淺析斷路器防跳保護原理及試驗方法

陳明泉

（福建中試所電力調(diào)整試驗有限責(zé)任公司，福建 福州 350001）

1 防跳保護目的

斷路器是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備，斷路器發(fā)生跳躍或防跳保護功能喪失是斷路器故障中較常見的故障，會造成斷路器損傷，嚴重時甚至引起斷路器爆炸事故[1]。因此防跳裝置是斷路器的重要組成部分，它的好壞直接影響斷路器能否安全穩(wěn)定運行。國網(wǎng)十八項反措也明確指出，基建階段斷路器交接試驗及例行試驗中，應(yīng)對機構(gòu)二次回路中的防跳繼電器進行傳動。防跳繼電器動作時間應(yīng)小于輔助開關(guān)切換時間，并保證在模擬手合于故障時不發(fā)生跳躍現(xiàn)象[2]。所謂防跳裝置，指斷路器在合閘操作中，只要引起合閘的操動機構(gòu)仍保持在閉合的位置，如果由于某種原因使開關(guān)分閘，也不能再合的保護裝置[3]。

2 防跳保護類型

斷路器防跳保護主要采用2種方法實現(xiàn)：①加裝防跳繼電器。根據(jù)防跳繼電器安裝位置的不同，又分為操作箱防跳和斷路器本體防跳。考慮到有可能出現(xiàn)就地匯控柜手合接點粘連，且就地手合回路不經(jīng)操作箱繼電器重動輸出。一般情況下，斷路器本體操作機構(gòu)和保護裝置的操作箱均設(shè)有“防跳”回路，且保護裝置的控制回路中設(shè)有跳、合閘線圈監(jiān)視回路，如三者同時使用容易相互影響，若使用不當，則會使斷路器產(chǎn)生不可靠動作[4]。因而斷路器本體和操作箱的防跳躍功能不應(yīng)同時投入，優(yōu)先采用在斷路器控制回路末端加裝防跳繼電器的防跳保護，即斷路器本體防跳。同時，跳、合閘線圈監(jiān)視回路與防跳保護回路間應(yīng)經(jīng)防跳接點閉鎖，防止監(jiān)視繼電器與防跳繼電器同時勵磁動作保持無法返回，影響斷路器正常合閘功能。②機械防跳。用機械的方式實現(xiàn)防跳功能。加裝防跳繼電器后，整個設(shè)備的二次控制功能可能會受影響。但機械防跳在某些特殊工況下也無法完成防跳功能[5]。因此，越來越多的廠家傾向于在斷路器本體加裝防跳繼電器，或者將機械防跳和加裝防跳繼電器兩者同時使用相互配合實現(xiàn)防跳功能。

3 防跳保護原理

3.1 機械防跳原理

本文結(jié)合ABB公司的VD4斷路器機構(gòu)防跳實現(xiàn)原理進行說明。VD4斷路器機構(gòu)及防跳示意圖如圖1所示，紅色的零件（圖中黑線框出部分）就是聯(lián)鎖的核心，其下端D有一長槽，整個零件在一個復(fù)位彈簧的作用下向上移動，并被D點的銷軸限位。所有的驅(qū)動合閘半軸打開的動作，都會先經(jīng)過這個零件。當這個零件被按下去后，合閘半軸會失聯(lián)，無論采用什么方式都不能使斷路器合閘。

圖1 VD4斷路器機構(gòu)圖防跳示意圖

當斷路器處于合閘位置時，B點會被下壓，帶動整個紅色零件下移，實現(xiàn)合閘后，斷路器不能再進行合閘的操作，也就是防止空合。

當斷路器處于分閘閉鎖時，C點會被下壓，帶動整個紅色零件下移，實現(xiàn)分閘閉鎖的功能。

當斷路器接到合閘命令（無論手動或電動）時，都會通過合閘按鈕壓A點，再帶動合閘半軸旋轉(zhuǎn)。A點受力后，也會帶動整個紅色零件下移（紅色零件下移是因為斷路器合閘后B點的作用），并且合閘半軸在復(fù)位扭簧的作用下復(fù)位。如果此時合閘命令不撤銷，紅色零件將被合閘按鈕擋住，不能進行上移復(fù)位。即使合閘彈簧再次儲能，合閘命令不消失，斷路器也不能進行合閘操作，完成了機械防跳的聯(lián)鎖。

3.2 加裝繼電器防跳原理

斷路器本體繼電器防跳示意圖如圖2所示。假如斷路器手動由分到合，合于故障，同時發(fā)生合閘接點粘連。分析該防跳回路的整個動作過程發(fā)現(xiàn)：當斷路器在分位時斷路器輔助接點DL1閉合、DL2打開，防跳繼電器接點K1閉合、K2打開。手動合閘令正電位從7端子通過遠方/就地把手（QK）、接點K1、接點DL1到合閘線圈HQ，合閘線圈HQ得電，斷路器合上。斷路器合上后輔助接點DL1打開，接點DL2、DL4閉合。此時由于斷路器合于故障，保護動作，出口跳閘令從37端子通過遠方/就地把手（QK）、接點DL4到分閘線圈TQ，分閘線圈TQ得電，斷路器分閘。假如斷路器合于故障時且合閘接點粘連，7端子合閘令持續(xù)存在，在斷路器合上瞬間，接點DL2閉合時，防跳繼電器K得電，接點K1打開，接點K2閉合，防跳繼電器通過接點K2實現(xiàn)得電自保持狀態(tài)，此時即使斷路器合于故障保護動作跳開，接點DL2打開，由于接點K1打開，一直斷開合閘回路，雖然此時合閘令仍在，但是斷路器不會再合上，從而實現(xiàn)防止斷路器跳躍。

圖2 斷路器本體繼電器防跳示意圖

4 防跳保護試驗方法

防跳試驗方法主要有2種：①合位防跳試驗。這種是傳統(tǒng)的試驗方法，一般采取的方法是人為在二次回路制造分合閘命令共存的現(xiàn)象，然后觀察斷路器是否有跳躍現(xiàn)象。將被試斷路器置合位，在測控屏或控制屏將控制把手（KK）保持合后位置，然后用試驗儀器給保護裝置加故障量保護動作出口，現(xiàn)場觀察斷路器跳開后不應(yīng)有再次合閘現(xiàn)象，保持合閘命令至斷路器儲能結(jié)束。松開KK把手然后立刻再合閘一次，斷路器應(yīng)能可靠合上。松了以后立刻再合一次，如果斷路器能可靠合上則說明2個問題，即在剛才的試驗中斷路器未曾釋能則說明斷路器未曾合過；防跳正常和斷路器能立刻合上說明防跳已返回，沒有續(xù)流問題。②分位防跳試驗。這種主要是驗證防跳繼電器動作時間是否小于輔助開關(guān)切換時間，方法是將斷路器置分位，先加故障量讓保護動作出口，然后再模擬合閘回路粘連，斷路器合上并立刻跳閘，撤去故障量，并繼續(xù)模擬合閘粘連至斷路器儲能結(jié)束，斷路器不應(yīng)被合上，斷開合閘模擬，然后立刻再次模擬合閘，斷路器能立刻合上則認為防跳試驗正常。因為不同的斷路器控制回路設(shè)計差別較大，因此現(xiàn)場一般用2種防跳試驗方法分別進行驗證。

5 某廠防跳試驗失敗事件經(jīng)過及原因分析

案例1：某廠機組春檢過程中，在進行主變高壓側(cè)220 kV間隔2202斷路器防跳功能試驗時，斷路器合位防跳試驗功能正常，斷路器未發(fā)生跳躍現(xiàn)象。但在斷路器分位防跳試驗時，防跳試驗失敗，出現(xiàn)2202斷路器A相跳閘拒動，導(dǎo)致斷路器A相跳閘、線圈被燒毀，同時220 kV母差保護發(fā)生異常報警事件。

試驗前，從圖紙資料中確認，該斷路器為某公司的LW24-252型六氟化硫斷路器，斷路器采用加裝防跳繼電器方式實現(xiàn)防跳功能，繼電器安裝于斷路器機構(gòu)中，保護屏內(nèi)操作箱中無防跳功能。事先已對斷路器手合回路和跳閘回路單獨進行傳動試驗，跳、合閘回路及儲能等相關(guān)輔助功能完好，且進行斷路器合位防跳試驗的功能一切正常。從現(xiàn)場看，斷路器操作箱三相跳閘燈點亮且A相跳圈燒毀，說明跳閘令三相均有出口，從斷路器位置變位波形也看出防跳試驗時斷路器三相合閘成功，收到跳令后B、C相跳閘且防跳功能起作用未再合上，A相拒跳。分析上述現(xiàn)象說明二次回路功能正常，因此，初步懷疑可能是斷路器彈簧操動機構(gòu)卡澀造成A相無法分閘。檢查斷路器操動機構(gòu)，手動多次對斷路器進行分、合試驗，操動機構(gòu)正常無卡澀，該項原因被排除。但發(fā)現(xiàn)機構(gòu)A相分閘脫扣摯子固定螺栓松動，造成A相分閘線圈的滑動鐵芯整體產(chǎn)生位移，使滑動鐵芯與脫扣摯子的間隙變大。分析可能因該間隙過大造成防跳試驗時，合閘線圈收到合閘令后合閘完成，脫扣摯子行程到位瞬間收到跳令，滑動鐵芯沖擊分閘摯子由于間隙過大導(dǎo)致撞擊力度不夠或角度不對，脫扣摯子未能脫扣完成分閘。同時，由于操作箱跳閘自保持繼電器動作，跳閘線圈長期勵磁燒毀線圈。為驗證這一結(jié)論，現(xiàn)場更換了跳閘線圈后再次進行防跳試驗，斷路器A相仍然無法完成分閘，由于及時斷開控制電源，該次跳閘線圈未被燒毀。接著調(diào)整滑動鐵芯與脫扣摯子的間隙與另外兩相保持一致后再次進行試驗，斷路器防跳試驗成功。防跳試驗失敗時，由于A相跳閘線圈被燒毀，斷路器長期非全相運行，導(dǎo)致220 kV母線保護啟失靈及解復(fù)壓開關(guān)量長期開入報警。

案例2：某廠間隔檢修500 kV開關(guān)站聯(lián)絡(luò)變壓器時，在進行35 kV側(cè)#1電抗器間隔斷路器防跳試驗時，發(fā)現(xiàn)斷路器合位防跳試驗功能正常，但分位防跳試驗時斷路器發(fā)生跳躍現(xiàn)象。與案例1結(jié)果不同的是本次事件未造成設(shè)備損壞，僅為試驗時斷路器合、分閘過程反復(fù)跳躍。

首先檢查確認斷路器防跳安裝情況，是采用機械防跳還是繼電器防跳。通過查閱圖紙及廠家技術(shù)說明書得知斷路器采用繼電器防跳保護，無機械防跳，且發(fā)現(xiàn)繼電器防跳回路正常。通過模擬長期手合開入時，斷路器能合閘，防跳繼電器可勵磁動作，說明防跳繼電器可正常動作。因此，懷疑防跳保護繼電器動作時間大于斷路器輔助開關(guān)切換時間，斷路器從“合”到“分”瞬間，斷路器合閘線圈正端快于防跳繼電器線圈正端得電，防跳繼電器無法及時切斷合閘令造成防跳繼電器在分位防跳試驗時不起作用。為了驗證這一懷疑，對防跳繼電器動作時間進行測試，同時查閱斷路器一次交接試驗報告，結(jié)果為防跳繼電器動作時間（約為45 ms）大于斷路器合閘時間（約為33 ms）。聯(lián)系廠家發(fā)貨，更換快速動作防跳繼電器后合、分位防跳繼電器功能正常。后經(jīng)了解得知，在新安裝調(diào)試時，調(diào)試人員僅對斷路器進行合位防跳，未進行分位防跳試驗和防跳繼電器動作時間測試，所以未發(fā)現(xiàn)防跳繼電器動作時間偏大問題。

6 結(jié)合防跳失敗案例總結(jié)試驗過程的注意事項

防跳保護試驗過程中所涉及的一、二次設(shè)備較多，往往有多個工作面，試驗時需改變一次設(shè)備運行狀態(tài)，二次控制回路及信號回路牽涉范圍較廣。在試驗過程中應(yīng)注意以下幾個方面。

先查閱相關(guān)圖紙，確定防跳保護原理及安裝位置、斷路器分/合閘二次回路有無聯(lián)閉鎖回路。并選擇好防跳試驗時斷路器分/合閘命令模擬開入點，防止試驗時分、合閘命令被閉鎖輸出。特殊情況下可臨時短接聯(lián)閉鎖回路進行模擬試驗，但應(yīng)做好相關(guān)拆接線記錄，試驗完成后應(yīng)立即拆除。若發(fā)現(xiàn)斷路器機構(gòu)有設(shè)計機械防跳，則應(yīng)確認斷路器本體是否設(shè)計繼電器防跳功能，兩者需同時投入進行試驗。如果僅有機械防跳功能，則試驗時應(yīng)特別注意合閘繼電器或合閘線圈安全。

制定好防跳試驗方案，應(yīng)采用合位防跳試驗和分位防跳試驗2種方法分別進行驗證。如上述案例中所述，若僅采用斷路器合位防跳試驗一種方法，則不可能發(fā)現(xiàn)案例1中斷路器機構(gòu)A相分閘脫扣摯子固定螺栓松動，造成A相分閘線圈的滑動鐵芯整體產(chǎn)生位移，使滑動鐵芯與脫扣摯子的間隙變大，以及案例2中防跳繼電器動作時間過長。

試驗前，應(yīng)先勘察現(xiàn)場，確認斷路器本體一次試驗已完成，斷路器一次機構(gòu)分/合功能正常，斷路器儲能功能正常，機械分/合閉鎖插銷已拔除，本間隔及相鄰間隔無人工作。

試驗時，各工作面應(yīng)由專人監(jiān)護。除模擬試驗人員外，斷路器本體機構(gòu)處應(yīng)由監(jiān)護人員觀察試驗過程中斷路器是否發(fā)生跳躍現(xiàn)象、防跳繼電器是否正確動作，如有異常情況應(yīng)立即斷開斷路器控制電源停止試驗，防止燒毀合閘繼電器或合閘線圈。另外應(yīng)注意試驗過程中，防跳試驗狀態(tài)應(yīng)持續(xù)至斷路器儲能過程結(jié)束，否則無法區(qū)別是未儲能閉鎖合閘或是防跳繼電器動作導(dǎo)致斷路器無法合于故障。

220 kV及以上電壓等級單元接線的發(fā)變組，如有設(shè)計未經(jīng)電氣量判據(jù)的斷路器三相不一致保護去跳閘及啟動發(fā)變組的斷路器失靈保護功能，在試驗開始前應(yīng)臨時解除該功能并做好記錄，防止試驗過程防跳失敗造成斷路器三相不一致保護誤出口導(dǎo)致啟失靈長期動作出口。

7 結(jié)束語

本文主要對不同類型的防跳保護裝置原理進行分析，闡述了檢修過程中防跳保護的試驗方法，列舉幾例檢修試驗過程中出現(xiàn)的防跳失敗案例，分析防跳失敗原因，總結(jié)了試驗過程中的一些注意事項。為檢修人員在斷路器防跳試驗方面提供了有益的借鑒和指導(dǎo)。