高壓斷路器作為電力系統(tǒng)中分?jǐn)嘭?fù)荷電流及故障電流的主要設(shè)備，保障其可靠分合閘對系統(tǒng)穩(wěn)定運行至關(guān)重要。在進(jìn)行斷路器合閘操作時，因某些原因，如合閘觸頭粘連或把手未及時松開等，導(dǎo)致合閘觸頭一直處于閉合狀態(tài)。這時，如果系統(tǒng)發(fā)生永久性故障，保護(hù)動作，斷路器跳閘，由于此時合閘脈沖仍未解除，斷路器會再次合閘，如此反復(fù)跳合，稱為斷路器的“跳躍”。

“跳躍”行為將導(dǎo)致電力系統(tǒng)多次受故障電流沖擊，危害系統(tǒng)運行，同時還會使斷路器遮斷能力下降，產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞甚至爆炸，危及人身及設(shè)備安全，所以必須針對斷路器“跳躍”現(xiàn)象采取相應(yīng)的防跳措施。

針對電氣防跳，一般有操作箱防跳與機(jī)構(gòu)本體防跳兩種措施。由于保護(hù)裝置與斷路器的生產(chǎn)廠家眾多，操作箱及機(jī)構(gòu)本體的控制回路設(shè)計也多有不同，這導(dǎo)致在工程實踐中經(jīng)常出現(xiàn)防跳失敗的情況。原因諸如儲能閉鎖觸點在合閘回路中的接入點不正確、防跳繼電器自保持觸點返回過快、遠(yuǎn)方/就地切換觸點接入方式錯誤、合閘指令時間配合不當(dāng)?shù)取?/p>

兩種防跳方式同時投入時也會導(dǎo)致分合閘指示燈同時亮、合閘回路閉鎖等情況發(fā)生。盡管國網(wǎng)公司在相應(yīng)的規(guī)程及反措文件中已明確，優(yōu)先考慮采用機(jī)構(gòu)本體防跳，但部分老舊設(shè)備不具備整改條件，以及不同省、市供電公司對規(guī)程的理解及反措的執(zhí)行有出入，導(dǎo)致對兩種防跳方式的取舍也產(chǎn)生分歧。

國網(wǎng)浙江省電力有限公司正開展斷路器防跳回路排查與整改工作，要求兩種防跳方式在遠(yuǎn)方或是就地情況下只保留一種功能投入，且優(yōu)先保留機(jī)構(gòu)本體防跳功能。尤其是“分位防跳”概念提出后，在排查試驗過程中發(fā)現(xiàn)很多設(shè)備不具備該功能，包括就地與遠(yuǎn)方兩種情況。

有相關(guān)文獻(xiàn)對不同防跳方式進(jìn)行比較，根據(jù)現(xiàn)場實際，目前比較可行的方案有兩種：一是按照規(guī)程要求，取消操作箱防跳，遠(yuǎn)方與就地均采用機(jī)構(gòu)本體防跳；二是遠(yuǎn)方采用操作箱防跳，就地采用機(jī)構(gòu)本體防跳，通過遠(yuǎn)方/就地切換把手實現(xiàn)任一情況下只投入一種，而且任何時候合位防跳與分位防跳功能必須同時滿足。

在排查一條采用國電南自PSL621C保護(hù)與西門子3AP1FG斷路器配置的110kV線路間隔防跳功能時，發(fā)現(xiàn)操作箱與機(jī)構(gòu)箱控制回路的設(shè)計存在缺陷，通過分析整改及多次試驗驗證使防跳功能恢復(fù)正常，符合規(guī)程要求，滿足投運條件。

1 操作箱防跳與機(jī)構(gòu)本體防跳

1.1 操作箱防跳

保護(hù)操作箱防跳針對的是當(dāng)斷路器合于故障時，繼電保護(hù)動作使斷路器跳開，如果此時合閘脈沖還未解除，斷路器反復(fù)分合閘會使電氣元件多次受大電流沖擊進(jìn)而擴(kuò)大故障。以典型的110kV國電南自線路保護(hù)PSL621C操作回路為例，介紹操作箱防跳的實現(xiàn)方式[17]。PSL621C操作箱控制回路示意圖如圖1所示。

圖1 PSL621C操作箱控制回路示意圖

圖1中各符號意義見表1。

表1 PSL621C操作回路各符號意義

當(dāng)斷路器為合閘狀態(tài)時，跳閘回路中，S1閉合，此時若合閘觸點粘連（SHJ或ZHJ閉合）且有跳令（STJ或TJ閉合），則跳閘回路導(dǎo)通，斷路器跳閘，同時TBJI得電勵磁，其觸點TBJI1閉合可保持跳閘回路持續(xù)導(dǎo)通直至斷路器跳開后S1打開從而斷開跳閘回路，避免跳閘令時間太短，通過STJ或TJ觸點斷開跳閘回路導(dǎo)致觸點拉弧燒損。

同時TBJI2觸點閉合，在合閘觸點粘連情況下，TBJV得電勵磁，其觸點TBJV1閉合確保TBJV繼電器持續(xù)導(dǎo)通；TBJV2觸點打開，使合閘回路斷開，無法實現(xiàn)合閘，從而將斷路器閉鎖在分閘狀態(tài)，達(dá)到防跳的目的。

由上述分析可知，操作箱防跳必須由串聯(lián)于跳閘回路中的繼電器TBJI啟動，故該種防跳又稱為串聯(lián)防跳。

1.2 機(jī)構(gòu)本體防跳

斷路器機(jī)構(gòu)本體防跳針對的是當(dāng)斷路器機(jī)構(gòu)有問題（如機(jī)構(gòu)脫扣位置偏移、斷路器偷跳）時，斷路器合閘回路未解除，如果此時斷路器合閘脈沖仍存在，斷路器反復(fù)分合閘，觸頭將會承受連續(xù)的合閘沖擊，從而損壞設(shè)備。彈簧操動機(jī)構(gòu)由于其操作功較小、結(jié)構(gòu)簡單等眾多優(yōu)點，在126～252kV電壓等級中得到廣泛應(yīng)用。以典型的110kV西門子3AP1FG型彈簧儲能斷路器為例，介紹機(jī)構(gòu)本體防跳的實現(xiàn)方式。3AP1FG斷路器控制回路示意圖如圖2所示。

圖2 3AP1FG斷路器控制回路示意圖

圖2中與圖1相同符號的意義相同，其余符合意義：S8為遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)觸點，當(dāng)切至就地時常閉觸點導(dǎo)通；S9為就地合閘按鈕；K75為防跳繼電器。

當(dāng)斷路器在合位時，S1常開觸點閉合，S8切至就地時，按下S9，則K75得電勵磁，K75-1觸點閉合，使在合閘觸點粘連時K75繼電器回路保持導(dǎo)通；K75-2常閉觸點打開，斷開合閘回路，實現(xiàn)防跳，將斷路器閉鎖在分閘狀態(tài)。由于防跳繼電器K75是與合閘回路并聯(lián)，故該種防跳又稱為并聯(lián)防跳。

2 防跳回路試驗方法

傳統(tǒng)的防跳概念及防跳回路驗證稱為“合位防跳”，即在斷路器合閘狀態(tài)下，驗證斷路器分閘后不會再合閘，則該回路具有防跳功能。有研究文獻(xiàn)對改造防跳回路試驗的不足進(jìn)行探討并提出改進(jìn)措施。隨著對防跳認(rèn)識的加深，又提出“分位防跳”概念。兩種防跳試驗比較見表2。

表2 合位防跳與分位防跳試驗比較

對于現(xiàn)場就地用機(jī)構(gòu)本體防跳、遠(yuǎn)方用操作箱防跳的配合形式，除了需滿足上述就地與遠(yuǎn)方防跳要求，還需補(bǔ)充一個試驗項目，本文稱之為“遠(yuǎn)方機(jī)構(gòu)防跳”試驗。將機(jī)構(gòu)切換開關(guān)切至遠(yuǎn)方位置。

合位防跳：先短接保護(hù)屏后控制電源正101及合閘出口回路107，隨后短接控制電源正101及跳閘出口回路137，斷路器應(yīng)“跳躍”。

分位防跳：先短接保護(hù)屏后控制電源正101及跳閘出口回路137，隨后短接控制電源正101及合閘出口回路107，斷路器應(yīng)“跳躍”。

該試驗可以證明，控制在切遠(yuǎn)方時，機(jī)構(gòu)本體未投入，防止兩種防跳回路在切遠(yuǎn)方時均投入導(dǎo)致以下后果：①斷路器在合位時，分閘指示燈亮；②機(jī)構(gòu)防跳繼電器長期勵磁燒損；③合閘回路被防跳觸點斷開，斷路器拒合。這種情況可以通過在合閘監(jiān)視回路中串接斷路器常閉輔助觸點與防跳繼電器常閉輔助觸點的方法予以解決。

3 就地機(jī)構(gòu)本體分位防跳失敗原因分析及解決措施

經(jīng)過工程排查發(fā)現(xiàn)，在使用遠(yuǎn)方操作箱防跳時，合位防跳與分位防跳同時滿足；在使用就地機(jī)構(gòu)本體防跳時，基本只具有合位防跳，在進(jìn)行分位防跳試驗時會發(fā)生“跳躍”現(xiàn)象。

3.1 原因分析

經(jīng)分析，是機(jī)構(gòu)防跳回路中斷路器輔助觸點變位速度快于防跳繼電器啟動速度導(dǎo)致的防跳失敗，就地分位防跳動作過程示意圖如圖3所示。結(jié)合圖2，動作過程如下：

①按下分閘按鈕。

②按下合閘按鈕。

圖3 就地分位防跳動作過程示意圖

③斷路器合閘完成，K75啟動回路中的S1觸點閉合，K75開始勵磁，同時跳閘回路導(dǎo)通。

④斷路器跳閘完成，K75啟動回路中的S1觸點打開，K75勵磁中斷。

⑤K75可以完成勵磁的時刻。

⑥斷路器合閘后彈簧儲能完成的時刻。

由分析可知，在斷路器跳閘完成時刻④由于S1打開導(dǎo)致K75未滿足動作條件，其串接在合閘回路中的防跳觸點K75-2未將合閘回路斷開，在彈簧完成儲能即S16閉合后，由于合閘按鈕一直保持，斷路器再次合閘，從而防跳失敗。

3.2 解決措施

斷路器更快的分閘速度是衡量其性能優(yōu)越的重要指標(biāo)，若通過延長其分閘時間使K75充分勵磁顯然與其性能要求背道而馳；若通過縮短防跳繼電器動作時間則對器件性能提出很高的要求，且隨著快分線圈的普及，防跳繼電器提升的空間有限。

排除對跳閘線圈及防跳繼電器元器件的改動，考慮斷路器合閘后需要約10s的儲能時間，在此期間彈簧未儲能觸點恰好可以滿足閉合條件。如圖2中虛線部分，通過將S16與S1并聯(lián)，利用合閘后彈簧儲能的時間實現(xiàn)K75的可靠動作，多次試驗證明，該方法切實可行。

4 遠(yuǎn)方操作箱分位防跳失敗原因分析及解決措施

在排查一條保護(hù)裝置為國電南自線路PSL621C，斷路器為西門子3AP1FG的110kV線路間隔斷路器遠(yuǎn)方防跳功能時發(fā)現(xiàn)，在遠(yuǎn)方采用保護(hù)操作箱防跳情況下，只有合位防跳有效，沒有分位防跳功能。

4.1 原因分析

遠(yuǎn)方分位防跳動作過程示意圖如圖4所示。結(jié)合圖1，分析其動作過程如下：

①按下分閘按鈕。

②按下合閘按鈕。

圖4 遠(yuǎn)方分位防跳動作過程示意圖

③斷路器合閘完成，跳閘回路導(dǎo)通，TBJI開始勵磁，彈簧開始儲能，S16觸點閉合，2YJJ開始勵磁。

④TBJI1與TBJI2觸點閉合，TBJV開始勵磁。

⑤TBJV完成勵磁，TBJV1觸點閉合，TBJV2觸點打開。

⑥斷路器分閘完成，合閘回路中S1觸點閉合。

⑦2YJJ繼電器完成勵磁，合閘回路中2YJJ觸點打開，TBJV失電。

⑧TBJV1觸點打開，TBJV2觸點閉合。

⑨彈簧儲能完成，S16觸點打開，2YJJ開始失電。

⑩2YJJ延遲返回（0.3s），合閘回路導(dǎo)通，開始再次合閘，防跳失敗。

其中2YJJ延時動作約250ms，因為在正常運行時，也可能出現(xiàn)壓力瞬時降低的情況，所以，壓力低閉鎖重合閘宜帶延時，該延時一般應(yīng)大于斷路器操作時壓力瞬時降低的時間。

4.2 解決措施

由分析可以看出，操作箱遠(yuǎn)方分位防跳失敗原因是壓力低閉鎖重合閘回路中引入了彈簧未儲能觸點S16，該觸點引入初衷是：在采用三相重合閘線路永久性故障時，重合閘加速跳開斷路器后，斷路器開始儲能，TWJ因合閘回路斷開而返回，保護(hù)裝置重合閘滿足開始充電條件。

在個別情況下，在儲能結(jié)束前就重合閘完成充電，在儲能結(jié)束后滿足第二次重合閘條件，保護(hù)由于位置不對應(yīng)啟動重合閘，從而導(dǎo)致斷路器反復(fù)重合于故障，對斷路器及系統(tǒng)均造成危害。在現(xiàn)場只要保證保護(hù)重合閘充電時間大于斷路器彈簧儲能時間即可取消該觸點的引入?，F(xiàn)場實際測量，斷路器彈簧儲能時間為10s，保護(hù)重合閘充電時間約為20s，滿足取消2YJJ回路中S16觸點條件。

同時，如圖2所示，考慮在機(jī)構(gòu)合閘回路中已經(jīng)有SF6壓力低閉鎖觸點K10及彈簧未儲能觸點S16，無需再在操作箱中實現(xiàn)相同功能，因此可以取消2YJJ啟動回路。

綜上所述，設(shè)計了兩種整改方案。

方案1：根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，徹底取消操作箱防跳，遠(yuǎn)方及就地均用機(jī)構(gòu)本體防跳。操作箱拆除2YJJ啟動回路，斷開繼電器TBJV；機(jī)構(gòu)箱并接S16觸點，短接a、b兩點，取消遠(yuǎn)方就地切換觸點S8。

方案2：遠(yuǎn)方采用操作箱防跳，就地采用機(jī)構(gòu)本體防跳。操作箱拆除2YJJ啟動回路；機(jī)構(gòu)箱并接S16觸點，通過S8切換，遠(yuǎn)方斷開K75，就地投入K75。

在現(xiàn)場按照方案1進(jìn)行改造，通過就地機(jī)構(gòu)本體防跳試驗、“遠(yuǎn)方機(jī)構(gòu)防跳”試驗及遠(yuǎn)方帶操作箱防跳試驗后，防跳功能均滿足要求。

5 結(jié)論

老舊設(shè)備投產(chǎn)時對斷路器防跳功能僅要求具備合位防跳，但運行實踐及故障經(jīng)驗表明，分位防跳也應(yīng)是斷路器必備的功能。在防跳回路排查中發(fā)現(xiàn)的分位防跳功能缺失的情況應(yīng)根據(jù)設(shè)備實際情況進(jìn)行整改，在機(jī)構(gòu)本體具備改造條件的情況下，優(yōu)先選用機(jī)構(gòu)本體防跳功能。盡管機(jī)構(gòu)本體防跳在功能上可以較好地實現(xiàn)防跳，但在運行中需做好運行維護(hù)并結(jié)合停電定檢進(jìn)行周期試驗，避免由于運行環(huán)境惡劣而發(fā)生有關(guān)文獻(xiàn)中防跳繼電器觸點卡澀造成的防跳功能缺失的重大隱患。

保護(hù)廠家與斷路器廠家較多，不同廠家的設(shè)備防跳回路設(shè)計思想有些許不同。本文所列的國電南自PSL621C保護(hù)與西門子3AP1FG斷路器配置是一種比較典型的情況，可作為廠家產(chǎn)品設(shè)計過程中的考慮因素，本文整改方法可供現(xiàn)場檢修人員參考。

本文編自2022年第9期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“斷路器分位防跳失敗原因分析與整改措施”，作者為王海波。