護(hù)裝置。本文提出的改造措施及規(guī)范VS1線(xiàn)路板設(shè)計(jì)方案可作為國(guó)內(nèi)斷路器設(shè)計(jì)者的參考。

VS1；防跳回路；跳位監(jiān)視回路；防跳繼電器

真空斷路器用于開(kāi)斷、關(guān)合負(fù)荷電流、過(guò)載及短路電流，在成套開(kāi)關(guān)設(shè)備中作為核心元器件被制造廠(chǎng)家重點(diǎn)研究，VS1系列彈簧斷路器在市場(chǎng)上被廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)各個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)的VS1斷路器及衍生的固封極柱式斷路器在結(jié)構(gòu)外形尺寸上能夠互相通用[1]，但是電氣原理圖略有差異。這種差異主要是電氣原理設(shè)計(jì)不規(guī)范導(dǎo)致的，目前國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)柜廠(chǎng)家成套設(shè)計(jì)與斷路器設(shè)計(jì)通常是分開(kāi)進(jìn)行，導(dǎo)致成套設(shè)計(jì)人員對(duì)斷路器內(nèi)部控制回路不熟悉，斷路器設(shè)計(jì)人員不熟悉現(xiàn)有保護(hù)裝置上的斷路器控制回路，兩者在配合過(guò)程中，難免不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

重慶梁平某輸變電工程在前期調(diào)試過(guò)程中，斷路器做“防跳”試驗(yàn)，在合閘脈沖信號(hào)解除后，防跳繼電器不能復(fù)位，斷路器不能執(zhí)行電氣合閘操作。該工程開(kāi)關(guān)柜是KYN28-12中置式開(kāi)關(guān)柜，真空斷路器采用許繼電氣VS1系列彈簧斷路器，綜合保護(hù)裝置采用許繼電氣WBT-821C系列保護(hù)裝置，整個(gè)系統(tǒng)采用斷路器防跳，本文對(duì)斷路器與保護(hù)裝置配合過(guò)程中出現(xiàn)的防跳繼電器無(wú)法復(fù)位問(wèn)題進(jìn)行了分析研究。對(duì)線(xiàn)路板提出了改進(jìn)措施并規(guī)范電氣控制原理圖以適應(yīng)不同廠(chǎng)家的保護(hù)裝置。

1 斷路器電氣防跳原理

斷路器合閘后，若發(fā)生短路故障，繼電保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘，若此時(shí)斷路器合閘信號(hào)未解除，斷路器進(jìn)行再次合閘，繼電保護(hù)動(dòng)作使斷路器再次分閘，這樣斷路器將進(jìn)行多次“分-合”操作[2]，短路故障時(shí)，斷路器出現(xiàn)多次“分-合”現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致斷路器損壞，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致斷路器爆炸，造成事故擴(kuò)大。為克服斷路器多次“分-合”現(xiàn)象而設(shè)計(jì)的防止跳躍裝置稱(chēng)為防跳裝置，防跳可以分為斷路器防跳和保護(hù)裝置內(nèi)部防跳[3-4]，斷路器防跳又可分為機(jī)械防跳和電氣防跳，本文主要論述斷路器電氣防跳。

由圖1可知，若斷路器處于儲(chǔ)能分閘狀態(tài)，則輔助開(kāi)關(guān)DL常閉觸點(diǎn)閉合，防跳繼電器K0的常閉點(diǎn)接通；若此時(shí)有合閘命令施加給CT-14和CT-4之間，斷路器執(zhí)行合閘操作，輔助開(kāi)關(guān)DL切換，DL常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，合閘信號(hào)經(jīng)K0繼電器、輔助開(kāi)關(guān)DL常開(kāi)觸點(diǎn)形成閉環(huán)回路，防跳繼電器起動(dòng)，防跳繼電器的K0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，K0繼電器形成自保持回路，若合閘脈沖信號(hào)一直存在，由于防跳繼電器的自保持回路切斷了合閘回路，避免斷路器分閘后再次合閘，從而達(dá)到“防跳”的目的[5]。若合閘脈沖信號(hào)解除，則防跳繼電器失電復(fù)位，斷路器能再次電氣合閘。

圖1 斷路器防跳原理圖

2 問(wèn)題：合閘脈沖解除后，防跳繼電器無(wú)法復(fù)位

保護(hù)裝置采用許繼WBT-821C系列保護(hù)裝置（如圖2所示），現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況是：斷路器防跳試驗(yàn)后，切斷斷路器合閘信號(hào)，防跳繼電器無(wú)法復(fù)位，不能執(zhí)行電氣合閘操作命令。按照?qǐng)D3測(cè)量斷路器合閘回路電壓，斷路器分閘后在線(xiàn)路板A3和A5之間存在很高的電壓，防跳繼電器的常閉觸點(diǎn)K0-3和K0-5處于接通狀態(tài)，證明保護(hù)裝置通過(guò)跳位監(jiān)視CT-32給防跳繼電器施加的電壓足夠防跳繼電器能夠保持。問(wèn)題原因是跳位監(jiān)視輸入電壓導(dǎo)致防跳繼電器無(wú)法復(fù)位，原理如圖4所示。

圖2 保護(hù)裝置操作回路簡(jiǎn)圖

圖4 跳位監(jiān)視原理圖

由圖3、圖4可知，保護(hù)裝置的跳位監(jiān)視回路由CT-32接入斷路器合閘操作回路，防跳繼電器起動(dòng)后，防跳繼電器常開(kāi)點(diǎn)閉合，斷路器分閘后，輔助開(kāi)關(guān)DL常閉節(jié)點(diǎn)閉合，跳位監(jiān)視輸入電源通過(guò)DL常閉點(diǎn)，合閘線(xiàn)圈HQ，防跳繼電器K0，K0常開(kāi)觸點(diǎn)形成閉環(huán)回路，合閘脈沖解除后，由于跳位監(jiān)視回路的輸入電壓，防跳繼電器無(wú)法復(fù)位。

3 解決措施

針對(duì)這種現(xiàn)象，在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[6-7]，提出了一下幾種改造方案，并對(duì)這些方案的可行性及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.1 改變保護(hù)裝置內(nèi)部跳位監(jiān)視回路串接電阻

上述現(xiàn)象分析得出：跳位監(jiān)視回路的輸出電壓使得防跳繼電器能夠保持，部分文獻(xiàn)將其歸結(jié)為跳位監(jiān)視回路對(duì)防跳繼電器的寄生電源問(wèn)題。根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)化裝置通用技術(shù)條件》4.5.3條，對(duì)于與斷路器合閘線(xiàn)圈和控制器相連的繼電器要求：電流型繼電器的起動(dòng)電流值不大于0.5倍額定電流值，電壓型繼電器的起動(dòng)電壓值不大于0.7倍額定電壓值，且不小于0.55倍額定電壓值[8]，電壓繼電器起動(dòng)電壓和釋放電壓曲線(xiàn)如圖5所示，電壓型繼電器的釋放電壓遠(yuǎn)小于起動(dòng)電壓，本型斷路器選用電壓型繼電器，額定電壓DC 110V，防跳試驗(yàn)后，實(shí)際測(cè)量加載在繼電器兩端的電壓是54V，遠(yuǎn)大于繼電器的最低釋放電壓值，因此繼電器無(wú)法復(fù)位。

圖5 電壓型繼電器的起動(dòng)與釋放電壓

由圖2可知，增加保護(hù)裝置內(nèi)部跳位監(jiān)視回路的電阻能夠降低施加在防跳繼電器的電壓，選用合適的跳位監(jiān)視回路串接電阻能夠避免該問(wèn)題，但是國(guó)內(nèi)保護(hù)裝置廠(chǎng)家眾多，跳位監(jiān)視回路內(nèi)部串接電阻各不相同，跳位監(jiān)視回路的輸出電流不同，再加上國(guó)內(nèi)斷路器廠(chǎng)家選用的防跳繼電器型號(hào)規(guī)格不一致，因此改變保護(hù)裝置內(nèi)部跳位監(jiān)視回路串接電阻不可選。

3.2 跳位監(jiān)視回路串接防跳繼電器K0常閉觸點(diǎn)

該方案是大部分文獻(xiàn)中論述的方案，如圖6所示，跳位監(jiān)視回路串接K0常閉觸點(diǎn)，斷路器合閘后，若合閘脈沖信號(hào)未解除，防跳繼電器起動(dòng)，防跳繼電器常閉點(diǎn)斷開(kāi)，跳位監(jiān)視CT-32的輸入電壓無(wú)法加載到防跳繼電器上，這樣保證防跳繼電器的供電電源僅有合閘脈沖信號(hào)，若合閘脈沖信號(hào)解除，防跳繼電器復(fù)位，完全解決了本文論述的問(wèn)題。

圖6 跳位監(jiān)視回路串接K0常閉點(diǎn)原理圖

很多地方電力設(shè)計(jì)院、電力公司明確發(fā)文要求，跳位監(jiān)視回路必須串接防跳繼電器常閉觸點(diǎn)，但是跳位監(jiān)視回路串接K0常閉點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)問(wèn)題：防跳功能起動(dòng)后的分閘狀態(tài)無(wú)法監(jiān)視，分析如下：防跳功能起動(dòng)后，若斷路器執(zhí)行分閘操作命令，此時(shí)斷路器已處于事實(shí)上的分閘狀態(tài)，因防跳繼電器常閉點(diǎn)斷開(kāi)，跳位監(jiān)視回路將不能監(jiān)視這一分閘狀態(tài)，這樣防跳功能起動(dòng)后的分閘操作，使得合位監(jiān)視回路和跳位監(jiān)視回路均處于斷線(xiàn)狀態(tài)，保護(hù)裝置無(wú)法判斷斷路器處于分閘狀態(tài)還是合閘狀態(tài)，反映斷路器狀態(tài)的跳位綠燈和合位紅燈均不能顯示（圖2示位置指示燈）。特別是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試檢修人員，無(wú)法通過(guò)指示燈直觀(guān)地判斷斷路器主回路是分閘還是合閘狀態(tài)，因此該方案存在很大缺陷。

3.3 斷路器線(xiàn)路板改造方案

防跳試驗(yàn)后，防跳繼電器無(wú)法復(fù)位的原因是，跳位監(jiān)視回路給繼電器施加的有保持電壓，串接K0常閉點(diǎn)，能夠避免該問(wèn)題，但是會(huì)存在跳位監(jiān)視和合位監(jiān)視回路均處于斷線(xiàn)這種狀態(tài)。因此考慮對(duì)線(xiàn)路板進(jìn)行改造，改造方案是跳位監(jiān)視回路不經(jīng)過(guò)防跳繼電器回路。跳位監(jiān)視回路只經(jīng)過(guò)常閉節(jié)點(diǎn)、合閘線(xiàn)圈。

更改后的跳位監(jiān)視原理圖如圖7所示，該回路不存在跳位監(jiān)視回路電源施加給防跳繼電器上的問(wèn)題，防跳起動(dòng)且斷路器分閘后，跳位監(jiān)視回路直接通過(guò)斷路器DL常閉觸點(diǎn)、合閘線(xiàn)圈HQ形成閉環(huán)回路，完全不經(jīng)過(guò)防跳繼電器K0，合閘脈沖信號(hào)解除后，防跳繼電器復(fù)位。但是改造后的線(xiàn)路板存在以下問(wèn)題，若斷路器合閘后，防跳繼電器反復(fù)起動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)分析原因是：跳位監(jiān)視回路未串接DL常閉觸點(diǎn)情況下，斷路器合閘操作后，DL常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，跳位監(jiān)視輸入電源通過(guò)K0常閉觸點(diǎn)，DL常開(kāi)觸點(diǎn)，防跳繼電器K0形成閉環(huán)回路，防跳繼電器起動(dòng)，這樣防跳繼電器將反復(fù)得電失電，狀態(tài)指示燈不能正確反映斷路器狀態(tài)，解決辦法是串接斷路器DL常閉觸點(diǎn)[9-10]，使得斷路器合閘后，跳位監(jiān)視回路斷開(kāi)，避免了防跳繼電器的反復(fù)動(dòng)作且能正確監(jiān)視斷路器狀態(tài)。

圖7 跳位監(jiān)視原理圖

跳位監(jiān)視回路不經(jīng)過(guò)防跳繼電器的方案解決了部分文獻(xiàn)中論述的跳位監(jiān)視回路對(duì)防跳繼電器寄生電源問(wèn)題。通過(guò)理論分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，本方案完全解決了合閘信號(hào)解除后防跳繼電器無(wú)法復(fù)位問(wèn)題。

4 結(jié)論

VS1真空斷路器與保護(hù)裝置配合過(guò)程中防跳繼電器無(wú)法復(fù)位問(wèn)題，大部分文獻(xiàn)中提出串接K0常閉點(diǎn)方案，本文論述了其存在的重大缺陷，以實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，通過(guò)對(duì)線(xiàn)路板的改造及規(guī)范線(xiàn)路板操作中正負(fù)極，能夠解決因跳位監(jiān)視回路對(duì)防跳繼電器施加保持電壓而不能復(fù)位的問(wèn)題，并且該防跳回路適應(yīng)不同廠(chǎng)家的保護(hù)裝置，對(duì)斷路器生產(chǎn)廠(chǎng)家有借鑒參考意義。

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Analysis and Improvement of Anti-jump Circuit of VS1 Vacuum Breaker

Yang Siliang Zhang Jie Jiang Yajun Wang Jinlei Zhang Peng

(Xuji Group Corporation, Xuchang, He’nan 461000)

Circuit Breakers do "anti-jump" test , after closing pulse signal is removed, the anti-hop relay can not be reset, the circuit breaker can not perform electrical closing operation, Aiming at this phenomenon conducted in-depth research, and most of the literature presented in the Tab series circuit monitoring anti-hop relay normally closed auxiliary contact is verified, pointed out the shortcomings of the program, proposed amendments closing operation circuit board, opening moni-toring circuit breaker series NC auxiliary contacts rehabilitation programs, which enable rehabilitation programs op-erating circuit breaker anti-jump to adapt to different domestic manufacturers of protective devices, measures and the proposed transformation specification VS1 circuit board design can be used as domestic breaker designers reference.

VS1; anti-jump circuit; opening monitoring circuit; anti-jumping relay

楊思亮（1989-），男，助理工程師，主要研究方向：斷路器設(shè)計(jì)。