1、高压断路器的操作回路原理分析1. 高压断路器的操作回路1.1 高压断路器简介高压断路器又称高压开关，是电力系统中最重要的控制电器设备，它可以控制线路的断开的合闸。发电机、变压器、高压输电线路、电抗器、电容器等多种电气设备的投运或停运是由相连断路器的合闸或分闸来实现的。运行中一次设备发生故障时，继电保护装置动作，跳开（分闸）离故障设备最近的断路器，使故障设备脱离运行电源。断路器是电力系统操作频繁的设备。断路器的类型很多，就基本结构而言，是由开断元件、支撑和绝缘件、传动元件、基座、操动机构五个基本元件构成。根据断路器所采用的灭弧介质，可分为油断路器、压缩空气断路器、SF6（六氟化硫）断路器、真空断
2、路器四种类型。1.2 操作回路简介发电厂和变电所中的断路器，大部分不是直接在断路器操动机构上操作的，而是采取与操作回路配合使用。一般断路器的均要求远方可以操作，就是在控制室可以对远在几十米或几百米外的断路器进行操作。操作时，必须有发出电流脉冲的机构，经过操作回路，对断路器进行控制。如果发出电流脉冲的是保护装置，则为保护跳合闸；如果是操作开关，则为手动跳合闸；如果是后台系统，则为遥控跳合闸。在发出电流脉冲的机构与断路器的操动机构之间的部分，称为操作回路。国内的保护装置大部分自带操作回路，其主要功能有：1）能进行远方手动合闸、分闸，能由继电保护、自动装置实现跳、合闸。2）正常运行时，能指示断路器的
3、分、合闸位置状态。3）能保证跳合闸回路操作结束时，由断路器辅助接点进行断弧，以保护继电保护装置的接点输出。（保持功能）4）能监视操作电源是否正常，能监视下次操作时回路是否正常。5）有防止断路器连续重复合、跳的“跳跃”闭锁装置。6）对液压操作机构应有液压降低压锁功能。（一般为 35KV以上电压等级的断路器才会使用 SF6 液压机构。）1.3 操作回路原理图上图为一个典型操作回路应用图。方框内为操作回路原理图，方框外为操作回路的应用接线，两相对照，以助于理解。其中，DL是断路器辅助接点，它的位置与断路器的开合关联，且开断能力大。跳合闸时电流一般可达到 5A，开断 5A 的电流要求强开断能力，只有断
4、路器的辅助接点可以。HQ 为合闸线圈，大电流通过时，即可带动操动机构，使断路器合闸，TQ 为跳闸线圈，大电流通过时，即可带动操动机构，使断路器跳闸。ZHQK 是一个手动操作开关，手动的位置不同，可以使不同的接点闭合，从而去启动手跳、手合。1.3.1. 位置监视跳位监视回路中，TWJ 是一个电压继电器，其通电线圈接到断路器的合闸回路中，与开关常闭接点、合闸线圈串联在一起，对合闸回路进行监视。当开关处于跳位时，开关常闭接点闭合，TWJ 导通，输出常开接点，去点亮跳位灯。合位监视与此类似。TWJ 与 HWJ 的常闭接点，串在一起，构成了控制回路断线监视功能。正常时，断路器不是处于合位就是跳位，所以这
5、两个接点串在一起应该是开位，如果电源失电时，两个继电器失电，则两个接点全部闭合。这就表示控制回路断线故障。1.3.2. 合闸回路HBJ、TBJ2，与开关常闭接点、合闸线圈串联在一起，构成了合闸回路。其中 HBJ 的常开接点并在前面，起到了保持作用。TBJ2 是用于防跳回路的。当开关准备合闸时，它必定是先处于分闸位置。此时 DL 的常闭辅助接点为闭合。当手合时，正电通过 ZHQK 的 1-2 接点引入到合闸回路中，这样大电流就通过 HBJ，流过 HQ，完成合闸。电流通过HBJ 时，HBJ 的常开接点闭合，保持住了电流，即便这时操作开关已断开，电流还是会维持到断路器合上。当断路器合上时，断路器的常
6、闭辅助接点随即打开，断开了合闸回路，合闸过程结束。1.3.3. 手动操作与保护操作从操作回路原理图上可以看到，手动操作跳合时，均经过一个SWJ 双线圈继电器，同时经过一个二极管，引到跳合闸回路中。这个二极管可以防止保护跳合闸时来启动 SWJ。双位置继电器有两个线圈，一个是动作线圈，一个是复归线圈。当动作线圈通电时，继电器输出接点闭合，复归线圈通电时，输出接点断开。两个线圈同时通电或均不通电时，输出接点维持原状态。这个继电器主要用于区分手合、手跳与保护合、保护跳闸。举例说来，如果是手跳断路器，重合闸就不需重合，如果是继电保护来跳断路器，重合闸就需重合，这时 SWJ 的接点状态就可以分辨出手跳与保
7、护跳。当手合时，SWJ 的接点为 1，手跳时，SWJ 接点为 0。保护跳合时，SWJ 的位置不变。1.3.4. 跳闸回路跳闸回路的动作过程同合闸回路类似。1.3.5. 防跳回路当断路器的控制开关在合闸位置（或合闸控制回路由于某种原因接通），当线路存在故障时，继电保护装置动作于断路器跳闸，此时断路器发生再合闸、跳闸，多次重复动作的现象，称“跳跃”。断路器的跳跃对自身损伤极大，多次跳跃有可能导致爆炸。断路器防跳回路就是为避免这种情况发生而设计的，当断路器跳跃时，防跳回路经继电器互相闭锁，可以达到强制断开合闸回路的功能，从而使断路器一直位于跳位。在操作回路原理图中，当跳闸回路与合闸回路同时接通时，T
8、BJ1 导通，TBJ1 的常开接点闭合，防跳回路导通，TBJ2 导通，TBJ2 的常闭接点断开，从而断开了合闸回路，使断路器固定在跳闸位置，达到了防止断路器跳跃的功能。1.3.6. 压力闭锁回路在 35KV 及以上电压等级中，有时会使用六氟化硫开关，这种开关是液压机构，开关跳闸及合闸时要确保跳闸机构中的压力正常，合闸机构中的压力正常。如果压力异常时强行跳合闸，将会导致开关爆炸等严重事故。所以，此时装置的操作回路中，应具备压力闭锁功能。上图中，以合闸压力为例。断路器会输入一个合闸压力异常接点，导通 HYLJ，HYLJ 的常闭接点打开，断开合闸回路。1.2 KKJ 的含义和应用在传统二次控制回路里
9、，KK 合后(/分后位置)接点主要用在下列几方面：a、开关位置不对应启动重合闸。b、手跳闭锁重合闸。保护跳闸分后接点不会闭合，只有手动跳闸后，分后接点才会闭合，给重合闸电容放电， 从而实现对重合闸的闭锁。c、 手跳闭锁备自投。原理同手跳闭锁重合闸一样。 d、开关位置不对应产生事故总信号。 操作回路中的 KKJ 继电器同传统 KK 把手所起作用一致，也主要应用在上述方面。我们只采用了其常开接点的含义（即合后位置）：KKJ=1 代表开关为人为（手动或遥控）合上；KKJ=0 代表开关为人为（手动或遥控）分开。2、TWJ/HWJ 位置继电器和控制回路断线2.1、TWJ/HWJ（跳闸位置/合闸位置继电器
10、）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。留意：当开关在分位时，其实合闸线圈是带电的。TWJ 为电压线圈，线圈本身电阻就较大，加上回路上串的电阻，整体阻值约 2040K（测量控制正和 TWJ 负端） 。因为海内开关跳合闸线圈为电流型，其阻值较小（常见的为 50200|?） 。虽然整个
11、合闸回路是导通的，但因为控制回路电压大部分加在 TWJ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，合闸回路接通相称于直接将 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。断路器位置可以用合位也可以用跳位表示保护和监控习惯采用的位置信号略有不同:按照传统习惯，保护程序判断开关位置一般采用 TWJ，比如备投装置需接入的开关位置都采用 TWJ（断路器常闭触点） 。远动监控方面一般都采用 HWJ（断路器常开触点）如果只有 TWJ，往往还要在数据库里取反。2.2、
12、断路器位置和 HWJ 的区别某些装置里开关量状态显示菜单里可以看到除了有 TWJ 和 HWJ 状态外还有断路器状态。那么，这个断路器状态跟 HWJ 是否一样呢？其实并不完全一致。不论我们是采用 TWJ 还是 HWJ 来判断开关位置，都有一个一旦控制回路断线，就会导致位置判断错误的问题。比如开关在合位，此时 HWJ=1；如果这时控制电源掉了，则 HWJ失电，HWJ=0，就会错误判断为开关分开。为了避免这种情况发生，装置提供了“断路器位置”这个经过程序判断处理后的状态量。正常情况下，TWJ 和 HWJ 状态是相反的，程序会判为状态有效，断路器状态和 HWJ 状态是一致的；当 TWJ 和 HWJ 全
13、部为 0 或全部为1 时，程序认为该状态变位为无效状态，断路器位置还是会保持原状态不变。大家可以做个试验，先让开关在合位，看开关量状态，HWJ 和断路器位置都为 1；再拔掉开关控制保险，此时 HWJ=0，但断路器状态不变，仍为 1。与这种情况相类似的，还有开关手车试验位置和运行位置，两种状态必须是相反的，才是有效的状态（构成一个异或关系） ，具有这种关系的遥信，我们一般称为双位置遥信。2.3、不同系列操作回路位置指示的区别LFP900 系列操作回路从电气上可以说基本上是独立的，跳合位指示灯也直接带在操作回路上。比如 LFP941 操作回路，如果装置电源不上电，只给操作回路控制电源上电。操作回路
14、板上的跳合位灯依然会亮。RCS96 系列和 RCS900 系列面板跳合位指示，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。2.4、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（相比而言，跳闸回路断线要比合闸回路断线后果严峻的多） 。这也是 HWJ 线圈负端没有引出装置直接在内部就和跳闸回路并在一起的原因。TWJ 负端单独引出，主要是为了同不同类型开关控制回
15、路配合（比如防跳） ，但常规设计上，一般也在端子排上直接同合闸回路并接。装置产生的控制回路断线信号=TWJ 常闭接点+HWJ 常闭接点。无论是通讯还是硬接点输出的该信号，都加了 3S 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，则会误报控制回路断线。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。因为现在开关内部接线常常会把弹簧储能或气压闭锁等接点串入合闸回路。所以在现场时，有时开关分开后，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，属于正常现象。
