断路器控制回路基本原理

1、断路器控制回路基本原理 1、控制回路的基本要求 开始学习控制回路之前，我们先了解一下控制回路需要具备哪些基本的功能： （1）能进行手动跳合闸和由保护和自动装置的跳合闸； （2）具有防止断路器多次重复动作的防跳回路； （3）能反映断路器位置状态； （4）能监视下次操作时对应跳合闸回路的完好性； （5）有完善的跳、合闸闭锁回路； 2、典型的控制回路 根据控制回路的几点基本要求，我们以10kV的PSL641保护装置为例，分为五个步骤，一步步搭建基本的控制回路，并了解每个部分的作用。 （1）跳闸与合闸回路 首先，能够完成保护装置的跳合闸是控制回路最基本的功能。这个功能的实现很简单，回路如下图所示。假定

2、断路器在合闸状态，断路器辅助接点DL常开接点闭合。当保护装置发跳闸命令，TJ闭合时，正电源- TJ- LP1- DL- TQ- 负电源构成回路。跳闸线圈TQ得电，断路器跳闸。合闸过程同理。分闸到位后，DL常开接点断开跳闸回路。DL常闭接点闭合，为下一次操作对应的合闸回路做好准备。利用DL常开接点断开跳闸电流，一是为了防止TJ粘连造成TQ烧坏（因为TQ的热容量是按短时通电来设计的）；二是因为如果由TJ来断开合闸电流，由于TJ接点的断弧容量不够，容易造成TJ接点烧坏（HJ也是一样的道理），这就为下一次保护跳闸（或合闸）埋下了隐患且不易被发现。（2）跳闸/合闸保持回路为了防止TJ先于DL辅助接点断开

3、（如开关拒动等情况），我们增加了“跳闸自保持回路”。该回路可以起到保护出口接点TJ以及可靠跳闸的作用。增加的部分用红色标记，R在0.1左右。当分闸电流流过TBJ时，TBJ动作，TBJ1闭合自保持，直到DL断开分闸电流。这时无论TJ是否先于DL断开，都不会影响断路器分闸，也不会烧坏TJ。 （3）防跳回路TBJ我们有时也叫它“防跳继电器”。这是因为它有另一个非常重要的功能：防跳。防跳的概念：所谓的防跳，并不是“防止跳闸”，而是“防止跳跃”。当合闸于故障线路时，保护会发跳令将线路跳开。如果此时HJ接点发生粘连，断路器就会在短时间内反复跳、合、跳、合。这就是“跳跃现象”。（断路器跳闸时间需要30-60

4、ms，合闸时间需要60-90ms，一个跳合周期只需要150ms，很容易在短时间内完成几个周期的跳合跳的循环）跳跃现象轻则对系统造成多次冲击，严重时可能使断路器爆炸。所以“防跳”回路是必不可少的。下图中我们增加了防跳回路的部分，用绿色标记。TBJ是一个双线圈继电器，由串接与跳闸回路的电流启动线圈TBJ，和接于防跳回路的电压自保持线圈TBJV组成。在跳闸过程中，当有分闸电流流过TBJ时，防跳回路中的TBJ2闭合，电压自保持线圈启动，TBJV2闭合，TBJV1断开。如果在保护跳闸期间，HJ发生粘连，HJ-LP2-TBJV2-TBJV这条回路接通，TBJV电压自保持，使得TBJV1始终断开，合闸回路始

5、终处于断开状态。这也就是防跳的目的：将断路器保持在跳闸状态。如果跳闸期间没有跳令存在，则在断路器完成分闸后，跳闸回路被DL常开接点断开，TBJ电流线圈失电，此时由于HJ是断开的，不能形成TBJV电压自保持，复归。TBJV1重新闭合，合闸回路完好，不影响下次的跳合闸。需要注意，接于跳闸回路的TBJ电流线圈，要求其在分闸时造成的压降要小。规程规定不能大于控制电源额定电压的5%。TBJ电流线圈的额定动作电流不能大于分闸电流的50%，保证TBJ在跳闸过程中可靠动作。在有些断路器中也设置了防跳回路，它一般是由电压型继电器完成防跳功能的。但操作箱中的防跳回路与断路器中的防跳回路一般不能同时使用，以免产生寄

6、生回路。通常断路器自身有防跳回路的用其自身的防跳回路，没有的用操作箱的防跳回路。 （4）断路器位置监视回路前面提到，控制回路应该能够反映断路器的位置状态以及跳合闸回路的完整性。所以我们在回路中增加了TWJ、HWJ来监视跳闸回路、合闸回路的完整性。图中用蓝色表示。TWJ和HWJ的常闭接点串联来发出“控制回路断线”的信号。回路完好时，TWJ和HWJ必然有一个启动。当控制回路异常时，TWJ和HWJ均失电，报“控制回路断线”。同时用TWJ的常开接点起动绿灯，HWJ的常开接点起动红灯。绿灯亮，表示断路器在分闸状态，合闸回路完好；红灯亮，表示断路器在合闸状态，跳闸回路完好。 （5）手分/手合回路除了保护装

7、置跳合闸外，控制回路还需要具备遥分、遥合，就地分合的功能。其基本的原理是类似的，就不赘述了。增加的部分图中用橙色表示。图中的KKJ是一只双位置继电器。它一个线圈得电后即使该动作电压小时，继电器还是保持在原来状态，直到另外一个线圈得电才能使继电器转换到另外一种状态。比如手分/遥分，使KKJ=0，只有手合/遥合后才能使KKJ=1。KKJ的作用是用来判断是正常的分合闸操作，还是故障时保护装置的跳合闸动作。当正常的分合闸操作时，KKJ应变位，当保护动作跳合闸时，KKJ应不变位。KKJ的常开接点提供给“事故总”信号以及重合闸装置使用。 （6）控制回路的闭锁为保证断路器工作的安全，控制回路往往采取多种闭锁

8、措施，当条件不满足时，禁止断路器的操作。常见的闭锁回路一般有三种： A、断路器的操作系统异常时对分、合闸回路进行闭锁。当液压/气压操作机构压力过高或过低，弹簧操作机构弹簧未储能，SF6断路器的SF6压力低等，这些都将串接在跳、合闸回路中的常闭接点断开，不允许断路器分合。 B、存在不通电源需要并列的场合，断路器控制回路要增加同期闭锁回路。 C、为了防止误操作的防误闭锁回路，在不具备操作条件时将控制回路断开。以上所讨论的是三相操作的断路器控制回路。在220kV及以上系统中，通常采用分相操作的控制回路。分相操作控制回路看似复杂，其实原理是相同的，就不再赘述了。但分相操作控制回路有双组跳圈，第一组与合

9、圈公用一组电源，第二组跳圈单独使用一组电源。两组直流电压相互独立。另外，每组跳闸回路都有一套三相不一致保护。 3、断路器常见异常处理 （1）位置指示不正确断路器位置指示不正确会使运行人员不能正确判断断路器的分、合闸位置，在倒闸操作和事故处理中造成误判断。如果位置指示不正确是由于控制回路故障引起的，会造成断路器不能正常操作。分闸回路故障会使断路器在故障时不能自动跳闸，扩大事故范围；合闸回路故障会使断路器在瞬时故障跳闸后不能自动重合，延长停电时间。断路器位置指示不正确的现象和原因主要有：1）断路器位置指示灯不亮（监控系统断路器显示为红、绿色以外的其他颜色），原因有：A、指示灯灯泡烧毁。B、如有“控

10、制回路断线”信号，则是控制回路无电源或断线，红灯不亮是跳闸回路故障，绿灯不亮是合闸回路故障。如控制熔断器熔断或接触不良、控制回路接点接触不良、断路器辅助接点转换不到位、继电器线圈断线等。C、断路器由于SF6压力过低或操作机构储能不足被闭锁。此时会同时发出“操纵机构未储能”或“闭锁”信号。D、监控系统断路器位置指示消失的原因有：测控装置故障或失电、测控通道故障、断路器检修时投入“置检修状态”压板等。2）断路器位置指示红、绿灯全亮或闪光。是由于回路中有接地点，或者分、合闸回路之间绝缘损坏（检修后一般为接线错误），或有异常连接的地方。3）监控系统断路器位置指示相反。即合闸是显示为绿色、分闸是显示为红

11、色，一般是由于新投断路器或监控系统检修后将断路器分、合闸状态位置接反所致。4）机械位置指示器内部脱扣或位移。（2）断路器控制回路断线1）断路器控制回路断线的现象有：A、警铃响，故障断路器红、绿位置指示灯熄灭或指示异常（若为三相指示灯，则可能出现某相指示灯熄灭）。B、相应线路控制盘发出“控制回路断线”、“压力降低分闸闭锁”、“压力降低合闸闭锁”、“装置异常”等光字牌信号。2）控制回路断线的原因有：A、弹簧机构的弹簧未储能、储能未满，或液压、气动机构的压力降低至闭锁值及以下。B、分、合闸回路接线端子松动、断线等。C、分闸或合闸线圈断线。D、断路器动合或动断辅助触点接触不良。E、分、合闸位置继电器或

12、防跳继电器线圈烧断。F、控制熔断器熔断或松开等（控制电源空开跳闸）。（3）断路器拒绝合闸断路器拒合的原因主要有监控系统原因、电气方面原因和机械方面原因。1）监控系统显示操作闭锁未开放，则是监控系统原因，如：A、监控系统闭锁未解除。如选择断路器错误，“五防”拒绝操作；监控系统与“五防”系统信号传输故障等原因造成闭锁不能打开。B、监控系统遥控超时。C、监控系统通道故障。D、测控装置故障。E、“远方/就地”控制把手在“就地”位置。2）合闸操作前红、绿指示灯均不亮，说明控制回路有断线现象、无控制电源或者断路器被闭锁。3）当操作合闸后红灯不亮，绿灯闪光且事故喇叭响时，说明操作手柄位置和断路器的位置不对应

13、，断路器未合上。其常见的原因有：A、合闸回路熔断器熔断或接触不良。B、合闸接触器未动作。C、合闸线圈故障。D、合闸电压过低。E、直流系统两点接地造成合闸线圈短路。F、断路器机械故障，如合闸铁芯卡滞、合闸支架与滚轴故障等。G、断路器采用控制把手操作时，合闸时间过短。4）当操作断路器合闸后绿灯熄灭，红灯亮，但瞬间红灯又灭、绿灯闪光，事故喇叭响，说明断路器合闸后又自动跳闸。原因有：A、直流系统两点接地造成跳闸回路接通。B、操作机构能量不足、三点过高等。5）操作合闸后红、绿灯均不亮并且断路器无电流，机械指示分闸或合闸。可能的原因有：控制回路断线或触头卡在中间位置等。6）合闸后断路器位置指示红灯亮，但断路器无电流指示，多是由于传动轴杆或销子脱出造成断路器触头未合上，此时断路器机械指示多在合闸位置。（4）断路器拒绝分闸断路器的拒分对系统安全运行威胁很大，一旦某一单元发生故障时，断路器拒动，将会造成上一级断路器跳闸，扩大事故停电范围，甚至可能导致系统解列，造成大面积停电的恶性事故。因此，“拒分”比“拒合”带来的危害性更大。断路器拒绝分闸，监控系统的原因与拒绝合闸相