基于儲能時(shí)間自學(xué)習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(kāi)發(fā)費項目計劃（群創(chuàng )和技術(shù)標準）（5211JX21000U）資助

作者簡(jiǎn)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(dòng)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(guò)程中，斷路器短時(shí)間內反復分閘、合閘的現象稱(chēng)為斷路器跳躍。當發(fā)生上述事件時(shí)，將損壞斷路器本體，甚至導致母差保護中斷路器保護動(dòng)作失靈，擴大事故范圍，進(jìn)而嚴重威脅電網(wǎng)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(guò)保護設備中的操作箱（以下簡(jiǎn)稱(chēng)操作箱防跳）或者斷路器本體機構（以下簡(jiǎn)稱(chēng)斷路器防跳）實(shí)現，且兩者不可同時(shí)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(shí)現原理有所不同，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(shí)際運行情況下，根據斷路器發(fā)生跳躍時(shí)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(shí)持續發(fā)合閘命令，之后在保持合閘命令的同時(shí)持續發(fā)分閘命令，若防跳功能正常，則斷路器變?yōu)榉治缓蟛辉賱?dòng)作。分位防跳是斷路器在分位時(shí)持續發(fā)分閘命令，之后在保持分閘命令的同時(shí)持續發(fā)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(dòng)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(shí)序確定

2.1 斷路器動(dòng)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(shí)進(jìn)行單次合閘操作。當發(fā)出合閘脈沖時(shí)，定時(shí)器啟動(dòng)，檢測到斷路器跳位TWJ=0 且斷路器合位HWJ = 1 時(shí)，記錄此時(shí)定時(shí)器的數值Δt = tcls，并考慮10 ms 的時(shí)間裕度，合閘響應時(shí)間Tcls =tcls +10，單位為ms。合閘響應時(shí)間如圖2 所示。

圖2 合閘響應時(shí)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(shí)進(jìn)行單次分閘操作。當發(fā)出分閘脈沖時(shí)，定時(shí)器啟動(dòng)，檢測到斷路器跳位TWJ=1 且斷路器合位HWJ=0 時(shí)，記錄此時(shí)定時(shí)器的數值Δt = t_trip，并考慮10 ms 的時(shí)間裕度，分閘響應時(shí)間T_trip =t_trip +10，單位為ms。分閘響應時(shí)間如圖3 所示。

圖3 分閘響應時(shí)間

其他情況，則為斷路器位置開(kāi)入異常。

2.2 儲能時(shí)間自學(xué)習

針對未在數據記錄表中的斷路器型號，采用儲能時(shí)間自學(xué)習。

若斷路器處于分位，則跳過(guò)下一步。

若斷路器處于合位，發(fā)短時(shí)分閘脈沖，使斷路器處于分位。

發(fā)合閘脈沖（脈寬為T(mén)cls）的同時(shí)，定時(shí)器啟動(dòng)，檢測到斷路器跳位TWJ=0 且斷路器合位HWJ=1 時(shí)，取脈寬時(shí)間Tcls 與首次檢測到斷路器合位時(shí)間的最大時(shí)刻停發(fā)合閘脈沖。再等待10 ms 后，發(fā)分閘脈沖（脈寬為T(mén)trip），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(shí)間的最大時(shí)刻停發(fā)分閘脈沖。再等待10 ms 后，持續發(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(shí)，停發(fā)合閘脈沖，并記錄定時(shí)器的數值，該值減去首次檢測到斷路器合位的時(shí)間差為Δt，即為合閘儲能所需最小時(shí)間tsmin?？紤]到合閘儲能時(shí)間的離散分布范圍，該型號斷路器的合閘儲能平均時(shí)間設為T(mén)s = tsmi +1 000，單位為ms。將該型號斷路器合閘儲能時(shí)間錄入數據記錄表。儲能自學(xué)習時(shí)間如圖4 所示。

若斷路器合閘儲能時(shí)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(shí)間。

圖4 儲能時(shí)間自學(xué)習

2.3 操作箱防跳測試

若斷路器處于合位，則持續發(fā)合閘脈沖，200 ms 后持續發(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(shí)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(fā)分閘脈沖，200 ms 后持續發(fā)合閘脈沖，若檢測到斷路器由初始分位，變?yōu)楹衔缓?，再次變?yōu)榉治?，且當合閘脈寬持續時(shí)間大于合閘儲能平均時(shí)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(shí)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(dòng)作導致防跳測試失敗，應先校驗斷路器機構三相不一致動(dòng)作時(shí)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T(mén)cls），則該相先變?yōu)楹衔?，?jīng)三相不一致動(dòng)作時(shí)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T(mén)trip），則該相先變?yōu)榉治?，?jīng)三相不一致動(dòng)作時(shí)間T3p 后，其余兩相由初始合位變?yōu)榉治?。之后，進(jìn)行防跳測試。

若斷路器為合位（三相均為合位），三相持續發(fā)合閘脈沖，200 ms 后三相持續發(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(fā)分閘脈沖，200 ms 后三相持續發(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?，且當合閘脈寬持續時(shí)間大于合閘儲能平均時(shí)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(lèi)型斷路器機構和保護操作箱基礎信息，如無(wú)，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(chēng)、斷路器機構型號、斷路器機構工作原理類(lèi)型、斷路器機構出廠(chǎng)日期和保護操作箱型號。

3.2 合閘分閘響應動(dòng)態(tài)特性測試

通過(guò)斷路器動(dòng)態(tài)特性測試獲得斷路器合閘和分閘響應時(shí)間。通過(guò)合閘與分閘觸發(fā)時(shí)刻與雙位置變位時(shí)刻的差值考慮平均值誤差。

3.3 合閘儲能時(shí)間自學(xué)習

合閘儲能時(shí)間自學(xué)習，獲得斷路器連續兩次合閘之間需等待的儲能時(shí)間。

針對未在數據記錄表中的斷路器型號，采用儲能時(shí)間自學(xué)習。

若斷路器處于分位，則跳過(guò)下一步。

若斷路器處于合位，發(fā)短時(shí)分閘脈沖，使斷路器處于分位。

進(jìn)行斷路器儲能時(shí)間自學(xué)測試。

將該型號斷路器合閘儲能時(shí)間錄入數據記錄表。若斷路器合閘儲能時(shí)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(shí)間。

3.3 三相不一致動(dòng)作時(shí)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(shí)間繼電器，排除三相不一致動(dòng)作時(shí)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(guò)按照相應時(shí)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(diǎn)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(shí)際情況，確定最終的防跳整改方案（如根據保護設備廠(chǎng)商說(shuō)明書(shū)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(jìn)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(xiàn)路間隔為例進(jìn)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(shí)序圖，為實(shí)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(diǎn)消除了接點(diǎn)抖動(dòng)的影響，從而更精確計算斷路器機構的動(dòng)態(tài)特性。通過(guò)總結斷路器機構的儲能工作原理，設計了斷路器儲能時(shí)間的程序化測試方法，并在實(shí)際案例中得以應用，大幅提高了變電站現場(chǎng)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(guān)問(wèn)題分析[J].繼電器,2004,32(4):65-66.

[2] 國家電網(wǎng)公司.Q/GDW1161-2020線(xiàn)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(shí)用技術(shù)問(wèn)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(kāi)關(guān)防跳存在問(wèn)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(diǎn)卡滯導致斷路器反復跳躍的問(wèn)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(shù)說(shuō)明書(shū)[Z].南京:南瑞繼保,2013:13-14.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年11月期）