断路器控制回路的闭锁.ppt

第四篇 电气二次回路 第十五章 断路器控 制回路 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 ） 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 ） 断路器控制回路的基本要求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 ） 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 ） 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 ） 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151断路器基本操作回路图 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 1 5 1 。 151，LW2-1a、4、6a、40、20、20/F8接点图表 三、基本断路器控制回路（ 3 ） 在我分析一下回路的工作程。假定现们来简单该过该断 路器的原始位置在分，路器的操作系正常，闸状态断统 路器的常接点接通，常接点，表断闭开断开从15 1 中出控制查开关 KK的 2 4、 14 15等接通，这 正源通时电过KK的 10 11接点、灯绿LD、路器常断 助接点闭辅D L 、合圈闸线H Q及力回路到源压闭锁负电 成回路，灯构绿LD亮，平光，指示路器在分位发断闸 置。由于灯加阻的阻大，使用白灯通合绿电值较炽时过 圈闸线H Q的流只有十至一百多电数m A，如使用 LED该 流二、三十电为m A，路器不足以作。断动 三、基本断路器控制回路（ 4 ） 路器需要合，控制当断闸时顺时针转动开关 KK至合位置，预备闸这 时KK的 10 11接点，断开9 10接点接通，灯绿LD由正源电 改接到光小母（）闪线SM，灯亮，可以提醒行人绿闪这样运员 自己的操作是否正确作一步的判。需要操作，对进断继续时将 KK 到合位置，顺时针转闸这时KK的 5-8接点接通，正源通电过5 8 接点接至合圈闸线H Q，路器合。合到位后，合回路的断闸闸闸断 路器助常接点辅闭D L合流，一是防止断开闸电5 8粘接造成合 圈坏，因合圈的容量是按短通的；二是闸线烧为闸线热时电来设计 防止由 KK接点合流，由于来断开闸电KK接点的弧容量不，断够 容易使 KK接点坏。需要指出的是，路器一定要合到位之后烧断 ，助接点辅D L 才能打，否出路器合不足情，可能开则会现断闸况 造成路器跳。所以助接点的打有一定的后。合会断跃辅开滞时间 束后，路器常助接点闸结断开辅D L接通分回路，同闸时KK的 13 16接点接通，灯红H D亮，平光，指示路器在合位置。 发断闸 三、基本断路器控制回路（ 5 ） 路器分的程合相近，逆控制断闸过与闸时针转动开关 KK 到分位置，预备闸时KK的 13 14接点接通，灯光红闪 ，提醒行人注意，至分位置，运员转闸时KK的 6 7 接点接通，正源接到跳圈使路器跳。分后电闸线断闸闸 路器的常助接点跳流，常接点接通合断开辅断开闸电闭 回路下一次合作好准，同灯亮，指示路闸为闸备时绿断 器在分位置。由于分回路中接有防跳器闸闸继电TBJ 的 流圈，分流通圈，器作，其电线当闸电过该线时该继电动 常接点作自保持，直到路器分后助接点开对动断闸辅断 分流。无开闸电这时论KK的接点何，都不影时断开会响 路器的分。 断闸 三、基本断路器控制回路（ 6 ） 路器在分位置，如果自装置有合信（如断闸时动闸号来 用源自投），路器合，由于备电断将闸这时KK在分还闸 后位置，接点 14-15接通，所以出灯光信，会现红闪号 提示行人路器已由分位置合，需运员该断闸变为闸这时 要人地为将 KK由分后位置切至合后位置，闸闸KK地 1 4-15接点，断开13 16接点接通，灯平光。同红发 路器在合位置，如果保及自装置有跳信样断闸时护动闸 ，路器跳，号来断将闸KK的 9 10接点接通，灯绿闪 光，在事故音回路中响KK的 1 3、 17 19接点也 在接通位置，跳后常助接点闸闭辅D L 接通，使中央信 出事故音信。只有号发响号将 KK位至分后位置后，复 KK的 10 11接点接通，灯平光；绿发KK的 1 3、 17 19接点，事故音的起回路解除。 断开响动 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 ） 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 TB J 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 ） 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 ） 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152 断路器中的防跳回路图 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 1 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 ） 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 ） 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153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 ） 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 ） 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 H BJ 。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 ） 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154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 ） 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 Y2L A 、 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 S1 LA 、 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 ） 断路器控制回路的闭锁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 ） 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 SF 6 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， K1 0 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 ） 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 ） 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155 断路器同期合闸回路 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， S M 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156 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 ） 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 ） 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 ） 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 ） 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 ） 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 ） 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