高壓斷路器防跳與繼電保護(hù)的配合

寧波市海曙巨龍電氣廠 聯(lián)系電話： 4008-549-837 傳真：高壓斷路器防跳與繼電保護(hù)的配合 【摘要】斷路器防跳技術(shù)分為斷路器內(nèi)部防跳 (增加防跳單元 )和外附操作箱防跳兩種。如今采用彈簧或永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器分合閘觸發(fā)時(shí)間一般在 50ms 以內(nèi)，已沒有必要考慮分合閘控制的保持問題。操作箱的監(jiān)測功能大多與繼電保護(hù)裝置重復(fù)，其主要功能僅剩下防跳。相比之下，斷路器生產(chǎn)廠商配置的防跳單元更簡單、可靠。因此，對于新改建項(xiàng)目，可不必再外附防跳操作箱。兩種防跳技術(shù)并存時(shí)，斷路器合閘一次后第二次不能合閘是分閘指示燈提供旁路電源給防跳繼電器所致，兩種防跳裝置之間沒有任何沖突，對電路進(jìn) 行簡單改動(dòng)即可解決這一問題。 關(guān)鍵詞 高壓斷路器 繼電保護(hù) 控制電路 產(chǎn)品 發(fā)展 1 斷路器防跳的作用 所謂斷路器的防跳，就是設(shè)置專門的防跳回路，對斷路器合閘回路中出現(xiàn)的異常電壓進(jìn)行監(jiān)測和控制，使斷路器正常分閘或保護(hù)跳閘后不會(huì)非正常合閘，從而避免事故的發(fā)生。 早期的斷路器生產(chǎn)廠商一般不考慮斷路器的防跳問題，防跳問題均由繼電保護(hù)設(shè)計(jì)者采用分立器件組成防跳回路，對斷路器進(jìn)行防跳。如今國內(nèi)生產(chǎn)的斷路器一般均自帶防跳回路，成套設(shè)備的電氣控制可不必再外附防跳裝置。 但由于我國的電氣技術(shù)規(guī) 范沿用了計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下的模式，成套電器的設(shè)計(jì)一般是以微機(jī)繼保為核心器件配置二次控制及保護(hù)回路，所以在我國電氣技術(shù)中，斷路器防跳措施可分為兩種：一是通過斷路器生產(chǎn)廠商安裝于斷路器機(jī)構(gòu)控制電路中的防跳單元進(jìn)行防跳，二是通過繼保生產(chǎn)廠商的操作箱防跳回路進(jìn)行防跳。就兩種防跳措施而言，由于使用配合過程中或多或少會(huì)出現(xiàn)相互矛盾或誤區(qū)，其防跳性能各有優(yōu)劣。 2 斷路器內(nèi)部防跳與外部附加防跳原理剖析 當(dāng)今網(wǎng)內(nèi)的斷路器防跳技術(shù) ， 可分為兩種流派 。 一種是斷路器生產(chǎn)派，其防跳的核心器件是在斷路器控制回路中增加的防跳單元；另 一種是繼電保護(hù)派，其防跳的核心器件是防跳操作箱。 筆者收集了數(shù)十種斷路器及操作箱的控制電路原理圖，分析其防跳原理，選擇出兩種圖例來加以 剖析。 2. 1 斷路器防跳原理剖析 斷路器的防跳原理主要以 ABB的 VD4 斷路器 、 Compass、 PassM0 組合電器，以及國產(chǎn) VS1、 LW59-252、 LW8斷路器合閘控制電路為例進(jìn)行分析說明。 圖 1 為國產(chǎn) VS1 斷路器合閘回路，其合閘控制及防跳回路與 ABB的 VD4 斷路器基本一致。 防 跳原理是：外部控制電源操動(dòng)斷路器合閘后，電源從端子 4 及 14 引 入 ，斷路器 QF 的輔助常開觸點(diǎn) 閉合，啟動(dòng)防跳繼電器 K0， K0 觸點(diǎn)切換至自保持并切斷合閘電路。如果外部控制電源消失， K0 失電返回，重新接通合閘電路的前端通路。若控制回路中出現(xiàn)了異常電壓， KO 就不會(huì)返回，合閘電路的前端通路被切斷，斷路器就不能再次合閘，從而解決了斷路器的防跳問題。 圖 2 為 ABB Compass.、 PassM0 組合電器控制箱的斷路器合閘回路，外部控制電源從 - 1： 17、 -X1： 15 引 入 。分析其防跳動(dòng)作情況，與 VD4.、 VS1 斷路器的防跳原理完全一致，也是利用防跳繼 電器監(jiān)測回路電壓來切斷或開放合閘回路的前端通路。 通過對以 上幾種斷路器防跳回路的分析可知，其防跳思路均如出一轍，都是在斷路器合閘電路上并聯(lián)一個(gè)防跳繼電器：，由于防跳回路與合閘線圈之間是并聯(lián)關(guān)系、 也 將其稱為并聯(lián)型防跳。防跳繼電器起到防跳和保護(hù)兩個(gè)作用。防跳作用：當(dāng)合閘控制回路中出現(xiàn)異常電壓時(shí)，防跳繼電器切斷合閘回路的前端通路、防止斷路器跳閘后再次合閘。保護(hù)作用：斷路器合閘后、控制電壓消失前，防跳繼電器動(dòng)作，斷開合閘回路 。 2. 2 外部操作箱防跳原理剖析 外部附加防跳主要以繼電保護(hù)裝置生產(chǎn)廠商開發(fā)的三相繼電器操作箱為出口器件，利用操作箱內(nèi)的防跳回路進(jìn)行防跳。 國內(nèi)各繼保廠商生產(chǎn)的操作箱有數(shù)十種、其防跳原理大同小異。本文列舉兩種有代表性的操作箱來分析其防跳原理。 圖 3 為南瑞繼保 CZX-12 系列繼電器操作箱分合閘回路，分析其分合閘及防跳回路，主要由以下三部分組成。 第一部分是分合閘位置監(jiān)測回路，由繼電器 TWJ、 TBJ 和 和發(fā)光二極管組成，作用是指示斷路器分合閘位置及向測控裝置發(fā)出遙信開關(guān)信號。 第二部分是分合閘自保持及防跳回路，由繼電器 HBJ、 TBJ 和 TBJV 組成。合閘自保持原理：當(dāng)斷路器合閘時(shí)， 寧波市海曙巨龍電氣廠 聯(lián)系電話： 4008-549-837 傳真：HBJ 的電流線圈與斷路器合閘線圈一起串聯(lián)通電，其 常開觸點(diǎn)閉合自保持，再次接通控制電源正極；通過 HBJ 電流線圈對斷路器合閘線圈提供持續(xù)電源，直至斷路器合閘后輔助常閉觸點(diǎn)斷開，切斷合閘線圈電源通路， HBJ 斷流返回，從而起到合閘自保持作用。分閘自保持原理：當(dāng)斷路器分閘時(shí)， TBJ 的電流線圈與斷路器分閘線圈一起串聯(lián)通電，其常開觸點(diǎn)閉合自保持，再次接通控制電源 正 極、直至斷路器分閘后輔助常 開 觸點(diǎn)斷片分閘線圈電源通路， TBJ 斷流返回。防跳原理 ：斷路器分閘時(shí)， TBJ 動(dòng) 作 ，其 串接于 合閘 回 路中的常閉觸點(diǎn)斷 開 ，閉鎖了斷路器合 閘回 路；同時(shí)， 其常開觸點(diǎn) 閉合， TBJV得電；如果合閘 回 路前端 有異 常電 壓 存在， TBJ V動(dòng) 作自 保持、持續(xù) 閉鎖合 閘 回 路，防 止 斷路器跳閘 后再次 合閘 。 第 三 部分 是 分合閘 與 保護(hù)分合閘分離 回 路， 由 繼電器 KKJ 的兩個(gè)獨(dú) 立 線圈 KKJ1、 KKJ2 及 兩個(gè) 二 極管組成，作用是將 手 動(dòng)分合閘 與保護(hù) 分合閘的 入 口隔離，并通過 KKJl、 KKJ2 發(fā)出 手 動(dòng)分合閘遙信開關(guān)信號。 圖 4 為北京四方 FZ-11SN 三相操作箱分合閘回路，主要由以下幾部分組成： (1)手動(dòng)分合閘及位置監(jiān)視回路：由繼電器 SHJ、 STJ 及 HHJ 等組成，它實(shí)際上是一個(gè)分合閘中間環(huán)節(jié)，通過控制手合及手跳繼電器 SHJ、 STJ，及其帶延時(shí)的常開觸點(diǎn)對斷路器進(jìn)行手動(dòng)分合閘、合閘時(shí)， HHJ 的啟動(dòng)線圈 HHJ1 動(dòng)作后機(jī)械自保持，其觸點(diǎn)閉合作為手動(dòng)合閘位置信號 。 手動(dòng)分閘時(shí)， HHJ 的復(fù)位線圈 HHJ2 啟動(dòng)，對合閘位置進(jìn)行復(fù)位 。 (2)分合閘自保持與防跳。由繼電器 HBJ、 TBJ 和 TBJV等器件組成，分合閘自保持及防跳原理與南瑞 (圖 3)的原理完全相同，此處不 再 贅述 。 (3)保護(hù)分合閘 入 口回路。保護(hù)分合閘的控制出口 直 接接 入 分合閘回路，對斷路器進(jìn)行分合閘控制 。 通過對以上兩種操作箱防跳回路的分析可以看出，各種操作箱結(jié)構(gòu)雖有一定差異，但其防 跳思路是一脈相承的，都是采用兩個(gè)電流啟動(dòng)、電壓保持繼電器進(jìn)行防跳及分合閘自保持。由于防跳回路與合閘線圈之間是串聯(lián)關(guān)系，也可將其稱為串聯(lián)型防跳 。 此種防跳回路是基于我國早期從前蘇聯(lián)引進(jìn)的分離器件防跳技術(shù)，其防跳原理是：在斷路器分閘時(shí)，串聯(lián)于分閘回路中的跳閘閉鎖繼電器電流線圈啟動(dòng)，其常閉觸點(diǎn)閉鎖合閘回路。 3 斷路器內(nèi)部防跳與外部操作箱防跳的區(qū)別 3.1 結(jié)構(gòu)與功能的區(qū)別 (1)斷路器內(nèi)部防跳。采用一個(gè)繼電器，與斷路器輔助常開觸點(diǎn)串聯(lián)后并聯(lián)在斷路器合閘電路上，對斷路器合閘回路中出現(xiàn)的異常電壓進(jìn)行監(jiān)測，防止非 正常誤合閘。防跳繼電器主要有兩個(gè)作用：一是監(jiān)測合閘回路中的異常電壓，防止斷路器跳閘后再次合閘；二是保護(hù)合閘線圈及繼電保護(hù)裝置的遙控出口繼電器觸點(diǎn)。 (2)外部操作箱防跳。一般是把我們國家二十世紀(jì)六七十年代廣泛使用的防跳及監(jiān)控回路進(jìn)行小型化組合集成，操作箱 主 要 有 三個(gè)作用：一心 防 跳，一是保持 ，三是 出口過渡及運(yùn)行位置狀態(tài) 監(jiān)測。 3.2 啟動(dòng)方式的區(qū)別 (1)斷路 器 內(nèi)部防跳 是短路器合閘后啟動(dòng)的，只要斷路器合閘電路中存在異常電壓，防跳繼電器就動(dòng)作，斷開合閘電路的前端通路。所以，斷路器防跳實(shí)在斷路器跳閘 前防止，是一種預(yù)防措施。 (2)操作箱防 跳是在斷路器跳閘時(shí)啟動(dòng)繼電器來閉鎖合閘 回 路，合閘同路提前閉鎖的可靠性是利用繼電器動(dòng)作速度比觸發(fā)、脫扣，跳閘過程快來保 證。 所以，操作箱防跳 是一 種跳 閘 閉鎖合閘措施 。 簡而言之， 斷路器內(nèi)部防跳是在斷路器合閘后 就啟 動(dòng)，外附操作箱防跳是在斷路器跳 閘 時(shí) 才啟動(dòng)。 3.3 性能比較 (1)異常電 壓 的監(jiān)測是在斷路器合閘回路的最終出 口 上進(jìn)行監(jiān)測，檢測范 圍廣， 防 跳性 能非常 可 靠 。 防跳回路只 用一個(gè)防跳繼電器， 一 般不會(huì)增加斷路器的成本，且結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可 靠 ，具有較高的性價(jià)比 。 (2)操作箱是繼電保護(hù)裝置與斷路器之間的 中間環(huán)節(jié) ，是防跳、狀態(tài)及 位置 監(jiān)測，出 口 過渡等回路的組合，功能完善 ，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高，性價(jià)比較低 。 3.4 小結(jié) 當(dāng)今的新型斷路器產(chǎn)品，電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)已徹底淘汰，彈簧及 永磁 式操動(dòng)機(jī)構(gòu)的分合閘觸發(fā)一般都在 50ms 內(nèi)完成，根本沒有必要考慮分合閘控制的保持問題。而且，加入分合閘控制保持回路還會(huì)產(chǎn)生負(fù)面作用 。 這是因?yàn)榉趾?閘控 制指令發(fā)出后，分合閘保持回路 自 保持，分合閘線圈的斷開完全取決于 串入 線圈回路的斷路器輔助觸點(diǎn) 。 如果輔助觸點(diǎn)因故障沒有斷開， 自 保持 回 路不會(huì)返回，就 會(huì)燒毀分合閘線圈。 此外，繼電保護(hù)裝置一般均具備控制回路監(jiān)測及遙信功能，操作箱的許多功能與繼電保護(hù)裝置的附加功能重復(fù) 。 寧波市海曙巨龍電氣廠 聯(lián)系電話： 4008-549-837 傳真：斷路器分合閘 回 路可直接利 用控制回路監(jiān)測功能來監(jiān)測，運(yùn)行位置狀態(tài)可通過遙信監(jiān)視，也可利用軟件程序從控制回路監(jiān)測信號中分離提取，現(xiàn)場分合閘位置監(jiān)視采用指示燈更直觀 。 如果將操作箱的功能進(jìn)行一些必要優(yōu)化，其三項(xiàng)主要功能 就可簡 化成一項(xiàng)防跳功能 。 既然只用防跳功能、 那么 斷路器內(nèi)部的防跳回路就更顯得先進(jìn)、可靠、適用和經(jīng)濟(jì)了。 4 斷路器內(nèi)部防跳對外部監(jiān)測電路的影響及對兩種防跳相互沖突的認(rèn)識誤區(qū) 4.1 斷路器內(nèi)部防跳對外部監(jiān)測電路的影響 繼電保護(hù)裝置對斷路器分合閘回路進(jìn)行監(jiān)測是為了檢測分合閘回路的通斷，以便在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)上反映出斷路器的 工 作狀態(tài)及分合閘線圈的完好情況，一般的 檢 測方法是，采用光電隔離及附屬元器件與斷路器分合閘回路串聯(lián)構(gòu)成采樣電路，對分合閘回路的通斷進(jìn)行采樣、檢測。圖 5 為斷路器分合閘回路監(jiān)測電路示意圖。 繼電保護(hù)裝置一般都是用三個(gè)引腳來完成控制回路監(jiān)測，其中一個(gè)接控制電源，一個(gè)監(jiān)測合閘回路，另外一個(gè)監(jiān)測分閘回路 。 分析監(jiān)測原理，分閘回路及斷路器分閘狀態(tài)下的合閘回路監(jiān)測均能正常 采樣，但斷路器合閘后的采樣結(jié)果與斷路器的運(yùn)行狀態(tài)不一致。這是因?yàn)閿嗦菲骱祥l后，與防跳繼電器線圈 KO 串聯(lián)的斷路器輔助觸點(diǎn) QF 閉合、將KO 并接于斷路器的合閘回路上，合閘回路監(jiān)測電路通過輔助常開觸點(diǎn) QF 及 KO 至電源負(fù)伋形成通路，相當(dāng)于在斷路器合閘回路上附加了一個(gè)旁路 。 所以，在斷路器合閘后，合閘回路監(jiān)測電路通過旁路形成負(fù)端通路，采樣結(jié)果按斷路器合閘回路還處于接通狀態(tài)處理。這就是監(jiān)測電路不能正常反映合閘回路狀態(tài)的問題所在。 4.2 對兩種防跳相互沖突的認(rèn)識誤區(qū) 在實(shí)際使用中，若斷路器內(nèi)部及外部兩種防跳裝置并存， 在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)、有時(shí)就會(huì)出現(xiàn)斷路器合閘一次后第二次就不能合閘的現(xiàn)象 。 繼保廠商的現(xiàn)場調(diào)試 人 員一般都誤認(rèn)為是兩種防跳裝置存在沖突。于是，就拆除斷路器內(nèi)部的防跳裝置。 從上面對斷路器及操作箱各自的防跳原理分析可知，雖然防跳原理有所差異，但絕對不會(huì)相互沖突，出現(xiàn)斷路器只能合閘一次的原因是由于一般的成套開關(guān)設(shè)備的二次回路均設(shè)置有現(xiàn)場分合閘指示燈，分閘指示燈有作為斷路器的分閘位置指示和監(jiān)視斷路器合閘回路的通斷兩個(gè)作用。分閘指示燈的一端接電源，另一端一般接 入 斷路器的合閘回路中、監(jiān)視合閘線圈。在斷路器合閘后、控制電壓 消失前，防跳繼電器啟動(dòng)自保持，其線圈與指示燈電氣連接。控制電壓消失后，指示燈會(huì)給防跳繼電器提供另外一條電源通路，使指示燈與防跳繼電器的 線圈構(gòu)成一個(gè)分壓電路 (如圖 6 所示 )，線圈上的電壓為 UR/(Ro+Ro)。如果防跳繼電器的釋放電壓較低，不大于URo/(Ro+Ro)，就會(huì)釋放不了，出現(xiàn)斷路器合閘回路不能恢復(fù)的問題，從而導(dǎo)致合閘一次后第二次不能合閘的現(xiàn)象。所以，第二次不能合閘是由分閘指示燈造成的，并非是由兩種防跳裝置相互沖突造成的。這就是兩種防跳裝置并存時(shí)，許多 入 認(rèn)為“兩種防跳會(huì)相互產(chǎn)生沖突”的認(rèn)識誤區(qū)。 4. 3 解決方法 在斷路器分合閘回路監(jiān)測中分閘狀態(tài)下只需監(jiān)測合閘回路，合閘狀態(tài)下只需監(jiān)測分閘回路。因此，可采用以下方法進(jìn)行解決，且方法非常簡單。既然是指示燈影響防跳繼電器釋放及防跳繼電器影響合閘回路監(jiān)測，可將這兩部分的電路與斷路器合閘回路的連接端從原電路中分離，將其相互連接后串 入 斷路器 QF 的一個(gè)輔助常閉觸點(diǎn)，再回到斷路器合閘回路中，如圖 7 所示。 在斷路器合閘后，合閘回路監(jiān)測及分閘指示燈被斷路器常閉觸點(diǎn)隔離，合閘回路監(jiān)測就能正常反映合閘狀態(tài)，指示燈也不會(huì)再向防跳繼電器線圈提供電源通路。斷路器分 閘后，其輔助常閉觸點(diǎn)閉合，將監(jiān)測電路及指示燈與合閘回路連通，使其正常監(jiān)測及指示斷路器合閘同路狀態(tài)，此方法 筆者已 在多個(gè)工程設(shè)計(jì)中使用，監(jiān)測及控制絕對可 靠 ， 且不會(huì)增加任何成本。 5 分工合作與規(guī)范接口建議 在電力系統(tǒng)中，斷路器屬一次器件，繼電保護(hù)裝置屬二次器件，操作箱是繼電保護(hù)裝置與斷路器之間的一個(gè)中間環(huán)節(jié)。斷路器與繼電保護(hù)裝置生產(chǎn)廠商有必要進(jìn)行一些社會(huì)化分工故 ， 筆者提出以下建議。 5. 1 分工建議 就斷路器的控制而言， 像 操作箱這樣的中間環(huán)節(jié)應(yīng)該下放給斷路器生產(chǎn)廠商來完成，繼電保護(hù)裝置生產(chǎn)廠商應(yīng)以繼 電保護(hù)單元為主。因現(xiàn)代斷路器般都配置有操作箱，所采用的控制、防跳等技術(shù)均是近年來從一些發(fā)達(dá)國家引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、控制可靠。斷路器操作箱具有較大的安裝空間，控制器件易于敷設(shè)，可配置較大容量的控制器 寧波市海曙巨龍電氣廠 聯(lián)系電話： 4008-549-837 傳真：件。同時(shí)，斷路器附加操作箱制造成本較低， 像 防跳單元所增加的成本對斷路器而言是可以忽略不計(jì)的。 5.2 合作建議 使用斷路器操作箱后，可取消外附的各種 三相 操作箱，斷路器操作箱與繼電保護(hù)裝 置 之間建 立 規(guī)范的接口關(guān)系，相互之間均采用規(guī)范的接 扣 可縮 短 與發(fā)達(dá)國家普遍采用的 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)之間的 差 距。采用 IEC61850 與否并非只是采用“非常規(guī)”器件與通信協(xié)議的區(qū)別，其核心在于“同一個(gè)世界、一種技術(shù)、一種標(biāo)準(zhǔn)，提倡即插即用”。所以，兩者之間的合作，其核心問題是要建立廣義的規(guī)范接口。 5.3 斷路器防跳單元改進(jìn)建議 對斷路器生產(chǎn)廠商提出三點(diǎn)改進(jìn)建議： 一是改進(jìn)內(nèi)部防跳單元的接線； 一是校核防跳繼電器的觸點(diǎn)容量，確保能可靠斷開斷路器合閘回路； 三是給防跳繼電器增加一個(gè)常開觸點(diǎn)并從接口引出，以便于繼電保護(hù)裝置對合閘回路出現(xiàn)的異常電壓進(jìn)行遙信。當(dāng)合閘回路出現(xiàn)異常電壓時(shí)，能及時(shí)在綜合自動(dòng)化后臺上報(bào)警，使故障消滅在萌芽狀 態(tài)。 5.4 繼電保護(hù)裝置發(fā)展建議 分析各種型號繼電保護(hù)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，基本 上是 將我 國 過去的 一套 分離元件控制技術(shù)組合后 ， 利 用 中央微處理器進(jìn) 行監(jiān)測 處理 。 接口規(guī)范一般采 用 ICE60870 標(biāo)準(zhǔn) ，且接口排列及控制方式離散性非常大，相 互 之間基本無互換性。與發(fā)達(dá)國家 普遍 使用 IEC61850