基于储能时间自学习的断路器防跳测试方法

  作者：吴立文,张嘉文,沈熙辰,朱胜辉,蒋政(国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司,浙江 嘉兴 314000)

  ：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，其动作正确性直接决定电力系统的可靠稳定运行。提出一种基于储能时间自学习的断路器防跳测试方法，能针对任一断路器机构，无须引入保护操作箱或断路器机构的防跳继电器接点，仅通过自学习获得被测断路器防跳测试所需的有关参数，并根据相关参数完成断路器的分位防跳与合位防跳测试。通过程序化测试，可以有效提升断路器防跳测试效率和准确性，测试数据能形成数据积累。

  *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

  在电力系统运行过程中，断路器短时间之内反复分闸、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，防跳主要是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不一样，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。

  在实际运作情况下，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。

  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。

  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 = ttrip，并考虑10 ms 的时间裕度，分闸响应时间Ttrip=ttrip+10，单位为ms。分闸响应时间如图3 所示。

  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。

  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。

  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，且当合闸脉宽维持的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。

  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），且当合闸脉宽维持的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。

  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。

  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。

  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。

  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]。

  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。根据真实的情况，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。

  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来测试，测试该断路器设备防跳功能，结果如图8 所示。

  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，大幅度提高了变电站现场检修工作效率。

  [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.

  [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.