基于储能时间自学习的断路器防跳测试方法*

*基金项目：2021年国家电网公司研究开发费项目计划（群创和技术标准）（5211JX21000U）资助

作者简介：吴立文(1981—)，男，高级工程师，继电保护工作。

张嘉文(1989—)，男，工程师，继电保护工作。

沈熙辰(1986—)，男，工程师，变电站自动化工作。

朱胜辉(1983—)，蒋政(1985—)男，高级工程师，继电保护工作。

0   引言

在电力系统运行过程中，断路器短时间内反复分闸、合闸的现象称为断路器跳跃。当发生上述事件时，将损坏断路器本体，甚至导致母差保护中断路器保护动作失灵，扩大事故范围，进而严重威胁电网安全稳定运行^[1]。为此，防跳作为有效应对断路器跳跃的措施，已成为断路器正常运行必不可少的组成部分。目前，防跳主要通过保护设备中的操作箱（以下简称操作箱防跳）或者断路器本体机构（以下简称断路器防跳）实现，且两者不可同时存在，以免产生寄生回路影响防跳功能[2]。操作箱防跳和断路器防跳实现原理有所不同，通常，操作箱防跳由分闸命令触发，断路器防跳由合闸命令触发。相比断路器防跳，操作箱防跳属于上级，目前优先采用断路器防跳。

1   断路器防跳测试

在实际运行情况下，根据断路器发生跳跃时初始位置状态不同，又可分为合位防跳和分位防跳。合位防跳是断路器在合位时持续发合闸命令，之后在保持合闸命令的同时持续发分闸命令，若防跳功能正常，则断路器变为分位后不再动作。分位防跳是断路器在分位时持续发分闸命令，之后在保持分闸命令的同时持续发合闸命令，若防跳功能正常，则断路器先合后分，且当储能（弹簧机构为弹簧已储能，液压机构为压力闭锁复归）结束后不再动作。本文提出的断路器防跳测试方法如图1所示。

图1 断路器防跳测试流程

2   断路器防跳测试的时序确定

2.1 断路器动态特性记录

检测断路器初始位置状态：若初始断路器跳位TWJ=1 且断路器合位HWJ=0，则判定断路器处于分位，此时进行单次合闸操作。当发出合闸脉冲时，定时器启动，检测到断路器跳位TWJ=0 且断路器合位HWJ = 1 时，记录此时定时器的数值Δt = tcls，并考虑10 ms 的时间裕度，合闸响应时间Tcls =tcls +10，单位为ms。合闸响应时间如图2 所示。

图2 合闸响应时间

若初始断路器跳位TWJ=0 且断路器合位HWJ=1，则判定断路器处于合位，此时进行单次分闸操作。当发出分闸脉冲时，定时器启动，检测到断路器跳位TWJ=1 且断路器合位HWJ=0 时，记录此时定时器的数值Δt = t_trip，并考虑10 ms 的时间裕度，分闸响应时间T_trip =t_trip +10，单位为ms。分闸响应时间如图3 所示。

图3 分闸响应时间

其他情况，则为断路器位置开入异常。

2.2 储能时间自学习

针对未在数据记录表中的断路器型号，采用储能时间自学习。

若断路器处于分位，则跳过下一步。

若断路器处于合位，发短时分闸脉冲，使断路器处于分位。

发合闸脉冲（脉宽为Tcls）的同时，定时器启动，检测到断路器跳位TWJ=0 且断路器合位HWJ=1 时，取脉宽时间Tcls 与首次检测到断路器合位时间的最大时刻停发合闸脉冲。再等待10 ms 后，发分闸脉冲（脉宽为Ttrip），检测到断路器跳位TWJ=1 且断路器合位HWJ=0，同理，取分闸脉宽与此次检测到断路器分位时间的最大时刻停发分闸脉冲。再等待10 ms 后，持续发合闸脉冲，直到再次检测到断路器跳位TWJ=0 且断路器合位HWJ=1 时，停发合闸脉冲，并记录定时器的数值，该值减去首次检测到断路器合位的时间差为Δt，即为合闸储能所需最小时间tsmin。考虑到合闸储能时间的离散分布范围，该型号断路器的合闸储能平均时间设为Ts = tsmi +1 000，单位为ms。将该型号断路器合闸储能时间录入数据记录表。储能自学习时间如图4 所示。

若断路器合闸储能时间数据记录表中已有待测型号断路器，则采用该值作为待测型号断路器的合闸储能时间。

图4 储能时间自学习

2.3 操作箱防跳测试

若断路器处于合位，则持续发合闸脉冲，200 ms 后持续发分闸脉冲，若检测到断路器由初始合位，变为分位后，不再变化，则操作箱具备合位防跳，否则不具备。操作箱合位防跳时序如图5 所示。

图5 操作箱合位防跳测试

若断路器处于分位，则持续发分闸脉冲，200 ms 后持续发合闸脉冲，若检测到断路器由初始分位，变为合位后，再次变为分位，且当合闸脉宽持续时间大于合闸储能平均时间Ts，断路器位置并不再变化，则操作箱具备分位防跳，否则不具备。操作箱分位防跳时序如图6所示。

图6 操作箱分位防跳测试

2.4 断路器机构防跳测试

对于分相机构，为防止断路器机构三相不一致动作导致防跳测试失败，应先校验断路器机构三相不一致动作时间继电器。

若断路器为分位（三相均为分位），任取一相发合闸脉冲（脉宽为Tcls），则该相先变为合位，经三相不一致动作时间T3p 后，该相再次变为分位。

若断路器为合位（三相均为合位），任取一相发分闸脉冲（脉宽为Ttrip），则该相先变为分位，经三相不一致动作时间T3p 后，其余两相由初始合位变为分位。之后，进行防跳测试。

若断路器为合位（三相均为合位），三相持续发合闸脉冲，200 ms 后三相持续发分闸脉冲，若检测到断路器由初始合位，变为分位（三相均为分位）后，任一相均不再变化，则断路器机构具备合位防跳，否则不具备。

若断路器为分位（三相均为分位），三相持续发分闸脉冲，200 ms 后三相持续发合闸脉冲，若检测到断路器由初始分位，变为合位（三相均为合位）后，再次变为分位（三相均为分位），且当合闸脉宽持续时间大于合闸储能平均时间Ts，任一相均不再变化，则断路器机构具备合位防跳，否则不具备。

3   断路器防跳测试步骤

3.1 参数初始化

获取已有同类型断路器机构和保护操作箱基础信息，如无，则记录断路器机构和保护操作箱基础信息。获取或记录的断路器机构和保护操作箱基础信息，包括间隔名称、断路器机构型号、断路器机构工作原理类型、断路器机构出厂日期和保护操作箱型号。

3.2 合闸分闸响应动态特性测试

通过断路器动态特性测试获得断路器合闸和分闸响应时间。通过合闸与分闸触发时刻与双位置变位时刻的差值考虑平均值误差。

3.3 合闸储能时间自学习

合闸储能时间自学习，获得断路器连续两次合闸之间需等待的储能时间。

针对未在数据记录表中的断路器型号，采用储能时间自学习。

若断路器处于分位，则跳过下一步。

若断路器处于合位，发短时分闸脉冲，使断路器处于分位。

进行断路器储能时间自学测试。

将该型号断路器合闸储能时间录入数据记录表。若断路器合闸储能时间数据记录表中已有待测型号断路器，则采用该值作为待测型号断路器的合闸储能时间。

3.3 三相不一致动作时间测试

若断路器机构为220 kV 分相机构，则先校验三相不一致时间继电器，排除三相不一致动作时间不准确对防跳测试的误判^[3-5]。

3.4 断路器机构的分位与合位防跳测试

参考2.4 节。

3.5 保护操作箱的分位与合位防跳测试

先拆除操作箱至断路器机构的合闸回路，通过按照相应时序控制分合闸脉冲，检测保护操作箱（如图7 所示）防跳继电器常闭接点2TBUJ 后的电位是否变化，若是，则证明保护操作箱防跳功能具备。根据实际情况，确定最终的防跳整改方案（如根据保护设备厂商说明书拆除保护操作箱防跳）。完善防跳回路后，恢复操作箱至断路器机构的合闸回路，再进行包含保护操作箱的整组回路分位与合位防跳测试。

图7 保护操作箱防跳原理图^[6]

4   案例分析

利用构建的断路器防跳测试方法，以某变电站检修中的线路间隔为例进行测试，测试该断路器设备防跳功能，结果如图8 所示。

图8 断路器防跳功能测试结果

5   结论

本文详细阐述了断路器防跳测试方法，建立了精确的防跳测试时序图，为实现断路器防跳程序化测试提供了算法支撑。利用断路器双位置接点消除了接点抖动的影响，从而更精确计算断路器机构的动态特性。通过总结断路器机构的储能工作原理，设计了断路器储能时间的程序化测试方法，并在实际案例中得以应用，大幅提高了变电站现场检修工作效率。

参考文献：

[1] 李志平.断路器操作控制设计相关问题分析[J].继电器,2004,32(4):65-66.

[2] 国家电网公司.Q/GDW1161-2020线路保护及辅助装置标准化设计规范^[S].

[3] 国家电力调度通讯中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京:中国电力出版社,2002:338-339.

[4] 周志娟,周铭遥,宋滕飞.220 kV开关防跳存在问题及分析[J].中国新技术新产品,2016(3):96-97.

[5] 徐春新.防跳继电器触点卡滞导致断路器反复跳跃的问题分析[J].电力系统保护与控制,2009,37(12):115-117.

[6] CZX-12R2型操作继电器装置技术说明书[Z].南京:南瑞继保,2013:13-14.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年11月期）