电力系统高压断路器防跳回路探讨

【摘 要】在发电厂（站）中，断路器是发电机出口送出电能的重要设备，断路器防跳回路是保证断路器安全稳定运行的一种重要的二次回路，所谓防跳，不是“防止跳闸”，而是“防止跳跃”，断路器防跳回路能有效避免在永久性故障情况下多次合闸于故障线路。针对电力系统高压断路器防跳回路进行简要分析探讨。

【关键词】发电厂设备;高压断路器;防跳回路;工作原理;故障分析

1 引言

断路器是电力系统中重要的一次设备。断路器“跳跃”是指断路器在手动或保护装置动作合闸后，控制开关尚未返回（手动合闸时控制开关返回需1～2s，而断路器合闸动作时间约为50ms，断路器合闸后控制开关未返回，触点仍接通）或保护自动装置合闸触点卡死情况下，同时发生永久性故障导致保护动作后断路器跳闸，此时合闸脉冲还未消失，断路器将会再次合闸，造成断路器连续分合的现象。这种永久性故障情况下多次跳合闸，对断路器本身及电网安全均会产生严重影响，轻则对系统造成多次冲击，严重时可能引起断路器爆炸。

2 高压断路器工作原理

断路器用于在正常运行时接通或断开电路，故障情况在继电保护装置的作用下迅速断开电路，特殊情况（如自动重合到故障线路上时）下可靠地接通短路电流。高压断路器是电力系统稳定运行的重要控制设备，是在正常或故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。在具体应用的过程中其担负着稳定电流和及时发现和解决电力系统故障的职能作用，它不仅可以切断与闭合高压电路中空载电流与负荷电流，而且当系统在发生故障时可以通过继电器的保护装置。

高压真空断路器处于合闸状态的时候，它对地绝缘由支持绝缘子来承受，一旦真空断路器所连接的线路发生永久接地故障，断路器动作跳闸后，接地故障点又未被清除，则有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受;各种故障开断时，断口一对触点间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。高压断路器的应用作用主要体现在 2 个方面。1）高压断路器的控制作用。高压断路器结合电力系统运行在需要会将所有的电气设备以及部门线路投入或者退出运行。2）高压断路器的保护作用。在电力系统运行出现故障的时候，高压断路器会和保护装置、自动装置共同配合来将故障及时从系统中切除，从而减少损害，防止事故扩大。

3高压断路器防跳回路设计原理探讨

电力系统高压断路器防跳回路设计是电力系统中常见的一种预防性保护设计回路，其技术的有效应用为电力系统的安全稳定运行奠定了良好的基础，同时对于维护系统运行的稳定性也发挥了重要的作用。常用的电力系统高压断路器防跳回路设计策略有电气并联防跳回路设计、电气串联防跳回路设计、自动化装置内部防跳回路设计、保护装置与断路器本体二次防跳回路设计。

3.1电气并联防跳回路设计

电气并联防跳回路设计为常见的一种防跳回路设计技术，实际设计作业中通过在断路器中实施并联线路操作的方式，实现防跳作用。断路器合闸操作中如出现故障现象，DL1闭合，TBJ励磁动作，并通过TBJ1继电器线路动作自保持，TBJ2继电器动作打开断路的合闸回路，确保高压断路器不会重复合闸，保障系统运行的稳定性和可靠性，并实现防跳功能。在实际应用中，由于机构箱多数安装于户外，潮气易侵入机构箱内，造成电器元件受潮锈蚀，如防跳继电器铁芯生锈、机构卡涩等，降低防跳继电器的可靠性，影响其正常运行。

3.2 电气串联防跳回路设计

电气串联防跳回路设计运行过程为：断路器合闸于故障线路时，继电保护动作，保护出口接点BCJ闭合，启动防跳繼电器TBJ的电流线圈，同时断路器跳闸。TBJ2常闭触点断开合闸回路，TBJ1常开触点闭合使TBJ继电器电压线圈接通并保持。如果此时SA（5—8）或 ZJ 点不能返回而持续发出合闸信号，由于合闸回路已断开，断路器不能合闸，从而达到防跳目的。在实际应用中，由于串联防跳必须由保护跳闸指令启动，在合闸信号长期存在而断路器合闸后不能保持的情况下，由于无保护跳闸指令，操作箱内的串联防跳将不能启动，如此会造成断路器因无防跳功能而不断分合，酿成事故。

3.3 自动化装置内部防跳回路设计

当前中国电力系统在运行中已经实现了较多的自动化操作，自动化装置内部实施防跳回路设计，为当前电力系统高压断路器防跳回路设计中的主要设计方式。具体在实施中，自动化装置内部防跳回路设计作业的实施主要通过在线路板上直接焊接的方式，使电力系统自动化装置内部结构运行中具备防跳功能。在自动化装置内部实施防跳回路设计，需要注意的事项为：设计作业中防跳继电器的电流线圈额定电压应与断路器操动机构分闸线圈的额定电流相匹配，避免电压电流不匹配，造成的防跳设计效果无法发挥，出现安全事故。在实际运行中，如保护装置到断路器柜之间的回路出现故障，则其防跳功能失效，无法发挥防跳设计效果。因此在实际应用中落实装置内部的回路检修、装置检修维护，也为重要的作业内容。

3.4 保护装置与断路器本体二次防跳回路设计

保护装置与断路器本体二次防跳回路设计为两种常见防跳回路设计技术。从当前的实际应用现状方面分析，两种防跳回路设计均有应用。保护装置防跳回路设计在实际应用中能够实现远程合闸中的防跳效果，断路器本体二次防跳回路设计能够实现就地合闸中的防跳效果。

从电力系统的设计运行管理方面分析，远程操控和就地操控均为两种重要的操控作业模式，两种防跳回路设计均无法全面满足电力系统中的防跳运行需求，但同时受限于中国电力技术方面的相关规则，只能选择一套防跳回路设计，从目前的实际应用现状看，保护装置防跳回路设计的应用占比较高。另外从远期电力系统的智能化改造方面分析，电力系统运行中涉及大量的远程操控作业，因此保护装置防跳回路设计的应用具备较高的优势。

4高压断路器防跳回路异常与改进

4.1 防跳回路异常

以某电站500kV断路器防跳回路缺陷为对象进行分析，在对母线进行检修试验时，操作断路器出现合闸后立即跳闸的情况。工作人员进行现场检修后，发现第一次手动合断路器时，断路器C相防跳闭锁继电器并未返回，由此母差保护跳开断路器后，再次和断路器、断路器C相无法合上，最终因为三相不一致而造成断路器跳开。然后将第一路操作电源开关断开后，断路器C相防跳闭锁继电器返回，断路器合闸后无异常。

4.2 操作回路分析

在正常情况下断路器发出合闸命令后，C相合闸保持继电器动作并且自动保持合闸令确保断路器能够可靠合闸，在断路器合闸操作后，断路器辅助接点会将合闸回路断开，并接通防跳闭锁回路。此种情况下如果未正常收回合闸令，则防跳继电器将会持续被励磁，以免断路器出现跳跃问题。如果正常收回合闸令，则继电器电流会小于返回电流，将操作电源断开以后，防跳继电器将会返回。

4.3 防跳异常分析

4.3.1 回路分析

对断路器操作回路进行检查分析，断路器C相合闸回路没有任何寄生回路，这样在收回合闸令后，并无其他回路造成防跳继电器动作。但是因为继电器存在未返回情况，而导致防跳继电器一直被励磁。

4.3.2 继电器分析

将继电器作为试验分析对象，合闸保持继电器为1.5V电压继电器，可得到继电器试验数据。通过多项数据分析后可以得知，操作箱返回电压小于备用操作箱合闸保持继电器返回电压，并且试验结果具有离散性特点。以欧姆定律为依据，可计算得到防跳继电器介入后回路电流数值，其与返回值非常接近，而造成返回动作不稳定。

4.3.3 合闸插件

对操作箱C相合闸插件进行更换，然后对断路器进行多次合闸试验，未出现防跳继电器未返回现象，可证明防跳缺陷消除。

4.4 分压电阻不匹配

在对断路器防跳回路缺陷进行试验分析时，发现防跳继电器分压电阻不匹配，该电站500kV断路器防跳回路此问题比较突出。断路器操作回路内防跳继电器额定电压为110V，直阻大约为1.4kΩ，分压电阻数值为370Ω。现在操作回路电压数值在230V左右，防跳继电器动作以后，可确认其电压数值大约在180V左右，电压比较高。为消除此种问题，需要基于防跳继电器特征来选择确定匹配度高的分压电阻，与生产厂家联系后确认此处电阻匹配不合适，同时与电站内其他相似回路进行对比分析后，最终确定此位置应选择1.2kΩ左右的分压电阻。同时，还要兼顾操作回路进行分析，选擇应用较大电阻，可以在降低回路电流后，合闸后有利于继电器返回，因此，在实际生产中厂家需要根据分析结果，来选择大小合适的分压电阻，对原来所用分压电阻进行更换。

5 结语

为保证电力系统的生产安全，防止断路器发生跳跃现象至关重要。在此过程中，应使断路器的电气防跳回路更加可靠与完善，避免因为防跳回路缺陷而出现“跳跃”问题。因此需要总结实践经验，对断路器防跳回路存在的缺陷进行分析，然后基于实际情况，判断问题原因后，采取有效措施来进行调整和优化，维持回路正常运行。

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作者简介：

段素政（1987.11.28—），男，汉族，籍贯：江苏，中级职称，本科，单位：华润电力（泰州）有限公司，研究方向：发电厂电力系统

（作者单位：华润电力（泰州）有限公司）