幾種常見斷路器的防跳回路的對(duì)比

林矗

摘要：本文討論了三種不同類型的防跳回路，根據(jù)其接線方式的不同，其動(dòng)作原理也不同。經(jīng)過(guò)對(duì)比討論，筆者認(rèn)為，VD4真空短路性新型機(jī)械防跳回路，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高壓斷路器；防跳回路；VD4型真空斷路器；合分閘脫扣器

中圖分類號(hào)：TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）11—271—02

前言

在供電系統(tǒng)中，凡是對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行操作、控制、保護(hù)、測(cè)量的設(shè)備，以及各種信號(hào)裝置，統(tǒng)稱為二次設(shè)備，二次設(shè)備及其有關(guān)的線路叫做二次回路。高壓斷路器合分閘回路是控制與保護(hù)回路設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。合分閘回路出現(xiàn)故障會(huì)引起高壓斷路器誤動(dòng)或者拒動(dòng)，會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重的情況，會(huì)造成故障擴(kuò)大化，甚至導(dǎo)致整個(gè)配電系統(tǒng)崩潰。因此，合分閘回路的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)謹(jǐn)可靠。在合分閘回路中，需設(shè)計(jì)有防跳回路，否則在合分閘回路同時(shí)接通時(shí)會(huì)導(dǎo)致高壓斷路器發(fā)生跳躍性合閘，造成嚴(yán)重后果。防跳回路是指防止跳躍的電氣回路。開關(guān)裝置配有電氣的分閘和合閘按鈕，當(dāng)分閘按鈕一直按下時(shí)，開關(guān)分閘，如果此時(shí)合閘按鈕也一直按下，開關(guān)就會(huì)出現(xiàn)合閘后立即分閘，分閘后又合閘的跳躍動(dòng)作。

國(guó)內(nèi)“防跳”回路最初是通過(guò)控制室二次操作回路的接線來(lái)實(shí)現(xiàn)的，國(guó)產(chǎn)斷路器基本不具備電氣“防跳”功能。后來(lái)隨著進(jìn)口斷路器（如ABB公司VD4型真空斷路器）的引進(jìn)，斷路器機(jī)構(gòu)本身帶了功能，這主要是為了防止沒(méi)有外部防跳回路時(shí)，運(yùn)行中或現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)出現(xiàn)多次“跳躍”，損壞機(jī)械設(shè)備。當(dāng)時(shí)考慮到進(jìn)口斷路器操作機(jī)構(gòu)回路修改手續(xù)比較繁瑣，而且其防跳繼電器質(zhì)量不錯(cuò)，機(jī)構(gòu)箱密封性能好，這就開始出現(xiàn)了采用斷路器機(jī)構(gòu)箱“防跳”，而停用操作箱“防跳”的情況。本文將對(duì)南京自來(lái)水公司城南水廠運(yùn)用的幾種防跳回路進(jìn)行分析對(duì)比，并就應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行探討。

1開關(guān)柜控制室內(nèi)典型防跳回路接線

早期的防跳回路是通過(guò)控制室內(nèi)的二次操作回路接線來(lái)實(shí)現(xiàn)的（如筆者最早接觸的上海華通產(chǎn)的JYN-12型落地手車式高壓開關(guān)柜，即屬于此類），即防跳繼電器TBJ由電流啟動(dòng)，該線圈串聯(lián)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(lián)。當(dāng)合閘到故障線路或設(shè)備上，則繼電保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)出口接點(diǎn)TJ閉合，此時(shí)防跳繼電器TBJ的電流線圈啟動(dòng)，同時(shí)斷路器跳閘，TBJ的常閉接點(diǎn)斷開合閘回路，另一對(duì)常開接點(diǎn)接通電壓線圈并保持。若此時(shí)SK（5—8）或HJ接點(diǎn)不能返回而繼續(xù)發(fā)出合閘命令，由于合閘回路已被斷開，斷路器不能合閘，從而達(dá)到防跳目的。我們經(jīng)常稱之為“電流啟動(dòng)，電壓保持”。另外，當(dāng)TBJ啟動(dòng)后，其并聯(lián)于保護(hù)出口的常開接點(diǎn)閉合并自保，直到斷路器常開輔助觸點(diǎn)變位為止。有效地防止了保護(hù)出口接點(diǎn)斷弧。其原理圖詳見圖1。

2斷路器內(nèi)典型防跳回路接線

目前在6～10kV中壓系統(tǒng)中使用較多的為ABB公司生產(chǎn)的VD4型真空斷路器，其生產(chǎn)的35kV等級(jí)的HD4型SF₆斷路器的防跳回路設(shè)計(jì)與VD4型真空斷路器較為類似。在本章中，筆者將以VD4型真空斷路器防跳回路設(shè)計(jì)為例，介紹兩種不同的斷路器內(nèi)典型防跳回路接線。

2.1采用有防跳繼電器K0的防跳回路

在早期的VD4型真空斷路器內(nèi)，安裝有防跳繼電器KO，并形成專門的防跳回路來(lái)實(shí)現(xiàn)防跳功能。即防跳繼電器KO的電壓線圈并聯(lián)在斷路器的合閘回路上（如圖2所示）。例如一個(gè)持久的合閘命令存在時(shí)，合閘整流橋輸出經(jīng)Y3，S2，S3，S1，KO（2—1）接通。斷路器合閘后，并聯(lián)在合閘回路的輔助接點(diǎn)S3′閉合，啟動(dòng)防跳繼電器KO，KO接點(diǎn)即由2—1位置切換到4—1位置，斷開合閘回路并保持。若此時(shí)線路或設(shè)備故障，繼電保護(hù)動(dòng)作跳閘。但由于合閘回路已可靠斷開，從而防止了開關(guān)跳躍。（目前我廠變電所和二泵房在用）

2.2無(wú)防跳繼電器的防跳回路

約從2007年起，ABB公司更改了VD4真空斷路器的合分閘回路設(shè)計(jì)，開始采用新型安全型雙線圈設(shè)計(jì)脫扣器，分合閘脫扣器完全相同。分合閘脫扣器皆可承受被長(zhǎng)期通電而不會(huì)燒毀。分合閘脫扣器安裝在脫扣器功能模塊中，整個(gè)模塊可以進(jìn)行簡(jiǎn)單快速的更換，并同時(shí)保持?jǐn)嗦菲鲄?shù)的穩(wěn)定性。以合閘線圈為例：

每個(gè)脫扣器包含有一個(gè)動(dòng)作線圈（5-3端子間）和一個(gè)保持線圈（3-4端子間），并集成了一整套控制保護(hù)電路。動(dòng)作線圈的額定功率為200W，保持線圈的額定功率僅為5W。其動(dòng)作步驟如下：

（1）在無(wú)合閘命令狀態(tài)下，受IC控制的電子開關(guān)M1和M2皆處于關(guān)斷狀態(tài)，動(dòng)作線圈和保持線圈都不被導(dǎo)通。

（2）如果脫扣器接受到的合閘命令小于設(shè)定的門檻電壓，也就是低于60%的額定二次工作電壓時(shí)，IC控制的電子開關(guān)M1和M2仍然不被導(dǎo)通，動(dòng)作線圈和保持線圈中沒(méi)有任何電流通過(guò)，脫扣器不動(dòng)作。

（3）如果脫扣器接受到的合閘命令高于設(shè)定的門檻電壓，也就是60%的額定二次工作電壓時(shí)：

①在前0～100ms時(shí)間內(nèi)，脫扣器控制模塊IC的Out 4處于高電平狀態(tài)，M1導(dǎo)通，動(dòng)作線圈得電，脫扣器啟動(dòng)并推動(dòng)斷路器機(jī)構(gòu)完成合/分閘動(dòng)作。此時(shí)電流流經(jīng)回路為：端子5—?jiǎng)幼骶€圈一端子3—M1。動(dòng)作線圈功率為200W，也就是說(shuō)假設(shè)脫扣器額定電壓為220V時(shí)，動(dòng)作線圈的阻值約為200Q，動(dòng)作電流約為1A。

②經(jīng)過(guò)100ms后，控制電路模塊IC的Out4變成低電平狀態(tài)，M1關(guān)斷斷開動(dòng)作線圈。同時(shí)IC的Out2變成高電平狀態(tài)，M2導(dǎo)通，保持線圈得電。此時(shí)電流被切換到新的回路：端子5一脫扣器的動(dòng)作線圈一脫扣器的保持線圈一端子4—M2。保持線圈的功率僅為5W，保持電流僅為極低的數(shù)十毫安，線圈發(fā)熱量極少。由于電磁鐵的特性，此毫安級(jí)的電流足以使得鐵心被可靠保持在吸合位置。

由該脫扣器動(dòng)作分析可知，在接受指令完成一次合閘動(dòng)作后，該脫扣器保持線圈將得電，使脫扣器一直保持在吸合狀態(tài)，此時(shí)如果斷路器因故障跳閘，即使合閘命令仍然存在，但因?yàn)楹祥l脫扣器一直沒(méi)有復(fù)位，而使得斷路器無(wú)法再次完成合閘，從而達(dá)到防止跳躍性合閘的目的。（目前我廠一泵房在用）

3 VD4真空斷路器兩種防跳回路的比較

采用了雙線圈設(shè)計(jì)的新型脫扣器，大大簡(jiǎn)化了斷路器內(nèi)部合閘回路的設(shè)計(jì)，和ABB公司上代VD4型真空斷路器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）更高的安全性，有效保護(hù)脫扣器線圈在各種極端工況下不被燒毀，同時(shí)保證斷路器動(dòng)作時(shí)間更加準(zhǔn)確；

（2）極大簡(jiǎn)化了合閘回路的設(shè)計(jì)，提高斷路器整體可靠性；

（3）與機(jī)構(gòu)配合，實(shí)現(xiàn)可靠的機(jī)械防跳功能。

4幾種防跳回路的對(duì)比與討論

防跳功能是指一個(gè)合閘命令，無(wú)論保持的時(shí)間有多長(zhǎng)，都只能使斷路器合閘一次。第二次合閘必須在前一個(gè)合閘命令消失之后，由重新發(fā)出的第二個(gè)合閘命令觸發(fā)。

簡(jiǎn)單的說(shuō)：

（1）傳統(tǒng)斷路器的防跳功能是靠一個(gè)自保持的繼電器回路實(shí)現(xiàn)的。在開關(guān)柜控制室內(nèi)的防跳回路是通過(guò)電壓保持線圈實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)功能，在電流線圈啟動(dòng)后，電壓線圈切斷串聯(lián)在合閘回路內(nèi)的輔助觸點(diǎn)，使得合閘線圈無(wú)法得電動(dòng)作。

（2）傳統(tǒng)VD4上，這個(gè)繼電器是合閘回路中的K0。一個(gè)長(zhǎng)期存在的合閘命令將使K0繼電器在斷路器合閘到位后動(dòng)作，切斷合閘線圈回路，使得斷路器避免跳躍合閘。這兩種防跳回路的區(qū)別在于，前者必須有跳閘信號(hào)存在，啟動(dòng)電流線圈，才能實(shí)現(xiàn)防跳功能，而后者無(wú)論跳閘信號(hào)是否存在，一次合閘命令只能完成一次合閘動(dòng)作。

（3）新VD4上，沒(méi)有電氣防跳的K0回路，防跳功能完全由脫扣器本身和操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械配合實(shí)現(xiàn)：當(dāng)一個(gè)合閘命令持續(xù)存在時(shí)，在驅(qū)動(dòng)斷路器動(dòng)作一次后脫扣器將被持續(xù)保持在吸合位置。在這種情況下，即便是斷路器分閘并儲(chǔ)滿能量，保持在吸合位置的脫扣器也使操動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法復(fù)位到準(zhǔn)備合閘的條件。只有當(dāng)合閘命令消失，脫扣器鐵心返回后操動(dòng)機(jī)構(gòu)才能復(fù)位，從而實(shí)現(xiàn)了防跳的功能。

與電氣防跳相比，機(jī)械防跳具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）從原理可以看出，機(jī)械防跳與外界綜保的電氣回路永遠(yuǎn)不產(chǎn)生任何沖突。新VD4的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也顯示了這一點(diǎn)。

（2）新VD4機(jī)械防跳的設(shè)計(jì)使得操動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)手動(dòng)合閘操作也具有防跳功能，也就是說(shuō)，一個(gè)手動(dòng)合閘操作也只能使得斷路器合閘一次。新VD4更安全的保護(hù)了運(yùn)行人員的安全。

（3）機(jī)械防跳本身沒(méi)有電氣防跳繼電器斷線、接點(diǎn)接觸不良等風(fēng)險(xiǎn)，更加安全可靠。