基于儲能時間自學習的斷路器防跳測試方法*

*基金項目：2021年國家電網公司研究開發費項目計劃（群創和技術標準）（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

在電力系統運行過程中，斷路器短時間內反復分閘、合閘的現象稱為斷路器跳躍。當發生上述事件時，將損壞斷路器本體，甚至導致母差保護中斷路器保護動作失靈，擴大事故范圍，進而嚴重威脅電網安全穩定運行^[1]。為此，防跳作為有效應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備中的操作箱（以下簡稱操作箱防跳）或者斷路器本體機構（以下簡稱斷路器防跳）實現，且兩者不可同時存在，以免產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原理有所不同，通常，操作箱防跳由分閘命令觸發，斷路器防跳由合閘命令觸發。相比斷路器防跳，操作箱防跳屬于上級，目前優先采用斷路器防跳。

1   斷路器防跳測試

在實際運行情況下，根據斷路器發生跳躍時初始位置狀態不同，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發合閘命令，之后在保持合閘命令的同時持續發分閘命令，若防跳功能正常，則斷路器變為分位后不再動作。分位防跳是斷路器在分位時持續發分閘命令，之后在保持分閘命令的同時持續發合閘命令，若防跳功能正常，則斷路器先合后分，且當儲能（彈簧機構為彈簧已儲能，液壓機構為壓力閉鎖復歸）結束后不再動作。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 斷路器動態特性記錄

檢測斷路器初始位置狀態：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。當發出合閘脈沖時，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值Δt = tcls，并考慮10 ms 的時間裕度，合閘響應時間Tcls =tcls +10，單位為ms。合閘響應時間如圖2 所示。

圖2 合閘響應時間

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。當發出分閘脈沖時，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值Δt = t_trip，并考慮10 ms 的時間裕度，分閘響應時間T_trip =t_trip +10，單位為ms。分閘響應時間如圖3 所示。

圖3 分閘響應時間

其他情況，則為斷路器位置開入異常。

2.2 儲能時間自學習

針對未在數據記錄表中的斷路器型號，采用儲能時間自學習。

若斷路器處于分位，則跳過下一步。

若斷路器處于合位，發短時分閘脈沖，使斷路器處于分位。

發合閘脈沖（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合閘脈沖。再等待10 ms 后，發分閘脈沖（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分閘脈沖。再等待10 ms 后，持續發合閘脈沖，直到再次檢測到斷路器跳位TWJ=0 且斷路器合位HWJ=1 時，停發合閘脈沖，并記錄定時器的數值，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據記錄表。儲能自學習時間如圖4 所示。

若斷路器合閘儲能時間數據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 儲能時間自學習

2.3 操作箱防跳測試

若斷路器處于合位，則持續發合閘脈沖，200 ms 后持續發分閘脈沖，若檢測到斷路器由初始合位，變為分位后，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，則持續發分閘脈沖，200 ms 后持續發合閘脈沖，若檢測到斷路器由初始分位，變為合位后，再次變為分位，且當合閘脈寬持續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 斷路器機構防跳測試

對于分相機構，為防止斷路器機構三相不一致動作導致防跳測試失敗，應先校驗斷路器機構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），任取一相發合閘脈沖（脈寬為Tcls），則該相先變為合位，經三相不一致動作時間T3p 后，該相再次變為分位。

若斷路器為合位（三相均為合位），任取一相發分閘脈沖（脈寬為Ttrip），則該相先變為分位，經三相不一致動作時間T3p 后，其余兩相由初始合位變為分位。之后，進行防跳測試。

若斷路器為合位（三相均為合位），三相持續發合閘脈沖，200 ms 后三相持續發分閘脈沖，若檢測到斷路器由初始合位，變為分位（三相均為分位）后，任一相均不再變化，則斷路器機構具備合位防跳，否則不具備。

若斷路器為分位（三相均為分位），三相持續發分閘脈沖，200 ms 后三相持續發合閘脈沖，若檢測到斷路器由初始分位，變為合位（三相均為合位）后，再次變為分位（三相均為分位），且當合閘脈寬持續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 參數初始化

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

3.2 合閘分閘響應動態特性測試

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

3.3 合閘儲能時間自學習

合閘儲能時間自學習，獲得斷路器連續兩次合閘之間需等待的儲能時間。

針對未在數據記錄表中的斷路器型號，采用儲能時間自學習。

若斷路器處于分位，則跳過下一步。

若斷路器處于合位，發短時分閘脈沖，使斷路器處于分位。

進行斷路器儲能時間自學測試。

將該型號斷路器合閘儲能時間錄入數據記錄表。若斷路器合閘儲能時間數據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

若斷路器機構為220 kV 分相機構，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 斷路器機構的分位與合位防跳測試

參考2.4 節。

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的合閘回路，通過按照相應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。根據實際情況，確定最終的防跳整改方案（如根據保護設備廠商說明書拆除保護操作箱防跳）。完善防跳回路后，恢復操作箱至斷路器機構的合閘回路，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，測試該斷路器設備防跳功能，結果如圖8 所示。

圖8 斷路器防跳功能測試結果

5   結論

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的動態特性。通過總結斷路器機構的儲能工作原理，設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用，大幅提高了變電站現場檢修工作效率。

參考文獻：

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

[2] 國家電網公司.Q/GDW1161-2020線路保護及輔助裝置標準化設計規范^[S].

[3] 國家電力調度通訊中心.電力系統繼電保護實用技術問答[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開關防跳存在問題及分析[J].中國新技術新產品,2016(3):96-97.

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

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

（本文來源于《電子產品世界》雜志2021年11月期）