断路器跳位监视回路与防跳回路间寄生回路的危害分析及改进意见

引言

跳位监视回路与防跳回路是断路器控制回路中两个非常重要的功能回路。跳位监视回路取自断路器操作箱,起着监视合闸回路完整性的作用,由操作箱厂家生产设计,由变电二次专业进行维护和管理:断路器防跳功能由两种方式实现,一种为操作箱防跳,另一种为断路器机构自带防跳,其中断路器机构箱防跳回路由断路器厂家生产设计,由变电一次专业进行维护和管理。由于跳位监视回路与防跳回路分属不同的生产厂家,缺乏相互配合的设计标准,同时维护阶段又分属不同的专业班组,缺乏统一的维护和管理,根据广东电网公司2007版继电保护反措的要求:"为了防止操作箱及断路器机构箱两套防跳回路同时使用时产生寄生回路,每个断路器应且只应使用一套防跳回路。"根据南方电网公司2014版继电保护反措要求:"防跳回路优先使用机构箱防跳。"在实际运行中,二次专业人员发现即使仅使用断路器机构箱防跳,在一些情况下由于断路器机构箱防跳继电器和跳位监视继电器的参数配合问题,会导致断路器跳位监视回路与防跳回路之间产生寄生回路,轻则影响断路器操作箱指示灯的正确性,重则影响断路器的正常合闸,严重危害电网及设备的安全运行。本文将就此类缺陷回路进行分析。

1典型案例分析

1.1一起断路器防跳继电器无法自行返回的缺陷实例

在110kV某变电站110kV线路保护验收时,二次专业人员进行断路器防跳试验后,断路器无法手合成功。经检查后台无异常信号,断路器操作箱分位指示正常。经现场查证,该断路器控制回路已取消操作箱防跳,仅应用机构箱防跳。在检查断路器机构箱的防跳动作过程中发现,断路器合闸再次跳开后,防跳继电器动作并与跳位监视回路形成寄生回路,导致防跳继电器无法自行返回,持续断开断路器合闸回路,导致断路器无法合闸。断开操作电源后,防跳继电器返回,断路器可以正常手合。

1.2一起断路器操作箱跳合位指示灯同时亮起的缺陷实例

110kV某变电站在运行过程中,运维人员发现#2主变操作箱上主变变高102断路器分位和合位指示灯同时亮起,结合停电检查发现,该断路器已取消操作箱防跳,仅应用机构箱防跳。经分析,由于跳位监视回路与防跳回路继电器参数配合不当,产生寄生回路,故导致断路器在合位过程中跳位监视继电器启动,造成操作箱显示断路器的分位、合位指示灯同时亮起。后取消机构箱防跳,改用操作箱防跳,该缺陷得以消除。

2断路器跳位监视与防跳回路的寄生回路分析

典型的断路器控制回路如图1所示。由图1可知,断路器操作箱及机构箱均设有防跳回路,为防止两个防跳回路同时启用造成断路器控制回路的寄生,在广东电网2007版反措中要求,在此情况下只允许使用一套防跳,在南网2014年反措要求中提到,优先使用机构箱防跳,图1为取消操作箱防跳,用S2短接HBJV后的断路器控制回路示意图。

断路器的防跳回路试验:在持续输入断路器合闸的信号过程中,若断路器遇故障跳开后,断路器应不会再次合闸,从而实现断路器的防跳功能。如图1所示,当断路器手合信号持续发生时,合闸保持继电器触发合闸自保持回路,断路器合到位后DL节点闭合,远方合闸正电启动防跳继电器KA,并触发KA自保持回路,同时由于防跳继电器KA常闭节点串入合闸回路中,此时该节点断开,持续断开开关合闸回路,开关无法合闸。参照上述断路器的控制回路可知如下两种情况:(1）在断路器合闸状态下,防跳回路中DL常开节点闭合,此时自跳位监视继电器处正电至防跳回路负电形成一个寄生回路:(2）在断路器合闸过程中,DL接点瞬时闭合,启动防跳继电器KA,并经KA接点自保持,若此时合闸信号消失,KA和TwJ继电器由于参数配合不当导致KA不能瞬时返回,此时也将产生寄生回路。

2.1断路器合位时,跳位监视与机构箱防跳产生的寄生回路分析

在断路器合闸位置时,跳位监视与机构箱防跳将产生如图2所示的寄生回路。在此情况下,若TwJ与KA均未达到动作电压,则虽然该回路存在但是不影响开关控制回路的正常工作:但若TwJ继电器与KA继电器参数配合不当,导致TwJ继电器异常启动,将会出现典型案例1.2中的情况,即在操作箱观察到断路器的分位及合位灯同时亮起,此情况仅影响操作箱指示异常,不影响断路器分合闸回路正常工作。

2.2防跳动作后KA继电器无法返回情况下,跳位监视与机构箱防跳产生的寄生回路分析

由于不同厂家的TwJ与KA继电器参数配合不当,防跳回路启动后KA继电器无法返回,将产生如图2所示的寄生回路,由于防跳继电器KA持续启动,则其串于断路器合闸回路中的常闭节点将断开,合闸回路不通,导致后续断路器无法合闸。在此情况下会出现下述两种现象:(1）TwJ因达到动作电压而动作,操作箱断路器跳位灯亮起,但是断路器无法合闸。此现象即上文所提典型案例1.1的情况。跳位监视继电器TwJ的重要功能之一是为了监视合闸回路的完好性,此时断路器的合闸回路由于被防跳继电器KA断开,导致无法正常合闸。TwJ依然亮起,调度及后台未收到控制断线信号,误导专业人员判断断路器的合闸回路是完好的,这种情况会影响事故处理时现场人员做出快速准确的判断。(2）TwJ未达到动作电压,操作箱断路器位置灯不亮,断路器无法合闸。此时由于开关在分位,TwJ未动作,调度及后台将收到"控制回路断线"告警。

在此类回路缺陷状况下,将影响断路器防跳回路启动后的正常合闸功能,例如断路器故障跳闸后,事故处理时,断路器无法正常合闸,只有断开控制电源,复归操作箱才可以消除回路异常。若事故处理人员缺乏相关经验,无法快速判断、消除故障,则会大大降低电力系统的事故处理效率。

3实际应用的断路器跳位监视回路与防跳回路的改进方法

3.1取消断路器机构箱防跳功能,改用操作箱防跳

针对跳位监视回路与机构箱防跳回路参数配合不当而产生的寄生回路,采取取消机构防跳功能的方法。这种方法的优点是从源头上消除了该寄生回路的形成,但存在如下问题:(1）断路器就地操作时缺少防跳功能,危及断路器就地操作时人身及设备风险。(2）操作箱防跳回路存在死区,即合闸信号持续保持过程中,若断路器因机构故障、三相不一致继电器动作等原因而跳开,由于不经操作箱的跳闸无法启动防跳回路,则可能造成断路器跳跃。综合考虑,仅应用操作箱防跳,针对一些老旧变电站,断路器机构箱回路改造困难时,该方法可以很好地解决问题。具体做法可参照图1所示的典型回路,拆除机构箱防跳回路即可。

3.2应用远方/就地把手切换两组防跳功能

为了解决仅采用操作箱防跳,断路器就地操作时失去防跳功能的缺陷,可在断路器机构箱防跳回路中串入"远方/就地"切换把手,如图3中改进方法3.2所示,实现在远方操作时使用操作箱防跳,就地操作时采用机构箱防跳功能。该方法对比3.1,可解决断路器就地操作时无防跳回路保护的问题,但是在断路器正常运行时,远方/就地把手切换至远方位置,也无法解决防跳回路仅能通过操作箱合闸启动所带来的保护死区问题。

3.3在跳位监视回路中串联断路器位置的常闭辅助接点及防跳继电器常闭接点

为了解决上述问题,可在跳位监视回路中串联防跳继电器KA及断路器DL的常闭节点,如图3中改进方法3.3所示。即使KA与TwJ的参数配合不当,跳位监视回路与防跳回路中同时有断路器DL辅助节点的常开及常闭节点、防跳继电器KA的常开及常闭节点,且二者不会同时闭合,则图2所示的寄生回路将不复存在。本方法可以完美解决仅使用或切换至断路器操作箱防跳回路导致的就地操作时无防跳回路保护的问题:还可以解决应用或切换至断路器操作箱防跳回路时,仅能通过操作箱合闸启动防跳所带来的保护死区问题。

4总结与建议

4.1有关电网部门制定操作箱及机构箱重要继电器的详细参数标准

目前存在的跳位监视继电器和防跳继电器的参数配合不当问题,主要是由于在现有招投标模式下,电气一次设备厂家与二次设备厂家的设备分别生产,不会进行相关参数的沟通。相关的继电器参数规范比较笼统,要求不够具体,无法指导厂家进行合理生产。因此,关于操作箱及机构箱重要继电器的参数要求,建议有关电力部门制定更加具体、可操作的执行标准,指导电气设备厂家进行合理改进,从生产上直接解决跳位监视继电器与防跳继电器之间参数配合不当的问题。

4.2加强二次专业的防跳回路验收工作

对于新投运的存在跳位监视回路及防跳回路的设备,相关验收人员要认真学习防跳回路与跳位监视回路中可能存在的安全隐患,在验收过程中,注意防跳及跳位监视回路的设计是否存在安全隐患,如果存在如文中所述的安全隐患,要及时提醒设计人员进行更改。在验收过程中,着重对防跳回路进行试验,观察试验现象,确保防跳回路及跳位监视回路的功能独立且正常。

4.3对于存在寄生回路问题的跳位监视及防跳回路要选择适当的方法进行改进

对于已投运设备,通过停电检查等,对开关的防跳回路功能进行试验,如果存在跳位监视回路与防跳回路之间参数配合不当的问题,建议结合现场实际进行改进。改进方案如文中3.1、3.2、3.3所述。