断路器防跳回路应用及改进设计研究
徐杏参 黎小明
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徐杏参 黎小明,. 断路器防跳回路应用及改进设计研究[J]. 中国电气工程,2023.4. DOI:10.12721/ccn.2023.157029.
摘要:
断路器作为电力系统硬件中的重要装置,对保障电力系统安全稳定的运行具有促进作用。但断路器跳跃现象不可避免,对开关和负载力均会造成不同程度的伤害,为此,作为开关的二次保护,防跳回路设计尤为重要。本文鉴于断路器运行期间所产生的各种故障,介绍防跳回路的运行机制,对断路器防跳回路应用展开分析,并提出设计方案的改进措施,一起为同类工程改进设计工作的开展奠定良好的基础。
关键词: 断路器防跳回路跳跃现象改进措施
DOI:10.12721/ccn.2023.157029
基金资助:

断路器在电力系统应用过程中,需要重视对防跳跃闭锁回路的配备,通过给断路器提供一次合闸的机会,就可以消除合闸时系统设备运行发生异常的问题,杜绝断路器反复出现跳合的现象,可以保障电力系统的安全性,促使供电系统的正常运行,从而延长电力设备的使用寿命。

1.防跳回路的运行原理

断路器主要就是为了在电网发生故障后可以将其与其他安全地方进行快速分离,如果此装置发生跳跃,就会影响电网运行状态,一旦出现异常,电网就无法正常进行,造成的经济及生命财产安全的危害都是无法预估的。断路器跳跃产生的不良影响:(1)反复合闸增加故障范围面积,发生大型安全事故。短路情况下会发生易爆炸,危及相关人员的生命安全。(2)断路器主触头行程比较短,真空包稳定增强,无法承受反复多次合闸带来的冲击感,久而久之,就会增加真空包自身的受损程度。分合闸线圈通常都是在短时间内进行运行,反复合闸后,就会烧毁分合闸线圈。为此采用有效防跳措施尤为重要,在降低断路器发生异常的同时可以保障相关人员的生命安全,延长设备的使用寿命。

在当前各领域使用的断路器产品而言,其配置都安装防跳回路,主要为了保护断路器安全稳定的运行,避免在长时期运行下出现反复多次跳跃的现象。断路器运行期间,系统一旦发生跳跃,就说明合闸回路异常,存在安全隐患,最常见的故障就是节点粘连、机构受限等。部分场景断路器使用的时候,都是处于关合的状态,如果设备发生短路,断路器一合闸就会有短路的电流走过,这种故障叫作预伏故障,出现这种问题,分合断路就会频繁地发生,这种状态下就会导致电力系统运行时处于异常状态,对其他设备其操作人员的生命安全均会造成威胁。如果能够确保保护动作正常进行,断路器发生跳闸后,就会立即触动防跳回路,并保障设备安全性,短时间断开合闸回路,就可以避免跳跃现象的发生,而且其辅助节点也会相比之前发生明显的变化,由张开转变成闭合,此操作就是避免断路器再次对其造成损伤,连接辅助节点后,就可以实现同步进行。上述动作连续操纵就可以降低跳跃故障的发生率,规避安全风险。

2.断路器防跳回路应用

2.1电气串联型防跳回路

防跳继电器TBJ主要通过电流启动来实现与跳闸回路的连接,线圈通过采用串联方式。合闸抵达故障线路的时候,及时开始继电保护动作,就可以发现保护出口位置的接点TJ处于闭合状态,一旦启动电流线圈,断路器就会发生跳闸。就防跳继电器TBJ来讲,该设备常处于闭合状态的接点将合闸回路断开之后,常开合状态的接点就需要电压线圈连接启动电源。当接点TJ无法返回的时候,就需要继续进行合闸的指令,但这个时候的合闸回路已经处于断开的状态,为此,合闸的动作则无法顺利完成,这种情况下就会起到防跳的效果。当启动TBJ之后,常处于闭合状态的接点就会启动自保功能,这样就会使辅助接点发生位置变化。按照上述操作流程实施后,就可以在设备运行的时候避免保护出口接点发生烧毁或者断弧的形象,系统运行时避免断弧的发生,整个设备的运行系统装置就会处于安全稳定的状态。串联式防跳回路组成情况见图1。

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图1串联式防跳回路

2.2电气并联型防跳回路

防跳继电器KO的电压线圈需要与断路器上合闸回路进行并联,如果并联的过程中长时期存在合闸的指示,那就说明可以保障合闸整流桥可以接通电源。合闸动作完成之后,将防跳继电器KO启动,此时该设备的KO节点就会不同程度的变化,从原地点2-1转移到4-1位置,这种情况下则需要对合闸回路进行下手,将其断后,并在整个后续设备运行的状态下始终维持断开状态[1]。如果发现设备运行线路发生故障,就会出现继电保护动作,甚至还会在特殊情况下发生跳闸,但是在这种合闸回路处于断开的状态下,就可以避免电力设备在使用过程中开关出现反复跳跃的现象,具有规避风险的作用。电气并联型防跳回路组成情况见图2。

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2.3.弹簧储能式防跳回路

当一个持久合闸命令出现的时候,合闸电流就需要经过两个地方,一个是SK,一个是HJ,通过S3, K1, K1, S2, S1, YA 1 与开关合闸接通。合闸之后,弹簧机构就开始启动自身的储备功能,与合闸回路的弹簧储能辅助开关S3 常闭点并联,并且可以接通防跳继电器K1, K1 的常开点自保, 常闭点断开合闸回路。如果这个时候线路发生了故障,设备运行异常,继电保护装置就会停止运行,出现跳闸的现象,合闸回路也会就此关闭,可以直接避免开关跳跃的现象。弹簧储能式防跳回路见图3。

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图3弹簧储能式防跳回路

3.断路器防跳回路改进措施

3.1针对2条防跳回路共用冲突的改进方式

以某10kV配电系统为例,同时使用防跳回路,在不合理参数的影响下会发生寄生回路的现象,寄生回路一旦产生就会导致继电保护装置发生误动,或者拒动,主要表现为跳合闸监视回路同时出现红、绿灯同步亮起的,出现这种回路经修复后检验很难采用传统整组试验方式进行处理,需要工作人员严格按照继电保护的原理对回路进行检查,才可以发现其是否符合安全标准,所以在使用过程中一定要避免此类现象的发生。究其根本可能因为防跳回路无法实际接触,对于操作开关而言,会出现异常,一旦不及时处理就会导致防跳回路出现共用现象。远方操作断路器经过1次合闸、1次分闸之后,原本相互独立存在,且相互交替亮起的红灯和绿灯就会在同一个时间点亮起来,影响断路器的正常操作。通过断路器采用就地操作的方式,能够有效解决上述问题,但是这种方式只能去表面,不能彻底解决存在的问题,治标不治本,毫无使用和持续存在的意义,因为一旦再次操作断路器,此问题同样会出现。

为此提出全新的改进方式非常有必要,改进内容如下:一是能够直接结合操作跳位的监视回路结构情况,直接进入到串入断路器中涉及的常闭辅助接点,并与其接触,这个时候机构防跳回路中的节点就会发生异常,此部分与防跳继电器之间能够达到相互协同的作用,这种情况就会增加寄生回路发生的可能性。TWJ串入操作完成后,断路器合闸,就可以辅助接点的情况,它处于长时间打开的状态,这种操作就可以保障寄生回路被打开,避免发生故障[2];二是通过对回路特点进行监视,就可以掌握其具体情况,并且与其接点相连接。实施此操作之后,只需要将防跳继电器常闭接点打开,就可以非常方便对达到切断寄生回路的效果。如果保护装置防跳与机构防跳回路达到一种状态,就会发生寄生回路,良好的运行状态也会消失,甚至还会发生失衡情况。这个时候协调二者的关系是非常有必要性的,需要将二者之间的保护功能充分地发挥出来,以此来将形成寄生回路的机会直接消灭掉,可以确保变电站安全稳定地运行。

3.2针对继电器长期励磁故障的改进措施

以10kV断路器运行情况为例,断路器合闸命令执行后,继电器HBJ处于卡死状态,合闸信号流通机制就会受到严重的阻碍,不利于各项设备的运行,而且很难返回到原有的状态,所以说合闸的正向电源都是事实存在的,会对其设备运行情况造成影响。这种情况下,就会影响线路安全运行,易在长时间运行下发生异常情况。设备运行的时候,断路器会出现分闸或者合闸的形象,发生跳跃的现象也是无法避免的。断路器合闸后,跳位等灯灭,合闸处就会亮起,HBJ卡死,促使故障范围扩大,倒闸后,断路器断开,红灯和绿灯同时亮起的途径就会被切断,后续工作人发现,前期运行时手合闸正电源是持续存在的。

为此提出全新的改进方案,在主控室保护屏置1盏机构防跳告警灯,能够帮助保护屏从机构箱中采集防跳继电器52Y常开接点将此部分作为开入量进行使用,串联防跳灯,便于构建完整的回路[3]。日常运行期间,一旦出现防跳继电器52Y不具有励磁作用,防跳灯就处于闭死状态;而在励磁状态下,就会防跳灯亮起;实施改进措施后,如果依然有手合合闸现象,可以根据机构防跳灯作出判断,技术处理,减少长期励磁的情况。优化后,线路及时出现故障也具有重复合闸的能力,可以重减少负荷损失。

4.结束语

综上所述,制定并完善防跳回路措施对保障电力系统安全稳定的运行具有积极作用,本文通过分析防跳故障,提出针对性的改进措施,协调好保护装置防跳与机构防跳之间的关系,及时加强预防措施,可具有防止寄生回路发生的作用,从而提高控制回路的安全性和可靠性。本文提出的改进设计方式,希望可以对相关人员起到参考意义。

参考文献:

[1]余松,王祖顺. 某电站500kV断路器防跳回路分析与改进措施[J]. 电力设备管理,2022(z1):132-134.

[2]余爽,孙毅,宋金山,等. 直流转换开关及直流旁路开关运行要求及防跳回路设计[J]. 高压电器,2022,58(12):55-60.

[3]甘卿忠,徐晟,冯家伟,等. 交直流串电引起特高压三阀组跳闸事件分析及改进措施研究[J]. 电子测试,2022(14):97-99,102.

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