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断路器保护防跳和机构防跳回路的分析及采用方式建议
发表时间：2021/7/12
来源：《科学与技术》2021年3月第8期
作者：蔡 苗
[导读]
随着电力网络的迅猛发展，保障供电线路和设备的稳定和安全显得尤为重要
蔡 苗
广东电网有限责任公司惠州供电局 广东惠州 516000
摘要：随着电力网络的迅猛发展，保障供电线路和设备的稳定和安全显得尤为重要，电网系统对二次设备及回路的管理提出了更高的要求。本文针对断路器控制回路中防跳闭锁回路设计进行分析，通过南网精益化检查中遇到的各种情况，结合日常检修维护工作，总结出目前常用的两种防跳闭锁回路的优缺，并结合南方电网公司反事故措施的要求，阐述采用何种防跳闭锁回路更适合系统运行。
关键词：断路器，保护防跳、机构防跳
一、概述
防跳，顾名思义即是防止断路器跳跃动作。防跳闭锁回路设计在控制回路中的合闸回路，而不是在跳闸回路，因为系统对故障跳闸提出了更高的要求。在设备运行过程中，由于合闸回路中手合把手卡住或遥合接点黏连、又或者回路串电等原因，造成合闸线圈输入端一直带着合闸脉冲。此时，如果线路发生永久性故障或开关机构脱扣，断路器跳开后又因长期存在合闸脉冲而立即合闸，而后再次跳闸，再合闸……如此反复跳跃动作，一方面将导致断路器机构严重损坏，甚至引起爆炸事件，另一方面故障电流多次冲击电力系统，易引起系统震荡。因此，在控制回路中设置防跳闭锁回路是保证设备可靠运行、维护系统稳定的重要举措之一。
目前，常见的两种断路器防跳闭锁回路主要设置如下：一是在继电保护装置操作箱内，简称保护防跳；二是在断路器机构箱内，由一次设备厂家在开关机构控制回路中设计，简称机构防跳。本文将结合厂家图纸分析这两种防跳闭锁回路的原理和区别，保护防跳以220kV断路器操作箱CZX-12GN型号为例，机构防跳以西门子断路器3AP-1F1型号为例，其它型号设备的防跳闭锁回路设计雷同。
二、两种常见防跳设计分析
（一）保护防跳分析
保护防跳，按照字面理解是通过保护装置实现的。保护防跳闭锁回路设计在操作箱或操作插件，并通过保护装置的跳闸命令来启动。图1为断路器保护装置内防跳回路原理接线图，TBIJ为跳闸保持继电器，TBUJ为防跳继电器。当发生永久性故障时，保护动作跳闸，继电器TBIJ得电励磁，其串于防跳回路的常开辅助触点闭合，使得防跳继电器TBUJ得电励磁，并通过自身常开辅助触点闭合形成自保持回路，同时其串于合闸回路的常闭辅助触点断开，从而使合闸回路“断线”。即使合闸脉冲依然存在，断路器跳开后也无法再次合闸，有效地避免断路器跳跃现象。只有合闸脉冲解除后，TBUJ继电器断电复归，所有元件才恢复到初始状态。
通过上述动作过程分析，如要取消保护防跳，只需短接串接在合闸回路中防跳继电器TBUJ的常闭接点，或者使用不经过这个常闭接点的合闸回路。即使防跳继电器得电励磁，串接在合闸回路中的常闭接点也不起作用。图中以A相为例，短接端子4C1D12和4C1D10即为短接防跳继电器常闭接点1TBUJA及2TBUJA，回路中设置两个常闭接点是为了更可靠地实现防跳闭锁功能。或者使用不经过这常闭接点的合闸回路181，端子号为4C1D10。
（二）机构防跳分析
机构防跳，按照字面理解是在断路器机构箱内实现的。图2为断路器本体机构箱内防跳回路原理接线图，K75为防跳继电器，，S1为断路器辅助触点， S8为“远方/就地”选择按钮的辅助触点。当合闸于永久性故障时，合闸脉冲使断路器合闸，断路器到达合位后，串接在防跳回路的断路器常开位置辅助接点闭合，若此时合闸脉冲依然存在，防跳继电器K75得电励磁，并通过自身常开辅助接点闭合形成自保持回路（跳过断路器位置辅助接点），同时其串于合闸回路的常闭辅助接点。即使合闸脉冲依然存在，断路器跳开后也无法再次合闸，有效地避免断路器跳跃现象。只有合闸脉冲解除后，TBJU继电器断电复归，所有元件才恢复到初始状态。
通过上述动作过程分析，机构防跳和保护防跳有着本质的区别，保护防跳的原理是通过保护动作启动防跳，而机构防跳的原理是通过持续的合闸脉冲启动防跳。取消机构防跳不能简单地短接串接在合闸回路中的防跳继电器K75的常闭接点，因为防跳继电器励磁会使监视回路断开从而发出“控制回路断线”信号。所以要取消机构防跳，就得使防跳继电器励磁回路断开，简单的做法就是解开防跳继电器的A2接线。
机构防跳设计还提供了经“远方/就地”切换功能。当“远方/就地”切换把手置于“就地”时，本体机构防跳闭锁回路起作用，而当“远方/就地”切换把手置于“远方”时，由于防跳继电器是通过就地合闸继电器K76启动，而就地合闸回路串联了“远方/就地”的就地闭合接点，本体机构防跳闭锁回路不起作用。如不需要经过“远方/就地”切换功能，则需短接串联在防跳回路中的就地合闸继电器常开接点，图中以A相为例，短接端子X2-80和X2-81即为取消机构防跳中的经“远方/就地”切换功能。
三、保护防跳和机构防跳的组合
（一）既不是用保护防跳也不实用机构防跳
这种情况在南网反事故措施里是严禁的。控制回路中没有防跳闭锁设计，一旦发生永久性故障，且合闸脉冲持续时，断路器将发生跳跃动作，损坏断路器，甚至易引起系统震荡。
（二）只使用保护防跳
使用保护防跳的优点在于防跳设计在操作箱内，保护元件可靠，缺点是保护范围小，保护方式单一。因为它的保护范围只存在于合闸回路中操作箱前的部分，并且由保护动作来启动防跳。防跳功能保护的范围小，如果操作箱后至断路器机构合闸线圈间的合闸回路出现带正电故障，防跳功能将不起作用。在就地操作断路器时，保护防跳也无法起作用。由于机构脱扣引起的跳闸，保护防跳不启动。所以只使用保护防跳，并不能满足今时电力系统对二次回路的更高要求。
（三）只使用机构防跳
使用机构防跳的优点在于能应对各种故障类型，最大范围防止断路器跳跃动作。缺点是容易形成寄生回路。
由于机构防跳设计并接在合闸线圈两端，与跳位监视回路形成串联关系。如果设计不当，将会造成以下两种常见的非正常现象。
（1）异常现象一：分合位指示灯同时亮
开关位置在跳位时，保护装置处跳位指示灯正常亮。当开关合闸后，跳合位指示灯同时亮，并且跳位指示灯比合位指示灯稍弱一些。如果此时将开关分开，再合上，断路器合闸失败。检查发现机构箱处防跳继电器长时励磁，将控制电源掉电后再上电，断路器又能合上，但上述现象依旧存在。通过分析可知，跳位监视回路与防跳回路是串联关系，在合闸瞬间通电形成回路，跳位监视继电器和防跳继电器同时励磁，并通过防跳回路的自保持回路长时通电励磁。跳位监视继电器励磁，所以跳位指示灯异常亮起，但由于防跳继电器分压，所以跳位指示灯相对合位指示灯稍弱一些。此时，断路器在合位，所以合位指示灯亮。因为防跳继电器长时励磁，其串接在合闸回路上的常闭接点断开，所以合闸失败。断开控制电源后，防跳继电器返回，又回到原点，所以控制电源再上电就能合开关了，但也是只能合闸成功一次而已。解决方案是在跳位监视回路上串接断路器位置常闭接点，当开关在合闸位置时，断开跳位监视回路，防止与防跳回路形成寄生回路。
（2）异常现象二：断路器合闸不成功，但没有报“控制回路断线”信号。
“控制回路断线”信号发出的原理是跳位监视器和合位监视器都不励磁。当开关在分位进行合闸操作时，跳位监视器应该励磁，跳位监视器监视合闸回路的完好性。既然合闸不成功，那合闸回路就断线了，按设计应报“控制回路断线”信号。检查发现，防跳继电器卡在吸合状态，此时，其串接在合闸回路上的常闭接点断开，所以合闸不成功。负电源通过防跳回路中的自保持回路的常开接点（此时闭合）与跳位监视形成回路，跳位监视继电器励磁，所以没有报“控制回路断线”信号。解决方案是在跳位监视回路上串接防跳继电器的常闭接点，当防跳继电器在吸合状态下，断开跳位监视回路，让监控后台报“控制回路断线”信号，引起值班人员注意，并通知检修人员及时处理。
综上所述，使用机构防跳能最大范围防止机构跳跃动作，但需在跳位监视回路上串接断路器位置常闭接点和防跳继电器常闭接点。再者，只使用机构防跳，需取消防跳回路的“远方/就地”切换功能，防止机构箱处开关控制方式在“远方”时，失去防跳功能。
（四）同时使用保护防跳和机构防跳
两种防跳回路并用使回路复杂化。这种防跳方式，首先要确保防跳回路的“远方/就地”切换功能正常，否则，保护防跳和机构防跳会形成回路，在合闸于故障（保护动作）的过程中，两个防跳继电器同时励磁，并通过自身保持回路持续动作，断开合闸回路。其次，正常运行方式下，机构箱处开关控制方式在“远方”，机构防跳不起作用，相当于只有保护防跳，其弊端在前文已分析，这里不在重复。
同时使用保护防跳和机构防跳不仅增加了回路的复杂性，还增加了维护人员的工作量，不建议使用。
四、保护防跳和机构防跳的取舍
根据《南方电网电力系统继电保护反事故措施》中“每个断路器应且只应使用一套防跳回路，宜采用开关本体防跳。” 根据上文的分析，采用开关本体防跳是最优设计，能最大范围防止开关跳跃动作。采用保护防跳是次优设计，正常运行方式下，机构箱处开关控制方式在“远方”，机构防跳不起作用，相当于只有保护防跳。
那么，在日常运维过程中，如何检查出某一断路器是否符合上述反措要求呢？
首先，通过查阅操作箱厂家资料，结合现场接线合闸入口回路编号为107的接线位置，便可知晓是否使用保护防跳。
其次，断路器处于合闸位置，断路器机构箱处开关控制方式在“远方”。此时，在操作箱所在的屏位用万用表的直流电压档对地测量107接线，应为负电。此负电为总电源经过防跳继电器过来的，当合闸操作，107带正电，防跳继电器就励磁了。这样便可确保使用了机构防跳。
参考文献：
[1]田成元; 孙晓微．低压断路器性能测试系统设计与研究[J]．机械工程与自动化，2021（6）：140-142．
[2]高远; 刘怀宇; 赵睿．一起断路器防跳回路缺陷案例的分析及改进方法[J]．电工电气，2021（4）：34-37+47.
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