几种常见断路器的防跳回路的对比

林矗

摘要：本文讨论了三种不同类型的防跳回路，根据其接线方式的不同，其动作原理也不同。经过对比讨论，笔者认为，VD4真空短路性新型机械防跳回路，具有结构简单，安全性高等优点。

关键词：高压断路器；防跳回路；VD4型真空断路器；合分闸脱扣器

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1674—3024（2016）11—271—02

前言

在供电系统中，凡是对一次设备进行操作、控制、保护、测量的设备，以及各种信号装置，统称为二次设备，二次设备及其有关的线路叫做二次回路。高压断路器合分闸回路是控制与保护回路设计的重要内容之一。合分闸回路出现故障会引起高压断路器误动或者拒动，会影响设备的正常运行，严重的情况，会造成故障扩大化，甚至导致整个配电系统崩溃。因此，合分闸回路的设计必须严谨可靠。在合分闸回路中，需设计有防跳回路，否则在合分闸回路同时接通时会导致高压断路器发生跳跃性合闸，造成严重后果。防跳回路是指防止跳跃的电气回路。开关装置配有电气的分闸和合闸按钮，当分闸按钮一直按下时，开关分闸，如果此时合闸按钮也一直按下，开关就会出现合闸后立即分闸，分闸后又合闸的跳跃动作。

国内“防跳”回路最初是通过控制室二次操作回路的接线来实现的，国产断路器基本不具备电气“防跳”功能。后来随着进口断路器（如ABB公司VD4型真空断路器）的引进，断路器机构本身带了功能，这主要是为了防止没有外部防跳回路时，运行中或现场调试时出现多次“跳跃”，损坏机械设备。当时考虑到进口断路器操作机构回路修改手续比较繁琐，而且其防跳继电器质量不错，机构箱密封性能好，这就开始出现了采用断路器机构箱“防跳”，而停用操作箱“防跳”的情况。本文将对南京自来水公司城南水厂运用的几种防跳回路进行分析对比，并就应用中出现的问题进行探讨。

1开关柜控制室内典型防跳回路接线

早期的防跳回路是通过控制室内的二次操作回路接线来实现的（如笔者最早接触的上海华通产的JYN-12型落地手车式高压开关柜，即属于此类），即防跳继电器TBJ由电流启动，该线圈串联在断路器的跳闸回路中。电压保持线圈与断路器的合闸线圈并联。当合闸到故障线路或设备上，则继电保护动作，保护出口接点TJ闭合，此时防跳继电器TBJ的电流线圈启动，同时断路器跳闸，TBJ的常闭接点断开合闸回路，另一对常开接点接通电压线圈并保持。若此时SK（5—8）或HJ接点不能返回而继续发出合闸命令，由于合闸回路已被断开，断路器不能合闸，从而达到防跳目的。我们经常称之为“电流启动，电压保持”。另外，当TBJ启动后，其并联于保护出口的常开接点闭合并自保，直到断路器常开辅助触点变位为止。有效地防止了保护出口接点断弧。其原理图详见图1。

2断路器内典型防跳回路接线

目前在6～10kV中压系统中使用较多的为ABB公司生产的VD4型真空断路器，其生产的35kV等级的HD4型SF₆断路器的防跳回路设计与VD4型真空断路器较为类似。在本章中，笔者将以VD4型真空断路器防跳回路设计为例，介绍两种不同的断路器内典型防跳回路接线。

2.1采用有防跳继电器K0的防跳回路

在早期的VD4型真空断路器内，安装有防跳继电器KO，并形成专门的防跳回路来实现防跳功能。即防跳继电器KO的电压线圈并联在断路器的合闸回路上（如图2所示）。例如一个持久的合闸命令存在时，合闸整流桥输出经Y3，S2，S3，S1，KO（2—1）接通。断路器合闸后，并联在合闸回路的辅助接点S3′闭合，启动防跳继电器KO，KO接点即由2—1位置切换到4—1位置，断开合闸回路并保持。若此时线路或设备故障，继电保护动作跳闸。但由于合闸回路已可靠断开，从而防止了开关跳跃。（目前我厂变电所和二泵房在用）

2.2无防跳继电器的防跳回路

约从2007年起，ABB公司更改了VD4真空断路器的合分闸回路设计，开始采用新型安全型双线圈设计脱扣器，分合闸脱扣器完全相同。分合闸脱扣器皆可承受被长期通电而不会烧毁。分合闸脱扣器安装在脱扣器功能模块中，整个模块可以进行简单快速的更换，并同时保持断路器参数的稳定性。以合闸线圈为例：

每个脱扣器包含有一个动作线圈（5-3端子间）和一个保持线圈（3-4端子间），并集成了一整套控制保护电路。动作线圈的额定功率为200W，保持线圈的额定功率仅为5W。其动作步骤如下：

（1）在无合闸命令状态下，受IC控制的电子开关M1和M2皆处于关断状态，动作线圈和保持线圈都不被导通。

（2）如果脱扣器接受到的合闸命令小于设定的门槛电压，也就是低于60%的额定二次工作电压时，IC控制的电子开关M1和M2仍然不被导通，动作线圈和保持线圈中没有任何电流通过，脱扣器不动作。

（3）如果脱扣器接受到的合闸命令高于设定的门槛电压，也就是60%的额定二次工作电压时：

①在前0～100ms时间内，脱扣器控制模块IC的Out 4处于高电平状态，M1导通，动作线圈得电，脱扣器启动并推动断路器机构完成合/分闸动作。此时电流流经回路为：端子5—动作线圈一端子3—M1。动作线圈功率为200W，也就是说假设脱扣器额定电压为220V时，动作线圈的阻值约为200Q，动作电流约为1A。

②经过100ms后，控制电路模块IC的Out4变成低电平状态，M1关断断开动作线圈。同时IC的Out2变成高电平状态，M2导通，保持线圈得电。此时电流被切换到新的回路：端子5一脱扣器的动作线圈一脱扣器的保持线圈一端子4—M2。保持线圈的功率仅为5W，保持电流仅为极低的数十毫安，线圈发热量极少。由于电磁铁的特性，此毫安级的电流足以使得铁心被可靠保持在吸合位置。

由该脱扣器动作分析可知，在接受指令完成一次合闸动作后，该脱扣器保持线圈将得电，使脱扣器一直保持在吸合状态，此时如果断路器因故障跳闸，即使合闸命令仍然存在，但因为合闸脱扣器一直没有复位，而使得断路器无法再次完成合闸，从而达到防止跳跃性合闸的目的。（目前我厂一泵房在用）

3 VD4真空断路器两种防跳回路的比较

采用了双线圈设计的新型脱扣器，大大简化了断路器内部合闸回路的设计，和ABB公司上代VD4型真空断路器相比具有以下优点：

（1）更高的安全性，有效保护脱扣器线圈在各种极端工况下不被烧毁，同时保证断路器动作时间更加准确；

（2）极大简化了合闸回路的设计，提高断路器整体可靠性；

（3）与机构配合，实现可靠的机械防跳功能。

4几种防跳回路的对比与讨论

防跳功能是指一个合闸命令，无论保持的时间有多长，都只能使断路器合闸一次。第二次合闸必须在前一个合闸命令消失之后，由重新发出的第二个合闸命令触发。

简单的说：

（1）传统断路器的防跳功能是靠一个自保持的继电器回路实现的。在开关柜控制室内的防跳回路是通过电压保持线圈实现该项功能，在电流线圈启动后，电压线圈切断串联在合闸回路内的辅助触点，使得合闸线圈无法得电动作。

（2）传统VD4上，这个继电器是合闸回路中的K0。一个长期存在的合闸命令将使K0继电器在断路器合闸到位后动作，切断合闸线圈回路，使得断路器避免跳跃合闸。这两种防跳回路的区别在于，前者必须有跳闸信号存在，启动电流线圈，才能实现防跳功能，而后者无论跳闸信号是否存在，一次合闸命令只能完成一次合闸动作。

（3）新VD4上，没有电气防跳的K0回路，防跳功能完全由脱扣器本身和操动机构机械配合实现：当一个合闸命令持续存在时，在驱动断路器动作一次后脱扣器将被持续保持在吸合位置。在这种情况下，即便是断路器分闸并储满能量，保持在吸合位置的脱扣器也使操动机构无法复位到准备合闸的条件。只有当合闸命令消失，脱扣器铁心返回后操动机构才能复位，从而实现了防跳的功能。

与电气防跳相比，机械防跳具有以下优点：

（1）从原理可以看出，机械防跳与外界综保的电气回路永远不产生任何冲突。新VD4的实际运行经验也显示了这一点。

（2）新VD4机械防跳的设计使得操动机构对手动合闸操作也具有防跳功能，也就是说，一个手动合闸操作也只能使得断路器合闸一次。新VD4更安全的保护了运行人员的安全。

（3）机械防跳本身没有电气防跳继电器断线、接点接触不良等风险，更加安全可靠。