500kV保护操作箱与断路器机构防跳回路配合存在问题及解决方案

[摘 要]长期以来，保护操作箱归属二次专业管理，而断路器机构归属一次专业管理。由于缺乏统一的设计、管理，在验收和定检中，常常发生保护操作箱与断路器机构控制回路不配合的问题，本文针对现场运行中操作箱与机构防跳回路配合时存在的主要问题，在深入分析断路器操作箱与防跳回路配合异常原因的基础上，提出合理的解决方案建议。最后，结合断路器控制回路的现状和变电站的发展趋势，提出断路器控制回路的优化方向。

[关键词]防跳回路、操作箱、机构箱、控制回路

中图分类号：F110 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0076-02

引言

长期以来，保护操作箱归属二次专业管理，而断路器机构归属一次专业管理。由于缺乏统一的设计、管理，在实际验收或者定检中，常常发生保护操作箱与断路器机构控制回路不配合的问题，本文针对现场运行中操作箱与机构防跳回路配合时存在的主要问题，进行深入分析，并提出合理的解决方案建议。

1、存在的问题及解决方案

实际运行中，操作箱与机构防跳回路配合时存在的问题主要有：

1.1 问题一：操作箱跳位监视TWJ回路与机构防跳回路的配合

见图1，以A相为例，断路器在合闸位置时，断路器常开接点52a闭合，正电经TWJ、就地远方切换把手、52a、机构防跳继电器52YA、到负电形成通路。

若操作箱TWJ继电器及其电阻，与机构防跳继电器及其电阻的参数配合不当，可能导致操作箱的TWJ继电器与机构防跳继电器在断路器合位时动作，这样就主要出现两个问题：

1）不管断路器在跳位还是合位，TWJ都在动作状态，这就造成保护逻辑判断错误和二次回路异常；

2）由于TWJ与机构防跳构成回路，造成合闸令收回后防跳继电器不返回，合闸回路一直被断开，只有人为断开断路器控制电源后防跳继电器才能返回，将合闸回路接通。系统发生故障，断路器跳闸故障消除后，手合断路器将会出现拒合，延迟系统恢复的时间；若为线路断路器，将会出现瞬时故障重合不成功，影响系统的稳定运行。

问题分析：在合闸位置时，正电经TWJ、52a、52YA防跳继电器、到负电形成通路，要求合理选择此回路中操作箱TWJ继电器及其电阻、机构防跳继电器及其电阻参数，使回路电流满足：1）小于操作箱TWJ继电器的动作电流（或动作电压）；2）小于机构防跳继电器的返回电流（或返回电压）。

解决方案：解决操作箱的TWJ继电器与机构防跳继电器配合问题，要点在于：断路器在分位时，操作箱的TWJ要能与机构箱的合闸回路接通，监视合闸回路的完好性；而断路器在合位时，操作箱的TWJ要能与机构箱的防跳回路断开，使得操作箱的TWJ继电器与机构防跳继电器不存在配合问题。一种简单的方法，在操作箱的TWJ继电器与机构控制回路之间串接断路器的常闭辅助接点。

如图2所示，把TWJ在4D100、4D101之间解开，单独到断路器机构串接断路器辅助接点52b后，再和合闸回路并接进入机构的合闸回路。

这种接法优点：TWJ能监视机构整个合闸回路是否完整（包括选择断路器）；操作箱防跳和机构箱防跳都可以用；串入的辅助接点没转到位，不影响合闸回路。

1.2 问题二：操作箱合闸保持继电器与机构防跳回路的配合

见图2，断路器合闸完成后，常闭接点52b断开合闸回路，常开接点52a闭合，而合闸脉冲持续存在，正电经合闸保持接点SHJa、合闸保持继电器SHJa、操作箱防跳常闭接点1TBUa（2TBUa）、就地远方切换把手、断路器常开接点52a（或者52YA常开接点）、机构防跳继电器52YA、到负电形成通路。

若操作箱合闸保持继电器SHJa及其电阻，与机构防跳继电器及其电阻的参数配合不当，可能导致在断路器合闸后，操作箱的合闸保持继电器SHJa无法返回或机构防跳继电器动作，这样就主要出现两个问题：

1）SHJa长期无法返回、合闸回路保持，可能造成SHJa烧毁、导致无法正常合闸；

2）由于SHJa与机构防跳构成回路，造成合闸令收回后防跳继电器不返回，合闸回路一直被断开，只有人为断开断路器控制电源后防跳继电器才能返回，将合闸回路接通。系统发生故障，断路器跳闸故障消除后，手合断路器将会出现拒合，延迟系统恢复的时间；若为线路断路器，将会出现瞬时故障重合不成功，影响系统的稳定运行。

问题分析：在合闸过程中，正电经合闸保持接点SHJa、合闸保持继电器SHJa、操作箱防跳常闭接点1TBUa（2TBUa）、就地远方切换把手、断路器常开接点52a（或者52YA常开接点）、机构防跳继电器52YA、到负电形成通路，要求合理选择此回路中操作箱合闸保持继电器及其电阻、机构防跳继电器及其电阻参数，使回路电流满足：1）小于操作箱合闸保持继电器的返回电流；2）大于机构防跳继电器的动作电流（或动作电压）。

解决方案：

1、取消操作箱时，采用机构防跳时，在工程设计阶段，设计院应结合合闸电流水平，对合闸保持回路和机构防跳配合关系进行核算。应保证操作箱合闸自保持回路串接机构防跳回路实现防跳自保持时，在合闸回路断开后，回路电流应保证合闸自保持回路可靠返回。现场验收时，通过实际跳合闸及防跳试验，验证操作箱合闸保持继电器与机构防跳回路的配合正确性。

2、如果现场合闸保持回路和机构防跳无法配合时，可取消机构防跳时，采用操作箱防跳，这样就不存在机构防跳和合闸保持继电器配合问题。

1.3 问题三：断路器三相电气联动合闸回路与机构防跳回路的配合

在一些变电站中，如果母联或者主变变高断路器为分相式断路器，为达到三相同时合闸的目的，设计将断路器操作箱分相合闸出口回路4D86、4D87、4D88、4D89、4D90、4D91短接，如图3所示；同时将断路器汇控柜合闸回路端子短接，如图4所示。

由此带来了三个问题：

1）断路器机构分相合闸回路并接后，运行中如果其中任两相或任一相合闸回路开路，操作箱TWJ继电器将无法返回，不能发控制回路断线告警，无法正常发现合闸回路故障。

2）非全相运行时，操作箱三相的TWJ继电器均动作，保护装置的三相不一致保护无法正确采集断路器位置信号，不能正确动作。

3）如果保护操作箱的SHJ相关回路电阻值是按照机构箱的单相合闸回路电阻值配合，则断路器在合闸瞬间，操作箱内SHJ或ZHJ三相节点中，节点闭合动作并不完全一致，先闭合相的合闸保持继电器在短时间内承受较大电流，可能导致SHJ烧毁。

4）如果保护操作箱的SHJ相关回路电阻值是按照机构箱的单相防跳回路电阻值配合，当断路器合闸后，操作箱内三相合闸保持继电器返回电流略有差异或节点断开的速度有差别，造成动作较慢的合闸保持继电器接通三相防跳回路的情况，这导致该相合闸保持继电器无法返回，机构防跳回路一直处于动作状态。

对于第4点，具体分析如下：

如果保护操作箱的SHJ相关回路电阻值是按照机构箱的单相合闸回路和防跳回路电阻值配合，而把合闸回路三相短接，当出现此种情况：在断路器合上后，合闸回路断开，操作箱内三相合闸保持继电器返回电流略有差异或节点断开的速度有差别，导致其中最慢一相SHJ还未返回，如图5所示，此时，防跳回路的电阻是之前的1/3，可能造成合闸自保持回路电流增大，大于SHJ的返回电流，这导致该相合闸保持继电器无法返回，机构防跳回路一直处于动作状态。

解决方案：为了防止操作箱与机构回路的配合的异常，三相电气联动控制回路需改成分相操作回路，在验收和施工过程应该严格把关。

在《南方电网变电站二次接线标准》中明确指出：“非机械联动断路器的合闸回路应采用分相合闸方式，断路器的三相联动由继电保护装置实现”；在《南方电网500kV线路和主变技术规范》中也明确要求“对于母联和主变的断路器，应使用机械联动的断路器”，这样就不存在三相电气联动控制回路的问题，因此在新建或者扩建工程中，应该落实以上标准。

2、结论

对于实际运行中，操作箱与机构防跳回路配合时存在的问题，采用下列的解决办法：

1）：解决操作箱的TWJ继电器与机构防跳继电器在断路器合位时动作的问题：在操作箱的TWJ继电器与机构控制回路之间串接断路器的常闭辅助接点，即保证了断路器跳位的监视，也同时解除继电器TWJ的动作电流对机构防跳继电器参数选择的影响。

2）：解决操作箱合闸保持继电器与机构防跳回路的配合问题：扩展机构防跳继电器与操作箱合闸保持继电器的配合裕度，或取消机构防跳回路，采用操作箱的防跳回路。

3）：消除断路器三相电气联动合闸回路对机构防跳回路的影响：采用分相合闸方式，消除各相控制回路之间的影响，或者在基建工程中，对于母联和主变的断路器，直接使用机械联动的断路器，操作箱配套使用单相操作箱即可。

3、致谢

感谢深圳供电局有限公司的相关领导和老师傅对我的培养，谨此致谢。

参考文献

[1] 彭业、马军.、欧阳力 保护控制回路与三菱断路器操作机构的配合 《电力保护与控制》 2009.

[2] 中国南方电网《南方电网变电站二次接线标准》 2012.

[3] 中国南方电网《南方电网500kV主变、线路保护技术规范》2011.

作者简介

冯宗建（1985-），男，本科，工程师，主要从事变电站二次设备的运行和维护工作