电力保护防跳原理与继电器的选用

(2009)断路器控制回路若发生断路器“跳跃”是非常危险的，容易引起机构损伤，甚至引起断路器的爆炸。断路器的“跳跃”现象一般是在跳闸、合闸回路同时接通时才发生。为防止断路器的“跳跃”现象发生，通常“防跳”回路设计都是采用防跳回路，当断路器出现“跳跃”时，将断路器闭锁到跳闸位置。常用防跳回路有串联式防跳回路、并联式防跳回路。国内产品多采用串联式防跳回路,进口断路器多采用并联式防跳回路。合理的防跳回路除具有防跳功能外,还具有防止保护出口触点断弧而烧毁的优点,这也是应用微机保护装置不可缺少的技术条件。常见的串联式电流操作的“防跳”回路动作原理如图1所示，图中TBJ为专设的防跳继电器，该继电器有一个电流启动线圈和一个电压保持线圈。图1：电流操作的“防跳”回路动作原理图SA—控制开关；KR—自动重合闸继电器；TBJ、TBJ1~TBJ3—防跳继电器；KCO—保护出口继电器；KS—信号继电器；DL1、DL2—断路器辅助接点；HC—合闸线圈；TQ—跳闸线圈LT—跳闸线圈；XB—连接片；R—电阻；FU1、FU2—熔断器LT—跳闸线圈;XB—连接片;R—电阻;FU1、FU2—熔断器FU25867UISASAFU1＋WC－WCKRKSXBTBJ1TBJTBJ2DL1TBJ3KCOHCTQ＋RTBJDL2I“防跳”回路动作原理：当控制开关SA5～8接通，使断路器合闸后，如保护动作，其触点KCO闭合，使断路器跳闸。此时TBJ的电流线圈带电，其触点TBJ1闭合。如果合闸脉冲未解除(例如控制开关未复归其触点SA5～8仍接通，或自动重合闸继电器KR触点卡住等情况)，TBJ的电压线圈自保持，其触点TBJ2断开合闸线圈回路，使断路器不致再次合闸。只有合闸脉冲解除，TBJ的电压线圈断电后，接线才恢复图示原来状态。触点TBJ1的作用：TBJ电流线圈带电，触点TBJ1接通TBJ电压线圈自保持，只有合闸脉冲解除后TBJ电压线圈断电，触点TBJ1断开退出自保持。触点TBJ2的作用：TBJ电流或电压线圈带电，触点TBJ2断开合闸线圈回路，有效防止断路器再次合闸，达到防跳目的。如断路器机构内也有防跳功能，为了防止产生寄生回路，按规定只能二者选其一，若需取消操作箱TBJ的防跳功能可用导线将触点TBJ2短接；若需取消开关的防跳功能可拆除至防跳继电器线圈的连线。触点TBJ3的作用：TBJ电流或电压线圈带电，触点TBJ3处吸合状态，可有效防止因跳闸回路的断路器辅助接点调整不当(动作变位过慢),造成保护出口KCO触点分断时燃弧烧毁的现象发生。用导线将触点TBJ2短接取消TBJ的防跳功能后，能吸放动作的TBJ仍具有对KCO触点的保护功能。电阻R的作用：当保护出口KCO触点回路串接有信号继电器，如触点TBJ3闭合而无电阻R时，信号继电器可能还未可靠动作就被TBJ3短路，串接电阻R后可减小分流保证信号继电器可靠动作。通常串接信号继电器的电流线圈阻值较小，故电阻R选用1欧便可满足上述要求。当保护出口KCO触点回路无串接信号继电器时，则此电阻R可以取消。并联式电压操作的“防跳”回路动作原理如图2所示，图中TBJ为专设的防跳继电器，该继电器有一个电压启动线圈和一个电压保持线圈。触点TBJ1、TBJ2、TBJ3和电阻R的作用同串联式电流操作的“防跳”回路。并联式电压操作的“防跳”回路其跳闸、合闸线圈回路和断路器辅助接点回路完全分开，并将防跳继电器电压启动线圈、合闸保持继电器和位置继电器都接在辅助接点回路上。此方法适合某些进口开关分闸电流很小或现场断路器操作线圈电流不明确时使用。也有用一个电压型继电器组成的“防跳”回路，其工作原理是保护信号由跳闸回路经二极管启动并在合闸回路的电压型继电器，并由该继电器的触点TBJ1～3实现前述防跳功能和BCJ触点的保护功能。此方法较简单，但会导致跳闸与合闸二回路间耐压下降。国外ABB、西门子、施耐得等厂家的断路器内部设置的“防跳”回路也是电图2：电压并联型防跳回路设计方案图SA－控制开关；ZJ－自动装置出口；BCJ－保护出口；TBJ－双电压防跳继电器；DL1、DL2、DL3、DL4－断路器辅助接点；HC－合闸线圈；TQ－跳闸线圈FU25867U2SASAFU1＋WC－WCTBJ1TBJTBJ2DL3HCDL4TQTBJ3BCJHBJZJHBJUU1TBJDL2DL1压操作型，其中ABB的VD4型真空断路器国内有不少厂家仿造用量较大。电压操作的“防跳”回路动作原理如图3所示。这类断路器的防跳回路由一个并联在断路器合闸回路上的电压型继电器完成。图3：交直流供电的电压并联型防跳回路设计方案图RO—电阻；KO—合闸防跳继电器；S1～S4—断路器辅助接点；D2、D3—整流桥；Y2—分闸脱扣器；Y3—合闸脱扣器当合闸命令存在时,合闸整流桥D3(考虑交直流两用而设置)输出经合闸脱扣器Y3,辅助开关接点S2,S1,S3-1,防跳继电器KO的常闭接点1-2接通。断路器合闸后,并联在合闸回路的辅助接点S3-2闭合,启动防跳继电器KO,KO接点位置切换(由常闭接点1-2接通转为常开接点1-4接通),断合闸回路并保持。若此时线路或设备故障,继电保护动作跳闸。但由于合闸回路已可靠断开,从而防止了开关跳跃。控制电源掉电，则KO自保持回路返回，接通合闸回路，可以再次合闸。S3-2KOS3-1S1S2Y3KORO124S4Y2DZ-619型小型继电器产品系列中就有专门针对“防跳”要求设计的多种规格，如表格一所示。表格一：DZ-619型防跳继电器各种类别主要特点示例特点10500(05S)-110电流启动、电压保持，动作时间小于5ms，动作电流为30～50%额定值21000(10SQ)-048双启动型，电流、电压线圈均可启动或保持,适合保护出口和防跳电路通用，双启动型可减少订货规格，动作电流为30～50%额定值,动作电压为50～70%额定值31500(10S)-220电流启动、电压保持，动作时间小于10ms，动作电流不大于70%额定值41000/2000(10S)-055宽电流范围启动、电压保持，动作时间小于10ms，现场跳闸电流改变适应能力较好，动作电流不大于70%下限额定值51000(10SS)-072电流启动、电压保持，动作时间小于10ms，三个线圈可按需组合，可控制二个回路，动作电流为30～60%额定值62000(15SJ)-220交流电流启动、交流电压保持，动作时间小于15ms，交流回路防跳电路专用，动作电流不大于80%额定值7220(10S)-220电压操作的防跳继电器电压启动、另一电压保持，动作时间小于10ms，动作电压不大于70%额定值8110(10)电压操作的防跳继电器电压启动、保持，动作时间小于10ms，动作电压不大于70%额定值电流操作的防跳继电器有电流启动线圈(常用电流等级有0.5、1、2、4A，各种额定电流等级的线圈压降分别小于4、2、1、0.4V；宽电流等级有0.25/0.5、0.5/1、1/2、2/4A)和电压保持线圈(常用电压等级有24、55、72、110、220V)。触点形式为二付常开触点二付常闭触点(即触点形式为2H2D)。其动作时间直流回路为5ms或10ms；交流回路为15ms均可满足快速动作要求。电流、电压线圈之间或线圈与触点之间耐压水平为交流2000V。触点循环容量为DC220V感性负载5ms接通、断开50W；接通容量为DC220V接通5A不断弧，可满足跳闸、合闸回路对接通电流容量的要求。用户可根据现场断路器跳、合闸线圈选配相适应的防跳继电器电流和电压等级规格，确保该防跳继电器在现场能可靠动作且动作时间应小于跳闸回路断路器辅助触点的转换(跳闸时断开)时间。选配时应注意真空断路器较旧式断路器跳闸速度快(VD4型真空断路器分闸时间33～45mS)；小型继电器比大体积继电器动作时间快。DZ-619小型继电器与大体积继电器有关技术参数如表格二所示。为确保防跳继电器实现快速动作，也可按其动作电流小于跳闸电流的一半选配。实际工作中各厂家配合方法可能不尽相同，不合适的配合可能会造成防跳继电器不动作或防跳继电器电流线圈过载烧毁。为确保配合正确厂家还有0.25A、1.5A、2.5A、3A、5A等特殊规格电流线圈和可在较宽的电流范围内实现防跳功能现场适应性较好的宽电流防跳继电器。表格二：DZ-619小型继电器与大体积继电器有关技术参数的对比继电器型号规格动作值保持值动作时间大体积DZB-1152Z1A220V不大于80%额定值不大于70%额定值不大于45mS大体积DZB-2842H2D1A220V不大于80%额定值不大于45mS大体积DZK-2442H2D1A220V不大于80%额定值不大于15mSDZ-6191000(05S)-110-2H2D30～50%额定值不大于5mSDZ-6191000(10SQ)-110-2H2D30～50%额定值不大于10mSDZ-6190500/1000(10S)-110-2H2D不大于70%下限额定值不大于10mSDZ-6191000(15SJ)-220-2H2D(交流)不大于80%额定值不大于15mS现场跳闸回路的跳闸电流可按下式计算：跳闸电流=220(或110)/(跳闸线圈电阻＋线圈回路电阻)其中：线圈回路电阻含防跳继电器电流线圈电阻。为方便区分，厂家在继电器规格表示方法中将启动线圈排在动作时间括弧之前，保持线圈排在括弧之后。选用防跳继电器时注意电流线圈应为启动线圈，才能确保断路器跳闸可靠正确。例如1000(10S)-220继电器其电流线圈为启动线圈，动作电流不大于70%额定值，该继电器常用在防跳电路中；而220(10S)-1000继电器其电流线圈为保持线圈，保持电流不大于70%额定值，电流保持线圈无动作电流要求，该继电器常用在保护出口电路中。若误将电流保持线圈当启动线圈使用有可能会造成断路器跳闸线圈动作失误，电路设计选用继电器时一定要区分清楚，防止订错误事(双启动型无此问题)。近年来有人参考上世纪九十年代出现的利用二极管组合分流的信号继电器设计原理，推出了不用再考虑保持系数的自适应防跳回路技术方案(详见技术交流：)。DZ-619型小型继电器产品系列中也有专门针对“保护出口”要求设计的多种规格，如表格三所示。表格三：DZ-619型保护出口继电器各种类别主要特点示例特点1110(10S)-1000电压启动、电流保持，动作时间小于10ms，动作电压为50～70%额定值20500(10SQ)-048双启动型，电流、电压线圈均可启动或保持,适合保护出口和防跳电路通用，双启动型可减少订货规格，动作电流为30～50%额定值,动作电压为50～70%额定值3220(10S)-2500电压启动、电流保持，动作时间小于10ms，动作电压、保持电流为不大于70%额定值4072(10S)-0250/2000电压启动、宽电流范围保持，动作时间小于10ms，现场跳闸电流改变适应能力强，保持电流不大于80%下限额定值5072(10SS)-1000电压启动、电流保持，动作时间小于10ms，三个线圈可按需组合，可控制二个回路，动作电压为50～70%额定值6220(15SJ)-3000交流电压启动、交流电流保持，动作时间小于15ms，交流保护出口电路专用，动作电压不大于70%额定值保护出口继电器电压启动线圈动作值有的规定为50～70%额定值，因中要求：50%保护出口继电器电流保持线圈与断路器跳、合闸电流的配合方法为线圈保持电流不大于额定跳(合)闸电流的一半左右，线圈压降小于5%额定值。13932232894