高压断路器防跳回路分析

高压断路器防跳回路分析

李震宇

广东汇能电气技术有限公司

【摘要】防跳回路是高压断路器合闸回路中最重要的组成部分之一，用以防止高压断路器出现跳跃现象。高压断路器跳跃是指当合闸回路出现故障，在高压断路器分合有预伏短路故障电路时，多次分合高压断路器的现象；或是当高压断路器机构出现故障，不能使高压断路器正常合闸，而高压断路器合闸脉冲仍未解除时，高压断路器反复合闸、分闸的现象。由于组成路线不同，本文就操作箱内防跳回路及断路器就地操作机构防跳两种防跳回路进行分析。

【关键词】高压断路器 合闸回路 防跳

一、防跳功能的实现

1.1、操作箱防跳

1.1.1、回路(以南瑞继保CZX-22R2防跳回路原理为例)

1.1.2、回路原理

1）开关初始状态为合位，当保护动作或手跳操作时防跳继电器动作，类似的如果第二组跳闸回路动作则启动第二组防跳继电器；

2）防跳继电器启动；

3）此时，出现以下3种情况时将启动防跳继电器并自保持：

①保护重合闸脉冲过长，覆盖保护跳闸出口脉冲时间，或者操作箱出口继电器接点粘连；

②开关机构辅助接点故障，开关分闸是合闸回路上的常开辅助接点，此时该接点不能及时断开，造成手合自保持继电器一直处于动作状态；

③操作把手接点粘连造成1SHJ接点长期闭合；

4）防跳继电器动作后，其位于合闸回路的常闭接点保持断开状态，使开关合闸回路不能导通，达到防跳目的。

1.1.3、操作箱防跳回路的优缺点

操作箱防跳优点为：防跳回路在保护操作箱内，运行环境好，不易出现故障。缺点主要包括：1、保护范围受限，仅能防止合闸命令接点误导通造成的断路器跳跃问题，无法避免因操作箱以外的寄生回路或二次回路接地引起的断路器跳跃。例如，当断路器本体三相不一致继电器动作启动跳闸时，操作箱防跳回路无法启动；2、防跳继电器串接在跳闸回路中，需要将该继电器的动作电流与开关的跳闸电流箱配合。

1.2、机构防跳

1.2.1、回路(以西门子3AP/3-F1断路器机构防跳回路原理为例)

1.2.2、原理

1）当开关合闸至合位后，断路器常开辅助接点闭合。

2）若就地合闸接点粘连或保护合闸脉冲持续保持，则防跳继电器启动并自保持；

3）合闸回路中的防跳继电器常闭接点断开，防跳功能实现。

1.2.3、优缺点

机构防跳优点为：断路器机构防跳回路仅并联在合闸回路中，对分闸回路没有影响，回路相对比较简单，可以实现就地保护，有效地消除了从保护装置到断路器机构箱间的保护死区现象；缺点为：机构防跳继电器安装在断路器机构箱或汇控柜中，运行环境比较恶劣，存在受断路器振动影响等隐患，随着年限增长，运行状况逐渐变坏。更值得注意的是，机构防跳回路与操作箱跳位监视回路和合闸保持回路存在配合问题。

二、两个实现方法的比较

2.1、只使用操作箱防跳可能存在的问题

单独使用操作箱防跳时，操作箱到断路器机构存在保护死区。当断路器机构内部回路故障或操作箱、机构之间有正电故障时，防跳功能不能被启动，可能造成断路器反复分合的情况。如上文提到的，开关机构三相不一致误动无法启动操作箱防跳。

2.2、只使用机构防跳可能存在的问题

2.2.1、与操作箱合闸监视回路配合问题

采用机构箱防跳时，如果操作箱TWJ继电器及其电阻与机构箱防跳继电器及其电阻的参数配合不当，可能导致TWJ继电器与机构箱防跳继电器形成自保持回路，并造成以下两种后果：

①操作箱跳位灯和合位灯同时点亮。当断路器在合位时，因为合闸监视回路TWJ与防跳继电器通过寄生回路导通，TWJ励磁动作跳位灯亮。而此时断路器合位HWJ也处于励磁动作状态，出现跳位灯、合位灯点亮的情况。

②断路器仅能合、分操作1次。当断路器合闸后，即使回路上不存在粘连的接点，防跳继电器也可以通过自保持回路与TWJ前端的正电导通，使防跳继电器一直处于励磁状态。此时，断路器分闸后机构防跳回路仍然在起作用，合闸回路被断开，不能再次合上开关。

2.2.2、与操作箱合闸保持回路的配合问题

由于分合闸回路中的分合闸线圈为感性负载，回路断开时，将承受线圈产生的反向浪涌电压，往往会出现接点拉弧，因此，切断跳合闸线圈回路应由具有一定灭弧能力的断路器辅助触点在开关主触头动作后完成；同时，由于保护接点应瞬时返回，为避免保护接点返回时断开跳合闸回路，保护出口接点导通跳合闸回路的同时应启动保持回路，由保持回路来保证即使保护接点断开后跳合闸回路仍旧导通。断路器合闸后，断路器位置常闭接点断开合闸回路，位置常开接点闭合。正电源经合闸保持接点、合闸保持继电器、机构防跳继电器自保持接点、机构箱防跳继电器到负电源形成通路。正常情况下，需要该回路电流小于合闸保持继电器的自保持电流，通过合闸保持继电器的复归，断开该回路。如果操作箱合闸保持回路与机构箱防跳回路的参数配合不当，可能导致在开关合闸后，操作箱合闸保持继电器无法返回，造成机构箱防跳回路始终处于励磁状态，合闸回路一直被断开。这种情况下，断路器只能被合、分一次。

2.2.3、两个防跳功能同时使用可能存在的问题

通过以上的分析可知，操作箱防跳和断路器机构防跳都能独立实现断路器的防跳功能。如果两种防跳回路同时使用会出现以下三种情况：

1）当操作箱防跳继电器先动作，切断断路器的合闸回路，合闸正电不会导至机构防跳继电器触发，则断路器机构防跳不会动作。由操作箱防跳继电器实现防跳功能，防跳功能正常。

2）当机构防跳继电器先动作，切断断路器的合闸回路，但合闸正电会导至操作箱防跳继电器处；当跳闸保持继电器动作，操作箱防跳继电器仍然会动作，切断合闸回路，合闸正电不会导至断路器机构防跳继电器处，则防跳继电器返回；由操作箱防跳继电器TBJV实现防跳功能，防跳功能正常。

3）极端情况下，操作箱防跳继电器和机构防跳继电器同时动作。

三、规范方案

3.1、规范目标

按照设计规范以及考虑到排除死区的问题，现场宜采用断路器机构防跳的方式。同时应从设计上解决断路器机构防跳和其他回路的配合问题。

在操作箱内将TWJ回路通过105单独接至断路器机构箱并串接断路器位置常闭辅助接点后，再和合闸回路并联接入机构的合闸回路。通过这一改进，TWJ仍能监视机构箱内合闸回路是否完整，同时，断路器合闸到位后，可通过辅助接点断开TWJ与机构箱防跳继电器形成的回路，解决二者的配合问题。

3.2、操作箱合闸自保持回路与机构防跳继电器配合问题解决

断路器跳（合）闸线圈的出口触点控制回路，必须设有串联自保持的继电器回路，并保证：1、跳（合）闸出口继电器的触点不断弧；2、断路器可靠跳、合闸。

3.3、对于单出口继电器，可以在出口继电器跳（合）闸触点回路中串入电流自保持线圈，并满足如下条件：1、自保护电流不应大于额定跳（合）闸电流的50%左右，线圈压降小于额定值的5%；2、出口继电器的电压起动线圈与电流自保持线圈的相互极性关系正确；3、电流与电压线圈间的耐压水平不低于交流1000V、1min的试验标准；4、电流自保持线圈接在出口触点与断路器控制回路之间。

3.4、有多个出口继电器可能同时跳闸时，宜由防止跳跃继电器实现上述任务，防跳继电器应为快速动作的继电器，其动作电流小于跳闸电流的50%，线圈压降小于额定值的10%。

3.5、从源头解决操作箱合闸保持回路与机构箱防跳回路的配合问题，应明确：操作箱合闸自保持回路串接机构箱防跳回路实现防跳自保持时，回路电流应保证合闸自保持回路可靠返回。

四、结论

断路器防跳回路应采用机构箱防跳回路，而针对采用机构箱防跳回路时存在的配合问题，应分别采取“在合闸监视回路(TWJ)中应串入断路器常闭辅助接点”、“规范断路器操作箱合闸自保持回路及机构箱防跳回路相关设备设计及特性参数”等措施。

参考文献：

[1]徐国政, 高压断路器原理和应用. 北京：清华大学出版社，2006

[2]段传宗.鄢志平.鄢志辉，高压断路器故障检测与诊断技术.北京：机械工业出版社，2014

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