断路器操作回路中防跳继电器灵敏度的选择

■ 嘉兴电力局 刘永兴

0 引言

在断路器二次回路设计、安装过程中，必须使断路器操作机构的二次回路和保护装置的二次回路衔接得当，以保证控制回路完整正确可靠地工作，因此在设计和安装施工时必须要考虑断路器和保护装置接口的问题，否则会产生一些附加问题。

1 保护装置防跳回路原理

采用保护装置防跳闭锁继电器的断路器控制回路如图1所示，图1中防跳继电器TBJ有两个线圈，即电流线圈和电压线圈，电流线圈为起动线圈，电压线圈为自保持线圈。SHJ为手合触点，ZHJ为重合闸触点，HBJ为合闸保持继电器，HQ为合闸线圈，DL为断路器辅助触点，STJ为手跳触点，TJ为保护动作跳闸继电器触点，TQ为跳闸线圈。TB2防跳是应用时间最长、最为经典、也最为常用的一种防跳回路，当控制开关接通，断路器合闸，如合到故障线路，保护动作，断路器跳闸，TBJ电流线圈起动，TBJI触点闭合自保，此时，如遇控制开关未复归或其触点卡住等情况，即使合闸脉冲未消除，由于TBJ的电压线圈动作并自保，TBJv常闭触点断开了合闸回路，使断路器不会再次合闸，断路器等电气元件不会再次受到短路电流的冲击，只有合闸脉冲解除，TBJ的电压线圈断电后一接线才恢复原来的状态。因此，TBJ防跳只有在跳闸回路动作后才起动，是一种电流起动，电压自保的“串联防跳”。TBJ防跳，其特点是回路复杂但工艺简单，实现比较容易。

2 防跳继电器参数选择的技术要求

1)电流起动电压自保持的防跳继电器，其动作时间应不大于断路器的固有跳闸时间。目前，220 kV及以下大多断路器的固有跳闸时间大都在30～50 ms之间。

2)电流起动电压自保持的防跳继电器，其电流线圈额定电流的选择应与断路器跳闸线圈的额定电流相配合，并保证动作的灵敏系数不小于1.5。自保持电压线圈按直流电源的额定电压选择。

3)电流起动线圈动作电流的整定可以根据选用的继电器线圈额定电流的80%整定。

4)电压自保持线圈按80%额定电压整定。

3 防跳继电器选择中存在的问题

断路器操作回路中所用的防跳继电器由于其使用范围的特殊性，考虑到分合闸都是短时工作制，因此动作的可靠性、灵敏度是非常重要的。防跳继龟器相对适用范围不大，一般在设计中常按以往经验选择。实际上由于操作机构的不同，应该充分考虑可靠性及灵敏度来选择防跳继电器。

某变电站选用西门子3APl-FG型断路器，其控制回路选用DZK-141型0.25 A防跳继电器，投入运行的一年多时间里，则经常发生断路器分闸时不成功，且防跳继电器连续烧坏情况。3APl一FG型断路器控制原理图如图1所示。从图l中可以看出，TBJ电流线圈TBJ。的阻值对于跳闸线圈的影响很大，经查数据及测量得到各线圈阻值为：TBJ1(0.25 A、130 Q、8 W)；分闸线圈TQ(50 Q、110 V)。

虽然分闸线圈设计为短时工作制，但由于要求有较大的出力来使开关分闸，其功率相对来说是较大的，TQ的功率为1102/50≈242(W)。可以计算出，分闸时在TQ上的压降为(110／(50+130)]×50≈30.56(V)(假定在手动分闸情况)，此时TQ上压降为其控制电源额定电压值的30.56／110≈27.78%，达不到能使分闸线圈TQ可靠动作的30%～65%之间的额定电压。此时，TBJ电流线圈上获得的电流为110/(50+130)≈0.61(A)，引起的发热功率P=fR=0.612x 130≈48.54(W)，远大于8W的要求。由此可见，在分闸回路未能可靠动作情况下，TBJ电流线圈上获得的功率太大，TBJ电流线圈发热烧毁是不可避免的，而分闸回路不能可靠动作的主要原因就在于防跳继电器的选择有问题。

4 防跳继电器的正确选择

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TBJ的选择除了要使分闸线圈可靠动作之外，还应保证其自身动作的灵敏度。灵敏度的定义是系统在最小运行方式下的最小动作电流与保护装置动作电流之比值，最小运行方式下的最小动作电流指的就是系统阻抗为最大时的动作电流，在本例中就是指在某一状态下TBJ电流线圈TBJI流过的最小电流与其额定动作电流的比值，即KLM=Ld.min/Idz，按设计要求防跳继电器的动作灵敏度Klm≥1.5。在本例中，如果不考虑触点电阻，则使TBJ1动作的最小动作电流发生在保护跳闸回路动作情况(合闸位置继电器非跳闸回路，不予考虑)，经查信号继电器的阻抗RTXJ为3.6Ω。表1为防跳回路中各数据计算值。

根据以上计算，可以看出防跳继电器额定电流在此例中以选择1.00 A为宜，在跳闸时TBJ电流线圈上的功耗较小，而其动作绕组的动作灵敏度为2.31，这样既可以保证分闸线圈的可靠动作，又有了完全符合要求的灵敏度。从保持绕组方面看，电压保持绕组回路较简单，基本不存在阻碍动作的因素。从实际使用的情况来看，也完全达到了预期的效果，重新选型后再未出现过防跳继电器烧毁现象。

5 防跳继电器灵敏度参数选择在工程实践中的必要改进

选择防跳继电器灵敏度参数的国家相关技术标准充分考虑了其动作的灵敏度，但均未对防跳继电器最大灵敏度作出相应的技术规定，也就是没有对防跳继电器最小动作电流作出限制。然而由于变电站实际运行中存在由直流接地、交流电穿入直流引起的电缆分布电容充放电等现象无法避免，同时南瑞等公司生产的操作箱中存在防跳继电器最小起动电流太小现象。220 kV母联(分)、主变开关目前普遍使用南瑞保护公司生产的RCS-974FR系列操作箱，变电站因此多年来多次发生母联(分)、主变开关不明原因跳闸。

6 变电站220kV母联(分)、

主变开关不明原因跳闸的分析试验

6.1 一起变电站220kV母联开关误动事故的分析

6.1.1 跳闸前状态

正常运行方式：220kV系统单数命名线路接220kV正母运行，双数命名线路接220kV副母运行，220kV母联开关运行，220 kV旁路开关由正母对旁母充电。220 kV母联开关负荷：P：26.8 MW，Q：-6MVar，I：77A。天气为小雨。

6.1.2 简要经过

2007年6月7日12：08，220kV母联开关跳闸。监控后台显示l10 kV母差开入变位、220 kV,母差开入变位、直流屏绝缘过低、220 kV故障录波器起动、事故总信号报文出现，同时后台报文显示220 kV母联开关合位复归、220 kV母联开关分位动作、220 kV母联开关油泵起动、110 kV母差开入变位信号复归、220 kV母差开入变位信号复归、直流屏绝缘过低信号复归(直流屏绝缘过低信号瞬时复归)。现场检查220 kV母联开关间隔一次设备正常，机构压力正常，室外下小雨，故障录波器报告显示区内无故障。直流屏绝缘过低信号复归后对直流装置进行检查：正对地102 V，负对地125 V。220 kV母联充电保护液晶屏无跳闸报文显示。

6.1.3 检查情况

1)绝缘检查

用1000V摇表对220kV母联开关二次回路进行绝缘检查，重点测试了跳、合闸回路与控制、信号、保护正电源之间的绝缘电阻，测试结果正常。当测试220 kV母联开关机构箱交流电源与控制、信号、保护回路之间绝缘时，发现220 kV母联开关机构箱交流电源C相与直流回路间的绝缘电阻与正常值相比明显偏低。测试结果如表2。

2)断路器动作电压试验

断路器动作电压测试情况如表3，数据合格。

6.1.4 保护整组试验

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保护整组传动试验情况一切正常。

6.1.5 操作箱有关继电器的进一步检查

该母联开关的操作箱为南瑞公司生产的RCS一974FR三相操作箱，母差保护动作触点直接并到防跳继电器的开关跳闸回路，无中间重动继电器转接。在对防跳继电器最小起动电流试验(试验接线如图2)时，发现仅八十几毫安防跳继电器就能动作。

6.1.6 分析及应采取的措施

尽管母差保护与母联断路器的操作屏置于同一小室，但还是有一定距离，很可能为当直流接地时，电缆分布电容的充放电过程导致防跳继电器误起动。因此母联断路器误动的原因初步判断为防跳继电器最小起动电流太小造成。由于直流接地、交流电穿入直流引起的电缆分布电容充放电等现象在实际运行中无法避免，必须提高防跳继电器的最小起动电流指标。浙江电力公司企业标准规定动作电流范围应为25%～50%断路器跳闸线圈额定跳闸电流，原电力部和国家电网公司的有关技术规程均未对操作箱内防跳继电器最小起动电流作出相应的技术规定。

6.1.7 电缆分布电容充放电验证性试验

我们到一个即将投产的变电所进行了有关电缆分布电容充放电试验，试验接线如图3，首先在直流负端加入工频交流电源(电压可调)，有关测试数据如表4。

可见交流电穿入直流引起的电缆分布电容充放电电流数值达到几十毫安左右。考虑到实际故障点处可能存在电弧，即存在高次谐波分量，高次谐波分量与工频分量对电缆电容充放电影响的程度也进行了比较试验，在直流负端加入了三倍工频。频率的交流电源(电压可调)，有关测试数据如表5。

可见若考虑到实际故障点处可能存在电弧，即存在高次谐波分量，比基波更容易通过电容耦合到回路中，极易使防跳继电器误动。

6.2 结论

通过现场反复试验分析后，我们发现在变电站正常运行时长电缆电容充放电有关防跳中间继电器误动。目前220 kV母联(分)、主变开关目前普遍使用南瑞保护公司生产的RCS一974FR系列操作箱，该操作箱内防跳继电器最小起动电流太小，现场试验发现出厂整定只有八十几毫安，在直流电源有波动或有一定干扰情况下断路器极易误跳。所以在设计、安装施工过程中，为防止在直流接地、交流电穿入直流系统等异常情况下长电缆电容充放电使断路器发生误跳，注意适当提高防跳继电器最小起动电流，把防跳继电器最大灵敏度整定到不大于5.0，提高其抗干扰能力。

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