断路器防跳回路缺陷的分析与处理

断路器防跳回路缺陷的分析与处理

陈栋

中能建安徽电建一公司 安徽省合肥市 230000

摘要：高压开关柜保护装置操作箱及断路器机构箱都设有防跳回路。断路器在手动或自动装置合闸后，如果操作控制开关未复归或控制开关触点、自动装置触点卡住，此时保护动作使断路器跳闸而发生的多次“合分-合分”的“跳跃”现象。目前保护装置防跳和开关机构防跳都可以解决“跳跃”问题，但同时并存或因保护逻辑的设置不合理，会导致防跳回路失灵。本文通过一起防跳回路的故障实例，分析了防跳回路的工作原理，以及防跳回路失灵的解决办法。

关键词：防跳回路；开关柜；故障

1．故障分析

我司在轨道1号线110kV主变电所停电检修与预防性试验时发现，35kV开关柜断路器防跳功能不起作用。现象为在模拟断路器合闸回路常通且馈线发生永久性故障时，断路器发生反复“合分-合分”的“跳跃”现象。如果日常运行中手动合断路器时，线路有故障使保护动作沟通跳闸回路或者跳闸出口接点卡死；或是合闸于永久性故障的线路时断路器合闸回路发生粘连，均会造成开关的跳跃，从而损坏开关或对系统造成冲击。为消除此种重大隐患，保障供电安全，需对现有的防跳回路进行改造，以满足实际使用需求。分析其二次回路，发现采用开关防跳，原理图如下：

图1 断路器二次回路

①K1防跳继电器 ②S3弹簧储能辅助开关 ③ S1断路器辅助接点 ④Y9合闸线圈 ⑤Y1分闸线圈

图2 断路器二次回路（防跳回路部分）

图3 保护装置B012(K15,K16)合闸闭锁逻辑图

当一个持久合闸命令到来时，合闸电流经保护装置B012合闸闭锁接点，隔离刀闸辅助接点、MCU辅助接点、接地刀闸辅助接点、操作钥匙接点、S1（11、12）、K1（21、22）、K1（31、32）、Y9接通开关合闸。合闸后弹簧机构开始储能，并联在合闸回路的防跳回路弹簧储能辅助开关S3常闭点接通防跳继电器K1，K1（13、14）的常开点自保持，常闭点K1（21、22）、K1（31、32）断开合闸回路。若此时线路或设备故障，继电保护动作跳闸，由于合闸回路已可靠断开，从而防止了开关跳跃。但是此图实际上存在缺陷，当合闸后弹簧机构开始储能，持续6秒左右，储能完成之前机构辅助接点持续发“弹簧未储能”信号。由图3可以看出，保护装置B012合闸闭锁接点将动作，图1中保护装置B012合闸闭锁接点（K15、K16）由常闭变断开，此时防跳回路正电+KM缺失，防跳继电器K1失电，回路不能保持，K1（21、22）、K1（31、32）闭合，待弹簧储能完毕，“弹簧未储能”消失，B012合闸闭锁接点（K15、K16）闭合，此时若线路存在故障，开关又再次合闸于故障线路，发生跳跃现象。

2.制定方案

通过对西门子断路器机构防跳回路及保护装置闭锁逻辑的深度研究，拟定了两种方案。

方案一：修改断路器机构内部接线：需要拆开断路器面板修改接线，现场西门子断路器为GIS一体式结构，结构紧凑，实施起来较为困难；

方案二：修改保护装置闭锁逻辑：防跳回路无法正确动作的症结主要在于断路器合闸时至断路器储能完成这段时间内，机构发弹簧未储能信号，继电保护装置报合闸闭锁，K15和K16节点断开，导致去防跳回路的正电失去，K1防跳继电器失电不能自保持，防跳不起作用。我们将K15和K16节点短接后，重新模拟断路器合闸于永久性故障电路继电保护动作时，断路器跳闸，此时断路器合闸命令仍未解除（就地合闸按钮一直处于合闸状态），储能完成后断路器不再合闸，防跳功能正常。现场配置的是西门子7SJ686系列保护装置，可以通过西门子编程软件DIGSI对保护装置闭锁逻辑进行调整，使保护装置收到弹簧未储能信号后延时10000ms发送B012合闸闭锁信号，既能躲开储能过程的时间（6000ms~8000ms），又不影响弹簧储能真正发生故障时的报警。而且修改前可以对保护装置CFC模块逻辑进行备份，实施起来相对容易而且安全。

3.实施方案

拟定采用第二种方法，利用西门子DIGSI软件对保护装置的逻辑进行备份后修改，在弹簧未储能信号后加入一个TIMER模块，实现未储能信号延迟10000ms发出，并将所有联锁条件加入PLC1_BEARB，保证延时模块能正确动作，经过编译、模拟运行后导入装置，再次进行防跳试验。

1. 将断路器保护装置逻辑进行备份，以免误操作或其他不可抗力导致的逻辑丢失，然后进入CFC功能模块的合闸闭锁逻辑。

2. 在“IN 弹簧未储能”与“2NCR或非门”之间加入一个TIMER（定时器）模块，将T1x1ms设置为10000，左右边界分别连接“IN 弹簧未储能”和“2NCR或非门”，实现保护装置收到“IN 弹簧未储能”后能够延迟10000ms发给“2NCR或非门”。

3. 由于新增加的TIMER（定时器）模块只能在快速PLC或慢速PLC中实现，故将修改后的所有闭锁逻辑一起拖入PLC1_BEARB（慢速PLC）中，再优化运行顺序，使得程序能够合理高效、流畅安全地运行。

4. 利用编译从源语言编写的源程序产生目标程序并模拟运行，确认进行被正确执行后导入保护装置。

4.检查效果

修改逻辑并重启后，进行以下两项试验，以验证防跳回路的正确性：

1. 利用紧急分闸按钮常通模拟馈线发生永久性故障，保持断路器合闸回路常通，断路器跳闸后不再合上，防跳回路正常。

2. 利用继电保护装置通入三相过电流，使保护跳闸动作，模拟馈线发生永久性故障，断路器跳闸后不再合上，防跳回路正常。

通过DIGSI软件对可编辑的保护装置闭锁逻辑进行备份后再修改、导入装置，修改后对保护装置及防跳回路做全面校验，技术成熟，避免了大量的改线工作。该方法实现起来不仅方便，而且安全，适用于现场所有的防跳回路。通过此方法修改了1号线两座110kV主变电所共四段35kVGIS断路器保护逻辑，消除了隐患，保障了轨道交通供电设备的稳定运行。

参考文献：

[1]郭明良；王越明 发电厂及变电站二次回路 2017

[2]史国生 电气二次回路及其故障分析(第二版) 2015