总变10kV进线断路器防跳回路分析

中海油东方石化有限责任公司的研究人员李勇，在2015年第5期《电气技术》杂志上撰文，断路器跳跃现象对开关及负载具有频繁冲击，防跳回路是保护开关的重要二次部分。

以南瑞NSP30C操作机构防跳和西门子3AH5断路器本体防跳为例，分析两种防跳原理。并对总变10kV进线断路器所使用的两套防跳机构配合可能出现状况进行分析，提出几种可避免防跳失效改造，完善防跳回路，保障供电可靠性。

断路器（开关）是电力系统中重要的一次设备，在其手动或自动装置合闸后，如果操作控制开关未复归导致粘连或控制开关触点、自动装置触点卡主，此时保护动作使断路器跳闸时，断路器将会合闸于故障线路，而发生多次“跳-合”现象。因此需要防跳回路，以防止开关发生跳跃现象，进而保护开关装置以及负载免受频繁冲击。

我厂总变10kV进线开关柜使用西门子3AH5断路器，经由南瑞集团的NSP30C操作箱控制。本文对操作箱与断路器本体的防跳回路的接线和作用进行比较分析，并进一步探讨两者使用配合问题。

1 防跳工作原理

1.1 操作机构防跳工作原理

NSP30C高压开关操作箱具备操作所需所有功能，包括跳合闸监视功能，较多用于110kV或35kV的三相开关操作NSP30C防跳回路工作原理如图一。防跳回路选用的是电流启动，电压保持的双线圈继电器。

电流线圈TBJ串接于分闸回路作为启动线圈，电压线圈TBJV接于合闸回路，作为保持线圈。当分闸时，电流线圈TBJ经分闸回路启动，其常开接点TBJ闭合。

如果合闸回路发生开关粘连现象，或处于手动合闸位置时，电压线圈TBJV启动，并通过其常开接点自保持，其常闭接点马上断开合闸回路，保证断路器在分闸过程中不能马上在合闸。

此外NSP30C在合闸时通过HBJ实现合闸保持回路与TBJ实现跳闸保持回路，以保证开关的可靠分合闸和防止分合闸接点因拉弧而烧坏。

图一 操作机构防跳回路

图中：HHJ-合后继电器；TBJV-防跳继电器；TBJ-跳闸保持及防跳继电器；HBJ-合闸保持继电器；TWJ-合闸回路监视继电器；HWJ-跳闸回路监视继电器；R-分压电阻；HC-合闸线圈；TQ-跳闸线圈；CB断路器辅助触点

1.2 断路器本体防跳工作原理

进线断路器选用西门子的3AH5断路器，3AH5真空断路器采用特殊触点执行真空断路的连接动作并为这些触点专门开发了改良型操作机构，同时该产品为适应中国电力系统的运行工况采用了大爬距绝缘设计，配用最新开发的大爬距真空灭弧室，因其产品优质性而广泛应用于电力、石化、冶金行业等。其内部防跳回路原理如图二。

图二 断路器防跳回路

图中Y9 为合闸线圈，K1为防跳继电器，S1为断路器辅助触点，S3为弹簧储能辅助开关，S33为手车限位开关

断路器本体防跳采用弹簧储能式。当一个持久合闸命令发出时，合闸电流经S3，K1，S33，S1，Y9接通开关合闸。合闸后弹簧机构开始储能，并联在合闸回路的弹簧储能辅助开关S3常闭接点导通防跳继电器K1，K1的常开接点实现防跳自保持，其常闭接点断开合闸回路。若此时线路或设备故障，继电保护动作跳闸，或分闸按钮开关分闸，由于合闸回路已由K1断开，有效防止开关跳跃。

1.3 两种防跳原理区别

操作机构防跳通过跳闸信号分断断路器的同时，经TBJ电流线圈启动TBJV电压线圈，而实现自保持来切断合闸回路，即断路器跳闸时启动，在合闸回路保持。当系统故障时，避免电气元件多次受大电流冲击而扩大故障。

断路器本体防跳是在断路器合闸瞬间，通过弹簧储能辅助开关启动K1防跳继电器并实现自保持，只要故障合闸信号持续，K1一直得电，合闸回路处于断开状态，即合闸时启动，并在合闸回路自保持。

防跳回路保证开关机构本身有故障、且合闸脉冲未解除时，开关只能合闸一次，避免开关主触头承受连续的多次合闸冲击。

2 两套防跳回路配合应用

2.1 两套防跳均接入

根据设计图纸可知，我厂总变10kV进线断路器接入两套防跳回路。NSP30C操作机构装置不仅具有分/合闸功能，且通过其内部TWJ、HWJ继电器实现控制回路断线监控。分析原理图可知，此接线方式将会带来寄生回路。

接线如图三：

在正常情况下，开关在分位，整个合闸回路断开。合开关，合闸电流经TBJV常闭接点一HBJ继电器一S3常开接点一K1常闭接点一S33常开接点一S1常开接点至Y9合闸线圈；开关合闸，弹簧储能机构储能S3常闭接点闭合。

此时合闸电流可经TWJ继电器一R一S3常闭接点一K1继电器构成一个寄生回路。对于此回路中分压电阻R的大小、继电器TWJ、K1动作电压及控制母线电压的高低均决定控制回路中TWJ和K1的动作状态有以下情况：

2.1.1 断路器本体机构防跳环节正常，分/合闸时合闸信号持续存在

（1）TWJ和K1同时动作。断路器正常合闸时，断路器的防跳继电器两侧具有电压，防跳环节动作，合闸信号消失后，正常控制电压作用下，TWJ和K1均动作并自保持。当断路器跳闸后，合合闸回路监视器信号反映正常，断路器本体因K1常开接点实现自保持而K1常闭接点断开，切断断路器合闸回路，无法再次合闸。TWJ不动作、K1动作。则开关跳闸后，合闸回路监视器TWJ反映异常，而断路器再次合不上闸。

（2）合闸信号持续存在。断路器分闸后，因有合闸信号持续存在，K1动作实现自保持，断开合闸回路，断路器再次合不上闸。TWJ两段电压相同而不动作，发出控制回路断线信号。

2.1.2 操作机构防跳环节正常，分/合闸时合闸信号持续存在

（1）正常合闸时，由于断路器本体防跳回路存在，信号反应正常，同时起到防跳功能。

（2）合闸信号持续存在时，断路器本体防跳回路存在，直至有跳闸信号时，通过TBJ电流线圈以及TBJV电压线圈实现防跳功能，信号反应正常。

2.2 接单套防跳

如果同时采用两种防跳回路，如果继电器和电阻的参数相匹配，则可以相互弥补；但如果继电器和电阻的参数不匹配，则会产生寄生回路。那么是否可考虑只选用一套投用呢？

2.2.1 单独选用操作机构防跳

即将K1线圈断开，取消断路器本体防跳。（如图四）

图四

这种接线因其通过分断断路器来启动TBJ继电器，当断路器本体故障时、且合闸脉冲不能及时解除时，防跳保护的二次线路范围小，开关仍会发生跳跃。

2.2.2 选用断路器内部防跳

仅选用断路器内部防跳，即NSP30C内部取消防跳，则需要短接TBJV常闭接点，或者将防跳继电器TBJV线圈电源取消（如图五），这样就实现防跳继电器不动作或动作不起作用。但寄生回路仍然存在，问题没有得到解决。

图五

2.3 两套防跳均接入的改变接线

通过以上分析可知，若要合理运用两套防跳装置，更好的保护断路器，需要对防跳回路进行相应改造。寄生回路的产生是由于操作机构内TWJ监视器的存在，则可通过对监视回路进行改造，方法有以下几种：

2.3.1 合闸监视回路串断路器S1常闭接点（接线如图六）

图六

开关在合位时，S1常闭接点断开，从而避免寄生回路存在。当开关合闸时，其通过HBJ实现合闸自保持，K1得电实现自保持，起到合闸瞬间只能操作一次的效果。

当开关跳闸时，其通过TBJ跳闸继电器实现保持，且切断合闸控制回路，此时S1常闭接点闭合，但由于合闸弹簧储能开关常闭接点S3断开，K1失效。当持续合闸电流存在时，由于整个合闸回路已切断，故能起到防跳效果。

2.3.2 合闸监视回路串入K1 常闭接点（图七）

图七

开关合闸时，通过HBJ实现合闸自保持直至合闸完成，S3常闭接点闭合。此时若HBJ与K1之间参数配合好，K1实现自保持，断路器本体防跳环节生效。且K1常闭接点断开，S1常开接点闭合，TWJ与HWJ信号显示正常。

开关断开后，K1及HBJ均解磁复归，解决不能第二次合闸问题。若HBJ与K1之间参数配合不当，有可能HBJ励磁，而K1没有励磁，此时断路器本体防跳环节失效，如同虚设。合闸完毕，S3常闭接点闭合,K1常闭接点闭合，此时TWJ与HWJ同时带电，失去控制回路监视意义。

2.3.3 合闸监视回路串入S1常闭接点和K1常闭接点（图八）

图八

该接线结合上述两种方法异同。即可解决监视回路问题，也可实现防跳功能。S1与K1的良好配合，切断寄生回路的同时，保障K1与HBJ的励磁。

2.3.4 修改合闸监视回路（图九）

图九

寄生回路产生的根本原因是TWJ与K1之间的配合，如TWJ简单监视断路器位置即可。通过将TWJ接至断路器辅助触点S1上侧，而不经过K1实现监控。

则当开关在合位时，S1常闭接点断开，常开接点闭合，TWJ回路断开，HWJ回路闭合；此时若分闸，TBJ实现分闸自保持，S1常开断开，常闭接点闭合时，HWJ回路断开，TWJ回路闭合，实现良好控制回路监视。

当合闸瞬间，HBJ实现合闸自保持，S3常闭接点闭合时，K1同样实现自保持，跳闸后，K1及HBJ均解磁复归。当合闸电流持续存在，且跳闸时，TBJ实现自保持，并将TBJV常闭接点断开，从而有效切断合闸回路。故既能实现控制回路监视，也能很好的实现防跳功能。

结合上述分析，可知断路器防跳与操作机构防跳配合使用时如下表1。

表1 断路器防跳与操作机构防跳配合选用

选用

改动

可能情况

两套同时采用

不做改动

将产生寄生回路，分压电阻R的大小、继电器TWJ、K1动作电压均影响防跳功能的正常

操作机构防跳

断开K1线圈

断路器本体故障时，仍会跳跃

断路器防跳

短接TBJV常闭接点（或TBJV线圈电源取消）

寄生回路仍存在

两套防跳功能同时选用，需要进行相应的改动，如表2。

表2 两套防跳功能同时选用改造方案

改动处理

动作效果

合闸监视回路串断路器S1常闭接点

能起到防跳效果

合闸监视回路串断路器K1常闭接点

HBJ与K1参数配合不当，可能本体防跳失效，同时失去控制回路监视意义

合闸监视回路串断路器K1和S1常闭接点

解决监视回路问题，实现防跳

修改合闸监视回路

既能实现控制回路监视，也能很好的实现防跳功能

防跳回路很好的防止断路器跳跃现象。但由于生产厂家选用设备不同，HBJ、K1、TWJ等继电器启动值不同以及分压电阻的配置，都影响着两种防跳回路的配合使用。设计和使用中，通常选用两者之一。

3 结论

在实际应用中，断路器本身带有防跳功能，可满足要求。因选用操作机构而两种防跳功能同时存在时，如不做改动而直接使用易导致防跳回路失效，因此：

（1）两种防跳回路同时采用时，应考虑TWJ、K1继电器以及分压阻值等，从而避免寄生回路。

（2）当仅采取其一防跳回路时，通过更改部分接线以更好的实现防跳与控制回路监视功能。

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