操作回路原理和实际应用

操作回路基本概念和实际应用操作回路基本概念和实际应用 一 操作回路的几个基本概念一 操作回路的几个基本概念 1 1 HBJHBJ 合闸保持继电器 和 合闸保持继电器 和 TCJTCJ 跳闸保持继电器 跳闸保持继电器 1 1 跳合闸保持回路的作用跳合闸保持回路的作用 操作回路主要起三个作用 1 增加接点容量 由保护元件的接点直接通断开关的跳合闸回路 容易导致保护出口接点烧毁 所 以由操作回路的大容量中间继电器来重动 2 增加接点数量 由开关本体所能提供的 TWJ 和 HWJ 等接点数量有限 通过操作回路 增加接点从 而实现跳合位指示 控制回路监视及不对应启动重合闸等逻辑功能 3 防止开关跳跃 简称防跳 功能 目前最常用的开关操作机构是弹簧操作机构 其分合电流一般较小 10KV 开关 0 5A 1A 左右 110KV 开关 2 4A 左右 0 5A 接点容量是足够满足的 当跳合闸回路 接有跳合闸线圈 属于感性负载 接点在断开时 会承受线圈产生的很高的反向浪涌 电压 往往会造成接点拉弧 导致接点烧毁 通过采用保持回路后 保护出口接点在 导通跳合闸回路的同时启动保持回路 由保持回路来保证即使保护接点断开 而跳合 闸回路仍旧导通 切断跳合闸线圈回路由具有一定灭弧能力的断路器辅助触点在开关 主触头动作后完成 从而既保证了开关的可靠分合 也避免了保护接点直接拉弧 所 以在电力部的继电保护反措要求中明确规定应有保持回路 采用保持回路 不仅防止 接点损坏 最主要的是保证开关可靠分合 1 2 保持电流如何调整保持电流如何调整 按照 继电保护反措要求 目前国内有代表性的微机保护产品 操作回路都带 有保持回路 国内开关跳合闸线圈都是电流型的 绝大多数的保持回路也相应采用了 电流动作线圈 对保持继电器的动作电流有一定的要求 要保证适当的保持系数 即 开关操作电流 保持继电器启动电流的比值 一般为 2 左右 对不同操作电流的开 关 保持动作电流也要与之相匹配 我公司 DF3280 装置 通过更换不同动作电流的 保持继电器来实现同开关的配合 所以 在现场更换 DF3280 出口板时 一定要注意 跳 合闸电流参数是否匹配 实际上跳合闸电流是由开关线圈本身的电阻决定的 我们是调整不了的 保持继 电器线圈为电流型内阻很小 所以保护装置跳合闸回路本身的电阻可忽略不计 整个 跳合闸回路电阻主要是开关跳合闸线圈内阻 该回路的电流大小就决定于直流系统控 制电压和开关线圈电阻的大小 通过调整流过跳闸保持继电器 合闸保持继电器线圈 的电流来改变保持电流 1 3 DF3003 除 除 DF3280 DF3300 DF3300E 系列保持回路自适应的原理系列保持回路自适应的原理 以 以 DF3300E 系列为例 系列为例 DF3300E 系列操作回路同 DF3280 装置保持回路的原理有些区别 DF3300E 系列保 持电流是自适应的 并不需要调整保持动作电流 它实际上是采用电压型保持继电器 来代替传统电流型继电器 从而实现不用调整任何参数 即可实现同不同跳合闸电流 的开关的配合 DF3300E 系列 TCJ HBJ 线圈上正向并接了两支串联的二极管 当 保护接点闭合接通整个跳合闸回路时 大功率二极管正向导通 每只二极管的正向压 降为 0 7V 左右 这样不管跳合闸线圈的电阻多大 也就是开关的具体操作电流有多 大 加在保持继电器线圈上的电压都是 1 4V 左右 都会启动 TCJ HBJ 从而实 现了对开关跳合闸电流的自适应 因为电压型 TCJ HBJ 线圈的动作电压很低 其 自身阻值很小 从外回路角度来看跟传统电流保持回路没有太大区别 所以还是符合 保护反措要求对保持回路的要求的 这种方式也越来越被许多厂家采用 但在调试中 要注意一点 采用电压型保持回路后 已不再有保持系数的概念 如果用户在现场非 要校验保持继电器的动作电流时 应跟用户说明 2 2 TWJ HWJTWJ HWJ 位置继电器和控制回路断线位置继电器和控制回路断线 2 1 TWJ HWJ 跳闸位置 跳闸位置 合闸位置继电器 的作用合闸位置继电器 的作用 TWJ HWJ 主要作用是提供开关位置指示 HWJ 并接于跳闸回路 该回路在开关跳 闸线圈之前串有断路器常开辅助触点 当开关在合位时 其常开辅助触点闭合 HWJ 线圈带电 HWJ 1 表明开关合位 TWJ 一般并接于合闸回路 该回路在开关合闸线圈 之前串有断路器常闭辅助触点 当开关在分位时 其常闭辅助触点闭合 TWJ 线圈带 电 TWJ 1 表明开关分位 注意 当开关在分位时 其实合闸线圈是带电的 TWJ 为电压线圈 额定启动电 压为 24V 线圈本身电阻就较大 加上回路上串的电阻 整体阻值约 30K 因为国内 开关跳合闸线圈为电流型 其阻值较小 常见的为 50 220 虽然整个合闸回路是 导通的 但因为控制回路电压大部分加在 TWJ 和回路上串的电阻上 TWJ 部分电阻很 大 电流很小 不足以使合闸线圈动作 TWJ 线圈上串联的电阻 也是为了防止 TWJ 线圈击穿短路 导致合闸线圈误动 当手动或遥控合闸时 合闸回路接通相当于直接 将 TWJ 短接 电压直接加在合闸线圈上 使线圈动作 HWJ 回路同此基本一致 2 2 不同系列操作回路位置指示的区别不同系列操作回路位置指示的区别 1 DF3003 系列保护装置电源和控制电源没有分开 2 DF3300 系列保护装置电源和控制电源是分开的 跳合位指示灯通过 HWJ TWJ 的长 开辅助节点控制 3 DF3300E 系列保护装置电源和控制电源是分开的 面板跳合位指示 是装置采集到 跳合位后 再驱动面板上的发光二极管 产生相应的灯光位置指示 这一点在现场调 试过程中一定要注意 比如 DF3322E 装置 因 B17 开入地 没有与 D01 24V 短 接好 导致 HWJ TWJ 信号装置采集不到 就会导致虽然装置电源和控制电源都上电了 但面板上开关位置无显示 以为是装置故障 2 3 控制回路断线控制回路断线 位置继电器除了提供位置指示外 还有一个重要作用是监视控制回路是否完好 因为正常情况下 不论开关处于何状态 TWJ 和 HWJ 必有一个带电 状态为 1 如果 全为 0 则代表控制回路异常 也即我们常说的控制回路断线 按照部颁技术要求 必须监视跳闸回路一般在端子排上直接同跳 合闸回路并接 装置产生的控制回路断 线信号 TWJ 常闭接点 HWJ 常闭接点 通讯输出的该信号 都加了遥信去抖时间 DF3322E 的控制回路断线的默认的去抖时间是 3000ms DF3360EA 是 20ms DF3320EA 是 100ms 的判断延时 主要是因为断路器常开和常闭触点并不是完全同步的 比如开关由分到合 常闭 触点 TWJ 打开时 常开触点 HWJ 还没有闭合 中间一般会有几十个毫秒两者都 为 0 的情况 如果不加判断延时 则会报控制回路断线 注意对主变各侧开关的控制 回路断线 是通过测控装置采集操作回路的硬接点输出 硬接点信号开出是没有任何 时间延时的 为了避免因为 TWJ 和 HWJ 不同步误发控制回路断线信号 现场要通过增 加该开入采集的遥信去抖时间来躲过这段时间 一般可设为 0 3S 如果开关内部接线把弹簧储能或气压闭锁等接点串入合闸回路 开关分开后 储 能电机运转给弹簧储能 在储完能之前 合闸回路是断开的 TWJ 状态上不来 会报 控制回路断线 储能完毕 合闸回路接通 控制回路断线信号复归 现场调试时这种 现象也是经常碰到的 二 操作回路防跳回路及开关防跳的二 操作回路防跳回路及开关防跳的实际应用实际应用 1 1 防跳回路的作用和实现方式防跳回路的作用和实现方式 操作回路的一个重要作用是提供防跳功能 防跳是防止 开关跳跃 的简称 所 谓跳跃 是指由于合闸回路手合或遥合接点粘连等原因 造成合闸输出端一直带有合 闸电压 当开关因故障跳开后 会马上又合上 保护动作开关会再次跳开 因为一直 加有合闸电压 开关又会再次合上 所以对此现象 通俗的称为 开关跳跃 一旦 发生开关跳跃 会导致开关损坏 严重的还会造成开关爆炸 所以防跳功能是操作回 路里一个必不可少的部分 防跳功能的实现是通过跳闸保持继电器 TcJ 和防跳继电器 TBJ 来共同实现的 保 护或人为跳闸时 TcJ 动作 在启动跳闸保持回路的同时 接于 TBJ 线圈回路的 TcJ 常开接点也闭合 如果此时合闸接点 包括手合或遥合或重合闸 是闭合的 则 TBJ 线圈带电 并且串于其线圈回路的 TBJ 常开接点闭合 构成一自保持回路 接于合闸 线圈回路的 TBJ 常闭接点打开 切断合闸回路 整个回路主要有两点 1 防跳功能是在跳闸时才启动的 通过 TcJ 来启动 如果 TcJ 跳闸保持没有启 动 则也不能启动防跳 2 TBJ 一旦启动后 通过自身的保持回路自保持 这样虽然开关跳开后 TcJ 会返 回 但防跳回路仍然会起作用 直到合闸接点分开 TBJ 才会返回 3 防跳功能试验方法 开关在合位 一直合着手合把手 或按着手合按钮 的同时加故障电流 如果保 护动作把开关跳开后 开关没有合闸 说明防跳回路起作用 如果发生跳跃 则说明 防跳没起作用 重点应检查 TcJ 回路 看是否跳闸保持没有启动 注意 一旦发生 跳跃 应马上松开合闸把手 防止开关发生故障烧毁合闸线圈 在公司验证防跳功能的方法 1 模拟开关在合位 一直按着手合按钮 不要松开 然后按一下手跳按钮 开关跳开后 不合闸 2 模拟开关在分位 一直按着手分按钮 不要松开 然后按手合按钮 开关 不合闸 在现场不要这样试验 2 2 操作回路同操作回路同 VD4VD4 开关 自身带有防跳功能 的配合开关 自身带有防跳功能 的配合使用使用 因为开关跳跃是非常严重的故障 所以有些开关本身带有防跳回路 为了防止产 生寄生回路 按规定只能保留一套防跳 常规一般是保留保护本身的 也有用户非要 保留开关的防跳 就会要求我们取消保护的防跳功能 以 DF3322E 线路保护操作回 路为例 如果在现场要取掉保护的防跳 最好的办法是把 C40 和 C44 负电 的短接 线去掉 因为国内操作回路都是电流型的 所以大部分开关自带的防跳回路同保护装 置一样也是电流型的 但某些国外厂家的开关 比如 ABB 西门子 施耐得等 的防 跳是电压型的 特别是 ABB 的 VD4 型真空断路器 因为技术性能很好 国内很多厂家 开关都是配的该型号断路器 同时好多厂家自己生产的断路器也是该型号的仿造产品 因为 VD4 的产量较大 它的防跳比较有代表性 我们以该型号为例 具体讲解现场应 注意事项 当我们在现场碰到下列情况时 就应该怀疑开关是否带有防跳回路了 1 装置一上电开关在跳位时 保护装置位置指示灯显示正常 2 开关合上后 跳位合位两个灯都亮 跳位灯亮度可能会比合位灯稍弱一些 3 如果此时把开关分开 再合闸 开关始终合不上 装置控制电源掉电后再上 电 又可以合闸了 VD4 跳合闸回路示意图如下 合闸回路 跳闸回路 图例说明 0N 合闸线圈 OFF 跳闸线圈 KO 防跳继电器 V2 V3 为考虑交直 流两用而设置的整流桥 X14 X30 接控制回路负端 X4 为合闸输入 X31 为跳闸输入 产生上述现象的原因是因为 1 跳闸回路同常规一样 所以开关在跳位时 只有跳位灯亮 合位灯是不会亮 的 2 开关合上后 1 操作回路 HWJ 负端 C16 设计时一般直接和跳闸线圈 C38 输出端在端子排 上短在一起 当开关在合闸状态时 合位指示灯亮这是正常的 2 因为 TWJ 负端 C37 和 X4 合闸输入端接在一起 DL 常开点闭合 接通 KO 防跳继电器回路 因为 KO 为电压型继电器 且 RO 电阻约 20K 左右 而上文已讲整个 TWJ 回路电阻约 30K 所以 K0 回路分压较大 KO 继电器动作电压经试验验证 25V 即可 动作 所以 KO 动作 KO 继电器常开接点闭合接通 B 端 构成自保持回路的同时切断 了合闸线圈回路 因为有这个 KO 回路 所以开关在合位时 跳位灯也亮 因为 KO 回 路分压较大 所以 TWJ 灯光亮度相对 HWJ 灯要弱 3 因为这时防跳已启动 且构成自保持 所以开关分开后 再合闸肯定合不上 控制电源掉电 则 KO 自保持回路返回 接通合闸回路 可以再次合闸 对 VD4 类型的开关 如果用户要求保留开关自身防跳 则除了要去除保护防跳功 能外 还要把 TWJ 负端同合闸回路分开 单独接合闸线圈前面的一付常闭辅助触点 07 以取得开关跳位和防止开关防跳启动闭锁合闸回路 不过为简便起见 现 场最好建议用户去掉开关的防跳 操作起来也很简单 只要拆除 DL 常开点到 R0 电阻 的连线即可 3 3 几种常见类型的开关 几种常见类型的开关简介简介 1 电磁操作机构 电磁操作机构 电磁操作机构完全依靠合闸电流流过合闸线圈产生的电磁吸力来合闸同时压紧跳 闸弹簧 跳闸时主要依靠跳闸弹簧来提供能量 特点是跳闸电流较小 但合闸电流非 常大 瞬间能达到一百多个安培 所以保护合闸回路不是直接接通合闸线圈 而是接 通合闸接触器 跳闸回路直接接通跳闸线圈 合闸接触器线圈一般是电压型的 阻值 较大 一般几 K 保护同这种回路配合时 应注意合闸保持一般启动不了 但这问 题也不大 跳闸保持 TBJ 一般能启动 所以防跳功能还存在 该类型机构合闸时间较 长 120ms 200ms 分闸时间较短 60 80ms 补充 合母电压提供合闸电源 控母电压给控制回路供电 合闸母线是直接挂在电池组上 合母电压即电池组电压 一般 240V 左右 合闸时利用电池放电效应瞬间提供大电流 同时合闸时电压瞬 间下降的很厉害 而控制母线是通过硅链降压和合母连在一起 一般控制在 220V 合闸时不会影响到控制母线电压的稳定 2 弹簧操作机构 弹簧操作机构 该类型机构是目前最常用的机构 其合闸分闸都依靠弹簧来提供能量 跳合闸线 圈只是提供能量来拔出弹簧的定位卡销 所以跳合闸电流一般都不大 弹簧储能通过 储能电机压紧弹簧储能 对弹操机构 合闸母线主要给储能电机供电 电流也不大 所以合母控母区别不太大 保护同其配合 一般没什么特别需要注意的地方 3 永磁操作机构 永磁操作机构 永磁操作机构是 ABB 近年才应用到国内市场的一种新机构 首先应用于它的 VM1 型 10KV 真空断路器上 它原理同电磁型大体有点类似 主动轴为永磁材料制成 永 磁体周围有电磁线圈 正常情况下电磁线圈不带电 当开关要分闸或合闸时 通过改 变线圈的极性利用磁力相吸或排斥的原理 驱动分闸或合闸 虽然这个电流也不小 但开关是通过一个大容量电容来 储能 动作时通过电容放电来提供大电流 这种 机构优点是体积小 传动机械部件少 所以可靠性较弹操机构要好 同我们保护装置 配合来说 我们跳合闸回路驱动的是一个高阻固态继电器 它实际上只需要我们给它 提供一个动作脉冲即可 所以对该开关 保持回路肯定启动不了 保护的防跳也不会 启动 该机构本身带有防跳 但是要注意一点 因为固态继电器的动作电压较高 常规设计 TWJ 负和合闸回路接在一起这种情况 不会造成固态继电器给动作 但有可 能因为分压太多造成位置继电器不能启动 因为考虑到成本 国内永磁机构一般不配 电容 直接由合闸母线提供电流 我们操作机构驱动的是分合闸接触器 一般选电流 型的 保持及防跳一般可启动 4 FS 型型 开关开关 及其它及其它 FS 开关实际上是负荷开关 快速熔断器的简称 正常电流由负荷开关切除 故障 时由快速熔断器切除电流 这种回路一般在电厂 6KV 厂用电系统常见 保护同这种回 路配合 往往被要求当故障电流大于负荷开关所能允许的开断电流后 要禁止跳闸或 靠延时 让快速熔丝切除电流 有些电厂用户可能不希望保护有保持回路 因为开关质量不好 可能导致辅助触 点不到位 而保持回路一旦启动后 必须要靠断路器辅助触点打开才能返回 否则跳 合闸电流会一直加在跳合圈上 直到线圈烧毁 而跳合闸线圈是按短时通电设计的 电流加的时间一长 则很容易烧毁 而我们肯定希望有保持回路 否则很容易烧保护 接点 在调试现场一定要注意 如果开关分合操作后 位置指示灯全灭 排除因弹 簧未储能造成 必须马上关掉控制电源 防止烧毁开关线圈 这是一个基本原则 现 场应切记 三 三 操作回路以及外围故障查找举例操作回路以及外围故障查找举例 案例案例 1 1 保持继电器损坏导致操作把手接点烧毁保持继电器损坏导致操作把手接点烧毁 现象描述 某站 35KV 线路保护采用 DF3322E 集中组屏安装方式 屏上配有手合手 分操作把手 QK 调试过程中连续发生 3 次同一线路操作把手损坏故障 分析处理 首先 更换操作把手可以运行一两天 结果故障再现 最后取出操作回路 板件 外观检查无异常 测量 HBJ 线圈电阻 基本正常 对 HBJ 加上 1 5V 直流电压 听不到继电器动作时发出的 咔嗒 一声 测量其常开接点 发现没有闭合 得出故 障原因 由于 HBJ 损坏 合闸保持回路无法启动 手动合闸时 如果把手松的比较快 QK 把手接点在断路器常闭辅助触点尚未打开时就返回了 会造成 QK 把手接点拉弧 查该线路开关参数 合闸线圈电阻 60 合闸电流较大 将近 4A 由于多次拉弧 造成 QK 把手接点烧毁 更换该保护操作回路板后 再未出现 QK 把手接点烧毁的故 障 案例案例 2 2 操作回路配操作回路配 ABBABB 新型新型 VM1VM1 永磁操作机构 位置指示不正确永磁操作机构 位置指示不正确 现象描述 2003 年某站 1 主变低压侧 021 开关采用 ABB 的 VM1 永磁操作机构 操 作回路采用 DF3380 021 开关在跳位时 操作回路指示灯正常 绿灯亮 手合开关 后 操作回路指示灯全灭 用户从开关柜本身位置指示确认开关已合上 TWJ 和 HWJ 接线方式是在在屏体端子排上同合闸 分闸回路并在一起引至开关跳合闸线圈的 分析处理 当开关选用 ABB 的 VM1 永磁操作机构 它的跳合闸线圈实际上是一个电压 触发的固态继电器 动作电压大于 160V 其等效阻值应在 27K 31K 之间 从此参数 来看 保持及防跳功能肯定不能启动 防跳采用开关本身程序闭锁 由于 VM1 永磁机 构跳合闸固态继电器等效电阻较大造成分压 当跳位时 TWJ 回路分压较大 220V 88V 132V 可以启动 TWJ 动作 在合位时 HWJ 回路分压相对小一些 124V HWJ 未能启动 故合位灯不亮 需要单独给保护 TWJ 负和 HWJ 负各引一付断路器常闭和常 开接点 07 37 以取得位置信号 案例案例 3 3 利用操作回路的细节证明保护已正确出口的一次事故分析利用操作回路的细节证明保护已正确出口的一次事故分析 2003 年 6 月 5 日 110KV 蒙阴变 35KV 蒙牌线出口故障 开关 拒动 最终由母联 切除故障 导致该段母线失电的事故 故障时运行方式及保护配置情况如下 蒙引变 为一 110KV 35KV 10KV 负荷变 35KV 为双母线 蒙牌线配置 DF3323 保护 CT 变比 200 5 过流 I 段 Izd 30A t 0s 过流 II 段 Izd 25 4A t 0 3s 未投方向 重合 闸投入 不检 tch 1s 主变 35KV 侧后备配置 DF3331B 保护 CT 变比 1000 5 过 流 I 段 Izd 11A t 0 3s I 段出口跳母联 现场动作时间记录 6 月 5 日故障 时间 2003 年 6 月 5 日 19 时 27 分 序号SOE 时间动作事件 1 19 时 27 分 21s 475ms 蒙牌线 DF3323 保护启动 相对时间 0ms 221s 503ms 蒙牌线 DF3323 过流 I 段动作 相对时间 28ms 321s 515ms 蒙牌线 DF3323 HWJ 0 421s 788ms 蒙牌线 DF3323 过流 II 段动作 相对时间 313ms 521s 851ms 主变中后备 DF3331B 过流 I 段动作 621s 872ms 母联开关 HWJ 0 721s 893ms 蒙牌线 DF3323 过流 I 段返回 相对时间 418ms 821s 895ms 蒙牌线 DF3323 过流 II 段返回 相对时间 420ms 921s 958ms 母联开关 TWJ 1 102