断路器的控制原理.docx
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断路器的控制原理
断路器的控制原理
在发电厂和变电站中对断路器的跳、合闸控制是通过断路器的控制回路以及操动机构来实现的。
控制回路是连接一次设备和二次设备的桥梁，通过控制回路，可以实现二次设备对一次设备的操控。
通过控制回路，实现了低压设备对高压设备的控制。
一、控制信号传送过程
（一）常规变电站控制信号传输过程
某线路高压开关控制信号传递过程
保护屏操作插件
断路器跳合闸线圈
远动屏
母差、低周减载、备自投、主变等
控制屏
就地操作
通信设备
通道
由上图可以看出，断路器的控制操作，有下列几种情况：
1主控制室远方操作：
通过控制屏操作把手将操作命令传递到保护屏操作插件，再由保护屏操作插件传递到开关机构箱，驱动跳、合闸线圈。
2
3就地操作：
通过机构箱上的操作按钮进行就地操作。
4
5遥控操作：
调度端发遥控命令，通过通信设备、远动设备将操作信号传递至变电站远动屏，远动屏将空接点信号传递到保护屏，实现断路器的操作。
6
7开关本身保护设备、重合闸设备动作，发跳、合闸命令至操作插件，引起开关进行跳、合闸操作。
8
9母差、低频减载等其他保护设备及自动装置动作，引起断路器跳闸。
10
可以看出，前三项为人为操作，后两项为自动操作，因此断路器的操作据此可分为人为操作和自动操作。
根据操作时相对断路器距离的远近，可分为就地操作、远方操作、遥控操作。
就地通过开关机构箱本身操作按钮进行的操作为就地操作，有些开关的保护设备装在开关柜上，相应的操作回路也在就地，这样通过保护设备上操作回路进行的操作也是就地操作，保护设备在主控室，在主控室进行的操作为远方操作，通过调度端进行的操作为遥控操作。
（二）综自站控制信号传输过程
某线路高压开关控制信号传递过程
保护屏操作插件
断路器跳合闸线圈
母差、低周减载、备自投、主变保护等
就地操作
通信屏
后台机
测控屏
远动通信屏屏
通信设备
远动通信屏屏
通信设备
通道
操作方式与常规变电站相比，仅在远方操作和遥控操作时不同。
在主控室内进行远方操作，一般是通过后台机进行，操作命令传达到测控装置，启动测控装置跳、合闸继电器，跳、合闸信号传递到保护装置操作插件，启动操作插件手跳、手合继电器，手跳、手合继电器触点接通跳、合闸回路，启动断路器跳、合闸。
当后台机死机或其它原因不能操作时，可以在测控屏进行操作。
遥控操作由调度端（或集控站端）发送操作命令，经通讯设备至站内远动通讯屏，远动通讯屏将命令转发至站内保护通讯屏，然后保护通讯屏将命令传输至测控屏，逐级向下传输。
需要指出，有些老站遥控命令是通过后台机进行传输的，如虚线图所示，但由于后台机死机时，将不能进行遥控操作，现在新上站，遥控通道不再经后台机，提高了遥控操作可靠性。
二、常规断路器控制回路原理
下图为最简单的断路器控制回路原理图
KK—控制开关HC—合闸线圈或合闸接触器线圈（电磁机构）
TQ—跳闸线圈DL—断路器辅助接点1ZJ—保护及自动装置接点
BCJ—保护出口继电器接点HQ—电磁机构中的断路器合闸线圈
（一）合闸回路
断路器合闸回路由以下几部分组成
合闸启动回路→断路器辅助接点（常闭）→合闸线圈
手动合闸或自动合闸时，合闸启动回路瞬时接通，合闸线圈励磁，启动断路器操动机构，开关合上后，串于合闸回路的断路器常闭接点打开，断开合闸回路。
（二）跳闸回路
断路器跳闸回路由以下几部分组成
跳闸启动回路→断路器辅助接点（常开）→跳闸线圈
手动跳闸或自动跳闸时，跳闸启动回路瞬时接通，跳闸线圈励磁，启动断路器操动机构，开关跳开后，串于跳闸回路的断路器常开接点打开，断开跳闸回路。
（三）断路器辅助接点的作用
在操作回路中串入断路器辅助接点的作用：
（1）跳闸线圈与合闸线圈厂家是按短时通电设计的，在跳、合闸操作完成后，通过DL触点自动地将操作回路切断，以保证跳、合闸线圈的安全；
（2）跳、合闸启动回路的触点（操作把手触点、继电器触点）由于受自身断开容量限制，不能很好地切断操作回路的电流，如果由它们断开操作电流，将会在操作过程中拉弧，致使触点烧毁。
断路器辅助接点断开容量大，由断路器辅助接点断开操作电流，可以很好地灭弧，保护控制开关及继电器接点不被烧毁。
（四）断路器防跳回路
以上只是最简单的断路器控制回路示意图，在生产过程中，有时由于控制开关原因或自动装置触点原因，在断路器合闸后，上述启动回路触点未断开，合闸命令一直存在，此时，如果继电保护动作，开关跳闸，但由于合闸脉冲一直存在，则会在开关跳闸后重新合闸，如果线路故障为永久性故障，保护将再次将开关跳开，持续存在的合闸脉冲将会使开关再次合闸，如此将会发生多次的“跳—合”现象，此种现象被称为“跳跃”。
断路器的多次跳跃，会使断路器毁坏，造成事故扩大。
因此，必须对操作回路进行改进，防止“跳跃”发生。
防跳继电器就是专门用于防止断路器跳跃的。
（有些开关机构本省设计有防跳功能）在操作回路中增加防跳回路后示意图如图所示。
与上图相比，增加了中间继电器TBJ，称为跳跃闭锁继电器。
它有两个线圈，一个是电流启动线圈，串联于跳闸回路中，这个线圈的额定电流应根据跳闸线圈的动作电流选取，并要求其灵敏度高于跳闸线圈的灵敏度，以保证在跳闸操作时它能可靠地起动；另一个线圈为电压自保持线圈，经过自身的常开触点并联于合闸线圈回路中。
在合闸回路中还串联接入了一个TBJ的常闭触点。
工作原理如下：
当利用控制开关合闸或自动装置合闸以后，若合闸接点未断开，当线路发生故障时，保护出口，BCJ（保护出口继电器）闭合，将跳闸回路接通，使断路器跳闸，同时跳闸电流也流过防跳继电器TBJ的电流启动线圈，使TBJ启动，其常闭触点断开合闸回路，常开触点接通TBJ电压线圈，此时如果合闸脉冲未解除，（控制开关未复归或自动装置触点1ZJ卡住等）则TBJ的电压线圈通过KK的5—8触点或1ZJ的触点实现自保持，长期断开合闸回路，使断路器不能再次合闸。
只有合闸脉冲解除，TBJ的电压自保持线圈断电后，才能恢复至正常状态。
防跳继电器在保护屏操作插件内。
（五）断路器位置监视回路
以下是常规控制回路的红绿灯监视回路原理图
断路器灯光监视回路，一般用红灯表示断路器的合闸状态，用绿灯表示断路器的跳闸状态，指示灯是利用与断路器传动轴一起联动的辅助触点DL来进行切换的。
当断路器在断开位置时，DL常闭触点接通，绿灯亮，当断路器在合闸位置时，DL的常开触点接通，红灯亮。
红、绿灯一方面监视断路器的位置，一方面监视控制回路的完好性，断路器处于分位时，绿灯亮，表示外部合闸回路完好，断路器处于合位时，红灯亮，表示外部跳闸回路完好。
以下是完整的直接用跳、合闸回路启动红绿灯的控制回路图。
断路器位置继电器监视回路，断路器位置可以用红、绿灯监视，也可以用位置继电器监视，在合闸回路中用跳闸位置继电器TWJ代替了绿色信号灯LD，在跳闸回路中用合闸位置继电器HWJ代替了红色信号灯HD。
正常情况下只有一个继电器通电，当断路器在合闸位置时，合闸位置继电器HWJ通电，当断路器在跳闸位置时，跳闸位置继电器TWJ通电。
当控制回路断线时，TWJ和HWJ同时断电，利用两个相串联的常闭触点TWJ和HWJ报“控制回路断线”信号。
分相操作的断路器控制回路，220KV设备开关实行的是分相操作，控制回路中通过手跳、手合继电器实现手动分、合开关。
具体就是利用手跳继电器、手合继电器的触点实现分相操作。
下图中用位置继电器代替了上述控制回路中的红绿灯，同时用位置继电器的接点点亮红绿灯。
现在的微机保护控制回路中，红绿灯均采用断路器位置继电器接点点亮。
（六）开关机构压力监视回路
所谓开关机构箱的压力监视回路，是指开关机构箱的压力异常时，应能发出信号到断路器控制回路，进行报信号，或闭锁控制回路的相应操作功能。
三、微机保护控制回路与常规保护控制回路的不同
（一）跳合闸启动回路不同
与常规控制回路相比，微机保护控制回路在进行手跳、手合时，要启动手跳、手合继电器，手跳、手合继电器通过自保持回路启动跳、合闸回路。
而常规保护控制回路只在分相操作回路中有手跳、手合继电器及其自保持回路。
常规三相操作回路中，手跳、手合直接由控制开关触点启动断路器线圈。
（二）红绿灯启动回路不同
红绿灯启动回路不同，常规保护红绿灯直接由断路器辅助触点启动，微机保护控制回路中，红绿灯分别由合闸位置继电器和跳闸位置继电器启动。
（三）微机保护控制回路中均有自保持功能
跳、合闸保持回路，微机保护中，不论自动操作（保护跳闸，重合闸动作），或人为操作，均有自保持回路，而常规三相操作回路中，只有自动操作经过自保持回路，人为操作不经自保持回路。
四、控制回路应实现的功能
通过以上分析，控制回路应具备以下功能：
（一）应能进行手动跳、合闸和由继电保护与自动装置实现自动跳、合闸。
并且当跳、合闸操作完成后，应能自动切断跳、合闸脉冲电流。
（由断路器辅助接点自动切断跳、合闸脉冲电流）
（二）应具备防止断路器跳跃功能。
此功能由防跳继电器实现。
（三）应能指示断路器的合闸与断路器的跳闸位置状态。
跳闸位置继电器，合闸位置继电器。
红绿灯。
（四）自动跳闸或合闸应有明显的信号。
保护屏操作箱上跳、合闸回路中串有信号继电器。
用于指示保护动作、重合闸动作。
（五）应能监视熔断器的工作状态及跳、合闸回路的完整性。
跳闸位置继电器，合闸位置继电器。
红绿灯。
（六）开关压力异常时应能报信号，或者闭锁操作回路。
保护屏操作箱中有开关压力监视继电器，实现闭锁操作功能。
五、控制回路断线原因分析
首先要明白控制回路断线信号是怎样报出来的，控制回路断线信号是由跳位继电器与合位继电器常闭触点串联构成的,不论什么原因引起跳位继电器与合位继电器同时失磁，控制回路断线信号都将报出。
TWJ
HWJ
引起控制回路断线信号的原因有：
1、控制保险熔断，TWJ、HWJ触点同时失磁，控制回路断线信号报出。
2、
3、跳合闸线圈损坏，回路不通。
4、
5、断路器辅助接点没有闭合好，同样引起外回路不通。
6、
7、由开关机构箱引至控制回路的各种闭锁信号，引起控制回路断线。
8、
六、操作故障原因分析
控制回路断线信号并不能监视整个控制回路的完好性，在目前的情况下，基于厂家的设计，控制回路断线信号仅仅是监视保护屏外二次回路及开关机构箱内部回路的完好性。
没有控制回路断线信号报出，并不能说明整个回路没有问题。
保护屏
测控屏（控制屏）
开关
控制回路断线信号监视范围
图中表示的范围是控制回路断线信号监视的范围。
在没有异常信号的情况下，我们从控制屏合闸，控制信号要经过以上图示途径，有时开关合不上，就说明回路有问题，或者开关有问题，可以根据经验逐级排查，运行人员在控制屏（测控屏，后台机等）进行开关操作时，会启动保护屏内手合继电器（SHJ）、手跳继电器（STJ）,继电器动作时会有很利索的“嚓嚓”的动作声音，如果在操作开关时，平常能在保护屏听到继电器动作的声音，这次操作时，不能听到继电器动作的声音，则说明保护屏内操作继电器没有启动，具体什么原因，可能是控制开关有问题；进行后台机操作时，也可能是测控屏内控制跳、合闸的继电器没有启动；或者二次回路接线有松动；也有可能是保护屏内操作继电器故障。
不管什么原因，只要保护屏内操作继电器不启动，运行在检查控制保险正常，没有异常闭锁信号，排除自身操作问题的情况下，可以通知保护人员到现场进行处理。
当然，经验丰富的运行人员可以看图纸，用万用表量电位，具体判断出是哪一级出了问题。
在以上操作过程中，如果操作箱内继电器能够启动，开关仍然不能合闸，就要到开关本体进行观察，一人在主控室操作，一人听开关合闸线圈的动作声音，如果平时能够听到开关合闸线圈的动作声音，这次听不到，则表明开关合闸线圈没有启动。
如果当班运行人员对回路比较熟悉，一人操作，一人可以用万用表判断合闸脉冲是否到达开关端子箱，开关合闸脉冲在合闸时过不来，说明问题仍然在二次设备、二次回路。
如果有合闸脉冲，则说明合闸线圈拒动，需要通知检修人员到现场进行处理。
如果合闸时，合闸线圈能够进行正常启动，机构不动，运行人员要检查开关是否已储能（弹簧机构）；开关大合闸保险（电磁机构）是否完好；操作程序是否正确，有无相护关联的机械闭锁；开关的各种压力指标是否正常，有无闭锁信号，排查没有发现异常问题后，可以通知检修人员检查机构。
以上是进行开关操作时遇到的一些情况，根本点就是要判断保护屏操作箱继电器是否启动，开关跳、合闸线圈是否启动，据此来判断问题该由哪个专业来处理。
七、开关跳合闸线圈烧毁原因分析
在对高压开关的操作过程中，每年都有跳、合闸线圈烧毁的情况发生，其中主要集中在10KV开关，尤其集中在合闸过程中。
由于经济技术的原因，10KV开关结构简单，可靠性相对于高电压等级开关来说比较低，开关自身的自我保护措施不完备，这就是10KV开关故障比较多的原因，另外，出于保证设备故障时可靠跳闸的需要，开关跳闸的可靠性比较高，因此，线圈烧毁主要集中在合闸线圈。
（一）引起线圈烧毁的原因
引起开关合闸线圈烧毁的原因既有间接原因，又有直接原因。
（1）间接原因
先说间接原因，目前的微机保护控制回路全部带有跳、合闸自保持回路，不论是手动操作，还是自动操作。
只要合闸命令发出以后，合闸回路就一直处于自保持状态，直到开关合上以后，依靠断路器辅助接点的切换，断开合闸回路合闸电流。
如果开关由于种种原因开关没有合上，或者是合上以后断路器辅助接点没有切换到位，则合闸保持回路将一直处于保持状态，这样一直持续下去，将会把合闸线圈烧毁，对于电磁机构，将会同时烧毁合闸接触器线圈与大合闸线圈，有时甚至会烧毁保护装置操作插件。
（2）直接原因
1、断路器辅助接点切换不到位
开关合上以后，断路器辅助接点切换不到位，没有及时断开合闸回路，致使合闸保持回路一直处于保持状态，引起严重后果。
2、开关在没有合闸能量情况下合闸
a）对于弹簧机构，开关在未储能情况下合闸，特别是无人值守站的遥控操作，如果未储能信号不能及时传到远方，将会使操作人员误操作，造成合闸线圈烧毁，甚至于烧毁保护装置操作插件。
b）对于电磁机构，合闸能量为通过大合闸保险的100A电流，大合闸保险是否完好，现有传统的二次回路设计上没有监视回路,如果在合闸过程中，大合闸保险熔断，或是运行人员误操作，漏投大合闸保险，将会烧毁合闸接触器线圈，严重的同样烧毁保护装置操作插件。
在大合闸保险正常的情况下，如若合闸接触器线圈故障，动作力度不够，同样烧毁接触器线圈或者保护装置操作插件。
3、开关操动机构内部问题
在外部回路正常的情况下，如果操动机构内部出现了问题，比如机构卡死，同样引起开关拒合，造成上述后果。
（二）运行人员在操作开关时应注意事项
通过以上分析，我们明白了引起开关线圈烧毁的原因，作为运行人员，在操作过程首先要避免人为因素引起的线圈烧毁。
在我们的变电站，有些站的10开关信号不是很完善，对于弹簧机构，开关未储能信号可能在主控制室看不到；另外，有些开关在未储能情况下，没有闭锁操作回路，我们在主控室看到红绿灯正常，没有异常信号，并不能说明没有问题。
正确的做法是，即便是信号完善，回路完善，也要在操作前到开关本体进行检查，检查开关储能指示是否正常，检查储能电源是否正常。
对于电磁机构，就是要检查大合闸保险是否正常投入。
在排除人为操作因素的情况下，如果在操作过程中遇到了开关拒合的情况，运行人员应该果断处理，及时断开操作保险，使合闸保持回路解除，终止设备损坏的继续发生。
通知相关专业人员进行及时处理。
因为合闸线圈只允许短时通电，如果在操作故障发生时，没有采取果断措施断开保险，而是停下来汇报调度，汇报部门领导，恐怕设备早已烧毁。
这样将会严重延误送电时间。
八、结束语
控制回路是二次回路中特别重要的回路，也是最复杂的二次回路，在日常工作中我们碰到最多的问题出在控制回路中，学好控制回路，将会帮助我们解决很多生产中的实际问题。
同时，能够帮助我们举一反三，逐步精通二次回路，从而提高自身工作技能，增加工作的主动性。
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