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微机保护装置防跳和断路器机构防跳的探讨及配合

来源:搜论文知识网位置:计算机信息管理论文时间:2012-06-06 09:46

  摘要:本文首先介绍了微机保护装置和断路器机构常用的防跳回路的几种接线,并就各种接线的原理、其特点和问题作了逐一的分析,最后结合供电局110kV断路器更换设计,通过对断路器操作回路的分析,探讨了如何将保护装置防跳回路和断路器机构防跳回路更好的结合起来,使控制回路安全可靠的工作,并提出了几点建议。
  关键词:防跳回路;断路器;微机保护装置
  1概述
  在变电站的运行中,往往会存在断路器的多次“跳跃”现象,即在断路器手动或自动重合闸时控制开关触点、自动装置触点卡住,此时如果恰巧继电保护动作使断路器跳闸,跳闸后由于上述原因再次合闸,而故障又是永久性故障,会再次跳闸,然后再次合闸再次跳闸。这样发生的多次“跳一合”现象称之为“跳跃”。发生“跳跃”现象时,电力系统多次受到短路电流的冲击,很可能引起电力系统震荡,并且断路器在短时间内多次连续断开短路电流,工作条件非常恶劣,对其损坏很大。所谓“防跳”,就是利用操作机构本身的机械闭锁或在操作接线上采取措施以防止这种“跳跃”的发生,即需要在断路器上加装机械或电气防跳回路。
  就目前来说,应用的防跳回路有2种,一种是微机保护防跳回路,还有一种是用断路器机构箱本身的防跳回路。
  2微机保护防跳回路和断路器机构箱本身的防跳回路原理探讨
  2.1微机保护防跳回路
  微机保护防跳回路是利用跳闸电流启动,合闸电压保持实现防跳,即防跳功能是通过TBJ跳闸来启动,TBJV一旦启动,即通过自身的保持回路自保持。这样虽然开关跳开后TBJ会返回,但防跳回路仍然会起作用,直到合闸接点分开,TBJV才会返回。
  图1南瑞继保RCS943系列保护控制原理图
  以上图1为例,保护装置操作箱的“防跳”功能是通过跳闸保持继电器“TBJ”和防跳继电器“TBJV”实现的。当“保护跳”或“手跳”时,启动TBJ线圈,“跳闸”回路的“TBJ”接点闭合,启动跳闸保持回路。同时,接于“TBJV线圈”回路的TBJ常开接点闭合,如果此时“手合”回路接通,则TBJV线圈带电,串接于“防跳”回路的TBJV常开接点合上,“合闸回路”的“TBJV常闭接点”打开,切断合闸回路,无法合上。如此实现防跳功能。
  2.2断路器机构箱本身的防跳回路
  断路器机构箱本身的防跳回路是利用合闸脉冲(电压)起动,合闸回路实现防跳自保持。在这一过程中,即使断路器因故障跳闸而产生合闸正电,也不可能发生再次合闸。
  其防跳回路的作用主要有以下两点:a)防止因手动或自动装置的合闸接点未能及时返回(例如控制开关未复归、自动装置的合闸接点粘连)而正好发生跳闸(主要指因故障跳闸或因机械原因使断路器无法合上),造成断路器连续合分现象;b)对于电流启动、电压保持式的串联式防跳回路还有一项重要功能,就是防止因跳闸回路的断路器辅助接点调整不当(变位过慢),造成保护装置出口接点断弧而烧毁的现象。这种现象对于微机保护装置来说是不可容忍的,而这一点却常被人们忽视。
  断路器机构箱防跳回路的典型接线常用的防跳回路主要有串联式防跳回路、并联式防跳回路、弹簧储能式防跳回路等。下面简单介绍一下各种防跳回路的接线和工作原理。
  2.2.1串联式防跳回路
  所谓串联式防跳,即防跳继电器采用电流启动电压保持的防跳回路。图2为串联防跳回路的接线。其中,TBJ为防跳继电器,KK为转换开关,DL为断路器辅助接点,HC为合闸接触器,TQ为跳闸线圈,LD为绿灯,lid为红灯,自动装置合闸包括重合闸、备自投合闸等,自动装置跳闸包括保护跳闸、备自投跳闸等。
  图2串联式防跳回路
  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。当控制开关接点KK5-8接通或自动装置动作合闸,使断路器合闸后,如果保护动作使断路器跳闸,此时防跳继电器TBJ的电流线圈带电,其接点TBJ1闭合。如果合闸脉冲未解除,例如控制开关未复归,其接点KK5-8仍接通,或者自动装置接点、KK5-8接点卡住等情况下,防跳继电器TBJ的电压线圈自保持,其接点TBJ2断开合闸线圈回路,使断路器不致再次合闸。只有当合闸脉冲解除后,防跳继电器TBJ的电压线圈断电后,接线才恢复原来状态,从而达到防跳的目的。另外,当防跳继电器TBJ启动后,其并联于自动装置跳闸的常开接点TBJ3闭合,达到防跳继电器TBJ的自保作用,直到断路器常开辅助接点变位为止,有效地防止了自动装置跳闸出口接点断弧。串联式防跳回路应用最广泛,它除具有防跳功能外,还具有防止保护出口接点断弧而烧毁的优点,这也是应用微机保护装置不可缺少的技术条件。
  2.2.2并联式防跳回路
  所谓并联式防跳,即防跳继电器采用电压启动并自保持的防跳回路。图3为并联式防跳回路的接线,其中KO为防跳继电器,KK为转换开关,Y3为合闸脱扣器,Y2为跳闸脱扣器,Y1为合闸闭锁电磁铁,WK为弹簧储能限位开关,S1为合闸闭锁电磁铁的辅助接点,DL、KK和自动装置的含义同串联式防跳回路。
  图3并联式防跳回路
  防跳继电器KO由电压启动并自保持,该线圈经断路器常开辅助接点DL并联在断路器的合闸回路上。若有一个持久的合闸命令存在时,合闸整流桥输出经Y3、S1、DL(常闭)、WK、K0(1-2)接通。断路器合闸后,若合闸命令依然存在则启动防跳继电器KO,KO接点即由2-1位置切换至4-1位置,断开合闸回路并自保持。此时不论任何原因断路器跳闸,但由于合闸回路已可靠断开,断路器也不会重新合闸,从而防止了断路器跳跃现象。并联防跳虽然不能在完成防跳功能的同时防止保护出口接点断弧烧毁,但是可以防止因断路器自身原因发生断路器偷跳造成的跳跃。国外进口的开关多使用并联式防跳回路。
  2.2.3弹簧储能式防跳回路
  弹簧储能式防跳回路,即使用弹簧储能限位开关来启动防跳继电器。图4为弹簧储能式防跳回路的接线。其中,KO为防跳继电器,S2为手车限位开关。图3中设备含义同并联式防跳回路。
  图4弹簧储能式防跳回路
  防跳继电器KO由电压启动并自保持,该线圈并联在断路器的合闸回路上。若有一个持久的合闸命令存在时,合闸电流经WK(常开)、KO、KO、S2、DL(常闭)、HQ接通断路器合闸。断路器合闸后,弹簧机构开始储能,并联在合闸回路的弹簧储能常闭接点WK闭合,启动防跳继电器K0,KO的常开接点闭合自保,KO的常闭接点断开合闸回路。若此时合闸命令没有解除或者发生故障导致继电保护动作跳闸,但由于合闸回路已可靠断开,从而防止了开关跳跃。
  3微机保护与断路器机构防跳回路选择分析
  3.1选择使用微机保护防跳
  微机保护装置一般都考虑了防跳功能,选择试用微机保护防跳功能时,要求去掉断路器机构防跳回路。使用微机保护防跳的缺点是当断路器机构箱至保护装置之间的合闸回路出线带正电故障时,如果系统出现故障,那么微机保护防跳就无能为力了。当然出现这种情况的几率比较小。
  3.2选择使用断路器机构防跳
  如果选择使用断路器机构防跳功能,就要取消微机保护防跳功能。取消微机保护防跳功能最好办法是把防跳继电器TBJV直接短接掉,不过这样做太麻烦;简单的做法是:把防跳继电器TBJV的常闭接点(图1中的S2处)用连线短接即可,这样即使防跳继电器起动,其常闭接点打开后也不会切断合闸回路。
  3.3微机保护防跳与断路器机构防跳同时保留
  按照“反措”规定,防跳回路只应投用一套,对于同时装设了微机保护防跳与断路器机构防跳的系统,可以采取这种做法:断路器就地操作采用断路器机构防跳,远方操作使用微机保护防跳。
  4应用实例
  综上所述,目前使用最广泛、效果最好的防跳回路是串联式和并联式防跳回路。保护回路(包括电磁型保护和大多数微机保护)大都带有串联式防跳回路,国外进口的断路器大多带有并联式防跳回路。在实际应用当中,对于没有防跳回路的断路器应加装电气防跳回路,一般首选保护回路中的串联式防跳回路,而将断路器操作回路中的防跳回路甩掉。但是如果将保护回路的串联式防跳回路和断路器自带的并联式防跳回路较好的结合起来,可以起到更好的效果。
  下面结合供电局一个110kV变电站的110kV断路器(西门子公司的3AP1-FGSF6断路器)更换设计,简要说明只要采取恰当的接线方式,可以将保护回路中的串联式防跳回路和断路器自带的并联式防跳回路很好的结合起来,达到更好的效果。
  图6为110kV断路器的控制回路图。
  其中,-S8、-S3为断路器就地控制开关,-S8为断路器远方/就地切换开关,-Y1为合闸线圈,-Y3为跳闸线圈,-K75为防跳继电器,-S1为断路器辅助触点,-S16为弹簧储能接点,-K10为SF6压力低闭锁接点,以上设备安装在S1-145F1/3131SF6断路器操作机构内;TBJ为操作回路中的防跳继电器,SWJ为双位置继电器,XK为远方僦地切换开关,KK为转换开关,LD、HI3为红绿指示灯,HWJ为合位继电器。断路器在分闸状态时,绿灯回路经LD、-X1694、-K75(常闭)、-S1(常闭)、-S8、-S1(常闭)、-Y1、-S16、-K75(常闭)、-K10接通,绿灯LD亮,指示断路器为分闸位置并指示合闸回路完整。在断路器合闸过程中,合闸脉冲经XK1—2、KK5-8、TBJ(常闭)、端子-X1611、-S8、-S1(常闭)、-Y1、-S16、-K75(常闭)、-K10接通,合闸线圈-Y1通电动作,断路器合闸,断路器辅助触点-S1常闭触点断开、常开触点闭合,合闸脉冲消失,断路器状态变为合闸状态,红灯HD亮,绿灯LD灭。此时绿灯回路(合闸监视回路)必须经过端子-Xl611与-X1694之间的-S1(常闭)才可以与断路器防跳回路接通,故而绿灯回路同时被切断,使得绿灯既不会亮、防跳继电器-K75也不会误动作,该断路器改造工程中,西门子公司的3AP1-FGSF6断路器合闸回路在并联防跳回路和合闸监视回路之间增加了断路器的常闭辅助触点,即可同时使用断路器自带的防跳回路,而不会产生在合闸状态时红绿灯同时亮的不正常情况,并联防跳继电器-K75也不会有误动作的危险,即不需要考虑电阻值配合的问题。而且在断路器现场就地操作回路中也带有防跳功能,也同时防止了断路器由于自身原因发生断路器偷跳造成的跳跃。
  其如果和南瑞继保RCS943保护装置配合时,只需按照其图纸拆除端子排X1的902与903的短接片,即可实现:断路器就地操作采用断路器机构防跳,远方操作使用微机保护防跳,即两套防跳都保留,且可以确保其中一套投用时,另一套退出运行,得到很好的效果。
  5结论
  防跳回路的实际设计过程中需注意以下几点:
  1)对于没有防跳装置的断路器应该加装电气防跳回路,选用防跳回路时应当优先选择串联式防跳回路,这样可以达到一举两得的效果;
  2)选择自带防跳回路的断路器时应尽量选择带有并联式防跳回路,且其接线与西门子3AP1断路器的并联防跳回路相类似,即在合闸回路的并联防跳回路和合闸监视回路之间增加了断路器的常闭辅助触点,这样可以同时使用串联式和并联式防跳回路,而不会出现电阻配合问题,可以防止任何原因造成的断路器“跳跃”现象。

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