高压交流断路器防跳回路原理与防跳失败原因浅析

段俊杰

摘要：众所周知，在高压交流断路器控制中，“防跳跃”功能回路是不可或缺的构成内容之一，也是保证高压交流断路器设备安全的重要措施。

关键词：高压交流断路器;防跳回路原理;防跳失败;原因

1高压断路器概述

额定电压在3KV以上，能够关合、承载和开断运行状态的正常电流和在规定时间内关合、承载、开断规定的异常电流如短路电流、过电荷电流的开关电器统称为高压断路器。高压断路器按灭弧介质的不同可分为：少油断路器、多油断路器、SF6断路器、压缩空气断路器等。一般来说它具有以下基本结构：通断原件、操动机构、传动机构、绝缘支撑元件、基座等。这些结构构成的高压断路器在电网中有控制和保护的作用，分别是：（1）根据电网运行的相关要求，将要求的部分电气设备及线路从运行状态转化为退出、备用、检修等状态。（2）在电器设备或电路发生故障时，通过继电保护装置及自动装置的作用将电网中的故障部分切除，保障无故障部分可以安全稳定的运行，保护相关的电气设备和电路安全。

1.2防跳原理

通常造成高压交流断路器跳跃有以下2种情况：a.高压电气设备发生接地或短路故障，保护动作跳开高压交流断路器，若此时操作箱内合闸脉冲未解除，会导致高压交流断路器反复跳合闸;b.高压交流断路器机构箱内有问题，如合闸按钮粘死，此时手动分闸，也会导致高压交流断路器跳跃。针对这2种跳跃情况，现主要采取高压交流断路器机构箱防跳方式加以应对，防止高压断路器跳跃。常见的防跳回路设计有：串联式防跳、并联式防跳、弹簧储能式防跳、分闸线圈辅助接点式防跳等4种。高压交流断路器大多采用并联式防跳，下面以并联的防跳回路进行分析。为了模拟跳跃现象产生的条件，将分合闸命令同时给出，高压交流断路器处于分闸状态，合闸线圈受电启动，完成合闸，辅助开关接点接通，防跳继电器开始受电;与此同时，分闸线圈受电启动，分闸动作完成后辅助开关接接通，则K12继电器的节点断开，使合闸回路不能导通;同时继电器的节点导通，与其线圈形成自保持回路，以保证合闸回路处于不导通状态，从而实现防跳功能，使高压交流断路器最终处于分闸状态。

2防跳失败原因分析

防跳失败多发生在线路故障高压交流断路器进行自动重合闸的过程中，合闸命令和分闸命令同时发出，合-分闸过程中辅助开关、触点转换太快，防跳继电器的线圈励磁吸合时间过长，即防跳继电器的吸合时间大于合-分闸过程中辅助开关、触点的金属短接时间，防跳继电器没有吸合，没有形成自保持回路，防跳继电器触点没有切断合闸回路，造成高压交流断路器又进行合闸操作，这样在重合闸的过程中高压交流断路器将连续进行分-合-分-合的操作，这样不仅对高压交流断路器本身有损害，而且还可能造成上一级的电站设备发生跳闸事故，造成更大面积的停电事故。所以为了使防跳回路更加可靠，在选用防跳继电器时，要选用吸合时间短的继电器，而辅助开关选择时，要装配到本体上，测试辅助开关的转换时间，原则是辅助开关的转换时间要大于防跳继电器的吸合时间。防跳继电器的吸合时间和辅助开关的转换时间可以用Ko-cos特性仪、示波器等设备进行测试。下面是用Kocos设备测量的继电器吸合时间50 ms，。而与之相配合的辅助开关在CO过程中，触点的金属短接时间为16 ms。这样辅助开关的转换时间小于了防跳继电器吸合时间，导致防跳失败。

3防跳回路存在问题的解决方案

3.1短路发电机直接试验法

在试验过程中，采用直流电流源的方法难度较大，因此可以采用低频的交流电流来模拟直流短路故障电流，一般选择短路发电机作为试验电源。，试验电流和功率因数由电抗器L和R调节。进行试验时，先闭合开关将短路发电机与直流断路器接通，在短路发电机达到额定转速后突然加上励磁电流，此时发电机的电压和电流便会迅速上升，在电流达到要求幅值时进行故障电流开断试验。短路发电机直接试验法可以通过增加短路发电机的数量来满足相应电压等级对短路电流和电压的要求，试验的等价性较高，且试验参数易于调节。但是冲击发电机的电流会随着频率的降低而降低，并且为避免断路器开断失败需要加装保护装置，同时冲击发电机试验室的造价昂贵，不便于维护。

3.2导电回路电阻测量试验

断路器导电回路的电阻主要取决于触头的接触电阻，测量该回路电阻的目的是检查动、静触头之间的接触电阻和连接电阻的变化以此来判断动、静触头是否接触良好。该实验可以通过电流和电压表法、平衡电桥法、直流降压法等方法进行测量。以电流和电压表法测量来介绍，先断开断路器的电源，连续分合几次开关;合上刀闸，调试好电流值，再接通MV表，并且测量三次后取平均值。在该实验中，测量时接线要将电压引线接在靠近触头的一侧，电流引线接在电压引线的外侧，而且接线不应有重叠、交叉现象，测量接头必须有良好的灵敏度，电阻值不应超过该表规定的电阻值。

3.3控制方法

a.就地控制方式下，在进行断路器合闸操作时，断路器辅助触点SOA3闭合启动机构箱防跳继电器TBJa′，并通过其常开接点TBJa′1和ZK“就地控制”选通接点形成的回路自保持，打开继电器常闭接点TBJa′3和TBJa′4，断开断路器的合闸回路。b.远方控制方式下，在进行断路器合闸操作时，一方面断路器辅助触点S0A3闭合启动机构箱防跳继电器TBJa′，并通过其常开接点TBJa′1和ZK“远方控制”选通接点形成的回路自保持，打开继电器常闭接点TBJa′3和TBJa′4，断开断路器的合闸回路;另一方面断路器合闸后，在跳闸指令作用下断路器跳闸时，启动保护操作防跳继电器TBJ， 其常开接点 TBJ2闭合自保持， 打开常闭接点 TBJ3、TBJ4，断开断路器合闸回路 。改进后的断路器防跳回路不仅使两套防跳回路共同作用， 在是否有跳闸指令情况下都能可靠起到防跳作用 ， 而且由于在跳闸位置继电器 TWJa线圈回路上串入断路器辅助触点 S0A4，解决了断路器合闸后与机构防跳继电器TBJa′ 形成 “寄生回路”， 引起 TWJa与 TBJa′同时得电引起跳闸位置继电器与机构防跳继电器动作的逻辑混乱或错误现象的发生 。提出的修改方案在改动工作上， 增加的元件只有一对（每相 ）就地—远方控制的切换开关 ZK的开闭接点和几处接线的改动 。在防跳功能上，两套防跳回路有机结合，充分发挥作用，无论是就地控制还是远方控制、跳闸指令跳闸还是合闸未成功（合位未挂上 ）跳闸， 都设有防跳功能 ， 有效防止斷路器跳跃 ;在 “寄生 ”回路的防范上 ， 解除了合闸保持继电器 HBJa电流线圈和防跳继电器TBJa电压保持线圈的相互影响的联系 ， 解决了断路器在跳 -合 -跳动作以后只能用断开操作直流复归防跳闭锁的问题， 同时避免了断路器合闸后TWJa与 TBJa′ 同时得电引起跳闸位置继电器与机构防跳继电器动作的逻辑混乱或错误现象的发生 。

结语

高压交流断路器并联防跳回路设计的关键之处在于辅助开关转换时间和继电器吸合时间的配合，在选用防跳继电器时，应选用吸合时间短的产品，即防跳继电器的吸合时间要小于辅助开关的切换时间，以保证防跳回路可靠工作。

参考文献

[1]王洋洋.配电所保护装置与断路器之间的防跳回路关系分析[J].中国科技纵横，2015（23）：120-121.

[2]兀鹏越，董志成，陈琨，许恬.高压断路器防跳回路的应用及问题探讨[J].电力自动化设备，2010（10）：106-109.