断路器防跳回路分析及规范

1、断路器防跳回路分析及规范一、防跳回路概述（作用和种类）防跳回路是断路器合闸回路中最重要的部分之一，用以防止出现断路器跳跃现象断路器跳跃指的是合闸回路出现了故障（如触点粘连、机构卡死等），在断路 器分合有预伏短路故障电路时，多次分合断路器的现象；或是当断路器机构有问 题（如机构脱扣，发生偷跳），不能使断路器正常合闸，而断路器合闸脉冲仍未解 除，断路器反复合闸分闸的现象。由于技术路线不同，防跳回路可以分为两类， 一类是操作箱内的防跳回路，一类是断路器就地操作机构内的防跳回路。防跳功能的实现（一）操作箱防跳1. 回路1013TWJa11YJJ11YJJVVITWJa2TWJaISHJaSHJaZHJ

2、1SHJ11TBIJa11YJJ11TBIJaTJQ1TBUJa 2TBUJaSHJa11HWJa11TBIJa仃BUJa |2TBUJa |1TBUJa2TBUJa12TBIJa22TBIJa 112HWJa13HWJa12TBIJa107A2TBUJa V137A1TBUJaV跳位监视A相合闸防跳合位监视A相跳闸操作机构图1南瑞继保CZX-22R2防跳原理图2. 原理以南瑞继保CZX-22R2操作箱A相回路为例说明操作箱防跳原理，如图1所示：1） 开关初始状态为合位，当保护动作（TJQ/TJR/TJF）或手跳（STJ）时继电器 12TBIJa动作，类似的如果第二组跳闸回路动作则启动继电器

3、22TBIJa （第二 组跳闸回路图中未画出）；2）防跳继电器1TBUJa启动；3）此时，出现以下3种情况时将启动继电器2TBUJa并自保持： 保护重合闸脉冲过长覆盖保护跳闸出口脉冲时间，或者操作箱ZHJ继电器接点粘连； 开关机构辅助接点故障，开关分闸是合闸回路上的常开辅助接点不能及时 断开，造成手合自保持继电器 SHJa直处于动作状态 操作把手接点粘连造成1SH J接点长期闭合；4）继电器2TBUJa动作后，其位于合闸回路的常闭接点保持断开状态， 使开关合 闸回路不能导通，达到防跳的目的。3.优缺点操作箱防跳优点为防跳回路在保护操作箱内，运行环境好，不易出现故障。 缺点包括：一是保护范围受限

4、，仅能防止合闸命令接点误导通造成的断路器跳跃 问题，无法避免因操作箱以外的寄生回路或二次回路接地引起的断路器跳跃。例如，当断路器本体三相不一致继电器动作启动跳闸时， 操作箱防跳回路无法启动。 二是12TBIJa继电器串接在跳闸回路中，需要将12TBIJa的动作电流与开关的跳 闸电流箱配合。（二）机构防跳1. 回路K75LA102图2西门子3AP/3-F1机构合闸及防跳回路2. 原理以西门子3AP/3-F1断路器A相回路为例说明机构防跳原理，如图 2所示：1）当开关合闸至合位后，S1LA开关常开辅助接点闭合。2）若就地合闸接点K76粘连或保护合闸脉冲持续保持，则防跳继电器K75LA 启动并自保持

5、；3）合闸回路中的防跳继电器常闭接点断开，防跳功能实现。3. 优缺点机构防跳优点为断路器机构防跳回路仅并联在合闸回路中，对分闸回路没有影响，回路相对比较简单，可以实现就地保护，有效地消除了从保护装置到断路 器机构箱间的保护死区现象；缺点为机构防跳继电器安装在断路器机构箱或汇控 柜中，运行环境比较恶劣，存在受断路器振动影响等隐患，随着年限增长，运行 状况逐渐变坏。更值得注意的是，机构防跳回路与操作箱跳位监视回路和合闸保 持回路存在配合问题。（三）两个实现方法的比较1. 只使用操作箱防跳可能存在的问题单独使用操作箱防跳时，操作箱到断路器机构存在保护死区。当断路器机构 内部回路故障或操作箱、机构之间

6、有正电故障时，防跳功能不能被启动，可能造 成断路器反复分合的情况。如上文提到的，开关机构三相不一致误动无法启动操 作箱防跳。1022. 只使用机构防跳可能存在的问题1）与操作箱合闸监视回路配合问题1T WJa2TWJa3TWJa跳位监视SHJa1TBUJa 2TBUJa11YJJ11YJJHJaZHJ1SHJSHJa1TBUJa107AS8远方就地K76就地合闸11TBIJa| 11TBIJaTJQ11YJJTJRSTJTJF11HWJalV-11TBIJaK15弹簧未储能S1LAY1LA1021 1 |rBUJaj12TBIJa1TBUJa22TBIJa一开关位置合闸线圈防跳K75LAK75

7、LAA相合闸防跳12HWJa13HWJa-V-12TBIJa137A合位监视A相跳闸V_V_V图3机构防跳合闸监视寄生回路采用机构箱防跳时，存在如图3红线标示的寄生回路。如果操作箱 TWJ继电 器及其电阻，与机构箱防跳继电器 K75LA及其电阻的参数配合不当，可能导致 TWJ继电器与机构箱防跳继电器形成自保持回路。可能造成以下两种后果： 操作箱跳位灯和合位灯同时点亮。当断路器在合位时，因为合闸监视回路 TWJ与防跳继电器K75LA通过寄生回路导通，TWJ励磁动作跳位灯亮。而此时断 路器合位HWJ也处于励磁动作状态，出现跳位灯、合位灯点亮的情况。 断路器仅能合、分操作1次。当断路器合闸后，即使回

8、路上不存在粘连的 接点，防跳继电器K75LA也可以通过自保持回路与 TWJ前端的正电导通，使K75LA 一直处于励磁状态。此时，断路器分闸后机构防跳回路仍然在起作用，合闸回路 被断开，不能再次合上开关。2）与操作箱合闸保持回路的配合问题102跳位监视仃 WJa2TWJa 3TWJa7.,VSHJaSHJaSHJa1TBUJa 2TBUJa1TBUJa j2TBUJa 107A_ S8K15远方/就地弹簧未储能S1LA开关位置11YJJZHJY1LA合闸线圈K75LA防跳K75LA102A相合闸11YJJ1SHJK76就地合闸1TBUJa|2TBUJaJ2TBUJa_VJ1TBUJaK75LA防

9、跳11TBIJa11HWJa 12HWJa 13HWJa _|V_ V-一-V .合位监视11TBIJaTJQ11YJJTJR11TBIJa口12TBIJa-o137AA相跳闸STJTJF图4机构箱防跳合闸保持寄生回路由于跳合闸回路中的跳合闸线圈为感性负载，回路断开时，将承受线圈产生 的反向浪涌电压，往往会出现接点拉弧，因此，切断跳合闸线圈回路应由具有一 定灭弧能力的断路器辅助触点在开关主触头动作后完成；同时，由于保护接点应瞬时返回，为避免保护接点返回时断开跳合闸回路， 保护出口接点导通跳合闸回 路的同时应启动保持回路，由保持回路来保证即使保护接点断开后跳合闸回路仍 旧导通。在断路器合闸后，断

10、路器位置常闭接点（S1LA断开合闸回路，位置常开接 点闭合。正电源经合闸保持接点、合闸保持继电器（sHja、机构防跳继电器自 保持接点、机构箱防跳继电器（K75LA到负电源形成通路。正常情况下，需要 该回路电流小于合闸保持继电器的自保持电流，通过合闸保持继电器的复归，断开该回路。如果操作箱合闸保持回路与机构箱防跳回路的参数配合不当，可能导致在开关合闸后，操作箱合闸保持继电器无法返回，造成机构箱防跳回路始终处 于励磁状态，合闸回路一直被断开。这种情况下，断路器只能被合、分一次。3. 两个防跳功能同时使用可能存在的问题通过以上的分析可知，操作箱防跳和断路器机构防跳都能独立实现断路器的 防跳功能。如

11、果两种防跳回路同时使用会出现以下三种情况：1）当操作箱防跳继电器（1TBUJ先动作，切断断路器的合闸回路，合闸正 电不会导至机构防跳继电器 K15LA出，贝U断路器机构防跳不会动作。由 操作箱防跳继电器（ITBUJa实现防跳功能，防跳功能正常。2）当机构防跳继电器（K75LA先动作，切断断路器的合闸回路，但合闸正 电会导至操作箱防跳继电器（ITBUJa处；当跳闸保持继电器（12TBIJa ） 动作，操作箱防跳继电器（ITBUJa仍然会动作，切断合闸回路，合闸 正电不会导至断路器机构防跳继电器（K75LA处，则K75LA返回；由操 作箱防跳继电器TBJV实现防跳功能，防跳功能正常。3）极端情况下

12、，操作箱防跳继电器（ITBUJa和机构防跳继电器（K75LA 同时动作。假设两套防跳回路同时切断了断路器的合闸回路。但操作箱 防跳继电器（仃BUJa动作后，切断合闸回路，合闸正电不会导至断路 器机构防跳继电器（K75LA处，则K75LA返回；由操作箱防跳继电器TBJV 实现防跳功能，防跳功能正常。正常情况下，因为机构防跳为合位启动，而操作箱防跳为跳闸启动，一般的 防跳启动应为上述第二种情况。而且从上述3种情况的分析来看两种防跳功能同 时启用的情况下若粘连位置在保护端则发挥作用的始终是操作箱防跳。总的来说，相对机构箱防跳回路，断路器操作箱防跳回路保护范围小且存在 死区，因此，从保护设备的角度考虑

13、，断路器防跳回路应采用机构箱防跳回路。 采用断路器防跳回路时，存在较多与操作箱的配合问题，具体包括与操作箱合闸 监视回路（TWJ）的配合问题、与合闸保持回路（SHJa）的配合问题，以及断路器合 闸回路为三相电气联动时分相操作箱与机构箱防跳回路的配合问题，应从设计方案上予以解决。4. 规程规范的要求1）国家电网公司输变电工程通用设计 500千伏变电站二次系统部分 631.1断路器保护及操作箱的配置原则： 断路器防跳功能应由断路器本体机构 完成；2）Q-GDW161-2014线路保护及辅助装置标准化设计规范 4.3.7操作箱 （插件）应设有断路器合闸位置、跳闸位置和电源指示灯。操作箱（插件）的防

14、跳功能应方便取消，跳闸位置监视与合闸回路的连接应便于断开。三、规范方案1. 规范目标按照设计规范以及考虑到排除死区的问题，现场宜采用断路器机构防跳的方 式。同时应从设计上解决断路器机构防跳和其他回路的配合问题。1）操作箱合闸监视回路与机构防跳继电器配合问题解决串接断路器位置常闭辅助接点后，再和合闸回路并联接入机构的合闸回路。 通过这一改进，TWJ仍能监视机构箱内合闸回路是否完整，同时，断路器合闸到位后， 可通过辅助接点断开TWJ与机构箱防跳继电器形成的回路，解决二者的配合问题2）操作箱合闸自保持回路与机构防跳继电器配合问题解决电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点对于该回路的配合做了详细

15、规定，可参照执行。3.4断路器跳（合）闸线圈的出口触点控制回路，必须设有串联自保持的继电器回路，并保证：a. 跳（合）闸出口继电器的触点不断弧。b. 断路器可靠跳、合闸。3.4.1对于单出口继电器，可以在出口继电器跳（合）闸触点回路中串入电 流自保持线圈，并满足如下条件：3.4.1.1自保护电流不应大于额定跳（合）闸电流的50流右，线圈压降小于额定值的5%3.4.1.2出口继电器的电压起动线圈与电流自保持线圈的相互极性关系正341.3 电流与电压线圈间的耐压水平不低于交流1000V 1min的试验标准 （出厂试验应为交流2000V、1min）。341.4 电流自保持线圈接在出口触点与断路器控制

16、回路之间。3.4.2有多个出口继电器可能同时跳闸时， 宜由防止跳跃继电器KBJ实现上 述任务，防跳继电器应为快速动作的继电器，其动作电流小于跳闸电流的50%线圈压降小于额定值的10%并满足第3.4.1.23.4.1.4 条的相应要求。从源头解决操作箱合闸保持回路与机构箱防跳回路的配合问题，应明确：操 作箱合闸自保持回路串接机构箱防跳回路实现防跳自保持时，回路电流应保证合闸自保持回路可靠返回，即：其中，为可靠系数（可靠系数的选择可根据现场实际应用），为操作电源的电压； 为防跳自保持回路等值阻抗；为对应合闸线圈电流水平的合闸自保持回路复归电流。根据相关研究文献的经验计算值如下（仅供参考）： 合闸回

17、路额定电流w IA时，操作箱合闸自保持回路复归电流不得小于50mA机构防跳回路等值阻抗不得小于 6.6k Q （220V DC）或 3.3k Q （110V DC）: 合闸回路额定电流1A时，操作箱合闸自保持回路复归电流不得小于100mA机构防跳回路等值阻抗不得小于 3.3k Q （220V DC）或 1.7k Q （110V DC）。3）操作箱防跳回路的取消根据Q-GDW 1161-2014线路保护及辅助装置标准化设计规范437操作箱（插件）应设有断路器合闸位置、跳闸位置和电源指示灯。操作箱（插件）的 防跳功能应方便取消，跳闸位置监视与合闸回路的连接应便于断开。可知当前的微机保护防跳功能都是

18、方便取消的，下面仍然以南瑞继保CZX-22R2操作箱来说明操作箱防跳回路的取消方法。101102跳位监视A相跳闸合位监视A相合闸图6操作箱防跳取消防跳如图6红线标示部分，可在保护屏预留端子短接 4C1D9和4C1D10即取消保 护防跳功能。2. 现场防跳回路实际运行的可能情况1）仅使用保护操作箱防跳；2）仅使用断路器机构防跳，但合闸监视回路未串入断路器常闭辅助接点；3）仅使用断路器机构防跳，但合闸保持继电器与机构防跳继电器电阻不匹 配；4）断路器机构防跳与操作箱防跳同时启用。3. 排查方法1）断路器机构试验断路器在“分位”，先按住分闸按钮使分闸接点一致处于接通状态，再同时 按住合闸按钮保持不放，断路器应合上后立即跳