一种优化的双重防跳方案的提出
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摘要：继电保护的发展经历了漫长的过程，从传统的电磁式保护、整流式保护、晶体管式保护、微机式保护以及目前的数字式保护，断路器的“防跳”一直是继电保护操作回路设计和断路器控制回路设计都必须考虑的问题。不同接线方式的“防跳”方案的选择将直接影响防跳的效果和断路器的安全。本文通过对比分析不同接线方式产生的“防跳”方案的利弊，提出一种优化的双重防跳方案。
关键词：跳跃；防跳；双重化；模拟断路器
中图分类号：TP23 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）37-0126-03
一、断路器“防跳”概念的引入
1.断路器产生“跳跃”现象的原因。断路器是电力系统应用较多的设备。发电机、变压器、高压输电线路、电抗器、电容器等设备的投运或停运都是由相连断路器的合闸或分闸来实现的。运行中一次设备发生故障时，继电保护装置动作，跳开（分闸）离故障设备最近的断路器，使故障设备脱离运行电源。断路器是电力系统中操作较频繁的设备，断路器的控制回路随着断路器的型式、操动机构的类型及运行上的不同要求而有所差别，但基本接线相类似。对控制回路的基本要求如下：①应能用控制开关进行手动合、跳闸，且能由自动装置和继电保护装置实现自动合、跳闸。②应能在合、跳闸动作完成后迅速自动断开合、跳闸回路。③应有反映断路器位置状态（手动及自动合、跳闸）的明显信号。④应有防止断路器多次合、跳闸的“防跳”装置。⑤应能监视控制回路的电源及其合、跳闸回路是否完好。由此可见，断路器的防跳是电力系统对断路器控制回路的一项基本要求。当控制开关或者重合闸的接点未能及时返回（例如手动合闸继电器接点粘连、重合闸装置出口接点粘连）而此时正好合闸于故障线路和设备上，造成断路器不断跳合。而且由于断路器合闸后操作把手在未复归状态，若此时发生故障使断路器跳闸，由于合闸脉冲未解除，促使断路器再次合闸，如果合闸脉冲始终不能解除，断路器将出现多次的跳-合现象，这种现象称为跳跃。
2.手动合闸于故障线。电力系统中，早期传统架空线检修的具体步骤是：检修人员故障检修前首先向调度申请停电，调度审核后将检修线路停电，检修人员验电以确保安全，然后挂接地线，找出并排除故障，然后拆接地线，最后向调度申请送电，调度审核后送电。但实际工作中，检修人员排除故障后有时会忘记拆接地线而直接申请送电，导致调度送电时，带接地线合闸。还有就是值班员误将停电待检修的故障线路送电，或手动合闸于永久性故障，这些情况下断路器都会出现反复跳合的跳跃现象。
3.手动合继电器接点粘连。电力系统中断路器的控制，通常是通过电气回路来实现的，为此必须有相应的二次设备。在主控制室的控制平台上，应有能发出跳、合闸命令的手动控制开关和按钮，在断路器上应有执行命令的操作机构，即跳、合闸线圈。手动控制开关和操作机构之间是通过控制电缆连接起来的。控制回路按操作电源的种类，可分为直流操作和交流操作（包括整流操作）两种类型。直流操作一般采用蓄电池组供电，交流操作一般是由电流互感器、电压互感器和所用变压器供电。此外，对断路器的控制，按所采用的接线及设备又可分为强电控制和弱电选线控制两大类。在三相断路器中，若某相手动合闸继电器的一对常开接点粘连，在操作电源接通时，由于该相手动合闸继电器接点粘连，该相合闸，而此时其余两相处在分闸位置，断路器非全相保护动作，将该相断路器跳开，此时该相手动合闸继电器接点依然粘连，该相再次合闸，从而使该相断路器多次合-分闸，即称为跳跃。
4.重合闸装置出口接点粘连。在电力系统中，架空输电线路的故障大多数是瞬时性故障，如果自动重合闸装置能把跳开的线路再次重新合闸，就能恢复正常供电。自动重合闸装置按其功能可分为三相重合闸及综合重合闸。110kV及以下线路采用三相自动重合闸，即不论线路发生单相接地（110kV以下线路除外）或相间故障，都由继电保护装置动作把断路器的三相跳开，然后由重合闸装置动作把该三相自动合闸；220kV及以上线路采用综合重合闸，即综合考虑单相自动重合闸和三相自动重合闸。若重合闸装置出口接点粘连，一旦操作电源接通，断路器便会合闸，若故障依然存在，继电保护装置动作，断路器跳闸，但由于重合闸装置出口接点粘连，断路器再次合闸，从而造成断路器多次合-分，即称为跳跃。
5.断路器“跳跃”的危害。如果断路器发生跳跃，势必造成断路器的绝缘下降，油温上升，缩短断路器的使用寿命以致造成断路器的毁坏，严重时会引起断路器爆炸。加上由于反复合闸于永久性故障电路，很容易引起故障扩大并导致事故，特别是保护跳闸信号源自于短路时，会引发断路器爆炸的严重后果，甚至导致人身安全事故。
6.“防跳”的概念。在电力系统中当断路器出现跳跃时，一般通过闭锁合闸回路来达到防跳的目的，目前常用的防跳方法有：串联式防跳、并联式防跳、弹簧储能式防跳、跳闸线圈辅助接点式防跳。断路器多采用并联式防跳，其中串联式防跳回路最合理，应用最广泛。
二、不同接线方式“防跳”技术及其利弊分析
1.利用跳闸线圈TQ辅助接点构成的防跳回路。①防跳的二次接线图见图1。②防跳的机理。以110Kv线路微机保护中断路器的操作回路为例说明：当手合故障线，手合接点或重合闸接点粘连时电力系统发生故障，这些现象发生时，继电保护装置首先动作，保护跳闸继电器TJ得电使断路器的跳闸线圈TQ得电，跳开故障线路的断路器，跳闸后断路器的常开辅助触点断开，切断跳闸产生的电弧，于此同时跳闸线圈的常开辅助接点TQ2闭合，跳闸线圈TQ自保持有电，其常闭辅助接点TQ1断开，切断合闸回路，完成跳跃闭锁功能。具体防跳过程见图1所示。
2.利用防跳继电器TBJ构成的串联式防跳回路。①防跳的二次接线图见图2。②防跳的机理。所谓串联式防跳，即防跳继电器TBJ由电流启动，该电流线圈串联在断路器的跳闸回路中。电压保持线圈与断路器的合闸线圈并联（简单说就是电流启动、电压保持）。当手合故障线，手合接点或重合闸接点粘连时电力系统发生故障，这些现象发生时，继电保护装置首先使保护跳闸继电器TJ得电，其常开接点闭合，跳闸线圈TQ得电跳开断路器，跳闸后断路器的常开辅助触点断开，切断跳闸产生的电弧。由于防跳继电器TBJ的电流启动线圈和TQ串联，当TQ有电时防跳继电器TBJ的电流启动线圈也有电，启动防跳，其常开接点TBJ2闭合，接通防跳继电器的电压保持线圈TBJV，使其常闭接点打开，切断合闸回路，实现断路器的跳跃闭锁。所以即便防跳继电器TBJ的电流线圈随着跳闸的完成而失电，TBJ电压线圈的自保持可以将合闸回路切断，实现断路器的跳跃闭锁。具体的防跳过程入如图2所示。
3.两种接线方式下的“防跳”方案的优劣比较。共同点：以上两种接线方式的防跳方案，当手合故障线、手合接点粘连、重合闸接点粘连，这些跳跃现象之一发生时，均能起到很好的防跳闭锁作用。优劣比较：利用跳闸线圈TQ辅助接点防跳回路。若断路器跳闸后，其接于跳闸回路的常开辅助接点没有及时断开，导致保护跳闸继电器TJ的接点先断开，此时断路器跳闸产生的电弧就会烧坏保护跳闸继电器TJ的接点。这是利用跳闸线圈TQ辅助接点防跳这种接线方式防跳方案的不足之处。利用防跳继电器TBJ构成的串联式防跳回路。这种接线方式在保护跳闸继电器TJ的接点旁并联了一个防跳继电器TBJ的常开接点TBJ1。如果断路器跳闸后，其接于跳闸回路的常开辅助接点没有及时断开，TBJ的电流线圈会一直有电，并联于保护跳闸继电器TJ的防跳继电器TBJ的常开接点TBJ1闭合并自保，直到断路器跳闸，相应的断路器常开辅助接点断开为止，有效地防止了保护跳闸后断路器辅助常开接点没有及时切换而烧坏保护跳闸继电器TJ的常开接点的现象。这就是利用防跳继电器TBJ构成的串联式接线方式防跳方案优于利用跳闸线圈TQ辅助接点接线方式防跳方案的地方。
三、一种优化的双重防跳方案的提出
1.双重防跳方案的接线图。基于上面两种不同接线方式的防跳方案的优劣比较，现采用一种双重防跳方案，并给出实际的接线图。图3拟的是低压线路微机保护带防跳的断路器控制回路，图4拟的是模拟断路器的防跳控制回路。
2.双重防跳方案的优化效果。由接线图可以看出：保护控制回路和断路器控制回路都采用了比较优化的利用防跳继电器TBJ构成的串联式防跳方案。在这种双重化防跳方案下，对手合故障线、手合接点粘连、重合闸接点粘连等可能引起断路器跳跃的现象起到了很好的跳跃闭锁作用。同时双重化保护使得保护控制回路和断路器控制回路中的防跳回路相互独立又可以相互备用，即实现了所谓的双重跳跃闭锁功能，可靠地提高了电力系统操作回路的完好性和互补性。这种防跳方式不仅可以达到防跳的目的，而且当发生故障时，若保护出口跳闸接点先于断路器辅助常开接点跳开时，能有效的防止保护跳闸继电器的接点被断路器跳闸造成的电弧烧毁。
四、结语
本文主要针对电力系统中断路器的“防跳”技术进行了分析，并分别类比了两种不同接线方式的断路器“防跳”方案的共同机理和各自的利弊，提出了一种双重防跳的优化方案，既可大大减少实际断路器的动作次数，提高断路器的使用寿命，也可以保护跳闸出口接点，保证传动实验正确性和完整性。
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