基于儲能時間自學(xué)習(xí)的斷路器防跳測試方法*

*基金項目：2021年國家電網(wǎng)公司研究開發(fā)費項目計劃（群創(chuàng)和技術(shù)標準）（5211JX21000U）資助

作者簡介：吳立文(1981—)，男，高級工程師，繼電保護工作。

張嘉文(1989—)，男，工程師，繼電保護工作。

沈熙辰(1986—)，男，工程師，變電站自動化工作。

朱勝輝(1983—)，蔣政(1985—)男，高級工程師，繼電保護工作。

0   引言

在電力系統(tǒng)運行過程中，斷路器短時間內(nèi)反復(fù)分閘、合閘的現(xiàn)象稱為斷路器跳躍。當(dāng)發(fā)生上述事件時，將損壞斷路器本體，甚至導(dǎo)致母差保護中斷路器保護動作失靈，擴大事故范圍，進而嚴重威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行^[1]。為此，防跳作為有效應(yīng)對斷路器跳躍的措施，已成為斷路器正常運行必不可少的組成部分。目前，防跳主要通過保護設(shè)備中的操作箱（以下簡稱操作箱防跳）或者斷路器本體機構(gòu)（以下簡稱斷路器防跳）實現(xiàn)，且兩者不可同時存在，以免產(chǎn)生寄生回路影響防跳功能[2]。操作箱防跳和斷路器防跳實現(xiàn)原理有所不同，通常，操作箱防跳由分閘命令觸發(fā)，斷路器防跳由合閘命令觸發(fā)。相比斷路器防跳，操作箱防跳屬于上級，目前優(yōu)先采用斷路器防跳。

1   斷路器防跳測試

在實際運行情況下，根據(jù)斷路器發(fā)生跳躍時初始位置狀態(tài)不同，又可分為合位防跳和分位防跳。合位防跳是斷路器在合位時持續(xù)發(fā)合閘命令，之后在保持合閘命令的同時持續(xù)發(fā)分閘命令，若防跳功能正常，則斷路器變?yōu)榉治缓蟛辉賱幼鳌７治环捞菙嗦菲髟诜治粫r持續(xù)發(fā)分閘命令，之后在保持分閘命令的同時持續(xù)發(fā)合閘命令，若防跳功能正常，則斷路器先合后分，且當(dāng)儲能（彈簧機構(gòu)為彈簧已儲能，液壓機構(gòu)為壓力閉鎖復(fù)歸）結(jié)束后不再動作。本文提出的斷路器防跳測試方法如圖1所示。

圖1 斷路器防跳測試流程

2   斷路器防跳測試的時序確定

2.1 斷路器動態(tài)特性記錄

檢測斷路器初始位置狀態(tài)：若初始斷路器跳位TWJ=1 且斷路器合位HWJ=0，則判定斷路器處于分位，此時進行單次合閘操作。當(dāng)發(fā)出合閘脈沖時，定時器啟動，檢測到斷路器跳位TWJ=0 且斷路器合位HWJ = 1 時，記錄此時定時器的數(shù)值Δt = tcls，并考慮10 ms 的時間裕度，合閘響應(yīng)時間Tcls =tcls +10，單位為ms。合閘響應(yīng)時間如圖2 所示。

圖2 合閘響應(yīng)時間

若初始斷路器跳位TWJ=0 且斷路器合位HWJ=1，則判定斷路器處于合位，此時進行單次分閘操作。當(dāng)發(fā)出分閘脈沖時，定時器啟動，檢測到斷路器跳位TWJ=1 且斷路器合位HWJ=0 時，記錄此時定時器的數(shù)值Δt = t_trip，并考慮10 ms 的時間裕度，分閘響應(yīng)時間T_trip =t_trip +10，單位為ms。分閘響應(yīng)時間如圖3 所示。

圖3 分閘響應(yīng)時間

其他情況，則為斷路器位置開入異常。

2.2 儲能時間自學(xué)習(xí)

針對未在數(shù)據(jù)記錄表中的斷路器型號，采用儲能時間自學(xué)習(xí)。

若斷路器處于分位，則跳過下一步。

若斷路器處于合位，發(fā)短時分閘脈沖，使斷路器處于分位。

發(fā)合閘脈沖（脈寬為Tcls）的同時，定時器啟動，檢測到斷路器跳位TWJ=0 且斷路器合位HWJ=1 時，取脈寬時間Tcls 與首次檢測到斷路器合位時間的最大時刻停發(fā)合閘脈沖。再等待10 ms 后，發(fā)分閘脈沖（脈寬為Ttrip），檢測到斷路器跳位TWJ=1 且斷路器合位HWJ=0，同理，取分閘脈寬與此次檢測到斷路器分位時間的最大時刻停發(fā)分閘脈沖。再等待10 ms 后，持續(xù)發(fā)合閘脈沖，直到再次檢測到斷路器跳位TWJ=0 且斷路器合位HWJ=1 時，停發(fā)合閘脈沖，并記錄定時器的數(shù)值，該值減去首次檢測到斷路器合位的時間差為Δt，即為合閘儲能所需最小時間tsmin。考慮到合閘儲能時間的離散分布范圍，該型號斷路器的合閘儲能平均時間設(shè)為Ts = tsmi +1 000，單位為ms。將該型號斷路器合閘儲能時間錄入數(shù)據(jù)記錄表。儲能自學(xué)習(xí)時間如圖4 所示。

若斷路器合閘儲能時間數(shù)據(jù)記錄表中已有待測型號斷路器，則采用該值作為待測型號斷路器的合閘儲能時間。

圖4 儲能時間自學(xué)習(xí)

2.3 操作箱防跳測試

若斷路器處于合位，則持續(xù)發(fā)合閘脈沖，200 ms 后持續(xù)發(fā)分閘脈沖，若檢測到斷路器由初始合位，變?yōu)榉治缓?，不再變化，則操作箱具備合位防跳，否則不具備。操作箱合位防跳時序如圖5 所示。

圖5 操作箱合位防跳測試

若斷路器處于分位，則持續(xù)發(fā)分閘脈沖，200 ms 后持續(xù)發(fā)合閘脈沖，若檢測到斷路器由初始分位，變?yōu)楹衔缓螅俅巫優(yōu)榉治唬耶?dāng)合閘脈寬持續(xù)時間大于合閘儲能平均時間Ts，斷路器位置并不再變化，則操作箱具備分位防跳，否則不具備。操作箱分位防跳時序如圖6所示。

圖6 操作箱分位防跳測試

2.4 斷路器機構(gòu)防跳測試

對于分相機構(gòu)，為防止斷路器機構(gòu)三相不一致動作導(dǎo)致防跳測試失敗，應(yīng)先校驗斷路器機構(gòu)三相不一致動作時間繼電器。

若斷路器為分位（三相均為分位），任取一相發(fā)合閘脈沖（脈寬為Tcls），則該相先變?yōu)楹衔?，?jīng)三相不一致動作時間T3p 后，該相再次變?yōu)榉治弧?/p>

若斷路器為合位（三相均為合位），任取一相發(fā)分閘脈沖（脈寬為Ttrip），則該相先變?yōu)榉治?，?jīng)三相不一致動作時間T3p 后，其余兩相由初始合位變?yōu)榉治?。之后，進行防跳測試。

若斷路器為合位（三相均為合位），三相持續(xù)發(fā)合閘脈沖，200 ms 后三相持續(xù)發(fā)分閘脈沖，若檢測到斷路器由初始合位，變?yōu)榉治唬ㄈ嗑鶠榉治唬┖?，任一相均不再變化，則斷路器機構(gòu)具備合位防跳，否則不具備。

若斷路器為分位（三相均為分位），三相持續(xù)發(fā)分閘脈沖，200 ms 后三相持續(xù)發(fā)合閘脈沖，若檢測到斷路器由初始分位，變?yōu)楹衔唬ㄈ嗑鶠楹衔唬┖?，再次變?yōu)榉治唬ㄈ嗑鶠榉治唬?，且?dāng)合閘脈寬持續(xù)時間大于合閘儲能平均時間Ts，任一相均不再變化，則斷路器機構(gòu)具備合位防跳，否則不具備。

3   斷路器防跳測試步驟

3.1 參數(shù)初始化

獲取已有同類型斷路器機構(gòu)和保護操作箱基礎(chǔ)信息，如無，則記錄斷路器機構(gòu)和保護操作箱基礎(chǔ)信息。獲取或記錄的斷路器機構(gòu)和保護操作箱基礎(chǔ)信息，包括間隔名稱、斷路器機構(gòu)型號、斷路器機構(gòu)工作原理類型、斷路器機構(gòu)出廠日期和保護操作箱型號。

3.2 合閘分閘響應(yīng)動態(tài)特性測試

通過斷路器動態(tài)特性測試獲得斷路器合閘和分閘響應(yīng)時間。通過合閘與分閘觸發(fā)時刻與雙位置變位時刻的差值考慮平均值誤差。

3.3 合閘儲能時間自學(xué)習(xí)

合閘儲能時間自學(xué)習(xí)，獲得斷路器連續(xù)兩次合閘之間需等待的儲能時間。

針對未在數(shù)據(jù)記錄表中的斷路器型號，采用儲能時間自學(xué)習(xí)。

若斷路器處于分位，則跳過下一步。

若斷路器處于合位，發(fā)短時分閘脈沖，使斷路器處于分位。

進行斷路器儲能時間自學(xué)測試。

將該型號斷路器合閘儲能時間錄入數(shù)據(jù)記錄表。若斷路器合閘儲能時間數(shù)據(jù)記錄表中已有待測型號斷路器，則采用該值作為待測型號斷路器的合閘儲能時間。

3.3 三相不一致動作時間測試

若斷路器機構(gòu)為220 kV 分相機構(gòu)，則先校驗三相不一致時間繼電器，排除三相不一致動作時間不準確對防跳測試的誤判^[3-5]。

3.4 斷路器機構(gòu)的分位與合位防跳測試

參考2.4 節(jié)。

3.5 保護操作箱的分位與合位防跳測試

先拆除操作箱至斷路器機構(gòu)的合閘回路，通過按照相應(yīng)時序控制分合閘脈沖，檢測保護操作箱（如圖7 所示）防跳繼電器常閉接點2TBUJ 后的電位是否變化，若是，則證明保護操作箱防跳功能具備。根據(jù)實際情況，確定最終的防跳整改方案（如根據(jù)保護設(shè)備廠商說明書拆除保護操作箱防跳）。完善防跳回路后，恢復(fù)操作箱至斷路器機構(gòu)的合閘回路，再進行包含保護操作箱的整組回路分位與合位防跳測試。

圖7 保護操作箱防跳原理圖^[6]

4   案例分析

利用構(gòu)建的斷路器防跳測試方法，以某變電站檢修中的線路間隔為例進行測試，測試該斷路器設(shè)備防跳功能，結(jié)果如圖8 所示。

圖8 斷路器防跳功能測試結(jié)果

5   結(jié)論

本文詳細闡述了斷路器防跳測試方法，建立了精確的防跳測試時序圖，為實現(xiàn)斷路器防跳程序化測試提供了算法支撐。利用斷路器雙位置接點消除了接點抖動的影響，從而更精確計算斷路器機構(gòu)的動態(tài)特性。通過總結(jié)斷路器機構(gòu)的儲能工作原理，設(shè)計了斷路器儲能時間的程序化測試方法，并在實際案例中得以應(yīng)用，大幅提高了變電站現(xiàn)場檢修工作效率。

參考文獻：

[1] 李志平.斷路器操作控制設(shè)計相關(guān)問題分析[J].繼電器,2004,32(4):65-66.

[2] 國家電網(wǎng)公司.Q/GDW1161-2020線路保護及輔助裝置標準化設(shè)計規(guī)范^[S].

[3] 國家電力調(diào)度通訊中心.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術(shù)問答[M].北京:中國電力出版社,2002:338-339.

[4] 周志娟,周銘遙,宋滕飛.220 kV開關(guān)防跳存在問題及分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2016(3):96-97.

[5] 徐春新.防跳繼電器觸點卡滯導(dǎo)致斷路器反復(fù)跳躍的問題分析[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2009,37(12):115-117.

[6] CZX-12R2型操作繼電器裝置技術(shù)說明書[Z].南京:南瑞繼保,2013:13-14.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年11月期）