断路器操作回路的深入分析与探讨

康丽萍

（国家能源集团江西电力有限公司万安水力发电厂，江西 万安 343800）

0 引言

某电厂在校验完110 kV 线路保护装置后，用保护对断路器进行传动试验，在进行防跳跃试验时，断路器发生了跳跃现象，这在实际运行中是一个非常重大的隐患。

1 该厂设备运行及改造过程

该厂于1990 年投产发电，其110 kV 系统首先投运，线路开关为上海华通开关厂生产的SF6组合电器，因该产品为20 世纪80 年代的产品，产品质量并不良好，经常出现缺陷，与其共同投运的线路保护为“四统一”晶体管保护装置，在90 年代因保护装置换型改造，改用了美国SEL 继电器组装的微机型线路保护装置，因SEL 继电器并不带操作箱，采用外配继电器组成带操作箱的一套线路保护装置。

该厂因110 kV 系统母线发生过熔化短路故障，在2003 年对110 kV 系统进行了换型改造，改用了厦门ABB 公司整体设计的一套配电系统，于2003年12 月投运至今。

继电保护装置的运行周期为10～12 年，该厂2013 年将原SEL 继电器保护装置更换为目前的北京四方公司的CSC 线路保护装置。

2 产生跳跃现象隐患的分析

2.1 串联防跳的原理

国产的保护回路大多采用串联启动方式来实现断路器防跳跃功能，即由电流启动TBJ 电流线圈，然后由TBJ 常开接点串联其电压线圈自保持来断开合闸回路。其原理如图1 所示。

图1 串联防跳原理示意图

当手合令SHJa 闭合，正电源通过跳跃闭锁继电器常闭接点1TBUJa——断路器辅助接点DL——合闸线圈HQ——负电源，断路器进行合闸。若合闸于故障时，保护动作跳闸使1TJR 闭合，正电源经TJR 至跳跃闭锁继电器电流线圈、断路器常开接点（因断路器已经合闸，此时常开接点闭合）、跳闸线圈，最后到负电源对断路器进行跳闸操作，因跳跃闭锁继电器电流线圈流过电流，跳跃闭锁继电器电流线圈1TBIJ 励磁，一方面使跳跃闭锁继电器常开接点1TBUJ 闭合，常闭接点1TBUJa 断开，切断合闸回路，另一方面由防跳跃继电器电流启动的接点1TBIJ 闭合，启动其电压线圈1TBUJ 励磁，使1TBUJ进行自保持。若此时合闸令还没返回，跳跃闭锁继电器1TBUJ 其电压线圈在手合令的正电源下自保持，直到合闸令返回后失去正电源使1TBUJ 失磁返回，完成跳跃闭锁功能。

2.2 导致防跳跃失效的原因

2003 年110 kV 改造后开关操作回路接线图如图2 所示。

图2 110 kV GIS 室改造后开关操作回路接线图

在开关改造结束，操作回路送电后发现开关分闸状态下合闸指示灯及分闸指示灯都亮，检查回路发现分闸位置TWJ 与合闸继电器-KOE（非合闸线圈）串联进行了分压（回路部分，当时并没有断路器辅助接点-S0 串接到负电源），使分闸位置继电器TWJ 励磁动作。为了解决该问题，保护人员在合闸继电器-K0E 后面串接了一对断路器常闭接点-S0，当断路器合闸后，串接的断路器常闭接点-S0 断开负电源，从而使跳闸位置继电器TWJ 不励磁。

在2013 年保护改造的时候，因相关规程及反措要求断路器如自带防跳跃功能的，优先使用断路器本体防跳跃功能（在此之前一直使用操作箱的防跳功能），因此取消了保护盘操作箱内的TBJ 防跳跃功能，合闸回路直接经4D35 接至断路器的合闸继电器-K0E 上，具体接线图如图3 所示。

图3 改用断路器本体防跳跃功能后回路接线图

合闸时正电源经合闸接点SHJ 直接加到了4D35 的103 回路上，从图2 中我们可以发现，103合闸回路是直接启动的合闸接触器-KOE，-KOE合闸接触器再启动合闸线圈回路，正电源经联锁继电器-KOV 常闭接点至合闸接触器-KOE 接点，至防跳跃继电器-K201 常闭接点，到压力闭锁-K204常闭接点，到断路器辅助接点-S0，经合闸线圈-Y1，通过合闸接触器的另一对接点-KOE 到负电源进行合闸。同时正电源经过合闸接触器接点与断路器辅助接点-S0 防跳跃继电器-K201 至负电源，使防跳跃继电器-K201 励磁。

防跳功能分析：断路器防跳跃（图2 底部回路部分）并不能起到防跳作用，原因为合闸继电器后面加的断路器辅助接点-S0，在断路器合闸到位后该常闭接点会断开回路，使跳闸位置继电器失磁，不发生合闸指示灯与分闸指示灯同时亮的现象，但同时也会使合闸接触器-KOE 失磁，使防跳跃继电器-K201 失去正电源失磁返回，防跳跃继电器-K201 常闭接点也将返回闭合，造成防跳跃回路不能断开合闸线圈-Y1回路。因此当合闸于故障上，合闸令没有返回时，断路器将因合闸接触器后面的断路器辅助接点-S0 的开-合-开-合......现象，而发生断路器跳跃现象，直到合闸令返回或因断路器压力降至闭锁位置才停止跳跃。

现场检查实际接线是在负电源至合闸继电器-K0E 线圈回路中-X201:4 与-X201：6 之间串接了一断路器常闭辅助接点（-X701:32/-X701:31）。

2.3 初步的解决办法

（1）将合闸接触器后面的断路器辅助接点-S0短接取消。

（2）将跳闸位置继电器直接经断路器辅助接点-S0 接至负电源，不与合闸接触器-KOE 串接。经过改线后，试验防跳功能恢复正常。

3 扩展分析

（1）断路器控制回路有如下基本要求该厂没有满足

1）合、分闸脉冲电流应直接作用于断路器的跳、合闸线圈，对电磁操作机构的断路器，合闸电流很大，需通过合闸接触器接通合闸线圈。该厂跳、合闸线圈为154 Ω，操作电源为直流220 V，合闸电流2 A 不到，完全可以不经合闸接触器-KOE 去启动合闸回路。

2）根据GB/T 14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》中6.1.11 发电厂和变电所中重要设备和线路的继电保护和自动装置，应有经常监视操作电源的装置。各断路器的跳闸回路，重要设备和线路的断路器合闸回路，以及装有自动重合装置的断路器合闸回路，应装设回路完整性的监视装置。该厂目前运行的110 kV 断路器操作回路，不能满足该条规程要求，监视不了回路完整性。

（2）对该厂断路器操作回路改进的思路

要满足断路器操作回路的基本要求，那么就要取消合闸接触器-KOE，使合闸脉冲直接加在合闸线圈回路上，查看图2 底部可以发现，在合闸线圈回路中串接了-K0V 联锁继电器接点，而启动联锁继电器如图4 所示，为本单元的-Q1、-Q9 两把隔离开关的常开辅助接点，与合闸压力闭锁接点S1 并接在一起，只要合闸压力闭锁不动作就能启动联锁继电器励磁接通合闸正电源，而在合闸回路中已经有合闸压力闭锁继电器-K204 的常闭接点在回路中串接进行断路器合闸闭锁功能，因此认为该联锁功能为重复设计，可以说增加了回路的复杂性。

图4 联锁继电器接线图

在目前，该厂机组出口开关及220 kV 主变进线间隔开关、出线开关机构均采用了ABB 操作机构，在所有机构上的操作回路均没有合闸继电器进行扩容，而是直接作用于分、合闸线圈上。也没有该厂110 kV 断路器合闸回路中的联锁，因断路器操作不受任何刀闸、接地刀闸限制，可以直接进行分合断路器操作。改进方法如图5 所示。

图5 改线示意图

在跳闸位置继电器TWJ 后面串接一断路器辅助常闭接点，用于断开合闸后TWJ 与防跳跃继电器-K201 之间的分压，合闸103 回路不接入合闸继电器-K0E 回路中，而接至断路器机构中防跳跃继电器-K201 与合闸继电器接点-K0E 之间，短接合闸线圈-Y1 至负电源的合闸继电器接点-K0E，这样既能满足合闸回路直接作用于合闸线圈的条件，又能满足对合闸回路完整性的监视功能，还能保留现地合闸启动合闸继电器的联锁功能。

（3）220 kV 设备改造注意的事项

在220 kV 系统改造中，我们发现变压器进线间隔开关由三相联动机构取代了原来的分相机构，设计中只是简单地将原来的分相操作箱跳、合闸回路进行短接设计，虽然能进行跳、合闸操作，但如果是保护动作跳闸将不能点亮操作箱保护跳闸信号灯，跳闸回路原理如图6 所示。

图6 操作箱原理图（四方JFZ-12TB 型）

手动操作跳闸为1STJ，经1STBJ 电流线圈至133 跳闸回路进行跳闸操作，而保护动作去调整是由1TJR、1TJF 进行跳闸，保护动作后正电源经1TJR、1TJF——1TXJ——1TBJ 到133 跳闸回路，其中1TJX 为保护跳闸信号继电器，当跳闸回路并接后，另外两相跳闸回路将进行分流，使1TJX 电流不够无法点亮操作箱保护跳闸信号指示灯。设计院设计图如图7 所示。

图7 设计院设计图

跳闸电流I为跳闸电流Ia、Ib、Ic三路电流和，因此1TXJa 流过的电流为原电流的1/3，无法满足该信号继电器的灵敏度导致保护跳闸时无信号灯。

解决办法：

（1）在操作箱板件中调整跳闸电流，使电流满足1TJX 启动电流，5 号主变操作箱为南瑞分相操作箱，该操作箱跳闸电流通过跳线可从0.5～8 A 进行跳闸电流调整，在该厂5 号机投运时已检验方法可行。

（2）保留一块跳闸插件，拔出另外两块跳闸插件，将分相操作箱变成一块A 相插件的三相操作箱，在该厂3 号主变、4 号主变投运时证明方法可行。

4 结束语

通过原理与历史改造分析，对设备改造后或者在操作回路改线后可能出现工作中考虑不到的功能，必须经过断路器传动试验，断路器动作及各种闭锁功能正常后，方可投入运行，这篇文章总结的经验供电气专业人员在实际改造工作中借鉴。