摘要：以新建220kV石名变电站内断路器为例，分析了操作箱位置监视回路、断路器机构防跳回路原理及实际应用中存在的异常问题，并进一步提出解决方案。
关键词：断路器；位置监视；防跳回路
一、引言
根据《Q/CSG1201017-2017 南方电网220kV变电站二次接线标准》4.3.2要求，保护装置和断路器上的防跳回路应且只应使用其中一套，优先使用断路器机构防跳。目前，江门地区的变电站尤其新建站统一使用断路器机构防跳；并根据《Q/CSG1201017-2017 南方电网220kV变电站二次接线标准》4.3.5要求，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；断路器的合闸回路监视采用TWJ分相监视，且TWJ应能监视包括“远方/就地”切换把手、断路器辅助接点、合闸线圈等的完整合闸回路；断路器的分闸回路监视采用HWJ分相监视，且HWJ应能监视包括 “远方/就地”切换把手、断路器辅助接点、分闸线圈等的完整分闸回路，配以位置监视回路，实现操作箱控制回路监视功能。
二、问题发现
220kV石名变电站主体工程于2018年底投产，220kV、110kV断路器均采用西门子（杭州）高压开关有限公司的产品，其中220kV分相式断路器型号为3AP1-FI、220kV三相联动断路器型号3AP1-FG（252kV）、110kV断路器型号为3AP1-FG。220kV、110kV线路保护操作箱为北京四方继保自动化股份有限公司，220kV母联保护操作箱为长园深瑞继保自动化有限公司，主变、110kV母联保护操作箱为南京南瑞继保电气有限公司；保护操作箱与断路器机构箱的接线按标准接线设计，如图1所示。
施工阶段在进行110kV母联间隔站内遥控合闸试验时，发生拒动现象。此前，断路器操作回路经保护单机调试、整组传动试验及遥信对点后，已验证正确；查看监控后台110kV母联信号：控制回路断线信号不动作、弹簧未储能信号动作；经现场检查开关端子箱内储能电源空开在断开状态，导致储能电机不动作，开关无法储能，空开投入后问题得到解决。
三、问题分析
断路器控制回路断线信号由分位监视继电器TWJ和合位监视继电器HWJ两者的常闭点串接而成，用于监视控制回路的状态是否正常。
图1 断路器机构箱合闸回路图
S1：断路器位置辅助开关，S16：弹簧储能辅助开关，K75：防跳继电器，Y1：合闸线圈，S8：远方/就地控制把手。
当弹簧未储能时，合闸回路上的弹簧储能辅助开关常开点在断开状态（如图1中S16的23-24、43-44接点），此时合闸回路断线，分位监视继电器TWJ应不动作，控制回路断线信号应动作，从而起到储能出现异常时，能正确报警，正确反映断路器操作回路的情况。
针对断路器分位、弹簧未储能状态，现场用万用表测量位置监视回路带电情况，发现X1：695端子带电-41V，本站直流系统额定电压为110V，正常运行时直流电压约为116V。可知，操作箱的跳位监视回路端电压达100V。TWJ继电器可靠动作，导致前文所述的问题发生。
经进一步检查确认，造成此现象的是断路器机构箱的防跳回路中配置了弹簧未储能接点，当断路器分位、弹簧未储能时，TWJ与K75组成回路（如图2所示），而两者的直阻等级在同一水平且TWJ直阻较大分压达到动作值，从而造成TWJ误动作。
图2 断路器分位弹簧未储能时位置监视及防跳组成的等效回路
根据同样状态检查其他220kV、110kV间隔的断路器操作发现，虽然分位监视接点带电数值存在10-20V的差异，但均带负电，导致各间隔的TWJ均误动作，控制回路断线信号均不能正确动作，无法真实反映回路实际情况。
将此问题反映给设计及断路器厂家，厂家回复函中提到以往3AP型断路器的防跳继电器是通过断路器辅助开关的一副S1常开接点启动，由于防跳继电器线圈励磁时间和断路器辅助开关S1接点的转换时间配合存在问题。
如下图3所示，防跳继电器动作时间T2（约30ms）大于断路器分闸时间T3（约20ms），导致断路器合闸于永久故障时（跳闸长期动作），防跳继电器未能启动并自保持，出现跳跃现象。
图3 两种不同状态下防跳继电器动作情况对比
针对上述现象，西门子（杭州）高压开关有限公司增加了一副弹簧未储能辅助开关的S16常闭接点（图2中S16的51-52接点），和原回路中启动防跳继电器的S1常开辅助接点并联，断路器的防跳继电器既可经合位启动也可经弹簧未储能启动，从而避免了合闸于永跳故障时防跳功能的失效，防止断路器出现跳跃现象。
四、整改措施
综上所述，西门子断路器机构箱防跳回路的设计存在缺陷，虽满足极端情况下防跳可靠动作的要求，却失去了特定异常情况下控制回路断线正确报警的功能。为解决此问题，应作如下整改：
1、取消防跳回路中并接的弹簧未储能辅助开关的S16常闭接点（拆除S16的51-52接线），避免在断路器分位、弹簧未储能的情况下，保护操作箱中的分位监视继电器TWJ误动作，无法正确发出控制回路断线的异常信号。
2、提升防跳继电器K75的动作性能，实现快速动作，将原来的西门子3TH4244-1XF4中间继电器更换为澳德思电气UEG/L-2H4D快速动作型中间继电器。经测试，该款继电器额定电压动作时间不大于5ms，满足极端情况下，防跳继电器可靠动作，避免出现断路器跳跃现象。
五、总结
断路器不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时，通过继保装置出口切断故障电流；因此其能否在各类运行状态、极端情况下正确可靠动作成为不断追求的终极目标。而经过此两项整改后，3AP型断路器的防跳回路得到进一步的完善，客观上提高了该类产品的可靠性。
在日常调试工作中，遇到异常情况应引起重视，要有刨根问底的精神，顺藤摸瓜，找出问题根源并采取周全的整改措施，既解决问题也是对自我能力的提高。
论文作者:吕浩辉
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/18
标签：断路器论文; 回路论文; 继电器论文; 接点论文; 动作论文; 弹簧论文; 储能论文; 《电力设备》2019年第7期论文;