斷路器操作回路的深入分析與探討

康麗萍

（國家能源集團江西電力有限公司萬安水力發電廠，江西 萬安 343800）

0 引言

某電廠在校驗完110 kV 線路保護裝置后，用保護對斷路器進行傳動試驗，在進行防跳躍試驗時，斷路器發生了跳躍現象，這在實際運行中是一個非常重大的隱患。

1 該廠設備運行及改造過程

該廠于1990 年投產發電，其110 kV 系統首先投運，線路開關為上海華通開關廠生產的SF6組合電器，因該產品為20 世紀80 年代的產品，產品質量并不良好，經常出現缺陷，與其共同投運的線路保護為“四統一”晶體管保護裝置，在90 年代因保護裝置換型改造，改用了美國SEL 繼電器組裝的微機型線路保護裝置，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裝置。

該廠因110 kV 系統母線發生過熔化短路故障，在2003 年對110 kV 系統進行了換型改造，改用了廈門ABB 公司整體設計的一套配電系統，于2003年12 月投運至今。

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

2 產生跳躍現象隱患的分析

2.1 串聯防跳的原理

國產的保護回路大多采用串聯啟動方式來實現斷路器防跳躍功能，即由電流啟動TBJ 電流線圈，然后由TBJ 常開接點串聯其電壓線圈自保持來斷開合閘回路。其原理如圖1 所示。

圖1 串聯防跳原理示意圖

當手合令SHJa 閉合，正電源通過跳躍閉鎖繼電器常閉接點1TBUJa——斷路器輔助接點DL——合閘線圈HQ——負電源，斷路器進行合閘。若合閘于故障時，保護動作跳閘使1TJR 閉合，正電源經TJR 至跳躍閉鎖繼電器電流線圈、斷路器常開接點（因斷路器已經合閘，此時常開接點閉合）、跳閘線圈，最后到負電源對斷路器進行跳閘操作，因跳躍閉鎖繼電器電流線圈流過電流，跳躍閉鎖繼電器電流線圈1TBIJ 勵磁，一方面使跳躍閉鎖繼電器常開接點1TBUJ 閉合，常閉接點1TBUJa 斷開，切斷合閘回路，另一方面由防跳躍繼電器電流啟動的接點1TBIJ 閉合，啟動其電壓線圈1TBUJ 勵磁，使1TBUJ進行自保持。若此時合閘令還沒返回，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 導致防跳躍失效的原因

2003 年110 kV 改造后開關操作回路接線圖如圖2 所示。

圖2 110 kV GIS 室改造后開關操作回路接線圖

在開關改造結束，操作回路送電后發現開關分閘狀態下合閘指示燈及分閘指示燈都亮，檢查回路發現分閘位置TWJ 與合閘繼電器-KOE（非合閘線圈）串聯進行了分壓（回路部分，當時并沒有斷路器輔助接點-S0 串接到負電源），使分閘位置繼電器TWJ 勵磁動作。為了解決該問題，保護人員在合閘繼電器-K0E 后面串接了一對斷路器常閉接點-S0，當斷路器合閘后，串接的斷路器常閉接點-S0 斷開負電源，從而使跳閘位置繼電器TWJ 不勵磁。

在2013 年保護改造的時候，因相關規程及反措要求斷路器如自帶防跳躍功能的，優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），因此取消了保護盤操作箱內的TBJ 防跳躍功能，合閘回路直接經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

合閘時正電源經合閘接點SHJ 直接加到了4D35 的103 回路上，從圖2 中我們可以發現，103合閘回路是直接啟動的合閘接觸器-KOE，-KOE合閘接觸器再啟動合閘線圈回路，正電源經聯鎖繼電器-KOV 常閉接點至合閘接觸器-KOE 接點，至防跳躍繼電器-K201 常閉接點，到壓力閉鎖-K204常閉接點，到斷路器輔助接點-S0，經合閘線圈-Y1，通過合閘接觸器的另一對接點-KOE 到負電源進行合閘。同時正電源經過合閘接觸器接點與斷路器輔助接點-S0 防跳躍繼電器-K201 至負電源，使防跳躍繼電器-K201 勵磁。

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，原因為合閘繼電器后面加的斷路器輔助接點-S0，在斷路器合閘到位后該常閉接點會斷開回路，使跳閘位置繼電器失磁，不發生合閘指示燈與分閘指示燈同時亮的現象，但同時也會使合閘接觸器-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 常閉接點也將返回閉合，造成防跳躍回路不能斷開合閘線圈-Y1回路。因此當合閘于故障上，合閘令沒有返回時，斷路器將因合閘接觸器后面的斷路器輔助接點-S0 的開-合-開-合......現象，而發生斷路器跳躍現象，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。

現場檢查實際接線是在負電源至合閘繼電器-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（-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-S0短接取消。

（2）將跳閘位置繼電器直接經斷路器輔助接點-S0 接至負電源，不與合閘接觸器-KOE 串接。經過改線后，試驗防跳功能恢復正常。

3 擴展分析

（1）斷路器控制回路有如下基本要求該廠沒有滿足

1）合、分閘脈沖電流應直接作用于斷路器的跳、合閘線圈，對電磁操作機構的斷路器，合閘電流很大，需通過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，完全可以不經合閘接觸器-KOE 去啟動合閘回路。

2）根據GB/T 14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》中6.1.11 發電廠和變電所中重要設備和線路的繼電保護和自動裝置，應有經常監視操作電源的裝置。各斷路器的跳閘回路，重要設備和線路的斷路器合閘回路，以及裝有自動重合裝置的斷路器合閘回路，應裝設回路完整性的監視裝置。該廠目前運行的110 kV 斷路器操作回路，不能滿足該條規程要求，監視不了回路完整性。

（2）對該廠斷路器操作回路改進的思路

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 底部可以發現，在合閘線圈回路中串接了-K0V 聯鎖繼電器接點，而啟動聯鎖繼電器如圖4 所示，為本單元的-Q1、-Q9 兩把隔離開關的常開輔助接點，與合閘壓力閉鎖接點S1 并接在一起，只要合閘壓力閉鎖不動作就能啟動聯鎖繼電器勵磁接通合閘正電源，而在合閘回路中已經有合閘壓力閉鎖繼電器-K204 的常閉接點在回路中串接進行斷路器合閘閉鎖功能，因此認為該聯鎖功能為重復設計，可以說增加了回路的復雜性。

圖4 聯鎖繼電器接線圖

在目前，該廠機組出口開關及220 kV 主變進線間隔開關、出線開關機構均采用了ABB 操作機構，在所有機構上的操作回路均沒有合閘繼電器進行擴容，而是直接作用于分、合閘線圈上。也沒有該廠110 kV 斷路器合閘回路中的聯鎖，因斷路器操作不受任何刀閘、接地刀閘限制，可以直接進行分合斷路器操作。改進方法如圖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，用于斷開合閘后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，而接至斷路器機構中防跳躍繼電器-K201 與合閘繼電器接點-K0E 之間，短接合閘線圈-Y1 至負電源的合閘繼電器接點-K0E，這樣既能滿足合閘回路直接作用于合閘線圈的條件，又能滿足對合閘回路完整性的監視功能，還能保留現地合閘啟動合閘繼電器的聯鎖功能。

（3）220 kV 設備改造注意的事項

在220 kV 系統改造中，我們發現變壓器進線間隔開關由三相聯動機構取代了原來的分相機構，設計中只是簡單地將原來的分相操作箱跳、合閘回路進行短接設計，雖然能進行跳、合閘操作，但如果是保護動作跳閘將不能點亮操作箱保護跳閘信號燈，跳閘回路原理如圖6 所示。

圖6 操作箱原理圖（四方JFZ-12TB 型）

手動操作跳閘為1STJ，經1STBJ 電流線圈至133 跳閘回路進行跳閘操作，而保護動作去調整是由1TJR、1TJF 進行跳閘，保護動作后正電源經1TJR、1TJF——1TXJ——1TBJ 到133 跳閘回路，其中1TJX 為保護跳閘信號繼電器，當跳閘回路并接后，另外兩相跳閘回路將進行分流，使1TJX 電流不夠無法點亮操作箱保護跳閘信號指示燈。設計院設計圖如圖7 所示。

圖7 設計院設計圖

跳閘電流I為跳閘電流Ia、Ib、Ic三路電流和，因此1TXJa 流過的電流為原電流的1/3，無法滿足該信號繼電器的靈敏度導致保護跳閘時無信號燈。

解決辦法：

（1）在操作箱板件中調整跳閘電流，使電流滿足1TJX 啟動電流，5 號主變操作箱為南瑞分相操作箱，該操作箱跳閘電流通過跳線可從0.5～8 A 進行跳閘電流調整，在該廠5 號機投運時已檢驗方法可行。

（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 號主變、4 號主變投運時證明方法可行。

4 結束語

通過原理與歷史改造分析，對設備改造后或者在操作回路改線后可能出現工作中考慮不到的功能，必須經過斷路器傳動試驗，斷路器動作及各種閉鎖功能正常后，方可投入運行，這篇文章總結的經驗供電氣專業人員在實際改造工作中借鑒。