城轨供变电技术 第七章.docx

1、城轨供变电技术 第七章第七章城市轨道交通变电所的控制系统【问题导入】各主、牵引变电所中，完成断路器、隔离开关等高压开关电器分、合闸操动机构的电气回路称控制电路。本章讲述控制电路的基本组成、控制开关的结构与操作方法，以及采用不同型号操动机构的断路器（隔离开关）控制信号回路的结构与工作原理。【学习目标】掌握断路器控制回路的基本要求掌握基本的断路器控制信号电路的组成及动作过程掌握液压操作机构中灯光监视的断路器控制信号电路组成及动作过程掌握弹簧操作机构中灯光监视的断路器控制信号电路组成及动作过程掌握液压弹簧操作机构中灯光监视的断路器控制信号电路组成及动作过程第一节控制、信号电路概述一.控制电路的基本构

2、成各级变电所的断路器、隔离开关的控制电路一般是由指令单元、闭锁单元、联锁单元、中间传送放大单元、执行单元和连接它们的导线等二次电气设备组成。指令单元一般由控制开关、转换开关、按钮、保护出口继电器和自动装置等构成，其作用是发出断路器、隔离开关分、合闸命令脉冲或触发各保护装置的出口继电器。闭锁单元一般是由闭锁继电器接点、断路器的辅助接点组成，其作用是当一次设备发生重大故障时，闭锁接点打开，切断分合闸回路，避免断路器重合闸故障设备，防止事故范围进一步扩大。例如，当主变压器发生重瓦斯保护动作时，闭锁继电器的接点打开，闭锁断路器的人工合闸或自动重合闸回路。断路器、隔离开关进行联动操作时，通常在控制回路中

3、设置联锁单元，保证断路器、隔离开关操作顺序的正确性。中间传送、放大单元是由继电器、接触器及其接点组成，其作用是将指令单元发出的命令脉冲放大，并按一定程序送给执行机构。执行单元是断路器、隔离开关的操动机构，其作用是按命令驱使断路器分合闸。断路器、隔离开关的控制电路结构如图7-1所示。图7-1控制电路框图二.控制电路的类型按指令电器与操作机构之间距离的远近与等级，电气控制的方式可分为远动控制、就地控制二种。远动控制由电力调度通过微机集中控制操纵高压断路器和隔离开关分合闸，改变各变电所的运行方式，也称为遥控。就地控制操作人员在实际开关所在地通过按钮或转换开关，或者用手直接操作手动机构控制断路器和隔离

4、开关分合闸。按照断路器工作状态、控制电路完整性监视方式不同，控制电路又分为：灯光监视控制回路和音响监视控制同路。三.控制、信号电路的基本技术性能1.能进行正常的人工分闸与合闸，又能进行故障时的自动分闸或自动重合闸。分、合闸操作执行完毕后，应能自动解除命令脉冲，断开分、合闸同路，以免分、合闸线圈长期受电而烧毁。2.能够指示断路器的分合闸位置状态，自动分、合闸时应有明显的信号显示。3.能监视控制电源及下一次操作电路的完整性。4.无论断路器的操动机构中是否设有防止跳跃的机械闭锁装置，控制电路中均应设防止跳跃的电气闭锁装置。5.对于采用气动，弹簧、液压操作机构的断路器，其控制电路中应设相应的气压、弹簧

5、（压力）、液压闭锁装置。6.当隔离开关采用电动操作时，断路器与隔离开关控制电路中设置相应的联动措施，保证其联动操作顺序的正确性。7.接线应力求简单可靠，联系电缆的条数、芯散应尽量减少。四.控制开关控制开关是控制回路的控制元件，由运行人员直接操作，发出合、分命令脉冲，使断路器、隔离开关合、分闸，实现对断路器、隔离开关的距离控制。变电所中采用三位置控制开关，如图7 -2所示：控制开关操怍转换过程有三个位置。“合位”、“分位”、“零位置”（中间竖直位置）。控制开关手柄平时处于“零位置”，将控制开关手柄沿顺时针方向旋转45度达到“合闸”位置，SA1-3接点闭合，发出合闸命令脉冲。由于控制开关的合闸位是

6、个不固定位置，当操作完毕后控制开关手柄在弹簧力的作用下，自动沿逆时针方向旋转45度。返回中间零位，SA1-3断开，分闸操作时，将控制开关手柄沿逆时针旋转45度。SA2-4接点闭台；操作员手松开后，控制开关手柄自动恢复于中位，SA2-4接点断开。图7-2三位置控制开关接点通断图形符号第二节采用液压操动机构断路器控制、信号电路变电所中110KV断路器大部仍采用SF6断路器（配用弹簧操动机构）。老式的仍采用少油断路器（配用液压操动机构），本节介绍少油断路器110KV侧断路器的控制、信号电路基本原理。不同的厂家的产品有不同，但要点一致。这里以CY3-V型液压操动机构为例，操动机构原理见第三章第七节。一

7、.电路结构要点1.合闸线圈直接接于控制电路中，合闸线圈的受电动作受电气联锁制约因素多，只有在联锁条件满足合闸要求时，断路器才能进行正常合闸。2.控制回路中的液压监视装置实现了对断路器分合闸操作的液压闭锁、油压信号显示以及油泵电机自动启动功能。二.控制信号回路工作原理分析1.故障闭锁继电器动作情况分析当变压器本体发生内部重故障（如差动、重瓦斯保护动作）时，保护装置动作，变压器内部故障闭锁继电器KCB1（在变压器保护回路中）受电，KCB1-9闭合，闭锁继电器线圈KCB7-8受电，KCB9-11打开，断路器不能进行合闸操作。在故障查明之前，禁止按动闭锁解除按钮SB3，在故障查明并排除之后，方可控下闭

8、锁解除按钮SB3，使闭锁继电器复归线圈KCB17-18受电动作（KCB是双线圈双位继电器，线圈7-8为启动线圈。线圈17 -18为复归线圈），KCB9-11闭合断路器恢复正常的合闸操作。KCB2为断路器故障闭锁继电器，KAO为备用电源自动投入装置合闸出口继电器。当断路器及其操动机构（本书一次部分有述）发生重故障时，如油压系统的油压过低，会对操作产生不良的影响，合闸时因功率不够而造成慢合现象，这是绝对不允许的。因此，断路器本体发生重故障时，断路器内部故障闭锁继电器KCB2受电动作，KCB21-9闭台，闭锁继电器线圈KCB7-8受电，KCB9-11打开，闭锁断路器合闸回路。2.断路器的手动控制（1

9、）手动操作合闸合闸前，断路器在分闸位置；断路器联动辅助常闭接点QFl闭合。选择开关SA1手柄在“所内”位，SA12-1闭合。合闸时，将控制开关SA2手柄打至合闸位，SA21-3闭合，发出合闸命令脉冲。使：+FU1SAl2-1SA21-3KCF3-11和KCF4-12KCB9-11KOH7-8FU2 ；图7-3 应用CY3-V型液压操动机构的断路器控制和信号回路展开图电路接通，合闸继电器KOH线圈受电，其常开接点KOH1-9闭合，使：+FU1KOH1-9QF1YC1-2S33-1FU2 电路接通，合闸线圈YC受电，操动机构驱动断路器合闸，断路器合闸完毕，辅助联动接点QF1断开，合闸线圈失电复归。

10、（2）手动操作分闸 正常时，本型断路器油压系统额定油压为27.93 Mpa，储压器行程开关触点S43-1闭合。 分闸时，将控制开关SA2转至分闸位，SA22-4闭合，发出分闸命令脉冲，使：+FU1SA12-1SA22-4KTP7-8FU2 电路接通，分闸继电器KTP线圈受电，其常开接点KTP1-9闭合。使： +FU1KTP1-9KCF18-20QF2YT1-2S43-1FU2 电路接通，分闸线圈YT受电，断路器分闸。断路器分闸完毕后，常开辅助联动接点QF2断开，切断分闸线圈回路，达到了命令脉冲自动解除的要求。3.断路器的自动控制（1）自动合闸为提高变电所的供电可靠性，一般要安装备用电源自投装置

11、和备用变压器自投装置，以便在进线电源故障或主变压器故障（或断路器故障）时实现自动转换，转换主要依赖于开关按照预定逻辑顺序的系列动作。当线路自投或主变自投动作，需要断路器自动合闸时，自投装置合闸出口继电器KAO常开接点KAO1-9闭合，在满足断路器合闸条件的前提下自动合闸回路接通，合闸继电器KOH线圈通电，最终完成合闸。（2）自动分闸保护装置动作时的，出口继电器常开接点KCO11-9 闭台，同时对电流线圈KCO118-20自保持，确保断路器可靠分闸。4.断路器的液压监视与控制不同的制造厂各压力规定有所不同，例：依据某高压电器厂SW6一110型高压断路器及CY3V型液压操作机构说明书，正常时，液压

12、系统的额定油压为27.93 MPa，各压力接点的动作压力定值如表7-1所示。表7-1压力接点的动作整定表在这里，液压系统压力表电接点的正常状态是指压力值低于整定压力值时的状态，动作状态是指压力值等于或高于整定压力值时的状志，因此，油压超过整定压力值时常开接点闭合（动作），油压低于整定压力值时常闭接点闭合。故液压系统油压正常时，各接点的状态为：S21-2、S32-4断开，Sl 1-2、S33-1、S43-1闭合，KVP K1，KVPK2断开，压力异常闭锁中间继电器KC不受电，其常闭接点KC4-9闭合，常开接点KC10-5断开。（1）分、合闸压力闭锁液压系统的油压过低，会对操作产生不利影响，如合闸

13、时会因功率不够而造成慢台现象，这是不允许的。因此在合闸回路中串入液压系统压力表电接点S33-1，分闸回路中串入液压行程开关接点S43-1，作为压力闭锁。当油压小于24 MPa时，S33-1断开，切断合闸线圈回路，断路器不允许合闸。当油压小于23 MPa时，S43-1接点断开，切断分闸线圈回路，使断路器不能分闸。实现了合分闸压力闭锁。（2）油泵电机的超动当油压小于27.2 MPa时，液压系统压力表电接点S21-2闭合，使：+FU3S21-2 KC4-9KM3-8FU4 电路接通，接触器KM受电动作，主接点闭合，使：+KM6-1电机MKM2-7FU4 电路接通，油泵电机起动运转进行打压。接触器常开

14、接点KM10-15闭合，发出油泵电机运转信号，同时接触器的另一对常开接点闭合，使：+FU3S11-2KM4-9KC4-9KM3-8FU4 电路接通，+通过S11-2接点向接触器线圈供电，当油压升到27.2 MP，S21-2断开，但压力接点S11-2仍然闭合，油泵电机继续保持运转。油压继续升高到27.93 MP后，S11-2断开，接触器KM失电返回，油泵电机停止工作。（3）压力异常闭锁信号当油压系统出了故障后使得油压急速下降或升高时，对油泵电机应采取压力异常闭锁。运行中若油压低于15.7 MPa时，接点KVPK2闭合，使得中间继电器KC3-8受电动作，常闭接点KC4-9断开，切断油泵电机的起动回

15、路，使电机停转。因为这种现象的出现，往往意味着液压系统出现较大泄漏故障，油泵电机继续运转也无法使油压恢复正常，必须采取必要的检修措施。若运行中油压高于34.3MPa油泵仍继续工作。则接点KVPK1闭合。使中间继电器KC3-8受电动作后切断油泵电机的工作回路，使其停转。中间继电器KC受电动作后，除切断油泵电机回路外，另一对接点KC10-5闭合发出压力异常的预告信号，指明液压机构内出现故障。当压力低于24 MPa时（根据运行情况而定），S32-4接点闭合，发出液压降低的预告信号提醒值班员注意并及时排除。5.电气防跳操作过程中，断路器在短时间内反复出现分合闸的情况，称为断路器的“跳跃”。多次频繁跳跃

16、不但使断路器损坏，而且还将扩大事故范围，为此必须采取防跳措施，通常在控制回路中设置电气防跳措施。断路器的跳跃现象一般发生在主变压器及其线路处于永久性短路故障而且合闸回路断不开的情况下，当断路器合闸送电至故障线路后，继电保护装置动作使断路器跳闸，若控制开关SA2仍在合位而未转换，或KAO1-9接点发生故障未断开而处于接通状态时，断路器将再次合闸，保护又将使断路器跳闸，如此反复分、合动作，即发生跳跃现象。同样，设置具有电压线圈与电流线圈的双线圈防跳继电器KCF，其电流线圈串联于跳闸回路中，其动作电流略小于跳闸线圈的动作电流，这保证分闸时其可靠动作，此电流线圈电阻极小，对跳闸回路影响甚微；另一线圈为

17、电压自保持线圈，经过自身的常开接点KCF1-9并联于合闸线圈回路。此电压线圈及其串联电阻阻值很大，不影响合闸回路动作；采用并联的两个常闭接点KCF3-11、KCF4-12串联于台闸回路，确保其中一个常闭接点非正常断开时合闸回路依然畅通。在图7-3所示控制回路中，当断路器合闸于永久性故障点时，保护由口继电器常开接点KCO1-9闭合，使断路器跳闸，同对也使跳闸回路中的防跳继电器KCF的电流线圈受电动作，其常闭接点KCF3-11闭合、KCF4-12断开，分断合闸同路；常开接点KCF1-9闭合，若此时KAO1-9接点仍在接通状态时，使：+FU1KAO1-9 KCF1-9RKCF7-8（电压）FU2 电

18、路接通，防跳继电器KCF自保持在动作状态。常所接点始终断开，切断合闸回路，避免了断路器再次合闸，从而起到了防止断路器跳跃的作用。只有当合闸脉冲消除后，防跳继电器电压线圈断电返回，电路才能恢复合闸功能。第三节采用弹簧操动机构的断路器控制、信号电路现今城轨变电所断路器多数为采用弹簧储能操动机构如10KV真空断路器，110KVSF6断路器，二次系统采用综合自动化计算机监控系统，系统中的馈线保护测控单元承担对该断路器的测量、控制、保护功能，装置包括具有自动重合闸功能的保护插件、出口插件、信号插件等单元。现在以第三章第七节中所述CT-100型弹簧储能操动机构为例说明其控制、信号回路。一.电路结构要点图7

19、-4是应用弹簧储能操作机构的断路器的控制装置原理图。因厂家不同而不同，但原理接近，该电路图特点是：图7-4（a） CT100型弹簧储能操动机构的断路器控制回路1.合闸电流小，合闸线圈直接串接于合闸回路中，省去了合闸接触器线圈回路，故采用弹簧储能操动机构的断路器所需功率不大。2.控制电路中增设了套电动机储能控制回路和储能延时闭锁回路。3.断路器合闸回路中串入储能电机控制继电器KC常闭接点KC5-6（该接点在弹簧压紧时是闭合的），以确保只有在弹簧储能完毕并压紧的情况下才允许合闸。4.变电所采用综台自动化计算机监控系统，断路器的当地控制、监视一般在当地监控单元完成。因此，电路中不设控制开关，当地控制

20、通过计算机使共出口继电器常开接点K1（或K2）闭合实现合（分）闸操作断路器的位置信号也在当地监控单元显示。二.电路原理分析1.合闸操作电力调度中心传送远动合闸命令，或者由值班员在当地监控单元发出合闸命令脉冲，都可以使接点K1闭合，若合闸弹簧已储能完毕，则使：+FU1K1KCF25-6KC5-6YC线圈QF1FU2 电路接通，合闸线圈YC受电，操动机构驱使断路器合闸。断路器合闸完毕，常用辅助接点QF1断开，常开辅助接点QF2闭合，使：+FU1KCC1-16RKCCYT线圈QF2FU2 电路接通，由于合闸位置继电器KCC阻抗大，分闸线圈YT阻抗小，使得分闸线圈承受的电压小于最小允许动作值，故断路器

21、不分闸。而合闸位置继电器KCC受电动作，其常开接点KCC9-13闭合，在当地监控单元中给出合闸位置信号。断路器常闭辅助接点QF1断开后，分闸位置继电器失电，同时合闸线圈YC失电，合闸脉冲自动解除。当重合闸动作时，常开接点KCA18-5闭合，可驱使断路器合闸，并在当地监控单元显示重合闸动作信号。2.分闸操作电力调度中心传送远动分闸命令，或者由值班员在当地监控单元发出分闸命令脉冲，都可以使接点K2闭合，使：+FU1K2V26、V27、V28YT线圈QF2FU2 电路接通，YT受电动作，操动机构驱使断路器分闸。V26、V27、V28的管压降确保KCF1线圈受电动作，起到防跳闭锁的作用。与KCF1并联

22、的反向二极管V32的作用是：其一，在KCF1线圈断电后为其提供放电通路；其二，在电压过高时，V32首先反向击穿，促使熔断器动作，超保护作用。断路器分闸后，常开辅助接点QF2断开，常闭辅助接点QF1闭合，使：+FU1KCT1-16RKCTKCF25-6KC5-6YC线圈QF1FU2 电路接通，分闸位置继电器KCT受电动作，当地监控单元显示该断路器分闸。断路器常开辅助接点QF2断开后，合闸位置继电器失电，同时分闸线圈YT失电，分闸脉冲自动解除：同样，继电保护动作使常开接点KCOl8-5闭合，也可作用于断路器跳闸，同时给出事故跳闸信号。3.弹簧储能与闭锁弹簧储能断路器的操动机构正常工作时，分、合闸弹

23、簧都处于压缩储能状态，限位开关S1处于断开位置，中间继电器KC不受电，其常开接点KC7-8断开，接触器KM不受电，储能电机不运转；常闭接点KC5-6闭合，允许断路器合闸操作。断路器合闸操作时，合闸弹簧释放能量，断路器合闸到位后，限位开关S1闭合，中间继电器KC线圈受电，其常开接点KC7-8闭合，通过接触器KM的动作使储能电机受电运转，同时KC9-13闭合给出储能电动机运转信号，当合闸弹簧储能到位后，S1断开、储能电机停转。当因机械故障经过一段时间仍不能使合闸弹簧储能到位时，由时间继电器KT动作使电动机停转。此外，图7-4(b)中设置合闸位置继电器KCC以及分闸位置继电器KCT的常闭接点串联电路

24、，实现对控制回路完整性的监视。图7-4（B） 应用弹簧储能操动机构的断路器信号回路第四节采用弹簧储能液压操动机构的断路器控制、信号电路随着变电所设备的进步，液压弹簧操动机构（弹簧储能液压操动机构）越来越多的应用在各真空或SF6 的断路器中，这些断路器多为10KV或35KV中压等级。现今，在超高压断路器（500KV以上）也采用了特种的液压弹簧操动机构。现在以本书第三章第七节中所述HMB43型液压弹簧操动机构为例说明其控制、信号回路。一.电路结构要点1.当断路器内所充SF6气体密度下降到极限值时，操动机构能分别发出补气和闭锁信号，并且能实现操作闭锁。2.操动机构具有在合闸状态油压下降到零并重新启动

25、油泵电机的功能。3.操作机构装有安全阀，具有在系统油压异常情况下自保护的功能。二.电路原理分析1.断路器的手动合闸合闸前，断路器在分闸位；断路器辅助常闭接点QF19-20 和QF23-24闭合。合闸时，按下合闸控制按钮SB1，发出合闸命令脉冲，使：+FU1SB1KC4接点KC2接点KC1接点QF19-20和QF23-24YC1-2FU2 电路接通，合闸线圈YC受电，操作机构驱动断路器合闸。断路器合闸完毕，QF29-30 闭合，合闸位置信号HL5亮，批示断路器合闸状态，联动接点QF19-20和QF23-24断开，合闸线圈失电复归。QF1-2和QF5-6闭合，为下一次分闸准备。2.断路器的手动分闸

26、图7-5 HBM43型弹簧储能液压操动机构的断路器控制与信号回路分闸时，按下按钮SB2，发出分闸命令脉冲，使：+FU1SB2KC3接点KC4接点QF1-2和QF5-6YT1-2FU2 电路接通，分闸线圈YT受电，断路器分闸。断路器分闸完毕后，QF27-28闭合，位置信号灯HL6亮，显示分闸，常开联动接点QF1-2和QF5-6断开，切断分闸线圈回路，自动解除命令脉冲。3.断路器的监视闭锁和储能（1）本体闭锁，断路器中SF6气体上的密度继电器ST对SF6 气体压力实时监测，并实现分合闸闭锁。当气体压力低于某个值（如0.6MPa，值由设备决定），ST1-2合上，HL1灯亮，报警，压力正常后，复归。如

27、故障持续，当气体压力逐渐降低，达到某个值（如0.5MPa，值由设备决定），ST3-4 合上，KC4动作，闭锁分合闸回路，同时信号灯HL2亮，指示闭锁，ST各触点可由行程开关触发。（2）油压闭锁，当液压系统油压过低时，会产生一些因功率不够，合闸时速度不够的慢合现象，这是不允许的。所以当液体压力会引起一些闭锁，如图7-6所示，油压越低，推杆越下，油压越高，推杆越上，这样依次触发微动开关S1、S2、S3、S4、S5，各开关被压下时常开触点打开，不接触时，常开触点闭合。在合闸回路中串入了合闸闭锁继电器KC2的常闭接点，正常时，推杆压住S3，S31-2 打开，油压低时，推杆下降至S3以下，S31-2 合

28、上，造成合闸闭锁继电器KC2线圈得电，KC2常闭接点打开，禁止合闸。同理，在分闸回路中串入了分闸闭锁继电器KC3的常闭接点，由开关S2的状态控制，进行分闸闭锁。图7-6 微动开关示意图（3）储能与控制当操动机构动作后，一般来说油压会降低，推杆下行，松开S4，S4闭合，使：+FU3S11-3S41-2QA11-2KT1-2FU4 KT6-5KM5-6接触器KM线圈得电，接通电机回路KM1-2、KM4-3，对碟簧进行储能。KM83-84闭合，使HL9亮发出油泵电机运转信号。同时接触器的另一对常开触点KM13-14闭合，使：+FU3S11-3S51-2KM13-14KT6-8KM5-6FU4 电路接

29、通，KM自锁，当油压升高，S41-2断开时电动机继续转动充能，直到S5被触发，S51-2打开，电动机停止，充能完成。如果因故障电动机运转时间过长时，时间继电器KT的延时闭合触点打开，使电动机停转。同时另一KT3-4闭合，发出超时信号，当电机回路出现过载时，通常还串入热继电器，其常闭触点断开，切断电机回路。（4）加热器控制与照明QA2为空气开关，用来控制加热器EH，如需实现自动控温、控湿功能，则安装温湿度控制仪，QA3实现操动机构箱的照明。第五节电动操作隔离开关的控制、信号电路隔离开关的控制方式一般分为远动控制和就地控制两种。图所示为采用CJ2型电动操动机构的隔离开关控制和信号电路展开图。通过转

30、换开关SA1的切换，隔离开关既能进行远动控制，又能进行所内现场控制。合、分闸操作通过电动操动机构实现。通过手动/电动行程开关S3的转换，隔离开关既能在操动机构箱内通过控制按钮进行就地分、合闸电动操作，又能通过机械手柄进行就地手动操作。一.隔离开关控制电路构成原则如下：（1）由于隔离开关没有灭弧机构，不允许用来切断和接通负载电流，因此控制回路必须受相应断路器的闭锁（五防中讲述），以保证断路器在合闸状态下，不能操作隔离开关。如图7-7所示，由断路器的分闸位置继电器常开接点KCT14-12串人隔离开关的控制电路，当断路群在合闸状态时，KCT1不受电，KCT14-12断开，隔离开关控制电路因KCT14

31、-12断开而闭锁。（2）依靠隔离开关控制回路中接触器的主触点切换，来改变直流串激式电动机励磁绕组的受电极性,使电动机改变转向而达到分、合闸目的。（3）分、合闸操作脉冲是暂时的，操作完毕后能自动解除。电路通过行程开关接点S转换，实现上述功能。行程开关主要用于将机械位移转换成电信号，用来控制机械动作或用作程序控制和限位控制。行程开关装有两对接点，S1-2为常闭接点 （不受外力时闭合的接点），S3-4为常开接点（受外力闭合的接点），接点的打开或闭合由主轴的定位件控制。由于分、合闸控制回路分别接在分闸行程开关S2、合闸行程开关S1的常闭接点上，当隔离开关在合闸位置时，主轴定位件接触并抵压合闸行程开关S1，S11-2断开，S2不受主轴定位件抵压，S21-2闭合，使控制回路为下次分闸做好准备。当隔离开关在分位时，断开，S11-2闭合，使控制回路为下次合闸做好准备。S3是手动/