断路器控制与信号回路设计毕业论文.doc

南京理工大学紫金学院毕业设计说明书(论文)2013 年 5 月南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院毕业设计（论文）评语学生姓名： 班级、学号： 题 目： 综合成绩： 指导者评语： 指导者(签字)： 年 月 日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日毕业设计说明书（论文）中文摘要通过该课题的设计，了解发电厂和变电站控制回路、信号回路、测量回路、调节回路、继电保护与操作型自动装置回路的基本组成；掌握如何设计断路器具有灯光监视功能的各种操作控制回路与信号回路。断路器合/跳闸控制电路：具有手动和自动合/跳闸功能、防连续合/跳闸闭锁等功能。断路器合/跳闸信号电路：具有灯光监视功能，反映手动合/跳闸操作、自动合/跳闸操作、继电保护动作跳闸操作等不同状态。针对变电站常用主接线方式设计对应的隔离开关操作电气闭锁电路。深刻领会任务内容及要求的基础上，查阅文献资料、调查研究和方案论证，设计出电路设计原理图后，进行实物搭建验证，最终完成断路器控制与信号回路设计。 关键词 断路器 控制回路 信号电路 隔离开关 闭锁 毕业设计说明书（论文）外文摘要title the design of breakers control circuit abstractthrough the design of the subject ， to understand the power plants and substations control circuit； signal circuit ； measuring circuit ； automatic devices of relay protection and operation of the basic components of the circuit . learn how to design a circuit breaker with lighting monitoring various operation control circuit and signal circuit. breaker close / trip control circuit：manual and automatic close / trip function 、 anti- continuous close / trip lockout function. breaker close / trip signal circuit ：different state lighting monitoring functions ， operating to reflect manual close / trip、 automatic close / trip、 the different states of the relay tripping operation . atresia circuit design corresponds to the isolation switch operating electrical substation common main wiring. on the basis of the a profound understanding of tasks contents and requirements ， the access to literature data 、 investigation and research and programs argumentation , design a the after of the circuit design principles figure ， carried out in - kind to set up his verify ，the final completion of the circuit breaker control and signal loop design .keywords breaker control circuit signal circuit isolation switch atresia 本科毕业设计说明书（论文） 第 页 共 i 页 目 次1 引言11.1 断路器控制回路介绍21.2 隔离开关及控制回路介绍21.3 信号回路介绍32 电路器件介绍42.1 硬件电路主要器件介绍42.2 泓格模块72.3 i-7000系列分布式监控模块介绍82.4 模块命令介绍112.5 组态王113 断路器控制回路123.1 传统断路器控制回路123.2 实例设计：35kv变电所变压器断路器的控制回路173.3 利用分布式模块的断路器控制回路194 隔离开关控制回路及电气闭锁电路264.1 隔离开关控制电路264.2 隔离开关的电气闭锁电路305 系统软件设计335.1 泓格模块设置335.2 组态王设置及现象355.3 设计举例37结 论42致 谢43参 考 文 献44 本科毕业设计说明书（论文） 第 45 页 共 46 页1 引言电力工业基本任务是为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、方便、优质、廉价的电能。电力发展方向：节能减排，“一特四大”，实现高度自动化，西电东送，南北互供，发展联合电力系统。发电厂把别种形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压的输电线路输送并被分配给用户，在通过各种用电设备转换成适合用户需要的别种能量。这些生产、输送、分配和消费电能的各种设备连接在一起而组成的整体称为电力系统。电气二次回路有多种回路如：1、从继电保护直流断路器开始到有关保护装置的二次回路。2、继电保护装置出口端子排到断路器操作箱端子排的跳、合闸回路。3、从保护装置到控制屏和中央信号屏间的直流回路。4、从电流互感器、电压互感器二次侧端子开始到有关继电保护装置的二次回路（对多油断路器或变压器等套管互感器，自端子箱开始）。发电厂、变配电所的二次回路对电气一次回路进行监测、保护、报警以及控制是快速、可靠地切除故障，使电气一次回路能安全、可靠、经济的运行，保证了安全生产和运行维护电气。目前我国的电力系统处于旧系统改造和新系统建设的高峰期，必须保证电力系统的可靠运行，而断路器起到了极大的作用。断路器在电网运行中可以投退电力设备和线路，在高压设备和线路故障时，也可以从电网中快速切除故障，保证电网的正常运行，在电力系统的安全稳定运行中起重要作用，所以对断路器的控制回路要求极为重要，而其控制方式越来越多如强电、弱电、强弱电结合、计算机控制等。作为断路器的配合器件隔离开关也是电力系统运行的重要一环，所以在设计电力系统回路时要充分的考虑到它的使用。现如今发电厂、变电站在二次回路中的运用自动控制技术、电子技术、计算机技术、通信技术等手段，其中以微机作为处理中心，收集和发出各种指令，使各种设备快速、有效的运行起来，从而避免了重大事故的发生，不仅如此，信息共享的计算机监控以及综合自动化系统已经广泛应用于发电厂和变配电所，从而彻底改变了常规二次回路功能独立、设备庞杂、接线以及安装调试复杂的局面，使发电厂、变配电所的技术与管理水平很大的提高。由于实际情况，不能进行实地操作，所以实验室的模拟来完成相应的功能。1.1 断路器控制回路介绍1.1.1 断路器断路器是发电厂与变电站主系统中重要的开关电器。高压断路器主要功能是：正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起控制作用；当线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行起，保护作用。1.1.2 断路器控制回路在发电厂和变电站内对断路器的控制，按其操作电源可分为强电控制和弱电控制。前者一般为110v或220v电压；后者一般为48v及以下电压。断路器按操作方式可分为一对一控制和一对n控制；按其控制地点，又可分为远方控制和就地控制。其中一对一控制是利用一个控制开关控制一台断路器，一般适用于重要且操作机会少的设备；一对n控制是利用一个控制开关通过选择控制多台断路器，一般适用于馈线较多、接线和要求基本相同的高压馈线和厂用馈线。远方控制是将控制开关装设在离断路器几十至几百米的主控室或单元控制室的主控屏上，运行人员利用控制开关对断路器进行操作，一般适用于较重要的设备；就地控制是将控制开关安装在断路器附近，运行人员就地对断路器进行操作，一般适用于不重要的设备。断路器控制回路必须完整、可靠，因此应满足下面的要求：（1）断路器的合闸和跳闸回路是按照短时通电来设计的。操作完成后，应迅速自动断开合闸或跳闸回路以免烧坏线圈。为此，在合、跳闸回路中，接入断路器的辅助触点，既可将回路切断，同时还为下一步操作做好准备。（2）断路器既能在远方由控制开关进行手动合闸和跳闸，又能在自动装置和继电保护作用下自动合闸或跳闸。（3）控制回路应具有反映断路器位置状态的信号。（4）具有防止断路器多次合、跳闸的“防跳”装置。因断路器合闸时，如遇上永久性故障，继电保护使其跳闸，此时，如果控制开关并未复归或自动装置触电被卡住，将引起断路器再次合闸又跳闸，即出现“跳跃”现象，容易损坏断路器。因此，断路器应装设“电气防跳”或“机械防跳”装置。（5）对控制回路及其电源是否完好，应进行监视。（6）对于采用气压、液压和弹簧操作的断路器，应有对压力是否正常、弹簧是否拉紧到位的监视回路和动作闭锁回路。我们在实物搭建中用lw2-z-1a、4、6a、40、20、20/f8型手动开关控制开关对断路器的控制。1.2 隔离开关及控制回路介绍1.2.1 隔离开关高压隔离开关俗称刀闸，它没有专门的灭弧装置，断流能力差，所以不能带负荷操作。高压隔离开关常与断路器配合使用，由断路器来完成带负荷线路的接通和断开任务。它和断路器最根本的区别在于它没有专用的灭弧装置，不能用于切断负荷电流和短路电流，因而对隔离开关的用途、 控制、操作方法以及防误操作闭锁条件，操作闭锁电源等因素必须有足够的了解和掌握，从而才能确保不会发生带负荷拉、合隔离开关和带电合接地刀闸等误操作事故。隔离开关的控制分就地和远方控制两种控制方式，此外隔离开关还具有电动力稳定性和热稳定性，从而不会因为短路电流通过而自动分开，避免烧坏触头。隔离开关由操作机构驱动本体的闸刀拉、合，拉闸后具有明显的电路断开点。使用时应该和断路器配合，只有在断路器断开后才能进行操作。目前国产隔离开关一般都配有气动或电动机构，35kv以下的隔离开关，其控制按钮装设在操作机构箱上。1.2.2 隔离开关控制回路隔离开关按操动机构来分为气动操作控制电路、电动操作控制电路和电动液压操作操作控制电路三种形式。隔离开关的控制电路构成原则：(1) 隔离开关控制回路必须受相应断路器的闭锁，以保证断路器在合闸状态下，不能操作隔离开关，即避免带电操作隔离开关。(2) 隔离开关控制回路须受接地刀闸的闭锁，以保证接地刀闸在合闸状态下，不能操作隔离开关。(3) 操作脉冲应是短时的，完成操作后，应能自动解除。(4) 隔离开关应有所处状态的位置信号。1.2.3 闭锁电路发电厂或变电站存在隔离开关误操作，如带负载拉、合隔离开关等问题，为了避免带负荷拉、合隔离开关，误分、合断路器，带电挂地线，带地线合隔离开关；误入带电间隔等问题，除了应在隔离开关控制电路中串入相应断路器的辅助动断触点外，还应该装设专门的闭锁装置。闭锁装置可分为机械闭锁、电气闭锁与微机防误闭锁装置。1.3 信号回路介绍在发电厂和变电站中，为了掌握电气设备的工作状态，须用信号及时显示当时的情况。发生事故时，应发出各种灯光及音响信号，提示运行人员迅速判明事故的性质、范围和地点，以便做出正确的处理。电厂和变电站运行设备时，应时刻处于值班人员的监控之下。值班人员在中央控制室（或集控室），可通过仪表指示、灯光显示及电脑提醒来掌握全厂电气设备运行状况。因为电气设备在运行中发生事故时速度快、破坏性强，所以应为及时反映事故或异常现象时必须装设音响信号装置。一般发电厂或者变电站装设有一套共同的音响信号系统，称中央信号系统。中央信号系统是主要由事故信号和预告信号两部分组成，它们是电气设备各种信号的中央部分。前者可用于断路器的事故跳闸信号；后者则于异常现象时的预告信号。中央信号既有采用以冲击继电器为核心的电磁式集中信号系统，也有采用触发器等数字集成电路的模块式信号系统，而发展方向是用计算机软件实现信号的报警，并采用大屏幕代替信号屏。1.3.1 断路器信号回路变电所中的信号装置按用途分，有断路器位置信号、事故信号、和预告信号。（1）事故信号：如断路器发生事故跳闸时，立即用蜂鸣器发出较强的音响，通知运行人员进行处理。同时，断路器的位置指示灯发出闪光。闪光灯报警在电力系统中对于保证电气设备的安全稳定运行起着十分重要的作用。（2）预告信号：当运行设备出现危及安全运行的异常情况时，发出另一种事故信号的音响（响铃）。（3）位置信号：包括断路器位置信号用灯光来表示其合、跳闸位置。（4）其他信号：如指挥信号、联系信号和全厂信号等。1.3.2 隔离开关信号回路隔离开关的控制和信号回路构成原则为：（1）为防止带负荷拉合隔离开关，其控制回路必须和相应的断路器闭锁，以保证断路器在合闸状态下，不能操作隔离开关。（2）为防止带接地线合闸，其控制回路必须和相应接地刀闸闭锁，以保证接地刀闸在合闸状态下，不能操作隔离开关。（3）操作脉冲应是短时间的，操作完成后能自动解除。（4）隔离开关应有所处状态的位置信号。2 电路器件介绍2.1 硬件电路主要器件介绍2.1.1 断路器器件介绍 nm1-63电动操作机构在选择断路器型号时，因为nm1-63h塑料外壳式断路器没有电动合闸、分闸结构，所以得添加一个电动操作结构附件，用来实现合、分闸控制。此电动操作机构带有手柄，可以通过手动分、合闸，还可以通过电动操作中的电磁铁来实现电动操作，当sb1按下，可接通合闸回路，有电流通过线路，电磁铁动作，使得断路器合闸，分闸是同理。 nm1-63h塑料外壳式断路器断路器额定绝缘电压800v，适用于50hz或60hz，额定工作电压690v，额定工作电流从6a至1250a的配电网络电路中，此断路器具有体积小、分断高、飞弧短（或无飞弧）等特点。用来分配电能和保护线路及电源设备免受过载、短路、欠电压等故障的损坏。同时也能作为电动机的不频繁启动及过载、短路、欠电压保护。 nb1-63h小型断路器该断路器适用于交流50、60hz额定电压400v及以下，额定电压至63a线路的过载和短路保护之用，也可以在正常情况下作为线路的不频繁操作转换之用。2.1.2 接触器器件介绍 cz0-40/20直流接触器接触器额定电流40a，额定电压440v，主触点数量常开2个，辅助触点常开、常闭各有2个，辅助触点额定电流5a，额定操作频率1200次/h，操作线圈功率23w，飞弧距离15mm。2.1.3 脱扣器器件介绍lv9欠电压脱扣器v9欠电压脱扣器是与nb1系列断路器配套的附件，当脱扣器端电压降低到一定规定的范围时脱扣器带动断路器从而实现自动分断，以切断nb1系列断路器的欠电压故障。 s9分励脱扣器s9分励脱扣器可以适用于交流50hz（或60hz），额定电压至400v的线路中与nb1系列断路器进行远距离操作。2.1.4 继电器器件介绍 以jqx-10f做一个简单介绍。图2.1.4 继电器（型号jqx-10f）原理图具体原理说明如下：继电器共有8个管角，2和7为线圈端点。剩下的可以分为两组：1、3、4和8、6、5。每组中分别有常开触点和常闭触点。其中第一组中1、3为常开触点，1、4为常闭触点；第二组8、6为常开触点，8、5为常闭触点。当有电流通过时，则常开触点闭合，同时常闭触点断开断开，电流流过1、3触点给用于后面所接电路进行供电。2.1.5 控制开关器件介绍控制开关是断路器控制和信号回路的主要控制元件，由运行人员直接操作，发出命令脉冲，使断路器合、跳闸。发电厂、变电站通常采用lw2型系列自动复位控制开关。下图所示lw2 -z -1a、4、6a、40、20、20/f8控制开关。图2.1.5 控制开关控制开关的正面为一面板和一操作手柄，安装于控制屏前。与手柄固定连接的转轴上有数节触点盒，安装于控制屏后。每个控制开关上所装触点盒的节数及型式，即可根据控制回路的需要进行组合。每个触点盒内有四个定触点和一个动触点，定触点分布在盒的四角，盒外有供接线用的四个引出线端子；动触点处于盒的中心，根据动触点凸轮和簧片形状及在转轴上安装的初始位置可组成十四种型式的 触点盒。其代号为1、1a、2、4、5、6、6a、7、8、10、20、30、40、50。lw2系列开关档数一般为5档，最多不应超过6档，否则触点接触可能不可靠。当控制开关触点不够用时，可以借用中间继电器来增加触点。动触点型式有两种基本类型，一种是触点片紧固在轴上，随轴一起转动，如1、1a、2、4、5、6、6a、7、8型；另一种是触点片与轴有一定角度的自由行程，当手柄转动角度在其自由行程内时，可保持在原来的位置上不动，如10、40、50型触点在轴上有45的自由行程，20型触点在轴上有90的自由行程，30型触点在轴上有135的自由行程。后一种触点切断能力较小，只适合于信号回路。lw2-z型控制开关的手柄有两个固定位置。其固定位置有：(1)垂直位是预备合闸和合闸后；（2）水平位是预备跳闸和跳闸后。其操作位置有：（1）合闸操作，由预备跳闸右转至合闸位，瞬间发出合闸脉冲，手放开后靠弹簧作用使手柄复位于垂直位即合闸后；（2）跳闸操作，由预备跳闸左转至跳闸位，瞬时发出跳闸脉冲，手放开后靠弹簧作用使手柄复位于水平位即跳闸后。合闸操作顺序为：预备合闸-合闸-合闸后。跳闸操作顺序为：预备跳闸-跳闸-跳闸后。表1 lw2 -z -1a、4、6a、40、20、20/f8控制开关。触点号位置位置1-32-45-86-79-109-1210-1113-1414-1513-1617-1918-2021-2321-2222-24跳闸后-预备合闸合闸合闸后预备跳闸跳闸注 表示触点接通；表示触点断开。2.2 泓格模块2.2.1 rs-485总线概述分布式控制系统的发展在自动化领域迫切需要一种总线能适合远距离的数字通信。eia研究出了以rs-422标准为基础的一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的rs-485总线标准。总线在rs-485标准下采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动，每个rs-485串口由sn75176收发器制成，各个收发器可用双绞线并联起来。当任意两个rs-485串口相互通信时采用了平衡差分电路的原理：两根信号线上的电流和电压均反向，且大小基本相等，使得两根信号线上的电压差ua-ub基本不含噪声电压。 2.2.2 rs-485总线的优点rs232和rs485定义了电压,阻抗等.但不对软件协议给予定义，区别于rs232, rs485的特性包括：1） rs-485的数据传输速率为10mbps,优于rs-232；2） rs-485接口是平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力变强；3） rs-485接口的最大传输距离可达 3000米,而rs-232最大传输距离只有15米；4） rs-232-c接口只允许连接1个收发器，而rs-485接口允许连接多达128个收发器。5） rs-485的电气特性：接口信号电平比rs-232-c降低了，不会损坏接口电路的芯片，且该电平与ttl电平兼容，方便与ttl 电路连接。逻辑“1”以两线间的电压差为+（26） v表示；逻辑“0”以两线间的电压差为（26）v表示；2.2.3 rs-485的应用原则rs-485支持半双工或全双工模式。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星形网络。从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。 减缓信号的前后沿斜率有利于降低总线匹配引出线长度的要求和改善信号质量，还可以让信号中的高频成分缩小，电磁辐射减少。2.3 i-7000系列分布式监控模块介绍i-7000系列模块是台湾泓格公司推出的一系列的网络数据采集和控制模块。i-7000 系列产品具有内置的微处理器和坚固的工业级塑料外壳,i-7000 模块的特点之一就是采用rs-485 总线进行相互通讯，可同时连接256个模块，联机简捷，控制方便可靠。i-7000 系列产品支持dcon 协议，采用问答式通讯方式，以简单的 ascii 码格式，方便进行调试和编程，也可以很容易的和其他协议进行相互转换，融入用户现有自动化系统。它提供了模拟信号与数字信号的相互转换，数字输入与输出，定时与计数以及其他功能。2.3.1 i-7520转换模块i-7520为rs232/rs485转换模块，该模块直接插在pc的扩展槽内，无需另外提供工作电源。i-7520内含自调功能。它可以自动检测数据通信的波特率和数据格式，从而准确的控制rs-485网络，减少系统花费，增加系统的可靠性。图2.3.1 i-7520外观图及内部结构图i-7520是泓格模块中的一种，可用于将rs-232的信号转化成rs-485的信号，使rs-232的数据在rs-485的网络上传输。i-7520模块的规格如下：l 输入：rs-232协议输出：双线式rs-485协议（2线，d+，d-）l 连接器：插卡式螺丝固定接线盒l 速率：内置“自适应芯片”可改变波特率（范围：300bps115200bps）l 没有中继器时一个rs-485网络最多可以有256个模块有配中继器时一个rs-485网络最多可以有2048个模块l 隔离电压：3000vdc隔离在rs-232边l 要求使用中继器：大于4000英尺距离或超过256个模块l 电源要求：+10v+30vdcl耗电量：2.2w（max）2.3.2 i-7063d数字输入/输出模块i-7063d 接收从线路采集到的状态量作为输入（8 通道隔离输入支持计数器功能），通过嵌入式控制器和rs-485接口与电脑相连，同时可接收来自电脑的控制信号，控制继电器的状态。i-7063d 带有led显示的功率继电器输出模块/隔离开关量输入模块，且支持双看门狗和输入计数器。图2.3.2 i-7063d外观图及内部结构图i-7063d为继电器输出模块，有8通道隔离数字输入输入，3通道功率继电器输出。输入阻抗：3k 0.5w隔离电压：3750vrms输入频率：100hz触电容量：250v5a（交流）， 30v5a（直流）电源电压：+10v+30vdc电源功耗：1.5w2.4 模块命令介绍 分布式模块的命令格式被分成发送与响应两部分。发送的部分由计算机发送命令给分布式模块，此部分包含以下几个字段：1）发送部分：（前导字段）（地址）（命令）（chr）（cr）前导字段：1个字节，标明命令的类型。模块的控制命令通常被分成几个不同的类型，使用一些特殊字符，如$、#、等进行分类。地址：2个字节，表示命令将送至模块。有256个地址，模块的地址范围为00ff。命令：1个或多个字节，指定模块执行的命令，使用不同的数字来表示不同的功能。chk：冗余校验，使用程序将所有传输的字符在asc对照码中的地址数值相加，保留最后一个字节，拆成前后两个字符作为校验值。cr：结尾字符，一般为 enter、(cr)或(cr)无论是主控计算机发送的字符串命令或分布式模块返回的执行结果，每个部分都包含有1个至数个不等的字符。除了（chr）和（cr）两部分，其他部分均为可见字符。2.5 组态王组态王软件是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。使用它考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。3 断路器控制回路3.1 传统断路器控制回路3.1.1手动合/跳闸控制回路由开关触点表1可知，这种控制开关有六个位置，其中分为预备合闸和预备跳闸操作位置、合闸和跳闸操作位置与合闸后和跳闸后固定位置。根据控制开关触点特性设计出断路器合/跳闸控制电路，如图所示：图3.1.1 断路器基本跳/合闸控制电路图3.1.1中，fu熔断器；r限流电阻；km合闸接触器；yc合闸线圈；yt跳闸线圈。1）手动合闸。操作前，断路器处于跳闸后状态，故断路器辅助触点qf1处于闭合状态，触点sa9-10接通，由于限流电阻r存在，跳闸线圈km须通过较大电流才会动作，qf1不会断开，所以绿灯常亮。将控制开关手柄顺时针方向转90，即进入“预备合闸”位置，使触点sa9-10、sa14-13接通，而sa11-10断开，由于限流电阻r，合闸接触器km不带电，所以合闸线圈不动作，灯为绿灯闪光。接下来可将控制开关再顺时转45至“合闸”位置。此时，触点sa5-8接通，限流电阻被短接，合闸接触器km带电，km辅助触点闭合，合闸线圈动作，致使断路器电磁式操动机构合闸。合闸完毕后，断路器辅助触点qf1断开。操作人员放开操作手柄，手柄会在内部弹簧作用下返回到垂直位置，即“合闸后”位置，表示断路器已处于合闸状态。 2）手动跳闸。操作前，断路器处于合闸后状态，故断路器辅助触点qf2处于闭合状态，触点sa16-13接通，由于限流电阻r存在，跳闸线圈yt须通过较大电流才会动作，qf2不会断开，所以红灯常亮。将控制开关sa由“合闸后”的垂直位置逆时针转至“预备跳闸”的水平位置，致使sa13-14接通。同理，由于限流电阻r存在，qf2不会断开。再将控制开关sa进一步逆时针转至“跳闸”位置，触点sa6-7接通，由于限流电阻r被短接，故有较大电流通过跳闸线圈yt，致使yt动作，断路器跳闸，断路器辅助触点发生变化。操作人员放开手柄后，控制开关在内部弹簧作用下，自动弹回“跳闸后”的水平位置，控制开关触点sa11-10接通。再次操作时，按以上步骤进行。3.1.2自动合/跳闸控制回路 自动合闸装置动作时，k1闭合，接下来同手动方式类似，此时开关sa处于跳闸后位置，故sa14-15连通；因断路器已处于合闸状态，qf2变为合位，红灯闪光，但由于限流电阻，yt不动作，所以sa与断路器实际状态不符，提醒运行人员调整开关sa至“合闸后”位置。自动跳闸装置（kco）动作，其动合触点闭合，接下来同手动方式类似，此时开关sa处于合闸后位置，故sa9-10连通；因断路器已处于跳闸状态，qf1变为合位，绿灯闪光，但由于限流电阻，km不动作，所以sa与断路器实际状态不符，提醒运行人员调整开关sa至“跳闸后”位置。图3.1.2 自动合/跳闸控制回路图3.1.2中，自动合闸装置开关k1；继电保护装置开关kco；fu熔断器；r限流电阻；km合闸接触器；yc合闸线圈；yt跳闸线圈。3.1.3远动跳闸控制回路远动跳闸工作原理与自动跳闸类似，主要区别在于一个在远方的操作控制中心，一个在断路器使用处。图3.1.3远动跳闸控制回路图3.1.3中，自动合闸装置开关k1；远动开关k2；继电保护装置开关kco；fu熔断器；r限流电阻；km合闸接触器；yc合闸线圈；yt跳闸线圈。3.1.4 防“跳跃”电路断路器中所谓的“跳跃”，是指人员运行时，手动合闸，断路器在线路上发生故障后，但又被继电保护装置动作处于跳闸状态，由于控制开关在“合闸”位置，从而引起断路器又一次重新合闸，这样导致断路器出现多次连续跳、合闸的现象。由于断路器发生连续的跳、合闸，必定会造成绝缘油下降，油温上升等情况，严重的损坏断路器，甚至还会引起断路器爆炸，所以设计断路器控制回路时，必须装设电气连锁装置来防止跳跃。应用的防跳回路有两种，一种是操作箱的防跳回路，还有一种是用机构箱本身的防跳回路。图3.1.4防跳控制回路图3.1.4中，kcf为防跳继电器，它包含两个线圈：电流线圈kcfi为启动线圈，接在跳闸回路中；电压线圈kcfv为自保持线圈，通过本身的动合触点接入合闸回路中。当合闸过程中，如遇到永久性故障，因而保护继电器kco闭合，断路器跳闸，并启动防跳继电器的电流线圈kcfi，使其辅助触点kcf1闭合。如果控制开关sa手柄未复归或其触点被卡住，以及自动合闸装置k1卡住时，由于kcf1闭合，致使防跳继电器电压线圈kcfv带电，使其辅助触点kcf2断开，避免了合闸接触器km再次动作，也就避免了断路器的“跳跃”现象。只要控制手柄未复归，电压线圈kcfv一直带电，这样防跳继电器起到自保持作用，保证接触器km不会被触发。3.1.5重合闸电路自动重合闸是将因故障跳闸的断路器按需要自动进行合闸。很多时候大多数的故障都是瞬时性的。因此，继电保护动作切除短路等故障之后，电弧自动熄灭，一般情况下短路处的绝缘效果可以自动的恢复，此时把断路器合上，就能恢复正常的供电。断路器自动重合不仅提高了供电的安全性和实用性，减少因停电而产生的损失，并且提高了电力系统的稳定性，增大线路的输电能力，纠正断路器或继电保护装置可能引起的误跳闸。况且重合闸装置所需的投入资金少，从而在现实生活中得到得广泛的应用。根据重合闸控制的断路器所接通多的或者断开的电力元件不同，可以将重合闸分为线路重合闸、变压器重合闸和母线重合闸等10。使用重合闸装置的应注意： 重合闸不动作：运行人员手动跳闸或远动跳闸；手动合闸输电到故障线路上后发生跳闸；负荷控制装置跳闸动作频率不符合要求或自动减负荷装置动作时；断路器失灵保护或母差保护动作时。 重合闸动作：断路器继电保护动作或其他原因跳闸后。 重合闸动作后，能够自动恢复最初状态并准备好下一次动作。 重合闸与继电保护相互配合实现重合闸加速功能。 重合闸装置充电时间应在1525s，且放电越快越好。 重合闸的一般采用不对应启动。 重合闸动作应具备延时功能。 在有双侧电源的线路上，重合闸启动应受到无压检定或同期检定的限制，不能非同期进行重合并网。图3.1.5 重合闸电路（1）正常工作时，线路处在正常工作情况下，断路器qf处于合闸位置，其辅助常开触点qf3-4闭合，常闭触点qf1-2打开，控制开关sa1处于“合闸后”位置，其触点sa121-23接通，选择开关sa2处于合闸位置，重合闸继电器中的电容c经电阻r4而充满电压，电容c两端电压等于电源电压，用于监视km是否完好的信号灯hl亮2。（2） 线路短路，保护动作时 当线路发生短路，保护动作时，跳闸回路得电使qf跳闸，则qf3-4打开，qf1-2闭合，跳闸位置继电器km1被起动，其常开触点km1闭合，于是时间继电器kt线圈得电，经重合闸整定的时间后，其延时触点kt闭合，电容c通过kt触点向中间继电器km线圈放电，使km动作。km动作后，其常闭触点km1-2打开使信号灯hl灭；常开触点km3-4、km5-6闭合使合闸接触器ko得电，并在合闸过程中利用km电流线圈自保持，以保证使qf可靠合闸。若合闸成功，所有继电器复位，电容c再次充电，经过10-15s后，c两端充满电压，准备再次动作；若合闸不成功，则qf合闸后保护再次跳闸，尽管km1和kt将重新起动，但因电容c两端电压太低，不能使km动作，从而保证只重合一次。（3） 手动跳闸时 当手动操作跳闸时，触点sa16-7接通，使跳闸线圈yr得电，继电器跳开。此时由于触点sa121-23打开，sa12-4接通，使重合闸回路失去正电源，不可能再动作于合闸。而接通后，使电容c经r6放电，电容c上的电压迅速降低。（4） 手动合闸时 当手动操作合闸时，触点sa15-8接通，合闸接触器线圈yo得电，使断路器合闸，同时sa121-23于sa121-22接通，sa12-4断开，重合闸回路获得正电源，正电源经电阻r4向电容c充电，但需经电压经10-15s才能充到操作电源电压。触点sa121-23接通后，使加速继电器kac动作，其触点闭合，如果线路上有故障，则断路器合闸后，继电保护随即动作，经kac触点使断路器瞬时动作。这时电容两端的电压还比较低，不能使km动作，故qf不能重合（5） 防跳继电器klb的作用 防止触点sa5-8被粘住或km动作后其常开触点km3-4、km5-6被粘住时，且线路上发生永久性故障，出现断路器多次重合闸现象。有了防跳继电器后，当第一次重合于永久故障上时，保护再次动作，此时klb（i）被起动，其常开触点klb1-2闭合，klb（u）经被粘住的km3-4、km5-6触点或sa5-8和klb1-2而自保持，使klb3-4一直处于打开状态，切断断路器的合闸回路，从而消除了断路器再次重合的可能性。3.2 实例设计：35kv变电所变压器断路器的控制回路本节将断路器的控制回路设计应用于具体的实践，为一35kv变电所变压器设计断路器控制回路，其中包括原理的设计以及器件的选型。3.2.1 工程概况某集镇工业、农业、居民、村民等用电量达5000kw左右，新建35/10kv变电所一座，第一期工程安装主变压器一台，变电所35kv侧双电源供电，型号为sz9-6300/35型，容量为6300kva，采用lgj-120型导线，每回出线长15km，10kv出线共5回。其变压器接线图如图3.2.1所示。图3.2.1 35kv变电所变压器接线图3.2.2 器件选型 lcz-35q电流互感器lcz-35q型电流互感器为环氧树脂绝缘半封闭式产品，适用于额定频率50hz或60hz、额定电压35kv及以下设备做电流、电能测量和继电保护作用。技术参数：额定绝缘水平：40.5/95/185kv；额定频率：50hz、60hz；额定二次电流：5a gw5型35kv户外交流高压隔离开关gw5型户外高压隔离开关是用于三相交流50hz的户外高压电气设备，供线路在有电压无负载的情况下进行分合，以及对被检修高压母线、断路器等电气设备与带电的高压线路进行电气隔离之用，也可用于开合小的电容或电感电流。在闸刀处于正常分闸位置时，可提供一个符合安全要求的绝缘距离。 广泛使用于35-110kv变电站。gw5型户外隔离开关为交流50hz的户外高压电器设备，额定电压等级有40、5kv。 lw8型35kv户外六氟化硫断路器 lw8-40.5型sf6断路器系户外三相交流50hz高压输变电设备,可用来分、合额定电流和故障电流，投、切电容器组、转换线路，尤其适合频繁操作，也可作为联络断路器使用。技术参数：机械寿命：20000万次 ；运行分断能力：31.5 ka ；极限分断能力：31.5 ka； 额定绝缘电压：98000 v ；额定频率：50 hz ；极数：3p。 3.2.3 断路器控制回路设计图3.2.3示出35kv变电所变压器断路器的控制及信号电路图，电路采用灯光监视、35kv断路器采用电气“防跳”，电路设有闪光母线m100(+),事故信号小母线m708。 图3.2.3 35kv变电所断路器的控制及信号回路图3.2.3中，sa-控制开关；kcfv、kcfi-分别为防跳继电器kcf的电压线圈和电流线圈；kcf16-防跳继电器kcf的触点；r-限流电阻；km-合闸接触器；yc-合闸线圈；yt-跳闸线圈；kco-保护出口继电器（动合触点）；qf16-断路器qf的辅助触点；k1-自动合闸装置动合触点；k2-远动跳闸装置动合触点。3.3 利用分布式模块的断路器控制回路整个系统由微机、分布式模块组成。首先将微机与7520总线转换器相连，将232总线转换为485总线，然后在485总线上连接各个功能模块，每个模块有自己的两位地址号，从00至ff，各个模块可以有相同的产品型号，但地址号必须不同，所以总线上至多可以连256个模块。地址号可以预先设定，微机按照各模块的地址号发送命令与接收数据。利用rs485总线联网技术将各测控模块组网 图3.3 总线模块网络图遥信即远程信号测量。它是将被采集到的功率继电器的开关量状态等传送至系统主机。遥信时，计算机通过vb编写的软件发出一串既定的字节串命令经rs232串口至模块，然后再通过接收软件由串口读入模块返回的字节串信息，通过对特定位字节的处理采集到所需的遥信量，并直观的显示在电脑显示器上。遥控即远程命令。它是从调度中心发出改变运行设备状态的命令。这种命令包括操作断路器的开关，继电器的吸合。因此这种命令只取两种状态命令，如断路器的“合闸”或“跳闸”命令。遥控时，i-7063d模块接收到计算机发出的遥控命令后，根据命令中特定位的值遥控功率继电器端口吸合，控制电量测控系统中元器件的相应动作。3.3.1 基于模块合/跳闸电路图3.3.1a 基于模块合闸原理图图3.3.1b 基于模块合闸接线图图3.3.1c 基于模块合闸流程图 如图3.3.1b所示为合闸操作：合闸操作前，控制开关处于跳闸后位置，即sa9-10接通，in1接收到电流脉冲，微机扫描到信号后，发出指令给继电器rl3，使其带电，从而绿灯常亮。将控制开关手柄顺时针方向转90，即进入“预备合闸”位置，使触点sa11-10接通，in2接收到电流脉冲，微机扫描到信号后，发出指令给继电器rl2，使其带电，从而绿灯闪亮。由于限流电阻r，合闸接触器km不带电，所以合闸线圈不动作。接下来可将控制开关再顺时转至“合闸”位置。此时，触点sa5-8接通，限流电阻被短接，合闸接触器km带电，合闸线圈动作，致使断路器电磁式操动机构合闸。合闸完毕后，断路器辅助触点qf1断开。操作人员放开操作手柄，手柄会在内部弹簧作用下返回到垂直位置，即“合闸后”位置，表示断路器已处于合闸状态。自动合闸装置动作时，即k1闭合，in3接受到电流脉冲，微机扫描到信号后，发出指令给继电器rl1，使其带电，从而黄灯常亮，提醒运行人员控制开关sa位置与当前断路器的实际情况不符，须调整sa手柄的位置。图3.3.1d 基于模块跳闸原理图 图3.3.1e 基于模块跳闸接线图 图3.3.1f 基于模块跳闸图 如图3.3.1e所示为跳闸操作：跳闸操作前，控制开关处于合闸后位置，即sa16-13接通，in1接受到电流脉冲，微机扫描到信号后，发出指令给继电器rl3，使其带电，从而红灯常亮。将控制开关sa由“合闸后”的垂直位置逆时针转至“预备跳闸”的水平位置，致使sa13-14接通，in2接受到电流脉冲，微机扫描到信号后，发出指令给继电器rl2，使其通电，从而红灯闪亮。再将控制开关sa进一步逆时针转至“跳闸”位置，触点sa6-7接通，由于限流电阻r被短接，故有较大电流通过跳闸线圈yt，致使yt动作，断路器跳闸，断路器辅助触点发生变化。操作人员放开手柄后，控制开关在内部弹簧作用下，自动弹回“跳闸后”的水平位置，控制开关触点sa11-10接通。 自动合闸装置保护继电器kco闭合后，in4接受到电流脉冲，微机扫描到信号后，发出指令给继电器rl1，使其带电，从而黄灯闪亮，并且控制开关sa1-3，sa19-17接通，并且此时断路器的辅助触点qf3闭合，蜂鸣器发出响声