■ 嘉興電力局 劉永興

0 引言

在斷路器二次回路設(shè)計(jì)、安裝過(guò)程中，必須使斷路器操作機(jī)構(gòu)的二次回路和保護(hù)裝置的二次回路銜接得當(dāng)，以保證控制回路完整正確可靠地工作，因此在設(shè)計(jì)和安裝施工時(shí)必須要考慮斷路器和保護(hù)裝置接口的問(wèn)題，否則會(huì)產(chǎn)生一些附加問(wèn)題。

1 保護(hù)裝置防跳回路原理

采用保護(hù)裝置防跳閉鎖繼電器的斷路器控制回路如圖1所示，圖1中防跳繼電器TBJ有兩個(gè)線圈，即電流線圈和電壓線圈，電流線圈為起動(dòng)線圈，電壓線圈為自保持線圈。SHJ為手合觸點(diǎn)，ZHJ為重合閘觸點(diǎn)，HBJ為合閘保持繼電器，HQ為合閘線圈，DL為斷路器輔助觸點(diǎn)，STJ為手跳觸點(diǎn)，TJ為保護(hù)動(dòng)作跳閘繼電器觸點(diǎn)，TQ為跳閘線圈。TB2防跳是應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)、最為經(jīng)典、也最為常用的一種防跳回路，當(dāng)控制開(kāi)關(guān)接通，斷路器合閘，如合到故障線路，保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，TBJ電流線圈起動(dòng)，TBJI觸點(diǎn)閉合自保，此時(shí)，如遇控制開(kāi)關(guān)未復(fù)歸或其觸點(diǎn)卡住等情況，即使合閘脈沖未消除，由于TBJ的電壓線圈動(dòng)作并自保，TBJv常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)了合閘回路，使斷路器不會(huì)再次合閘，斷路器等電氣元件不會(huì)再次受到短路電流的沖擊，只有合閘脈沖解除，TBJ的電壓線圈斷電后一接線才恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。因此，TBJ防跳只有在跳閘回路動(dòng)作后才起動(dòng)，是一種電流起動(dòng)，電壓自保的“串聯(lián)防跳”。TBJ防跳，其特點(diǎn)是回路復(fù)雜但工藝簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)比較容易。

2 防跳繼電器參數(shù)選擇的技術(shù)要求

1)電流起動(dòng)電壓自保持的防跳繼電器，其動(dòng)作時(shí)間應(yīng)不大于斷路器的固有跳閘時(shí)間。目前，220 kV及以下大多斷路器的固有跳閘時(shí)間大都在30～50 ms之間。

2)電流起動(dòng)電壓自保持的防跳繼電器，其電流線圈額定電流的選擇應(yīng)與斷路器跳閘線圈的額定電流相配合，并保證動(dòng)作的靈敏系數(shù)不小于1.5。自保持電壓線圈按直流電源的額定電壓選擇。

3)電流起動(dòng)線圈動(dòng)作電流的整定可以根據(jù)選用的繼電器線圈額定電流的80%整定。

4)電壓自保持線圈按80%額定電壓整定。

3 防跳繼電器選擇中存在的問(wèn)題

斷路器操作回路中所用的防跳繼電器由于其使用范圍的特殊性，考慮到分合閘都是短時(shí)工作制，因此動(dòng)作的可靠性、靈敏度是非常重要的。防跳繼龜器相對(duì)適用范圍不大，一般在設(shè)計(jì)中常按以往經(jīng)驗(yàn)選擇。實(shí)際上由于操作機(jī)構(gòu)的不同，應(yīng)該充分考慮可靠性及靈敏度來(lái)選擇防跳繼電器。

某變電站選用西門子3APl-FG型斷路器，其控制回路選用DZK-141型0.25 A防跳繼電器，投入運(yùn)行的一年多時(shí)間里，則經(jīng)常發(fā)生斷路器分閘時(shí)不成功，且防跳繼電器連續(xù)燒壞情況。3APl一FG型斷路器控制原理圖如圖1所示。從圖l中可以看出，TBJ電流線圈TBJ。的阻值對(duì)于跳閘線圈的影響很大，經(jīng)查數(shù)據(jù)及測(cè)量得到各線圈阻值為：TBJ1(0.25 A、130 Q、8 W)；分閘線圈TQ(50 Q、110 V)。

雖然分閘線圈設(shè)計(jì)為短時(shí)工作制，但由于要求有較大的出力來(lái)使開(kāi)關(guān)分閘，其功率相對(duì)來(lái)說(shuō)是較大的，TQ的功率為1102/50≈242(W)?？梢杂?jì)算出，分閘時(shí)在TQ上的壓降為(110／(50+130)]×50≈30.56(V)(假定在手動(dòng)分閘情況)，此時(shí)TQ上壓降為其控制電源額定電壓值的30.56／110≈27.78%，達(dá)不到能使分閘線圈TQ可靠動(dòng)作的30%～65%之間的額定電壓。此時(shí)，TBJ電流線圈上獲得的電流為110/(50+130)≈0.61(A)，引起的發(fā)熱功率P=fR=0.612x 130≈48.54(W)，遠(yuǎn)大于8W的要求。由此可見(jiàn)，在分閘回路未能可靠動(dòng)作情況下，TBJ電流線圈上獲得的功率太大，TBJ電流線圈發(fā)熱燒毀是不可避免的，而分閘回路不能可靠動(dòng)作的主要原因就在于防跳繼電器的選擇有問(wèn)題。

4 防跳繼電器的正確選擇

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TBJ的選擇除了要使分閘線圈可靠動(dòng)作之外，還應(yīng)保證其自身動(dòng)作的靈敏度。靈敏度的定義是系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下的最小動(dòng)作電流與保護(hù)裝置動(dòng)作電流之比值，最小運(yùn)行方式下的最小動(dòng)作電流指的就是系統(tǒng)阻抗為最大時(shí)的動(dòng)作電流，在本例中就是指在某一狀態(tài)下TBJ電流線圈TBJI流過(guò)的最小電流與其額定動(dòng)作電流的比值，即KLM=Ld.min/Idz，按設(shè)計(jì)要求防跳繼電器的動(dòng)作靈敏度Klm≥1.5。在本例中，如果不考慮觸點(diǎn)電阻，則使TBJ1動(dòng)作的最小動(dòng)作電流發(fā)生在保護(hù)跳閘回路動(dòng)作情況(合閘位置繼電器非跳閘回路，不予考慮)，經(jīng)查信號(hào)繼電器的阻抗RTXJ為3.6Ω。表1為防跳回路中各數(shù)據(jù)計(jì)算值。

根據(jù)以上計(jì)算，可以看出防跳繼電器額定電流在此例中以選擇1.00 A為宜，在跳閘時(shí)TBJ電流線圈上的功耗較小，而其動(dòng)作繞組的動(dòng)作靈敏度為2.31，這樣既可以保證分閘線圈的可靠動(dòng)作，又有了完全符合要求的靈敏度。從保持繞組方面看，電壓保持繞組回路較簡(jiǎn)單，基本不存在阻礙動(dòng)作的因素。從實(shí)際使用的情況來(lái)看，也完全達(dá)到了預(yù)期的效果，重新選型后再未出現(xiàn)過(guò)防跳繼電器燒毀現(xiàn)象。

5 防跳繼電器靈敏度參數(shù)選擇在工程實(shí)踐中的必要改進(jìn)

選擇防跳繼電器靈敏度參數(shù)的國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了其動(dòng)作的靈敏度，但均未對(duì)防跳繼電器最大靈敏度作出相應(yīng)的技術(shù)規(guī)定，也就是沒(méi)有對(duì)防跳繼電器最小動(dòng)作電流作出限制。然而由于變電站實(shí)際運(yùn)行中存在由直流接地、交流電穿入直流引起的電纜分布電容充放電等現(xiàn)象無(wú)法避免，同時(shí)南瑞等公司生產(chǎn)的操作箱中存在防跳繼電器最小起動(dòng)電流太小現(xiàn)象。220 kV母聯(lián)(分)、主變開(kāi)關(guān)目前普遍使用南瑞保護(hù)公司生產(chǎn)的RCS-974FR系列操作箱，變電站因此多年來(lái)多次發(fā)生母聯(lián)(分)、主變開(kāi)關(guān)不明原因跳閘。

6 變電站220kV母聯(lián)(分)、

主變開(kāi)關(guān)不明原因跳閘的分析試驗(yàn)

6.1 一起變電站220kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)誤動(dòng)事故的分析

6.1.1 跳閘前狀態(tài)

正常運(yùn)行方式：220kV系統(tǒng)單數(shù)命名線路接220kV正母運(yùn)行，雙數(shù)命名線路接220kV副母運(yùn)行，220kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)運(yùn)行，220 kV旁路開(kāi)關(guān)由正母對(duì)旁母充電。220 kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)負(fù)荷：P：26.8 MW，Q：-6MVar，I：77A。天氣為小雨。

6.1.2 簡(jiǎn)要經(jīng)過(guò)

2007年6月7日12：08，220kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)跳閘。監(jiān)控后臺(tái)顯示l10 kV母差開(kāi)入變位、220 kV,母差開(kāi)入變位、直流屏絕緣過(guò)低、220 kV故障錄波器起動(dòng)、事故總信號(hào)報(bào)文出現(xiàn)，同時(shí)后臺(tái)報(bào)文顯示220 kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)合位復(fù)歸、220 kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)分位動(dòng)作、220 kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)油泵起動(dòng)、110 kV母差開(kāi)入變位信號(hào)復(fù)歸、220 kV母差開(kāi)入變位信號(hào)復(fù)歸、直流屏絕緣過(guò)低信號(hào)復(fù)歸(直流屏絕緣過(guò)低信號(hào)瞬時(shí)復(fù)歸)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查220 kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)間隔一次設(shè)備正常，機(jī)構(gòu)壓力正常，室外下小雨，故障錄波器報(bào)告顯示區(qū)內(nèi)無(wú)故障。直流屏絕緣過(guò)低信號(hào)復(fù)歸后對(duì)直流裝置進(jìn)行檢查：正對(duì)地102 V，負(fù)對(duì)地125 V。220 kV母聯(lián)充電保護(hù)液晶屏無(wú)跳閘報(bào)文顯示。

6.1.3 檢查情況

1)絕緣檢查

用1000V搖表對(duì)220kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)二次回路進(jìn)行絕緣檢查，重點(diǎn)測(cè)試了跳、合閘回路與控制、信號(hào)、保護(hù)正電源之間的絕緣電阻，測(cè)試結(jié)果正常。當(dāng)測(cè)試220 kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱交流電源與控制、信號(hào)、保護(hù)回路之間絕緣時(shí)，發(fā)現(xiàn)220 kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱交流電源C相與直流回路間的絕緣電阻與正常值相比明顯偏低。測(cè)試結(jié)果如表2。

2)斷路器動(dòng)作電壓試驗(yàn)

斷路器動(dòng)作電壓測(cè)試情況如表3，數(shù)據(jù)合格。

6.1.4 保護(hù)整組試驗(yàn)

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保護(hù)整組傳動(dòng)試驗(yàn)情況一切正常。

6.1.5 操作箱有關(guān)繼電器的進(jìn)一步檢查

該母聯(lián)開(kāi)關(guān)的操作箱為南瑞公司生產(chǎn)的RCS一974FR三相操作箱，母差保護(hù)動(dòng)作觸點(diǎn)直接并到防跳繼電器的開(kāi)關(guān)跳閘回路，無(wú)中間重動(dòng)繼電器轉(zhuǎn)接。在對(duì)防跳繼電器最小起動(dòng)電流試驗(yàn)(試驗(yàn)接線如圖2)時(shí)，發(fā)現(xiàn)僅八十幾毫安防跳繼電器就能動(dòng)作。

6.1.6 分析及應(yīng)采取的措施

盡管母差保護(hù)與母聯(lián)斷路器的操作屏置于同一小室，但還是有一定距離，很可能為當(dāng)直流接地時(shí)，電纜分布電容的充放電過(guò)程導(dǎo)致防跳繼電器誤起動(dòng)。因此母聯(lián)斷路器誤動(dòng)的原因初步判斷為防跳繼電器最小起動(dòng)電流太小造成。由于直流接地、交流電穿入直流引起的電纜分布電容充放電等現(xiàn)象在實(shí)際運(yùn)行中無(wú)法避免，必須提高防跳繼電器的最小起動(dòng)電流指標(biāo)。浙江電力公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定動(dòng)作電流范圍應(yīng)為25%～50%斷路器跳閘線圈額定跳閘電流，原電力部和國(guó)家電網(wǎng)公司的有關(guān)技術(shù)規(guī)程均未對(duì)操作箱內(nèi)防跳繼電器最小起動(dòng)電流作出相應(yīng)的技術(shù)規(guī)定。

6.1.7 電纜分布電容充放電驗(yàn)證性試驗(yàn)

我們到一個(gè)即將投產(chǎn)的變電所進(jìn)行了有關(guān)電纜分布電容充放電試驗(yàn)，試驗(yàn)接線如圖3，首先在直流負(fù)端加入工頻交流電源(電壓可調(diào))，有關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)如表4。

可見(jiàn)交流電穿入直流引起的電纜分布電容充放電電流數(shù)值達(dá)到幾十毫安左右?？紤]到實(shí)際故障點(diǎn)處可能存在電弧，即存在高次諧波分量，高次諧波分量與工頻分量對(duì)電纜電容充放電影響的程度也進(jìn)行了比較試驗(yàn)，在直流負(fù)端加入了三倍工頻。頻率的交流電源(電壓可調(diào))，有關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)如表5。

可見(jiàn)若考慮到實(shí)際故障點(diǎn)處可能存在電弧，即存在高次諧波分量，比基波更容易通過(guò)電容耦合到回路中，極易使防跳繼電器誤動(dòng)。

6.2 結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)分析后，我們發(fā)現(xiàn)在變電站正常運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)電纜電容充放電有關(guān)防跳中間繼電器誤動(dòng)。目前220 kV母聯(lián)(分)、主變開(kāi)關(guān)目前普遍使用南瑞保護(hù)公司生產(chǎn)的RCS一974FR系列操作箱，該操作箱內(nèi)防跳繼電器最小起動(dòng)電流太小，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)出廠整定只有八十幾毫安，在直流電源有波動(dòng)或有一定干擾情況下斷路器極易誤跳。所以在設(shè)計(jì)、安裝施工過(guò)程中，為防止在直流接地、交流電穿入直流系統(tǒng)等異常情況下長(zhǎng)電纜電容充放電使斷路器發(fā)生誤跳，注意適當(dāng)提高防跳繼電器最小起動(dòng)電流，把防跳繼電器最大靈敏度整定到不大于5.0，提高其抗干擾能力。

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