浅谈电力继电保护中断路器压力闭锁

【摘 要】目前电力系统中的高压SF6断路器操动机构主要采用弹簧储能操动机构、液压操动机构和气动操动机构，操动机构是完成断路器分、合闸操作的动力能源，操动机构性能的好坏，直接影响着断路器的工作。继电保护装置的正确动作和断路器顺利完成分、合闸过程与断路器的操动机构压力是否正常密切相关，因此继电保护和断路器双方在满足各自任务的前提下密切配合显得尤为重要。

【关键词】电力继电保护；断路器；压力闭锁

1、继电保护的任务

当被保护的元件发生故障时，该元件的继电保护装置迅速准确地给距离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度的减少对电力元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响。

2、断路器操动机构的分类

弹簧储能操动机构是由电动机将弹簧拉紧或者是压缩弹簧储能，合闸时弹簧释放，将断路器合上。

气压操动机构和液压操动机构是利用气压或液压储能操作断路器分、合闸。当气压或者液压低于规定值时，启动气泵或者油泵电动机储能，气压或者液压高于规定值时，气泵或者油泵电动机停止。

任何一个完好的断路器操动机构至少能够完成一次“分—合—分”的操作循环过程。当液压操动机构和气压操动机构由于某种原因造成气（液）压力降低，不能保证断路器正确分、合时，按照贮压缸内剩余压力由高到低依次闭锁重合闸、闭锁合闸、闭锁跳闸以及禁止操作。

3、断路器压力闭锁与继电保护的配合

重合闸压力闭锁接点必须引入继电保护装置，主要原因如下：

第一，若系统内发生永久性故障，保护装置动作跳开相关断路器后，断路器进行一次重合闸，然后加速再次跳开该断路器，此时断路器完成一次“分—合—分”的循环过程，断路器操动机构的压力会降低，如果压力值降低至闭锁合闸的范围，就会断开合闸回路，断路器操作箱内的TWJ（跳位继电器）就会失磁返回，保护装置就会认为断路器在合位（因为现在多数微机保护装置都是以TWJ接点返回来判别断路器在合位），重合闸开始充电。如果断路器操动机构的打压时间大于重合闸充电时间，重合闸就会在断路器操动机构恢复至正常压力前充满电，为再次重合做好准备，若没有把闭锁重合闸接点引入保护装置，待到断路器操动机构压力恢复至正常值时，合闸回路接通，TWJ重新励磁动作，接点闭合，保护装置会判定断路器由合位变为分位，重合闸会再次动作，使断路器错误的再次重合于故障，然后断路器再次加速跳闸，从而出现类似于“跳跃”的现象，进而损坏断路器。

第二，对于分相操作的断路器，断路器采用单相重合闸或综合重合闸方式时，压力闭锁还关系到保护的跳闸逻辑。当断路器操动机构压力降低到闭锁重合闸（或闭锁合闸）定值以下时，一方面闭锁重合闸，一方面沟通三相跳闸回路，使不对称故障也三相跳闸。

基于以上两个原因必须将断路器重合闸压力闭锁接点接入重合闸闭锁回路。若断路器操动机构没有闭锁重合闸的接点，则必须优先将合闸压力闭锁接点接至保护装置。

4、实现断路器操动机构压力闭锁的最佳位置

断路器操动机构的压力降低闭锁合闸、闭锁跳闸、禁止操作三个功能的最佳实现位置是在断路器操动机构内部来实现，这样可以减少电缆的连接，减少中间环节，断路器的操作回路最简单，压力闭锁的可靠性最高。但是当断路器操动机构内部只有一套压力降低闭锁合闸、闭锁跳闸、禁止操作接点，为了能够实现压力闭锁的同时还能发信号告警通知运行人员，就只能将这三付接点引入保护屏的操作箱启动相应的YJJ回路，来同时完成上面的两个功能。

5、操作箱内压力闭锁回路接线分析

保护屏操作箱内断路器

压力闭锁的接线如图1所示。

现场实际是将断路器操动机构内部的压力降低闭锁重合闸、闭锁合闸、闭锁跳闸、禁止操作的四付接点分别引入保护屏的操作箱。压力降低闭锁重合闸的接点接入4Q1D43端子与负电源之间；闭锁合闸的接点接入4Q1D44端子与负电源之间；闭锁跳闸的接点接入4Q1D42端子与负电源之间；禁止操作的接点接入4Q1D40端子与正电源之间（如图1所示）。由图1可知，1YJJ、2YJJ、3YJJ是常励磁的，只要操动机构内的压力闭锁接点动作接通，就会短接相应的YJJ的励磁线圈，使其失磁返回；而4YJJ正常时是不励磁的，当操动机构内禁止操作的接点接通，4YJJ励磁动作。

当断路器操动机构闭锁合闸与闭锁重合闸均在保护屏的操作箱内中执行时，维持厂家原有接线不变（接线图如图2所示），即可实现闭锁功能。

当断路器操动机构合闸压力闭锁在操动机构执行而重合闸压力闭锁在保护装置内执行时，3YJJ接点不执行闭锁任务，但不必将3YJJ接点断开，宜维持厂家原有接线不变。这样，正常手动合闸时，3YJJ和2YJJ接点并联会使合闸回路更加可靠。如图2所示。

当操动机构只有一个合闸压力闭锁接点而无闭锁重合闸的接点时，闭锁合闸的接点优先接入重合闸压力闭锁回路（应将操动机构内闭锁合闸的允许压力适当提高至闭锁重合闸的允许压力）。此时，合闸闭锁也在操作箱执行，应将闭锁合闸继电器3YJJ的励磁线圈短接（即如接线图1所示将4Q1D44与负电源直接短接），使3YJJ失磁返回，断开3YJJ接点，这样才能通过2YJJ接点实现闭锁合闸。

如接线图1所示，操作箱中禁止操作继电器4YJJ有一个常开接点并接在闭锁跳闸继电器1YJJ两端，当操动机构内部的禁止操作的接点动作接通后，操作箱内部的4YJJ励磁动作，并连接于1YJJ线圈两端的4YJJ常开接点闭合，使1YJJ失磁返回，由于1YJJ的常开接点接在操作正电源与跳合闸回路之间（如图3所示），跳合闸回路会因为1YJJ失磁返回，常开接点打开而失去正电源，实现闭锁。

6、断路器操动机构压力闭锁回路中存在的问题

现在220kV的电网中，为了防止保护拒动，保证满足继电保护可靠性的要求，保护进行了双重化配置，为防止由于断路器拒动而启动失灵保护使故障的影响范围扩大，220kV及以上电网中应用的断路器的跳闸操动机构、跳闸回路操作箱、操作电源也都进行了双重化配置。按照“四统一”（统一的设计技术条件，统一的接线回路，统一的元件符号，统一的端子排编号）的设计原则，为了在任何一组直流电源消失时压力闭锁继电器都不失电，采用了电源切换回路，即如图1所示正常时压力闭锁继电器使用第一组直流电源（第一组电源正常1JJ是常励磁动作的，接点1JJ2、1JJ4闭合，压力闭锁继电器使用第一组直流电源），当第一组直流电源消失时，1JJ自动切换到第二组直流电源（第一组电源不正常时1JJ失磁返回，接点1JJ2、1JJ4打开，1JJ3、1JJ4接点返回闭合，压力闭锁继电器使用第二组直流电源），以保证有一路跳闸可以执行。

7、结束语

为了能够实现直流电源、跳闸回路、压力闭锁接点、压力闭锁继电器彻底双重化，断路器制造厂家的断路器操动机构应该至少提供两套同样的压力闭锁接点，分别控制两组压力闭锁继电器；保护装置制造厂家的操作箱内部也应该提供两套完全独立的闭锁回路。