鲁小荣 贺莹莹

（河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山 467000）

0 引言

在断路器操作过程中，可能会出现合闸接点粘连或重合闸脉冲时间过长的现象，如果此时线路发生故障，则保护装置动作，断路器分闸，断路器的这种多次“分一合”现象称为“跳跃”。如果断路器发生“跳跃”，势必造成绝缘下降、内部温度上升，甚至会发生断路器爆炸事故，危及设备和人身的安全。防跳装置是在合闸操作中，只要引起合闸的操动机构仍保持在闭合的位置，如果由于某种原因使开关分闸，也不能再合的保护装置[1]。因此，断路器防跳装置回路是二次控制回路的重要部分，掌握断路器防跳装置原理很关键。下面对一起案例进行分析。

1 案例描述

2018年，某220 kVGIS智能变电站=F1线路间隔的C相线路发生接地故障，C 相断路器跳闸，延时1 s后，该线路重合。因接地故障未解除，重合于故障，该间隔断路器3相跳闸。69 ms 后，C 相自合。由于C 相机构在2 s 时间内，执行了“O-COC” 4个操作（即：断路器出现“跳跃”），机构无能量再执行分闸操作，断路器最终处于合闸位置，断路器失灵保护动作，跳开整段母线上所有间隔，母线失压。

2 原因分析

该站智能终端防跳回路投入使用，排查发现防跳回路负极虚接，防跳功能失效；同时，传统汇控柜内断路器机构防跳回路也投入使用，排查发现防跳继电器接线错误，防跳回路失效。两套防跳回路同时失效，重合闸操作过程中断路器跳跃，导致断路器失灵保护动作，整段母线上的间隔跳闸，扩大了停电范围。

3 暴露的问题

该站220 kVGIS采用的是HMB-4.3型液压碟簧操动机构，该机构一次储能，能满足断路器进行一次完整的“OCO” 重合闸操作。但是该次故障断路器未在“O-CO”动作后及时闭锁合闸操作，造成故障范围扩大。因此，分析该断路器液压碟簧机构动作的各种油压理论值、实际油压降、油压闭锁回路原理，以及模拟实际断路器动作工况下油压闭锁开关扰动的干扰因素，对深入了解此次事故很有必要。

3.1 液压碟簧操动机构油压理论值分析

该站GIS断路器配置的是HMB-4.3型液压碟簧操动机构，其理论油压值见表1。

表1 碟簧压缩量（单位：mm）与液压系统油压（单位：MPa）对应关系

3.2 试验测试断路器操作后的油压降

在额定油压下（碟簧压缩量：83.5 mm），单分操作“O”一次碟簧释放量26 mm；单合操作“C”一次碟簧释放量11 mm；重合操作“O-CO”一次碟簧释放量62 mm。即：在额定油压下“O-CO”操作一次，油压已降低到了合闸闭锁油压以下。

通过试验得出：在额定油压下“O-CO”操作一次，油压已降低到了合闸闭锁油压以下。理论上合闸闭锁继电器启动，闭锁合闸操作回路，断路器不能再次进行合闸操作。该站断路器进行“O-CO”操作后未闭锁合闸操作的问题，初步判断为合闸闭锁回路问题。因此，需进一步分析油压闭锁回路原理，验证断路器分合闸电磁线圈、油压闭锁开关以及油压闭锁继电器的动作时序关系。

3.3 油压闭锁回路原理分析

HMB-4.3型液压碟簧操动机构分别提供1付合闸闭锁、2付分闸闭锁以及2付重合闸闭锁原始接点。合闸闭锁及分闸闭锁接点的应用如图1所示。其中，-PSY为油压闭锁开关，-K5，-K7为中间继电器。油压闭锁开关接点在额定油压下为常开状态，当油压降低至相应的闭锁压力值以下时，油压开关由断开状态切换为闭合状态。即：当油压降低到合闸闭锁油压值以下-PSY（51，52）闭合，-K5继电器励磁，通过串接在合闸回路中的-K5继电器常闭触点断开合闸回路。同理，可分析分闸回路中的-PSY（11，12）分闸油压闭锁和-K7继电器动作。

3.4 试验模拟断路器运行工况

模拟电站实际工况，解除汇控柜内断路器的防跳回路，即：在防跳回路失效后，断路器重合于故障状态下，测试断路器分合闸动作次数、操作回路各闭锁接点发出的时序，并验证断路器储能电机自动打压回路投入与否对油压闭锁动作时序是否有影响。具体分为以下2个试验来进行。1）试验1：在断路额定油压下，储能电机电源投入，模拟在防跳回路失效后，断路器重合于故障状态下，测试断路器分合闸动作次数、操作回路各闭锁接点发出的时序。2）试验2：在断路额定油压下，断开断路器储能电机电源，模拟在防跳回路失效后，断路器重合于故障状态下，测试断路器分合闸动作次数、操作回路各闭锁接点发出的时序。

图1 油压闭锁回路图

3.4.1 在断路器储能电机自动打压回路投入时测试

针对试验1，断路器初始状态为合闸状态，模拟现场“防跳”操作。整个试验过程进行了“O-COC”4个动作循环，合闸油压闭锁继电器未及时闭锁。根据试验图形时间参数分析，合闸油压闭锁原始接点动作时正好是第二次分闸线圈受电过程中，距离第一次合闸线圈受电完成时间间隔70 ms。当合闸油压闭锁继电器节点动作完成时，第二次合闸线圈已受电，此时-K5继电器接点已来不及切断合闸操作回路，第二次合闸形成。

3.4.2 在断路器储能电机自动打压回路不投入时测试

针对试验2，断路器初始状态为合闸状态，模拟现场“防跳”操作。整个试验过程进行了“O-CO”三个动作循环，合闸油压闭锁继电器闭锁合闸操作成功。根据试验图形时间参数分析，此次合闸油压闭锁原始接点动作在第二次分闸线圈受电前，距离第一次合闸线圈受电完成时间间隔43 ms。对比试验1，合闸油压闭锁原始接点动作时间提前。

针对以上2个试验，分别各验证5次，验证结果稳定一致。

3.5 试验结果分析

通过以上理论分析和试验验证得出，配HMB-4.3型液压碟簧操动机构的断路器在动作过程中，储能电机自动补压回路投入与否对油压闭锁开关的原始接点动作特性影响较大，油压开关原始接点在储能电机自动补压回路投入工况下比不投入时动作滞后27 ms。因此，储能电机的自动补压会导致油压开关动作滞后，从而导致断路器在“O-CO”动作后未及时闭锁合闸操作。

综上所述，液压碟簧机构油压闭锁开关的设计初衷是为了监视断路器机构的状态，不能依赖油压低闭锁接点闭锁断路器的“跳跃”，不能用油压低闭锁功能替代断路器防跳装置功能。

4 防范措施

Q/GDW 161—2007《线路保护及辅助装置标准化设计规范》要求：“断路器防跳功能应由断路器本体机构实现”[2]，加强对断路器防跳装置功能回路完好性的排查，保障设备的正常运行，杜绝“跳跃”现象的发生。具体电站排查内容如下。

4.1 排查防跳功能是否由断路器本体机构实现

排查手段：通过图纸资料判断防跳功能。1）核对设计图纸，机构本体防跳或操作箱防跳功能在图纸资料中有明确的表达。2）核对图纸与实物接线的一致性，避免现场施工改线而图纸未升版造成的资料存档错误。如果排查结果为本体机构防跳，则满足标准要求；否则，不满足标准要求，需要根据情况考虑整改。

4.2 排查断路器本体机构防跳功能的完好性

排查手段：通过模拟操作排查防跳功能。1）将GIS汇控柜操作面板上的“远方”“就地”转换开关切换到“就地”状态，模拟防跳工况（合分命令同时给），如果断路器“合闸”仅出现一次，则断路器机构防跳功能完好。2）将“远方”“就地”转换开关切换到“远方”状态，人为制造断路器就地跳闸故障（如非全相保护动作），模拟防跳工况（合分命令同时给），如果断路器“合闸”仅出现一次，则断路器防跳功能完好。

4.3 排查操作箱防跳功能的完好性

排查手段：将“远方”“就地”转换开关切换到“远方”状态，解除断路器防跳功能，模拟防跳工况（开关就地非全相保护动作工况除外），若断路器“合闸”仅出现一次，则保护防跳功能完好。此排查内容主要针对早期未采用断路器本体机构防跳功能的电站，如电站已采用断路器本体机构防跳功能，则此条内容不再适用。

5 结语

断路器的正确动作对电力系统的安全稳定运行有着重要意义，不同机构类型的断路器动作原理不同，设计和运维人员应在了解机构动作原理的基础上开展工作。该文由常见的“跳跃”问题引入，从液压碟簧机构的油压闭锁角度给予分析论证，重在强调技术工作者需关注细节，分析故障的本质原因，防患于未然。