断路器控制回路原理Word文件下载.docx

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目前在500kV变电所二次设备分散布置时，在主控室常采用弱电一对一控制。

3．按控制电源的性质分

断路器的控制方式按控制电源的性质可分为直流操作和交流操作（包括整流操作）两种。

直流操作一般采用蓄电池组供电；

交流操作一般是由电流互感器、电压互感器或所用变压器提供电源。

二、对断路器控制回路的基本要求

断路器的控制回路必须完整、可靠，因此应满足下面一些要求：

（1）断路器的合、跳闸回路是按短时通电设计的，操作完成后，应迅速切断合、跳闸回路，解除命令脉冲，以免烧坏合、跳闸线圈。

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，又可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和跳闸。

（3）控制回路应具有反映断路器状态的位置信号和自动合、跳闸的不同显示信号。

（4）无论断路器是否带有机械闭锁，都应具有防止多次合、跳闸的电气防跳措施。

（5）对控制回路及其电源是否完好，应能进行监视。

（6）对于采用气压、液压和弹簧操作的断路器，应有压力是否正常，弹簧是否拉紧到位的监视回路和闭锁回路。

（7）接线应简单可靠、使用电缆芯数应尽量少。

三、控制开关

控制开关又称万能转换开关，是由运行人员手动操作，发出控制命令使断路器进行跳、合闸的装置。

发电厂和变电所常用的控制开关为LW系列自动复位的控制开关，有三种类型：

（1）LW2系列控制开关：

是跳、合闸操作都分两步进行，手柄和触点盒有两个固定位置和两个操作位置的封闭式控制开关。

此种开关常用于火电厂和有人值班的变电所中。

（2）LW1系列控制开关：

是跳、合闸操作只用一步，其手柄和触点只有一个固定位置和两个操作位置的控制开关。

此种开关常用于无人值班的变电所和水电站中。

（3）LWX系列强电小型控制开关：

其跳、合闸为一步进行，近年来在各种集控台的控制和300MW以上机组的分控室中已被广泛应用。

下面以LW2型控制开关为例说明控制开关的结构及作用。

图5－1　　LW2－Z型控制开关结构图

（a）控制开关外形图；

（b）控制开关左视图

1．控制开关的构成

图5－l是发电厂和变电所普遍应用的LW2－Z型控制开关的结构图。

左端是操作手柄，装于屏前；

与手柄固定连接的方轴上装有5～8节触点盒，用螺杆相连装于屏后，如图5－1（a）所示。

图5－1（b）是控制开关的左视图，由图可见，控制开关的手柄有两个固定位置和两个操作位置。

固定位置：

垂直位置是预备合闸和合闸后；

水平位置是预备跳闸和跳闸后。

操作位置：

右上方为合闸位置，左下方为跳闸位置。

控制开关的操作过程：

合闸操作：

如图5－1（b）示出手柄为预备合闸状态，将手柄右旋30°

为合闸位置，手放开后在自复弹簧的作用下，手柄复位于垂直位置，成为合闸后位置；

跳闸操作：

先将手柄左旋至水平位置，即预备合闸位置，再左旋30°

即为跳闸位置，手放开后在自复弹簧的作用下，手柄复位于水平位置，成跳闸后位置。

2．控制开关的触点盒位置表

控制开关右端的数节触点盒，其四角均匀固定着四个静触点，其触点外端伸出盒外接外电路，而内端与固定于方轴上的动触点簧片相配合。

由于动触点（簧片）的形状及安装位置的不同，组成14种型号的触点盒，代号为1、la、2、4、5、6、6a、7、8、10、20、30、40、50，如表5－1所示。

其中1、1a、2、4、5、6、6a、7、8型的动触点是固定于方轴上随轴转动的，而后5种触点是有自由行程的，即进行跳、合闸操作时动触点随轴转动，而手柄自复后触点不随轴复位，其中10、40、50型的动触点在轴上有45°

的自由行程；

20型有90°

自由行程；

30型有135°

自由行程。

LW2型控制开关型号、型式及其符号含义

（1）型号说明

LW2－1－2／34－56－7

式中　　1　开关型式，共有6类，如表5－1所示；

2　触点型式，共14种；

3　板面型式，共有两种，“F”为方形，“O”为圆形；

4　手柄型式，共有9种；

5　定位器型式，共有两种，45°

定位用“8”表示，90°

定位不表示；

6　限位装置，有者以“×

”表示，无者不表示；

7　触点特殊排列时用A表示。

（2）开关型式及其表示符号

表5－3　　LW2－Z－1a、4、6a、40、20/F8型开关触点通断符号表

表5－2　　　　　开关型式及其型号含义表

型　号

特　　　点

LW2－YZ

LW2－Y

LW2－Z

LW2－W

LW2

LW2－H

带定位及自动复归，手柄内有信号灯

带定位，手柄内有信号灯

带有自复及定位机构

带有自复机构

带有定位机构

带定位及可取出的手柄

3．常用的断路器触点图表　　　　　　　　　　　　　　　

下面以LW2－Z－la、4、6a、40、20、20／F8型控制开关为例介绍。

左列所示手柄的六种位置为屏前视图，而其余右边触点盒的触点通断状况是由屏后视的。

触点排号为逆时针方向次序，“•”号表示触点接通，“一”表示触点断开。

在发电厂和变电所的工程图中，控制开关的应用十分普遍，按新标准将控制开关SA的触点通断状况用图形符号表示如表5－3所示。

表中6条垂直虚线表示控制开关手柄的6个不同位置：

C一合闸、PC一预备合闸、CD一合闸后；

T一跳闸、PT一预备跳闸、TD一跳闸后。

水平线表示触点的引出线，水平线下的黑圆点表示该对触点在此位置是接通的，否则是断开的。

第二节　　断路器的基本控制回路

在发电厂和变电所中有多种成熟的基本控制回路，这些典型接线可以独立运行，也可互相组合构成更复杂的控制回路。

一、断路器的基本跳、合闸控制回路

断路器基本跳、合闸回路如图5－2所示，其工作原理简述如下。

（1）合闸操作。

手动合闸是将控制开关SA打至“合闸”位置，此时其5—8触点瞬时接通；

而断路器在跳闸位置时其动断触点QF2是接通的，所以合闸接触器KM线圈通电起动，其动合触点接通，断路器合闸线圈YC通电启动，断路器合闸。

当合闸操作完成后，断路器的动断辅助触点QF2断开，合闸接触器KM线圈断电，在合闸回路中的两个动合触点断开，切断断路器合闸线圈YC的电路；

同时，断路器动合触点QF1接通，准备好跳闸回路。

断路器的自动合闸是由自动重合闸装置的出口触点K1闭合实现的。

（2）跳闸操作。

手动跳闸是将控制开关SA打至“跳闸”位，此时其6—7触点接通，而断路器在合闸位置时其动合触点QF1是接通的，所以跳闸线圈YT通电，断路器进行跳闸。

当跳闸操作完成后，断路器的动合触点QF1断开，而动断触点QF2接通，准备好合闸回路。

图5－2　　断路器基本跳、合闸回路

断路器的自动跳闸是由保护装置出口继电器K2触点闭合来实现的。

二、断路器的防跳（跳跃闭锁）控制回路

1．断路器的“跳跃”现象及危害

如果手动合闸后控制开关（SA的手柄尚未松开5—8触点仍在接通状态）或者自动重合闸装置的出口触点K1烧结，若此时发生故障，则保护装置动作，其出口K2触点闭合，跳闸线圈YT通电起动使断路器跳闸，则QF2接通，使接触器KM又带电，使断路器再次合闸，保护装置又动作使断路器又跳闸……，断路器的这种多次“跳一合”现象称为“跳跃”。

如果断路器发生跳跃，势必造成绝缘下降、油温上升，严重时会引起断路器发生爆炸事故，危及设备和人身的安全。

图5－3　　由防跳继电器构成的断路器控制回路

2．断路器的“防跳”控制回路

在35kV及以上电压的断路器控制回路中，通常加装防跳中间继电器KCF，如图5－3所示。

KCF常采用DZB型中间继电器，它有两个线圈：

电流起动线圈KCF1，串接于跳闸回路中；

电压（自保持）线圈KCF2，与自身的动合触点串联，再并接于合闸接触器KM的回路中。

当手动合闸时SA的5—8触点尚未断开或自动装置K1触点烧结，此时发生故障，则继电保护装置动作，K2触点闭合，经KCF1的电流线圈、断路器动合触点QF1，跳闸线圈通电起动，使断路器跳闸。

同时，KCF1电流线圈起动，其动合触点闭合，使其经电压线圈KCF2自保持，而KCF的动断触点断开，可靠地切断KM线圈回路，即使SA的5—8触点接通，KM也不会通电，防止了断路器跳跃现象的发生。

只有合闸命令解除（SA的5—8触点断开或K1断开），KCF2电压线圈断电，才能恢复至正常状态。

对于3~10kV电压等级的断路器，如果采用室内开关柜，没装自动重合闸，由于开关柜具有机械防跳装置，为了简化接线，此时断路器可不设电气“防跳”装置。

三、断路器的位置指示

断路器的跳闸、合闸状态在主控制室应有明确的指示信号，一般有双灯制（红、绿灯）和单灯制（白灯）两种接线方式。

图5－4　　断路器的位置指示接线图

（1）双灯制控制接线。

断路器的双灯制位置指示接线如图5－4所示。

当断路器在跳闸位置时，其动断触点QF2接通，绿灯（HG）亮；

当断路器在合闸位置时，其动合触点QF1接通，红灯（HR）亮。

即红灯（HR）亮表示断路器在合闸状态，绿灯（HG）亮表示断路器在跳闸状态。

（2）单灯制控制接线。

单灯制用灯光和控制开关手柄位置来表示断路器手动跳、合闸位置。

有中控台的，一般也设置跳、合闸位置继电器，利用其相关的触点接通中央音响信号及模拟灯信号回路。

四、断路器自动跳、合闸的信号回路

断路器由自动装置驱动进行跳、合闸时，信号灯是闪光的，与手动跳、合闸时信号灯是平光的有所区别。

现以双灯制断路器的跳、合闸信号回路为例，具体分析如下。

图5－5是断路器跳、合闸双灯制信号回路接线图，其动作原理简析如下。

1．断路器跳闸信号

（1）手动合闸。

SA置“跳闸后”位置时，其触点10—11通，绿灯HG经QF动断触点发平光，表示断路器手动跳闸。

（2）自动跳闸。

SA在“合闸后”位置时，其9—10触点通，此时若发生故障，自动装置动作使断路器自动跳闸，QF2动断触点自动接通，绿灯HG经SA的9－10触点接至闪光小母线M100（十），则绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。

（3）绿灯闪光解除。

值班人员将SA打至“跳闸后”位置，其触点10—11接通，9－10断开，绿灯接至“十”电源小母线，所以绿灯又发平光，闪光解除。

2．断路器合闸信号

SA置“合闸后”位置时，其触点13—16

图5－5　　断路器跳、合闸双灯制信号回路接线

接通，红灯HR经动合触点QF1发平光，表示断路器手动合闸。

（2）自动合闸。

断路器在“跳闸后”位置时，SA的14—15触点通，此时若自动装置动作使断路器自动合闸，则QF的动合触点QF1自动接通，红灯HR经SA的14—15触点接至闪光小母线M100（＋），则红灯HR闪光，表示断路器自动合闸。

（3）红灯闪光解除。

值班人员将SA打至“合闸后”位置，其触点16—13接通，14—15断开，红灯接至“十”电源小母线，所以红灯又发平光，闪光解除。

3．事故音响信号起动回路

断路器自动跳、合闸后，不仅指示灯要发出闪光，而且还要求发出事故音响信号（蜂鸣器HA）。

事故音响信号是利用不对应原则实现的，全厂共用一套音响装置。

（1）事故音响信号何时发出？

在电力系统发生的故障中，暂时性故障占70％以上，所以规定断路器因系统故障而自动跳闸后，应自动（或手动）重合闸一次，以判断故障的性质。

如为暂时性故障（风吹树枝、竹杆碰线、鸟害等）故障很快消除，则重合闸会成功；

如为永久性故障（如线路断线、杆塔倒地等），故障不会自动消除，当重合于故障线路上，则断路器在保护装置的作用下即刻跳开，应发出音响。

（2）手动重合闸的要求。

在事故发生后，若需手动重合闸，则控制开关由原“合闸后”先打至水平位，然后打至“预备合闸”、“合闸”、“合闸后”，由于断路器已跳闸，为使控制开关在转到“预备合闸”和“合闸”位置瞬间，不会因断路器触点与控制开关触点接通误发事故音响信号，使值班人员难辨真假，故在接线中应采用只有在“合闸后”位置才接通的触点，而在表5－4找不到这样的触点，所以采用1－3与19—17两对触点串接的方法来实现只在“合闸后”才接通的要求。

（3）用“不对应原则”启动事故音响回路。

图5－6为事故音响信号启动回路，由图可见，要接通M708至－700回路，即SA的1—3与19—17触点需与QF动断触点同时接通。

SA的1－3与19—17触点在“合闸后”通，而QF动断触点在跳闸后才闭合，这样利用控制开关SA的位置与断路器（辅助触点）位置不对应接通事故音响信号的原则，就叫不对应原则。

灯光信号也存在这样的问题：

在合闸操作过程中，由于不对应原则使信号灯闪光。

因为，在图5－6中，原SA在“合闸后”位置，9—10触点接通；

当断路器自动跳闸后，其动断触点闭合，绿灯HG经SA的9—10接至M100（十），所以闪绿光。

此时手动SA，置“预备跳闸”绿灯平光、“预备合闸”－绿灯闪光、“合闸”一绿灯仍闪光、“合闸后”瞬间绿灯仍闪光，直至断路器合闸完成，其辅助触点同时切换完毕，绿灯灭，红灯经QF动合触点、SA的13—16触点发平光，表明合闸操作过程的完成。

图5－6　　事故音响信号起动回路

五、断路器控制回路完好性的监视

断路器的控制回路包括熔断器和其回路接线，必须对其有经常性的监视，否则当熔断器熔断或控制回路断线（经常是接触不良）时，将不能正常进行跳、合闸操作。

目前广泛采用的控制回路完好性监视方式有两种，即灯光监视和音响监视。

在中小型发电厂和变电所一般采用双灯监视方式，在大型发电厂和变电所则多采用单灯加音响监视方式。

（1）双灯制监视方式。

如第三节图5－7所示，当断路器在跳闸位置时，若控制回路完好则绿灯HG亮，否则说明熔断器熔断或合闸回路断线；

同理，红灯HR亮，表明断路器在合闸位置，同时说明跳闸回路是完好的。

（2）单灯制监视方式。

如第四节图5－8所示，将跳闸位置继电器KCT的动断触点和合闸位置继电器KCC的动断触点串联接于控制回路断线小母线M7131与“十”电源之间。

当控制回路熔断器熔断时，KCT和KCC同时失电，其动断触点同时闭合，接通信号继电器KS，发出控制回路断线的音响和光字牌信号；

并进一步由控制开关SA手柄内信号灯的熄灭与否，找出故障回路。

第三节　　灯光监视的断路器控制回路

在发电厂和变电所中，常见的断路器控制回路可分为两种，即灯光监视的控制回路和音响监视的控制回路

图5－7是灯光监视的断路器控制回路接线图。

由图可见，

图5－7是由基本控制回路图5－2、图5－3、图5－5和图5－6组合而成，该接线图折动作原理分析如下：

图5－7　　灯光监视的断路器控制回路接线图

（1）手动合闸或自动装置合闸。

手动合闸，SA的5－8触点瞬间接通（或自动装置动作，其出口继电器动合触点K1闭合），此时断路器动断触点QF2和防跳继电器KCF动断触点是接通的，所以控制电源电压加到合闸接触器KM的线圈上，其动合触点闭合，启动合闸回路中的断路器合闸线圈YC，断路器合闸。

手动合闸的灯光信号：

手动合闸后，SA的16—13触点接通，断路器合闸后其动合触点QF1闭合，所以红灯HR经SA16—13→R2→KCF1→QF1→YT通电发平光。

但因回路中串有KCF1、R2及HR等电阻元件，所以YT和KCF1两线圈上压降达不到其启动值，所以断路器不会跳闸。

自动合闸时的灯光信号：

自动装置动作，K1闭合，KM启动，断路器自动合闸。

此时，SA是处在“跳闸后”位置，SA的14—15触点接通，所以红灯HR经SA的14—15触点→R2→KCF1→QF1→YT接至闪光小母线M100（十）上，红灯HR闪光。

（2）手动跳闸或保护装置动作跳闸。

手动跳闸，SA的6－7触点接通（或保护装置动作，其出口继电器动合触点K2闭合），此时断路器动合触点QF1是闭合的，所以控制电源电压加到断路器跳闸线圈YT和防跳继电器KCF1线圈上。

YT阻抗大于KCF1的阻抗，但KCF1电流线圈灵敏度高于YT，所以两线圈同时启动。

YT启动断路器跳闸，而防跳继电器KCF启动，其触点进行切换。

手动跳闸的灯光信号：

手动跳闸后，SA的10—11触点接通，而断路器动断触点QF2闭合，所以绿灯HG经SA的10—11→R2→QF2→KM线圈通电发平光。

但因回路中串有HG和Rl电阻元件，KM线圈上压降达不到其启动值，所以断路器不会合闸。

自动跳闸时的灯光信号：

自动装置动作，K2闭合，断路器跳闸。

此时，SA在“合闸后”位置，其9—10触点接通；

断路器跳闸后，QF3闭合，所以绿灯HG经SA的9—10触点→R1→QF2→KM线圈接到闪光小母线M100（十）上，绿灯HG闪光。

（2）跳、合闸回路完整性监视。

在跳、合闸回路中接入红、绿信号灯：

①跳闸回路，红灯亮表示断路器在合闸状态（QF1动合触点闭合），且跳闸回路是完好的（YT回路畅通）。

②合闸回路，绿灯HG亮，表示断路器在跳闸状态（QF2动断触点闭合）。

且合闸回路是完好的（KM线圈回路畅通）。

（3）熔断器完好性监视。

红灯HR或绿灯HG有一个亮，则表明熔断器FU是完好的。

（4）KCF动合触点串一电阻R4与K2动合触点并联，防止当K2先于QF1跳开时烧坏K2触点，而加入KCF动合触点与R4串联，即使K2先跳开，因有与之并联的KCF及R4，所以K2不会烧坏。

（5）灯光监视的控制回路的优缺点。

该回路结构简单，红、绿信号灯指示断路器的位置十分明显；

但在大型发电厂和变电所中，因控制屏多，所以必须加入音响信号，以便及时引起值班人员的注意。

第四节　　音响监视的断路器控制回路

音响监视的断路器控制、信号电路如图5－8所示。

操作机构为电磁操作。

图中M709、M710为预告信号小母线；

M7131为控制回路断线预告小母线；

SA为LW2－YZ－1a、4、6a、40、20、20／F1型控制开关；

KCC、KCT为合闸、跳闸位置继电器；

KS为信号继电器；

H为光字牌。

电路的动作过程如下：

1．断路器的手动控制

断路器手动合闸前，跳闸位置继电器KCT线圈带电，其常开触点KCT闭合，由十700经SA14—15触点→KCT常开触点→SA1—3触点→R1至一700形成通路。

信号灯发平光。

手动合闸操作时，将控制开关SA置于“预备合闸”位置，此时，M100（十）经SA13一14→KCT→SA1—3→R1至一700形成通路，信号灯闪光。

接着将SA置于“合闸”位置，SA9－12触点接通，接触器KM带电，其常开触点闭合，合闸线圈YC带电，使断路器合闸。

断路器合闸后，SA自动复归至“合闸后”位置。

此时由于断路器合闸，合闸位置继电器KCC线圈带电，其常开触点闭合后，＋700经SA17—20触点→KCC→SA2—4→R1至－700形成通路，信号灯发平光。

手动跳闸操作时，先将SA置于“预备跳闸”位置，此时，M100（十）经SA17－18→KCC→SA1—3→R1至－700形成通路，信号灯闪光。

再将SA置于“跳闸”位置，SA10－11触点接通，跳闸线圈YT带电，使断路器跳闸。

断路器跳闸后，SA自动复归至“跳闸后”位置，KCT带电，常开触点闭合，此时SA14—15触点通，信号灯发平光。

2．断路器的自动控制

当自动装置动作后，K1触点闭合，短接SA9—12触点，合闸回路接通，断路器合闸。

此时，SA位于“跳闸后”位置，M100（十）经SA18—19→KCC触点→SA1－3→R1至－700形成通路，信号灯闪光。

操作SA至“合闸后”位置使信号灯发平光。

当继电保护动作、保护出口继电器KCO触点闭合接通跳闸回路，使跳闸线圈YT带电，断路器跳闸。

此时，M100（十）经SA13—14→KCT→SA2—4→R1至－700形成通路。

信号灯闪光。

同时SA5—7、SA23—21和KCT的常开触点均闭合，接通事故跳闸音响信号回路，发事故音响信号。

3．控制电路电源监视

当控制电路的电源消失（如熔断器FU1、FU2熔断或接触不良）时，KCC和KCT同时失电，其常开触点断开，信号灯熄灭，其常闭触点闭合，起动信号继电器KS，KS的常开触点闭合接通光字牌H显示“电源消失”同时发出音响信号。

当断路器、SA均在合闸（或跳闸）位置，跳闸（或合闸）回路断线时，都会出现信号灯熄灭，光字牌点亮并延时发音响信号。

如果控制电源正常，信号电源消失，则不发音响信号，只是信号灯熄灭。

4．音响监视的优点

（1）由于跳闸和合闸位置继电器的存在，使控制回路和信号回路分开，这样可以防止当回路或熔断器断开时，由于寄生回路而使保护装置误动作。

（2）利用音响监视回路的完好性，便于及时发现断线故障。

（3）信号灯减半，对大型发电厂和变电所不但可以避免控制屏太拥挤，而且可以防止误操作。

（4）减少了电缆芯数。

但是、音响监视采用单灯制，增加了两个继电器（KCT和KCC），位置指示灯采用单灯不如双灯直观。

目前只有大型发电厂、变电所宜采用音响监视方式。

第五节　　灯光监察弹簧操作断路器控制回路

一、对弹簧储能操作的特殊要求

图5－9　　弹簧操作灯光监视的断路器控制、信号电路图

断路器采用弹簧储能操作，是利用弹簧预先储备的能量作为断路器的合闸的动力。

为了满足断路器控制的要求。

在操作机构中装有合闸弹簧。

采用这种控制方式，对操作电源容量的要求不高，在220kV及以下系统中得到应用。

弹簧储能操作除考虑对控制回路的基本要求外，还应满足以下特殊要求：

（1）合闸弹簧的储能要自动完成。

（2）合闸弹簧拉紧不到位时不允许合闸，并发出信号。

二、基本电路及工作状态分析

图5－9为弹簧操作灯光监视的断路器控制、信号电路图。

该图控制电压为－220V或一110V，适应于直流电源为镉镍电池或免维护铅酸蓄电池直流屏的发电厂或变电所中的断路器控制、信号系统。

电路图的工作原理与电磁操作的断路器相比，有以下特点：

（1）当断路器无自动重合闸装置时，在其合闸回路中串有操动机构的辅助常开触点Q1。

只有在弹簧拉紧到位，Q1闭合后，才允许合闸。

（2）当弹簧未拉紧时，操动机构的