15－断路器控制回路

null第四篇 电气二次回路第四篇 电气二次回路 第十五章 断路器控制回路 一、概述（1）一、概述（1）断路器是用来连接电网，控制电网设备与线路的通断，送出或断开负荷电流，切除故障的重要设备，其控制回路是二次回路的重要组成部分。由于断路器的种类和型号是多种多样，故控制回路的接线方式也很多，但其基本原理与要求是相似的。一、概述（2）一、概述（2）断路器的控制回路按其操作方式可分为按对象操作和选线操作；按控制地点可分为集中控制和就地控制；按跳合闸回路监视方式可分为灯光监视和音响监视；按操作电源种类可分为直流操作与交流操作等等。二、断路器控制回路的基本要求（1） 二、断路器控制回路的基本要求（1） 断路器控制回路的基本要求 断路器的控制是通过电气回路来实现的，为此，必须有相应的二次设备，在控制室的控制屏上应有能发出跳合闸命令的控制开关（或按钮），在断路器上应有执行命令的操作机构，并用电缆将它们连接起来。断路器的控制回路应满足下列要求： 1）能进行手动跳、合闸和由继电保护与自动装置（必要时）实现自动跳、合闸，并在跳、合闸动作完成后，自动切断跳合闸脉冲电流（因为跳、合闸线圈是按短时间带电设计的）； 2）能指示断路器的分、合闸位置状态，自动跳、合闸时应有明显信号； 二、断路器控制回路的基本要求（2） 二、断路器控制回路的基本要求（2） 3）能监视电源及下次操作时分闸回路的完整性，对重要元件及有重合闸功能、备用电源自动投入的元件，还应监视下次操作时合闸回路的完整性； 4）有防止断路器多次合闸的“跳跃”闭锁装置； 5）当具有单相操作机构的断路器按三相操作时，应有三相不一致的信号； 二、断路器控制回路的基本要求（3） 二、断路器控制回路的基本要求（3） 6）气动操作机构的断路器，除满足上述要求外，尚应有操作用压缩空气的气压闭锁；弹簧操作机构应有弹簧是否完成储能的闭锁；液压操作机构应有操作液压闭锁； 7）控制回路的的接线力求简单可靠，使用电缆最少。 三、基本断路器控制回路（1）三、基本断路器控制回路（1）图15－1是一个基本的断路器操作回路，它是一个能满足断路器控制回路要求的最为简单的回路，现在我们就通过对该回路动作过程来分析它是如何来满足断路器控制回路的要求的。 图15－1断路器基本操作回路图三、基本断路器控制回路（2）三、基本断路器控制回路（2）图中＋KM、－KM是正、负控制小母线，有直流系统供给的控制电源，它通过空气开关1ZK供本断路器的控制电源；（＋）SM是闪光小母线，提供闪光正电源；HQ为断路器的合闸线圈，TQ为断路器的分闸线圈；DL接点为断路器的辅助接点，它的通、断对应于断路器位置；KK为断路器控制开关，运行人员通过操作该开关来实现对断路器的控制；继电器TBJ的作用是防止断路器跳跃；红灯HD、绿灯LD用来指示断路器的合闸与分闸位置。为了完成断路器所要求的功能，控制开关的各片接点接通位置与把手位置的对应关系较为复杂，具体见表15－1。 15－1，LW2-1a、4、6a、40、20、20/F8接点图表三、基本断路器控制回路（3）三、基本断路器控制回路（3）现在我们来简单分析一下该回路的工作过程。假定该断路器的原始位置在分闸状态，断路器的操作系统正常，断路器的常闭接点接通，常开接点断开，从表15－1中查出控制开关KK的2－4、、14－15等接通，这时正电源通过KK的10－11接点、绿灯LD、断路器常闭辅助接点DL、合闸线圈HQ及压力闭锁回路到负电源构成回路，绿灯LD亮，发平光，指示断路器在分闸位置。由于绿灯加电阻的阻值较大，使用白炽灯时通过合闸线圈HQ的电流只有数十至一百多mA，如使用LED该电流为二、三十mA，断路器不足以动作。 三、基本断路器控制回路（4）三、基本断路器控制回路（4）当断路器需要合闸时，顺时针转动控制开关KK至预备合闸位置，这时KK的10－11接点断开，9－10接点接通，绿灯LD由正电源改接到闪光小母线（＋）SM，绿灯闪亮，这样可以提醒运行人员对自己的操作是否正确作进一步的判断。需要继续操作时，将KK顺时针转到合闸位置，这时KK的5-8接点接通，正电源通过5－8接点接至合闸线圈HQ，断路器合闸。合闸到位后，合闸回路的断路器辅助常闭接点DL断开合闸电流，一是防止5－8粘接造成合闸线圈烧坏，因为合闸线圈的热容量是按短时通电来设计的；二是防止由KK接点来断开合闸电流，由于KK接点的断弧容量不够，容易使KK接点烧坏。需要指出的是，断路器一定要合到位之后，辅助接点DL才能打开，否则会出现断路器合闸不足情况，可能会造成断路器跳跃。所以辅助接点的打开有一定的滞后时间。合闸结束后，断路器常开辅助接点DL接通分闸回路，同时KK的13－16接点接通，红灯HD亮，发平光，指示断路器在合闸位置。 三、基本断路器控制回路（5）三、基本断路器控制回路（5）断路器分闸的过程与合闸相近，逆时针转动控制开关KK到预备分闸位置时，KK的13－14接点接通，红灯闪光，提醒运行人员注意，转至分闸位置时，KK的6－7接点接通，正电源接到跳闸线圈使断路器跳闸。分闸后断路器的常开辅助接点断开跳闸电流，常闭接点接通合闸回路为下一次合闸作好准备，同时绿灯亮，指示断路器在分闸位置。由于分闸回路中接有防跳继电器TBJ的电流线圈，当分闸电流通过该线圈时，该继电器动作，其常开接点对动作自保持，直到断路器分闸后辅助接点断开分闸电流。这时无论KK的接点何时断开，都不会影响断路器的分闸。 三、基本断路器控制回路（6）三、基本断路器控制回路（6）断路器在分闸位置时，如果自动装置有合闸信号来（如备用电源自投），断路器将合闸，这时由于KK还在分闸后位置，接点14-15接通，所以会出现红灯闪光信号，提示运行人员该断路器已由分闸位置变为合闸，这时需要人为地将KK由分闸后位置切至合闸后位置，KK地14-15接点断开，13－16接点接通，红灯发平光。同样断路器在合闸位置时，如果保护及自动装置有跳闸信号来，断路器将跳闸，KK的9－10接点接通，绿灯闪光，在事故音响回路中KK的1－3、17－19接点也在接通位置，跳闸后常闭辅助接点DL接通，使中央信号发出事故音响信号。只有将KK复位至分后位置后，KK的10－11接点接通，绿灯发平光；KK的1－3、17－19接点断开，事故音响的起动回路解除。 三、基本断路器控制回路（7）三、基本断路器控制回路（7）该接线中TBJ是防跳继电器，当正常分、合闸时，对操作影响不大。但一旦发生合闸于故障线路，控制开关KK的5-8来不及分开或粘连，或自动装置的合闸接点粘连时，如果没有防跳继电器时，断路器会发生反复的跳闸、合闸，短时间内多次切断故障电流，这是不允许的。这种断路器的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。三、基本断路器控制回路（8）三、基本断路器控制回路（8）接入防跳继电器后，当断路器手动分闸或保护装置跳闸时，都有跳闸电流流过TBJ的电流线圈，这时合闸回路TBJ的常闭接点分开，合闸回路不同，如果合闸信号没有复归，将通过TBJ的常开接点使TBJ的电压线圈得电，使其自保持，直到合闸信号返回。这样TBJ就起到了防止断路器反复分、合闸的作用。三、基本断路器控制回路（9）三、基本断路器控制回路（9）接于分闸回路的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继电器的动作电流则不能大于分闸电流的50％，保证TBJ在分闸过程中可靠动作。在有些断路器中已经考虑了防跳回路，它一般是有电压型继电器来完成防跳功能的，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，如果同时使用，断路器中的防跳继电器可能会造成因“寄生”回路而自保持，无法返回。至于是拆除操作箱中的防跳回路，还是拆除断路器器中的防跳回路要视操作箱与断路器中的具体接线。三、基本断路器控制回路（10）三、基本断路器控制回路（10）如图15－2是使用CZX-12R操作箱与阿尔斯通断路器时的防跳回路简图，K01是断路器中的防跳继电器，如果按两套防跳回路均使用的接线，在断路器合闸时，断路器防跳回路的辅助接线-S01在合后接通，但合闸信号一般还未返回，这时防跳继电器-K01就会动作。当合闸信号消失后，由于跳闸位置继电器TWJ的存在，-K01可能不能返回，一直处于自保持状态。所以要在图中打叉处将回路拆开，这样断路器中的防跳就不起作用了。 图15－2 断路器中的防跳回路图三、基本断路器控制回路（11）三、基本断路器控制回路（11）因为在保护及自动化的跳闸回路中，大多接有电流型的信号继电器，为了在TBJ动作时不致使信号继电器不能动作，所以在TBJ保护回路的接点中串有电阻R，该电阻一般只有1Ω左右，在实际调试中应校核该电阻阻值是否合适。 三、基本断路器控制回路（12）三、基本断路器控制回路（12）从以上动作过程中可以知道，图15－1的断路器基本操作回路能满足第二节中对断路器控制回路的要求。红、绿灯不但指示了断路器的位置，而且对控制电源是否正常，分、合闸回路是否断线及断路器操作的压力均有监视作用，当断路器操作的液压或气体压力不正常时，压力继电器会断开断路器的分、合闸回路，同时发告警信号。四、监控系统对断路器的控制（1）四、监控系统对断路器的控制（1）使用监控系统断路器的控制回路的基本要求未变，但实现方法有所不同。图15－3为使用监控系统时的控制回路图，该控制回路在增加了远方控制功能的同时，仍然保留了就地控制的功能。图中KK即是控制开关，也是远方与就地控制的切换开关。在现场无运行人员值班时，该开关放在远方操作位置，KK的17－18接点、19－20接点接通，通过远方合闸接点可以合闸，通过远方分闸接点可以分闸。当现场检修等情况下不允许远方控制该断路器时，可以将控制开关KK置于就地操作位置，这时KK的17－18接点、19－20接点不通，即使有远方控制信号来也无法操作断路器，确保了现场工作的安全。 图15－3使用监控系统时的控制回路图 四、监控系统对断路器的控制（2）四、监控系统对断路器的控制（2）图中的SWJ是一只双位置继电器，它一个线圈得电后即使该动作电压消失，继电器还是保持在原来状态，直到另外一个线圈得到动作电压才能使继电器转换到另外一种状态。在远方操作时，由于没有就地操作时控制开关KK的变位来判断是正常分、合闸，还是故障时保护装置的分、合闸，用以正确驱动事故信号及提供给重合闸等自动装置正确的变位信息，所有要加装该双位置继电器。对该位置继电器的动作要求是，当正常的远方或就地分、合闸时，应相应变位，当保护跳闸及自动重合闸时该继电器不变位。从图15－3中可以看出，SWJ的两个线圈分别接在手动分闸与手动跳闸回路，由于有二极管V的隔离，在重合闸接点HZJ动作时，SWJ不会动作，同样在保护装置的跳闸接点TZJ动作时，与SWJ间无连接，所有SWJ也不会动作。 四、监控系统对断路器的控制（3）四、监控系统对断路器的控制（3）监控系统发出的分、合闸信号都是一个短时接通信号，一般的接通时间在0.2～0.8s间，为保证分、合闸的可靠性，确保分、合闸继电器的接点不切断分、合闸电流，所以不仅有防跳继电器TBJ，还有合闸保持继电器HBJ。当有合闸信号来时,HBJ动作并自保持，直到合闸成功由断路器辅助接点DL切断合闸电流后HBJ才返回。 五、分相操作断路器的控制回路（1）五、分相操作断路器的控制回路（1）在220kV系统中，常常使用可以按相分、合闸的断路器。图15－4是分相操作机构的控制回路图。 该图是一个工程应用实例，看似复杂，但其基本原理仍然是第二节中的有关要求。 图15－4分相操作机构的控制回路图五、分相操作断路器的控制回路（2）五、分相操作断路器的控制回路（2）与三相操作机构相比，分相操作机构每相都有一个分、合闸回路，图15－4还有双组跳圈，第一组为Y2LA、Y2LB、Y2LC，与合闸线圈共用一组电源，第二组为Y3LA、Y3LB、Y3LC，单独用另一组电源。除此以外，每各跳闸回路都有一套三相不一致保护，如第一组电源中由一组常开及一组常闭辅助接点S1LA、S1LB、S1LC，继电器K16、K61及复归按钮S4组成，第二组电源中由一组常开及一组常闭辅助接点S1LA、S1LB、S1LC及继电器K64、K63、复归按钮S4组成。另外该操作回路还有完善的压力闭锁、报警回路，当操作机构的压力及SF6压力出现异常时，能可靠闭锁断路器的分合闸回路。 六、分相操作断路器的控制回路（1）六、分相操作断路器的控制回路（1）断路器控制回路的闭锁 为保证断路器工作的安全及电网的安全，断路器控制回路往往采取多种闭锁措施，当条件不满足是禁止断路器的操作。断路器的闭锁回路主要有：六、分相操作断路器的控制回路（2）六、分相操作断路器的控制回路（2） 1）当断路器的操作系统异常时对分、合闸闭锁。液压机构的液压过高或过低，空气操作机构的空气压力过高或过低，弹簧操作机构的弹簧未储能，SF6断路器的SF6压力低等，这是其断路器中的保护回路均将断开分、合闸回路，不允许断路器操作。如图15-4为液压操作机构的SF6断路器，这里用第一组控制回路对闭锁原理作一介绍。当油压低时，压力接点B2接通，继电器K3动作，其串在继电器K10回路的常闭接点打开，K10失压，串在分闸回路负电源侧的常闭接点打开，断路器无法分闸。同样压力接点B2接通时，继电器K2动作，其串在继电器K12LA、K12LB、K12LC回路的常闭接点打开，继电器K12LA、K12LB、K12LC失压，串在合闸回路负电源侧的常闭接点打开，断路器无法合闸。 六、分相操作断路器的控制回路（3）六、分相操作断路器的控制回路（3）2）在存在不同电源需要并列的场合，断路器的控制回路要增加同期闭锁回路。变电所与发电厂往往设置一套或几套公用的同步系统，当某断路器需要同期合闸时，就将同期装置及相关回路切至该断路器的合闸回路。图15－5是断路器合闸的同期闭锁回路，其中1STK为同期转换开关，用以切换同期电压回路及断路器控制的同期回路，STK为同期闭锁开关，打开时断路器合闸要经同期继电器TJJ的接点闭锁，合上则不经TJJ接点闭锁，HA为集中的同期合闸按钮，ZJ为自动同期合闸接点。 六、分相操作断路器的控制回路（4）六、分相操作断路器的控制回路（4）当需要对断路器进行同期合闸时，将1STK及相应断路器的TK合上，当满足同期条件时通过手动按HA按钮或自动同期合闸接点ZJ进行合闸操作。如果不需要进行同期合闸，则将1STK及相应断路器的TK合上后，将同期闭锁开关STK也合上，这时可以通过控制开关KK进行合闸操作。 通过监控系统合闸时，如果需要进行同期检测，只要将监控系统采集到的并列双方的电压进行比较，如果满足同期的条件，则允许发出合闸命令，不满足同期条件，则对合闸命令进行闭锁。这一切都有监控系统通过软件来实现。 图15－5 断路器同期合闸回路六、分相操作断路器的控制回路（5）六、分相操作断路器的控制回路（5） 3）为了满足防误需要，在断路器的操作回路应增加防误闭锁回路。完成防误闭锁功能的方法很多，常用的有机械连锁、电气连锁、微机防误等，但其基本要求就是在不具备操作条件时将其回路断开，不予操作。机械连锁与电气连锁的方法多种多样，但一般是针对隔离开关、接地闸刀等。现在比较使用较多、比较完善的微机防误装置，该装置能按照规则库并所执行操作票来判断断路器是否允许合闸，如图15－6中，SM为一电脑钥匙的插孔，当防护条件满足是，插入的电脑钥匙就会将该回路接通，允许断路器合闸。 图15－6 断路器合闸回路防误闭锁接线图七、提高操作回路可靠性的措施（1）七、提高操作回路可靠性的措施（1）断路器是否能正常操作，直接影响到电网的安全运行，且控制回路联系广泛，错综复杂，容易发生故障，所有提高控制回路可靠性很有必要。七、提高操作回路可靠性的措施（2）七、提高操作回路可靠性的措施（2）可以从以下途径提高操作回路可靠性： 1）合理选择控制回路的熔断器或空气开关，其额定电流应按最大负荷电流选择，为满足选择性的要求，干线上的熔断器、熔件的额定电流应比支线上的大2－3级。 2）控制回路的电源与保护及信号回路电源应分别配置专用的熔断器或空气开关，不应混用，避免产生寄生回路。七、提高操作回路可靠性的措施（3）七、提高操作回路可靠性的措施（3）3）对220kV及以上断路器，采用双跳圈断路器，两个跳圈的控制回路分开，用两组独立的熔断器或空气开关供电。 4）每组控制电源回路的熔断器或空气开关设监视回路，当熔断器熔断或空气开关跳开时能自动报警，便于及时发现处理。七、提高操作回路可靠性的措施（4）七、提高操作回路可靠性的措施（4）5）控制回路使用的继电器应防止其断线，电压为220V的直流中间继电器线圈线径不宜小于0.09mm。如线径小于0.09mm时，其线圈须密封处理。当采用110kV中间继电器串联电阻方式时，串联电阻的一端应接于电源的负极。串联防跳继电器的电压保持线圈回路的保持触点也应接到负极，防止因电蚀使线圈断线。七、提高操作回路可靠性的措施（5）七、提高操作回路可靠性的措施（5） 6）控制回路尽量不串接二极管等晶体管元件，当功能要求必须采用晶体管元件时，应确保其参数能满足可靠使用的要求，并有3～4倍的可靠系数。 7）不在控制触点上并联以电容、电阻构成的消弧回路，防止断路器击穿时引起误动作。当电容或反向二极管并在中间继电器线圈两端作为消弧回路时，在电容及二进管回路必须串入数百欧的低值电阻。防止电容或二极管短路时，将中间继电器线圈短路。消弧回路的反向二极管，其反向击穿电压不低于1000V。对该消弧电路要注意其中间继电器返回延时和有相关控制回路的影响。七、提高操作回路可靠性的措施（6）七、提高操作回路可靠性的措施（6）8）各直接接于直流系统控制电源下的分、合闸继电器的动作电压不宜低于直流额定电压的50％，以防止继电器线圈正极接地时，因直流系统过大的对地电容放电引起误动作。但也不应过高，以保证满足直流电源降低时的可靠动作和正常情下的快速动作的要求，一般不大于直流额定电压的65％。对于动作功率较大的中间继电器（动作功率大于5W），因快速动作的要求，允许动作电压略低于额定电压的50％，但此时必须采取措施保证继电器的线圈正极回路有足够的绝缘强度，杜绝可能发生的接地故障。如果提高起动电压还不能满足防止误动作的要求，可以考虑在继电器的线圈两端并联适当的电阻以作补充。七、提高操作回路可靠性的措施（7）七、提高操作回路可靠性的措施（7） 9）断路器的分、合闸线圈的控制回路中应设有串联自保持回路，以确保断路器的可靠分、合闸，并且使分、合闸出口继电器的触点不断弧。对自保持电流应不大于额定分、合闸电流的50％，动作灵敏系数不小于1.5，电流自保持线圈的压降不应大于回路额定电压的5％，防跳继电器的电流起动线圈的压降不大于额定电压的10％。 七、提高操作回路可靠性的措施（8）七、提高操作回路可靠性的措施（8）10）为了增加触点采用两个以上中间继电器并联使用时，应先并联，然后经公共线引出。 11）经串联信号继电器起动的中间继电器，在各种可能出现的动作情况下，应保证信号继电器和中间继电器可靠动作。信号继电器的动作灵敏系数不宜小于1.4；在0.8倍额定直流电压下，串联信号继电器的压降不大于额定大于的10％。可通过适当的选择信号继电器的动作电流和在中间继电器线圈两端并联电阻来满足上述要求。七、提高操作回路可靠性的措施（9）七、提高操作回路可靠性的措施（9）12）采用带屏蔽的铜芯控制电缆，电缆芯截面对于不得小于1.5mm；断路器跳（合）闸回路的控制电缆截面选择，要注意校验包括各串联保持线圈、控制电缆在内的电压降。在跳（合）闸回路操作时，控制母线至跳（合）闸线圈的总电压降不应超过额定电压的10％。断路器的跳闸线圈、继电保护按双重化设置时，两控制回路的电缆应分开，尽量合用一根多芯电缆。 13）应保证控制回路的绝缘良好。