断路器控制回路与常见故障分析

断路器控制回路与常见故障分析在发电厂和变电站中对断路器的跳、合闸控制是通过断路器的控制回路以及操动机构来实现的。控制回路是连接一次设备和二次设备的桥梁，通过控制回路，可以实现二次设备对一次设备的操控。通过控制回路，实现了低压设备对高压设备的控制。一、控制信号传送过程（一）常规变电站控制信号传输过程某线路高压开关控制信号传递过程保护屏操作插件断路器跳合闸线圈远动屏母差、低周减载、备自投、主变等控制屏就地操作通信设备通道由上图可以看出，断路器的控制操作，有下列几种情况：1主控制室远方操作：通过控制屏操作把手将操作命令传递到保护屏操作插件，再由保护屏操作插件传递到开关机构箱，驱动跳、合闸线圈。2就地操作：通过机构箱上的操作按钮进行就地操作。3遥控操作：调度端发遥控命令，通过通信设备、远动设备将操作信号传递至变电站远动屏，远动屏将空接点信号传递到保护屏，实现断路器的操作。4开关本身保护设备、重合闸设备动作，发跳、合闸命令至操作插件，引起开关进行跳、合闸操作。5母差、低频减载等其他保护设备及自动装置动作，引起断路器跳闸。可以看出，前三项为人为操作，后两项为自动操作，因此断路器的操作据此可分为人为操作和自动操作。根据操作时相对断路器距离的远近，可分为就地操作、远方操作、遥控操作。就地通过开关机构箱本身操作按钮进行的操作为就地操作，有些开关的保护设备装在开关柜上，相应的操作回路也在就地，这样通过保护设备上操作回路进行的操作也是就地操作，保护设备在主控室，在主控室进行的操作为远方操作，通过调度端进行的操作为遥控操作。（二）综自站控制信号传输过程某线路高压开关控制信号传递过程保护屏操作插件断路器跳合闸线圈母差、低周减载、备自投、主变保护等就地操作通信屏后台机测控屏远动通信屏通信设备远动通信屏通信设备通道操作方式与常规变电站相比，仅在远方操作和遥控操作时不同。在主控室内进行远方操作，一般是通过后台机进行，操作命令传达到测控装置，启动测控装置跳、合闸继电器，跳、合闸信号传递到保护装置操作插件，启动操作插件手跳、手合继电器，手跳、手合继电器触点接通跳、合闸回路，启动断路器跳、合闸。当后台机死机或其它原因不能操作时，可以在测控屏进行操作。遥控操作由调度端（或集控站端）发送操作命令，经通讯设备至站内远动通讯屏，远动通讯屏将命令转发至站内保护通讯屏，然后保护通讯屏将命令传输至测控屏，逐级向下传输。需要指出，有些老站遥控命令是通过后台机进行传输的，如虚线图所示，但由于后台机死机时，将不能进行遥控操作，现在新上站，遥控通道不再经后台机，提高了遥控操作可靠性。二、常规断路器控制回路原理下图为昀简单的断路器控制回路原理图手动-+TQHCDLDLKKKKBCJ1ZJ7685自动手动自动合闸回路跳闸回路+-HCHCHQ合闸线圈回路KK—控制开关HC—合闸线圈或合闸接触器线圈（电磁机构）TQ—跳闸线圈DL—断路器辅助接点1ZJ—保护及自动装置接点BCJ—保护出口继电器接点HQ—电磁机构中的断路器合闸线圈（一）合闸回路断路器合闸回路由以下几部分组成合闸启动回路→断路器辅助接点（常闭）→合闸线圈手动合闸或自动合闸时，合闸启动回路瞬时接通，合闸线圈励磁，启动断路器操动机构，开关合上后，串于合闸回路的断路器常闭接点打开，断开合闸回路。（二）跳闸回路断路器跳闸回路由以下几部分组成跳闸启动回路→断路器辅助接点（常开）→跳闸线圈手动跳闸或自动跳闸时，跳闸启动回路瞬时接通，跳闸线圈励磁，启动断路器操动机构，开关跳开后，串于跳闸回路的断路器常开接点打开，断开跳闸回路。（三）断路器辅助接点的作用在操作回路中串入断路器辅助接点的作用：（1）跳闸线圈与合闸线圈厂家是按短时通电设计的，在跳、合闸操作完成后，通过DL触点自动地将操作回路切断，以保证跳、合闸线圈的安全；（2）跳、合闸启动回路的触点（操作把手触点、继电器触点）由于受自身断开容量限制，不能很好地切断操作回路的电流，如果由它们断开操作电流，将会在操作过程中拉弧，致使触点烧毁。断路器辅助接点断开容量大，由断路器辅助接点断开操作电流，可以很好地灭弧，保护控制开关及继电器接点不被烧毁。（四）断路器防跳回路以上只是昀简单的断路器控制回路示意图，在生产过程中，有时由于控制开关原因或自动装置触点原因，在断路器合闸后，上述启动回路触点未断开，合闸命令一直存在，此时，如果继电保护动作，开关跳闸，但由于合闸脉冲一直存在，则会在开关跳闸后重新合闸，如果线路故障为永久性故障，保护将再次将开关跳开，持续存在的合闸脉冲将会使开关再次合闸，如此将会发生多次的“跳—合”现象，此种现象被称为“跳跃”。断路器的多次跳跃，会使断路器毁坏，造成事故扩大。因此，必须对操作回路进行改进，防止“跳跃”发生。防跳继电器就是专门用于防止断路器跳跃的。（有些开关机构本省设计有防跳功能）在操作回路中增加防跳回路后示意图如图所示。带防跳回路的断路器控制回路IVTBJTBJTBJ-+TQHCDLDLKKKKBCJ1ZJ7685与上图相比，增加了中间继电器TBJ，称为跳跃闭锁继电器。它有两个线圈，一个是电流启动线圈，串联于跳闸回路中，这个线圈的额定电流应根据跳闸线圈的动作电流选取，并要求其灵敏度高于跳闸线圈的灵敏度，以保证在跳闸操作时它能可靠地起动；另一个线圈为电压自保持线圈，经过自身的常开触点并联于合闸线圈回路中。在合闸回路中还串联接入了一个TBJ的常闭触点。工作原理如下：当利用控制开关合闸或自动装置合闸以后，若合闸接点未断开，当线路发生故障时，保护出口，BCJ（保护出口继电器）闭合，将跳闸回路接通，使断路器跳闸，同时跳闸电流也流过防跳继电器TBJ的电流启动线圈，使TBJ启动，其常闭触点断开合闸回路，常开触点接通TBJ电压线圈，此时如果合闸脉冲未解除，（控制开关未复归或自动装置触点1ZJ卡住等）则TBJ的电压线圈通过KK的5—8触点或1ZJ的触点实现自保持，长期断开合闸回路，使断路器不能再次合闸。只有合闸脉冲解除，TBJ的电压自保持线圈断电后，才能恢复至正常状态。防跳继电器在保护屏操作插件内。（五）断路器位置监视回路以下是常规控制回路的红绿灯监视回路原理图DLDL电阻电阻HD红灯LD绿灯+-断路器灯光监视回路，一般用红灯表示断路器的合闸状态，用绿灯表示断路器的跳闸状态，指示灯是利用与断路器传动轴一起联动的辅助触点DL来进行切换的。当断路器在断开位置时，DL常闭触点接通，绿灯亮，当断路器在合闸位置时，DL的常开触点接通，红灯亮。红、绿灯一方面监视断路器的位置，一方面监视控制回路的完好性，断路器处于分位时，绿灯亮，表示外部合闸回路完好，断路器处于合位时，红灯亮，表示外部跳闸回路完好。以下是完整的直接用跳、合闸回路启动红绿灯的控制回路图。(+)SMTBJ1RXJ信号HDLDTBJ15141291110IVTBJTBJTBJ-+TQHCDLDLKKBCJ1ZJ7685断路器位置继电器监视回路，断路器位置可以用红、绿灯监视，也可以用位置继电器监视，在合闸回路中用跳闸位置继电器TWJ代替了绿色信号灯LD，在跳闸回路中用合闸位置继电器HWJ代替了红色信号灯HD。正常情况下只有一个继电器通电，当断路器在合闸位置时，合闸位置继电器HWJ通电，当断路器在跳闸位置时，跳闸位置继电器TWJ通电。当控制回路断线时，TWJ和HWJ同时断电，利用两个相串联的常闭触点TWJ和HWJ报“控制回路断线”信号。分相操作的断路器控制回路，220KV设备开关实行的是分相操作，控制回路中通过手跳、手合继电器实现手动分、合开关。具体就是利用手跳继电器、手合继电器的触点实现分相操作。下图中用位置继电器代替了上述控制回路中的红绿灯，同时用位置继电器的接点点亮红绿灯。现在的微机保护控制回路中，红绿灯均采用断路器位置继电器接点点亮。HWJ合闸位置HWJTWJTWJ跳闸位置58671ZJBCJKKDLDLHCTQ+-TBJTBJTBJVI10119121415TBJLDHDXJ信号1RTBJ(+)SM（六）开关机构压力监视回路所谓开关机构箱的压力监视回路，是指开关机构箱的压力异常时，应能发出信号到断路器控制回路，进行报信号，或闭锁控制回路的相应操作功能。三、微机保护控制回路与常规保护控制回路的不同(一)跳合闸启动回路不同与常规控制回路相比，微机保护控制回路在进行手跳、手合时，要启动手跳、手合继电器，手跳、手合继电器通过自保持回路启动跳、合闸回路。而常规保护控制回路只在分相操作回路中有手跳、手合继电器及其自保持回路。常规三相操作回路中，手跳、手合直接由控制开关触点启动断路器线圈。（二）红绿灯启动回路不同红绿灯启动回路不同，常规保护红绿灯直接由断路器辅助触点启动，微机保护控制回路中，红绿灯分别由合闸位置继电器和跳闸位置继电器启动。（三）微机保护控制回路中均有自保持功能跳、合闸保持回路，微机保护中，不论自动操作（保护跳闸，重合闸动作），或人为操作，均有自保持回路，而常规三相操作回路中，只有自动操作经过自保持回路，人为操作不经自保持回路。四、控制回路应实现的功能通过以上分析，控制回路应具备以下功能：(一)应能进行手动跳、合闸和由继电保护与自动装置实现自动跳、合闸。并且当跳、合闸操作完成后，应能自动切断跳、合闸脉冲电流。（由断路器辅助接点自动切断跳、合闸脉冲电流）（二）应具备防止断路器跳跃功能。此功能由防跳继电器实现。（三）应能指示断路器的合闸与断路器的跳闸位置状态。跳闸位置继电器，合闸位置继电器。红绿灯。（四）自动跳闸或合闸应有明显的信号。保护屏操作箱上跳、合闸回路中串有信号继电器。用于指示保护动作、重合闸动作。（五）应能监视熔断器的工作状态及跳、合闸回路的完整性。跳闸位置继电器，合闸位置继电器。红绿灯。（六）开关压力异常时应能报信号，或者闭锁操作回路。保护屏操作箱中有开关压力监视继电器，实现闭锁操作功能。五、控制回路断线原因分析首先要明白控制回路断线信号是怎样报出来的，控制回路断线信号是由跳位继电器与合位继电器常闭触点串联构成的,不论什么原因引起跳位继电器与合位继电器同时失磁，控制回路断线信号都将报出。TWJHWJ引起控制回路断线信号的原因有：1、控制保险熔断，TWJ、HWJ触点同时失磁，控制回路断线信号报出。2、跳合闸线圈损坏，回路不通。3、断路器辅助接点没有闭合好，同样引起外回路不通。4、由开关机构箱引至控制回路的各种闭锁信号，引起控制回路断线。六、操作故障原因分析控制回路断线信号并不能监视整个控制回路的完好性，在目前的情况下，基于厂家的设计，控制回路断线信号仅仅是监视保护屏外二次回路及开关机构箱内部回路的完好性。没有控制回路断线信号报出，并不能说明整个回路没有问题。控制回路断线信号监视范围图中表示的范围是控制回路断线信号监视的范围。在没有异常信号的情况下，我们从控制屏合闸，控制信号要经过以上图示途径，有时开关合不上，就说明回路有问题，或者开关有问题，可以根据经验逐级排查，运行人员在控制屏（测控屏，后台机等）进行开关操作时，会启动保护屏内手合继电器（SHJ）、手跳继电器（STJ）,继电器动作时会有很利索的“嚓嚓”的动作声音，如果在操作开关时，平常能在保护屏听到继电器动作的声音，这次操作时，不能听到继电器动作的声音，则说明保护屏内操作继电器没有启动，具体什么原因，可能是控制开关有问题；进行后台机操作时，也可能是测控屏内控制跳、合闸的开关保护屏测控屏（控制屏）继电器没有启动；或者二次回路接线有松动；也有可能是保护屏内操作继电器故障。不管什么原因，只要保护屏内操作继电器不启动，运行在检查控制保险正常，没有异常闭锁信号，排除自身操作问题的情况下，可以通知保护人员到现场进行处理。当然，经验丰富的运行人员可以看图纸，用万用表量电位，具体判断出是哪一级出了问题。在以上操作过程中，如果操作箱内继电器能够启动，开关仍然不能合闸，就要到开关本体进行观察，一人在主控室操作，一人听开关合闸线圈的动作声音，如果平时能够听到开关合闸线圈的动作声音，这次听不到，则表明开关合闸线圈没有启动。如果当班运行人员对回路比较熟悉，一人操作，一人可以用万用表判断合闸脉冲是否