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微機保護裝置防跳和斷路器機構防跳的探討及配合

所屬欄目:計算機信息管理論文 發布日期:2012-06-06 09:46 熱度:

  摘要:本文首先介紹了微機保護裝置和斷路器機構常用的防跳回路的幾種接線,并就各種接線的原理、其特點和問題作了逐一的分析,最后結合供電局110kV斷路器更換設計,通過對斷路器操作回路的分析,探討了如何將保護裝置防跳回路和斷路器機構防跳回路更好的結合起來,使控制回路安全可靠的工作,并提出了幾點建議。
  關鍵詞:防跳回路;斷路器;微機保護裝置
  1概述
  在變電站的運行中,往往會存在斷路器的多次“跳躍”現象,即在斷路器手動或自動重合閘時控制開關觸點、自動裝置觸點卡住,此時如果恰巧繼電保護動作使斷路器跳閘,跳閘后由于上述原因再次合閘,而故障又是永久性故障,會再次跳閘,然后再次合閘再次跳閘。這樣發生的多次“跳一合”現象稱之為“跳躍”。發生“跳躍”現象時,電力系統多次受到短路電流的沖擊,很可能引起電力系統震蕩,并且斷路器在短時間內多次連續斷開短路電流,工作條件非常惡劣,對其損壞很大。所謂“防跳”,就是利用操作機構本身的機械閉鎖或在操作接線上采取措施以防止這種“跳躍”的發生,即需要在斷路器上加裝機械或電氣防跳回路。
  就目前來說,應用的防跳回路有2種,一種是微機保護防跳回路,還有一種是用斷路器機構箱本身的防跳回路。
  2微機保護防跳回路和斷路器機構箱本身的防跳回路原理探討
  2.1微機保護防跳回路
  微機保護防跳回路是利用跳閘電流啟動,合閘電壓保持實現防跳,即防跳功能是通過TBJ跳閘來啟動,TBJV一旦啟動,即通過自身的保持回路自保持。這樣雖然開關跳開后TBJ會返回,但防跳回路仍然會起作用,直到合閘接點分開,TBJV才會返回。
  圖1南瑞繼保RCS943系列保護控制原理圖
  以上圖1為例,保護裝置操作箱的“防跳”功能是通過跳閘保持繼電器“TBJ”和防跳繼電器“TBJV”實現的。當“保護跳”或“手跳”時,啟動TBJ線圈,“跳閘”回路的“TBJ”接點閉合,啟動跳閘保持回路。同時,接于“TBJV線圈”回路的TBJ常開接點閉合,如果此時“手合”回路接通,則TBJV線圈帶電,串接于“防跳”回路的TBJV常開接點合上,“合閘回路”的“TBJV常閉接點”打開,切斷合閘回路,無法合上。如此實現防跳功能。
  2.2斷路器機構箱本身的防跳回路
  斷路器機構箱本身的防跳回路是利用合閘脈沖(電壓)起動,合閘回路實現防跳自保持。在這一過程中,即使斷路器因故障跳閘而產生合閘正電,也不可能發生再次合閘。
  其防跳回路的作用主要有以下兩點:a)防止因手動或自動裝置的合閘接點未能及時返回(例如控制開關未復歸、自動裝置的合閘接點粘連)而正好發生跳閘(主要指因故障跳閘或因機械原因使斷路器無法合上),造成斷路器連續合分現象;b)對于電流啟動、電壓保持式的串聯式防跳回路還有一項重要功能,就是防止因跳閘回路的斷路器輔助接點調整不當(變位過慢),造成保護裝置出口接點斷弧而燒毀的現象。這種現象對于微機保護裝置來說是不可容忍的,而這一點卻常被人們忽視。
  斷路器機構箱防跳回路的典型接線常用的防跳回路主要有串聯式防跳回路、并聯式防跳回路、彈簧儲能式防跳回路等。下面簡單介紹一下各種防跳回路的接線和工作原理。
  2.2.1串聯式防跳回路
  所謂串聯式防跳,即防跳繼電器采用電流啟動電壓保持的防跳回路。圖2為串聯防跳回路的接線。其中,TBJ為防跳繼電器,KK為轉換開關,DL為斷路器輔助接點,HC為合閘接觸器,TQ為跳閘線圈,LD為綠燈,lid為紅燈,自動裝置合閘包括重合閘、備自投合閘等,自動裝置跳閘包括保護跳閘、備自投跳閘等。
  圖2串聯式防跳回路
  防跳繼電器TBJ由電流啟動,該線圈串聯在斷路器的跳閘回路中,電壓保持線圈與斷路器的合閘線圈并聯。當控制開關接點KK5-8接通或自動裝置動作合閘,使斷路器合閘后,如果保護動作使斷路器跳閘,此時防跳繼電器TBJ的電流線圈帶電,其接點TBJ1閉合。如果合閘脈沖未解除,例如控制開關未復歸,其接點KK5-8仍接通,或者自動裝置接點、KK5-8接點卡住等情況下,防跳繼電器TBJ的電壓線圈自保持,其接點TBJ2斷開合閘線圈回路,使斷路器不致再次合閘。只有當合閘脈沖解除后,防跳繼電器TBJ的電壓線圈斷電后,接線才恢復原來狀態,從而達到防跳的目的。另外,當防跳繼電器TBJ啟動后,其并聯于自動裝置跳閘的常開接點TBJ3閉合,達到防跳繼電器TBJ的自保作用,直到斷路器常開輔助接點變位為止,有效地防止了自動裝置跳閘出口接點斷弧。串聯式防跳回路應用最廣泛,它除具有防跳功能外,還具有防止保護出口接點斷弧而燒毀的優點,這也是應用微機保護裝置不可缺少的技術條件。
  2.2.2并聯式防跳回路
  所謂并聯式防跳,即防跳繼電器采用電壓啟動并自保持的防跳回路。圖3為并聯式防跳回路的接線,其中KO為防跳繼電器,KK為轉換開關,Y3為合閘脫扣器,Y2為跳閘脫扣器,Y1為合閘閉鎖電磁鐵,WK為彈簧儲能限位開關,S1為合閘閉鎖電磁鐵的輔助接點,DL、KK和自動裝置的含義同串聯式防跳回路。
  圖3并聯式防跳回路
  防跳繼電器KO由電壓啟動并自保持,該線圈經斷路器常開輔助接點DL并聯在斷路器的合閘回路上。若有一個持久的合閘命令存在時,合閘整流橋輸出經Y3、S1、DL(常閉)、WK、K0(1-2)接通。斷路器合閘后,若合閘命令依然存在則啟動防跳繼電器KO,KO接點即由2-1位置切換至4-1位置,斷開合閘回路并自保持。此時不論任何原因斷路器跳閘,但由于合閘回路已可靠斷開,斷路器也不會重新合閘,從而防止了斷路器跳躍現象。并聯防跳雖然不能在完成防跳功能的同時防止保護出口接點斷弧燒毀,但是可以防止因斷路器自身原因發生斷路器偷跳造成的跳躍。國外進口的開關多使用并聯式防跳回路。
  2.2.3彈簧儲能式防跳回路
  彈簧儲能式防跳回路,即使用彈簧儲能限位開關來啟動防跳繼電器。圖4為彈簧儲能式防跳回路的接線。其中,KO為防跳繼電器,S2為手車限位開關。圖3中設備含義同并聯式防跳回路。
  圖4彈簧儲能式防跳回路
  防跳繼電器KO由電壓啟動并自保持,該線圈并聯在斷路器的合閘回路上。若有一個持久的合閘命令存在時,合閘電流經WK(常開)、KO、KO、S2、DL(常閉)、HQ接通斷路器合閘。斷路器合閘后,彈簧機構開始儲能,并聯在合閘回路的彈簧儲能常閉接點WK閉合,啟動防跳繼電器K0,KO的常開接點閉合自保,KO的常閉接點斷開合閘回路。若此時合閘命令沒有解除或者發生故障導致繼電保護動作跳閘,但由于合閘回路已可靠斷開,從而防止了開關跳躍。
  3微機保護與斷路器機構防跳回路選擇分析
  3.1選擇使用微機保護防跳
  微機保護裝置一般都考慮了防跳功能,選擇試用微機保護防跳功能時,要求去掉斷路器機構防跳回路。使用微機保護防跳的缺點是當斷路器機構箱至保護裝置之間的合閘回路出線帶正電故障時,如果系統出現故障,那么微機保護防跳就無能為力了。當然出現這種情況的幾率比較小。
  3.2選擇使用斷路器機構防跳
  如果選擇使用斷路器機構防跳功能,就要取消微機保護防跳功能。取消微機保護防跳功能最好辦法是把防跳繼電器TBJV直接短接掉,不過這樣做太麻煩;簡單的做法是:把防跳繼電器TBJV的常閉接點(圖1中的S2處)用連線短接即可,這樣即使防跳繼電器起動,其常閉接點打開后也不會切斷合閘回路。
  3.3微機保護防跳與斷路器機構防跳同時保留
  按照“反措”規定,防跳回路只應投用一套,對于同時裝設了微機保護防跳與斷路器機構防跳的系統,可以采取這種做法:斷路器就地操作采用斷路器機構防跳,遠方操作使用微機保護防跳。
  4應用實例
  綜上所述,目前使用最廣泛、效果最好的防跳回路是串聯式和并聯式防跳回路。保護回路(包括電磁型保護和大多數微機保護)大都帶有串聯式防跳回路,國外進口的斷路器大多帶有并聯式防跳回路。在實際應用當中,對于沒有防跳回路的斷路器應加裝電氣防跳回路,一般首選保護回路中的串聯式防跳回路,而將斷路器操作回路中的防跳回路甩掉。但是如果將保護回路的串聯式防跳回路和斷路器自帶的并聯式防跳回路較好的結合起來,可以起到更好的效果。
  下面結合供電局一個110kV變電站的110kV斷路器(西門子公司的3AP1-FGSF6斷路器)更換設計,簡要說明只要采取恰當的接線方式,可以將保護回路中的串聯式防跳回路和斷路器自帶的并聯式防跳回路很好的結合起來,達到更好的效果。
  圖6為110kV斷路器的控制回路圖。
  其中,-S8、-S3為斷路器就地控制開關,-S8為斷路器遠方/就地切換開關,-Y1為合閘線圈,-Y3為跳閘線圈,-K75為防跳繼電器,-S1為斷路器輔助觸點,-S16為彈簧儲能接點,-K10為SF6壓力低閉鎖接點,以上設備安裝在S1-145F1/3131SF6斷路器操作機構內;TBJ為操作回路中的防跳繼電器,SWJ為雙位置繼電器,XK為遠方僦地切換開關,KK為轉換開關,LD、HI3為紅綠指示燈,HWJ為合位繼電器。斷路器在分閘狀態時,綠燈回路經LD、-X1694、-K75(常閉)、-S1(常閉)、-S8、-S1(常閉)、-Y1、-S16、-K75(常閉)、-K10接通,綠燈LD亮,指示斷路器為分閘位置并指示合閘回路完整。在斷路器合閘過程中,合閘脈沖經XK1—2、KK5-8、TBJ(常閉)、端子-X1611、-S8、-S1(常閉)、-Y1、-S16、-K75(常閉)、-K10接通,合閘線圈-Y1通電動作,斷路器合閘,斷路器輔助觸點-S1常閉觸點斷開、常開觸點閉合,合閘脈沖消失,斷路器狀態變為合閘狀態,紅燈HD亮,綠燈LD滅。此時綠燈回路(合閘監視回路)必須經過端子-Xl611與-X1694之間的-S1(常閉)才可以與斷路器防跳回路接通,故而綠燈回路同時被切斷,使得綠燈既不會亮、防跳繼電器-K75也不會誤動作,該斷路器改造工程中,西門子公司的3AP1-FGSF6斷路器合閘回路在并聯防跳回路和合閘監視回路之間增加了斷路器的常閉輔助觸點,即可同時使用斷路器自帶的防跳回路,而不會產生在合閘狀態時紅綠燈同時亮的不正常情況,并聯防跳繼電器-K75也不會有誤動作的危險,即不需要考慮電阻值配合的問題。而且在斷路器現場就地操作回路中也帶有防跳功能,也同時防止了斷路器由于自身原因發生斷路器偷跳造成的跳躍。
  其如果和南瑞繼保RCS943保護裝置配合時,只需按照其圖紙拆除端子排X1的902與903的短接片,即可實現:斷路器就地操作采用斷路器機構防跳,遠方操作使用微機保護防跳,即兩套防跳都保留,且可以確保其中一套投用時,另一套退出運行,得到很好的效果。
  5結論
  防跳回路的實際設計過程中需注意以下幾點:
  1)對于沒有防跳裝置的斷路器應該加裝電氣防跳回路,選用防跳回路時應當優先選擇串聯式防跳回路,這樣可以達到一舉兩得的效果;
  2)選擇自帶防跳回路的斷路器時應盡量選擇帶有并聯式防跳回路,且其接線與西門子3AP1斷路器的并聯防跳回路相類似,即在合閘回路的并聯防跳回路和合閘監視回路之間增加了斷路器的常閉輔助觸點,這樣可以同時使用串聯式和并聯式防跳回路,而不會出現電阻配合問題,可以防止任何原因造成的斷路器“跳躍”現象。

文章標題:微機保護裝置防跳和斷路器機構防跳的探討及配合

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