斷路器控制回路詳解及常見問題處理
一次設(shè)備是指直接用于生產(chǎn)、輸送、分配電能的電器設(shè)備，包括發(fā)電機(jī)、電力變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線、電力電纜和輸電線路等，是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主體。二次設(shè)備是用于對(duì)電力系統(tǒng)及一次設(shè)備的工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)的低壓電氣設(shè)備，包括測(cè)量?jī)x表、通信設(shè)備等。二次設(shè)備之間的相互連接的回路統(tǒng)稱為二次回路，它是確保電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和可靠供電不可缺少的重要組成部分。
本文簡(jiǎn)單描述一下二次回路之?dāng)嗦菲骺刂苹芈分R(shí)，由最基本的回路入手，逐步加入防跳回路和閉鎖回路，并對(duì)電路做一些完善。當(dāng)然，本文所給出的回路原理圖僅僅是最最基本的、用于解釋其基本原理的，實(shí)際應(yīng)用中的回路要復(fù)雜得多。
一 控制回路的基本要求
1. 能進(jìn)行手動(dòng)跳、合閘和由繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跳、合閘，并在跳、合閘動(dòng)作完成后，自動(dòng)切斷跳合閘脈沖電流(因?yàn)樘?、合閘線圈是按短時(shí)間帶電設(shè)計(jì)的)。
2. 能夠反應(yīng)斷路器的分、合閘位置狀態(tài)。
3. 能監(jiān)視下次操作時(shí)分、合閘回路的完整性。
4. 具有防止斷路器多次重復(fù)動(dòng)作的防跳回路。
5. 有完善的跳、合閘閉鎖回路。
二 典型的控制回路
1 基本的跳、合閘回路
上圖為簡(jiǎn)化后的跳、合閘原理圖，+KM和-KM代表正、負(fù)電源，DL為斷路器輔助觸點(diǎn)，HQ、TQ分別為合、跳閘線圈。
注意： 手合/遙合/重合閘動(dòng)作接點(diǎn)并不是同一個(gè)合閘出口接點(diǎn)，手跳/遙跳/保護(hù)跳也不是同一個(gè)跳閘出口接點(diǎn)，此處簡(jiǎn)化是為了方便理解。
假定斷路器在合閘狀態(tài)，斷路器輔助接點(diǎn)DL常開接點(diǎn)閉合。當(dāng)保護(hù)裝置發(fā)跳閘命令，跳閘出口接點(diǎn)閉合，通過正電源→ 跳閘出口接點(diǎn)→DL→TQ→負(fù)電源構(gòu)成回路，跳閘線圈TQ得電，斷路器跳閘。斷路器完成跳閘動(dòng)作后，DL常開接點(diǎn)斷開跳閘回路，DL常閉接點(diǎn)閉合，為下次合閘做準(zhǔn)備。斷路器合閘過程同理，此處不再贅述。
利用DL常開接點(diǎn)斷開跳閘電流，一是為了防止跳閘出口接點(diǎn)粘連造成跳閘線圈TQ燒壞(因?yàn)門Q的熱容量是按短時(shí)通電來設(shè)計(jì)的);二是因?yàn)槿绻商l出口接點(diǎn)來斷開跳閘電流，由于接點(diǎn)的斷弧容量不夠，容易造成接點(diǎn)燒壞，這就為下一次保護(hù)跳閘(或合閘)埋下了隱患且不易被發(fā)現(xiàn)。
2 監(jiān)視回路
以上的回路是不能滿足實(shí)際需要的，前面提到的控制回路的基本要求，控制回路應(yīng)該能夠反映斷路器的位置狀態(tài)以及跳合閘回路的完整性。所以我們?cè)诨芈分性黾恿薚WJ、HWJ來監(jiān)視跳閘回路、合閘回路的完整性。圖中用綠色表示。HWJ和TWJ分別為合、分閘監(jiān)視繼電器。
當(dāng)開關(guān)在分位時(shí)，DL常閉觸點(diǎn)閉合，TWJ繼電器所在回路導(dǎo)通,TWJ動(dòng)作，在本圖下方的TWJ常開觸點(diǎn)閉合，分位指示燈點(diǎn)亮，反應(yīng)斷路器在分閘位置，合閘回路完好。同理合位指示燈亮?xí)r，指示斷路器在合閘位置，跳閘回路完好。
此時(shí)有一個(gè)問題需要思考?在分閘監(jiān)視回路導(dǎo)通時(shí)，有電流流過合閘線圈HQ，會(huì)不會(huì)引起斷路器合閘誤動(dòng)作?
答案是不會(huì)的，因?yàn)樵诜珠l監(jiān)視回路中串入了限流電阻R，回路中流經(jīng)的電流會(huì)很小，低于合閘線圈HQ的啟動(dòng)電流值，因此并不會(huì)合閘。
3 跳、合閘保持回路
在分、合閘操作時(shí)，發(fā)出的遙合/分指令一般為幾百毫秒的高電平脈沖，為防止該脈沖在分、合閘操作結(jié)束前失效，保證分、合閘動(dòng)作完全，需要加入保持回路。直觀上講就是為了防止跳、合閘出口接點(diǎn)先于DL輔助接點(diǎn)斷開，導(dǎo)致分、合閘動(dòng)作未完成，因此增加了跳、合閘自保持回路。詳見圖中藍(lán)色部分。其中HBJ和TBJ分別代表合、跳閘保持繼電器，S1代表儲(chǔ)能彈簧的行程節(jié)點(diǎn)。
當(dāng)合閘操作時(shí)，HBJ繼電器導(dǎo)通，HBJ常開觸點(diǎn)閉合，這時(shí)無論合閘出口接點(diǎn)是否斷開，合閘回路都會(huì)通過HBJ觸點(diǎn)導(dǎo)通，完成合閘操作，此時(shí)無論合閘出口接點(diǎn)是否先于DL輔助接點(diǎn)斷開，都不會(huì)影響斷路器合閘。分閘同理。
但是增設(shè)HBJ繼電器有一個(gè)弊端，發(fā)出合閘命令HBJ動(dòng)作后，此時(shí)合閘回路的通斷完全由輔助接點(diǎn)DL決定，如果彈簧未儲(chǔ)能，斷路器無法正常合閘，DL常閉觸點(diǎn)就一直閉合，合閘電流一直存在，易燒毀HQ，所以要串入儲(chǔ)能彈簧的行程節(jié)點(diǎn)S1。
4 合后繼電器(KKJ)
斷路器分、合閘操作一般有就地手動(dòng)、遠(yuǎn)方遙控以及保護(hù)裝置自動(dòng)控制三種方式，控制回路應(yīng)該具有區(qū)分保護(hù)裝置動(dòng)作和人為操作斷路器的功能，所以還應(yīng)加入合后繼電器(KKJ)，詳見圖中紫色部分。
前面我們介紹過手合/遙合/重合閘并不是一個(gè)接點(diǎn)，結(jié)合圖中的紫色部分我們可知：
CHJ為重合閘接點(diǎn)，TJ為保護(hù)跳閘接點(diǎn)，YHJ為遙控合閘接點(diǎn)
YTJ為遙控分閘接點(diǎn)，HHJ為合后繼電器，QK為開關(guān)操作把手
簡(jiǎn)單介紹一下QK開關(guān)把手
當(dāng)把手位置在遠(yuǎn)方時(shí)，③④、⑤⑥接點(diǎn)導(dǎo)通，可進(jìn)行遙控操作。
當(dāng)把手位置在就地合閘時(shí)，①②接點(diǎn)導(dǎo)通，完成就地合閘操作。
當(dāng)把手位置在就地分閘時(shí)，⑦⑧接點(diǎn)導(dǎo)通，完成就地分閘操作。
圖中的KKJ繼電器為雙位繼電器，當(dāng)手動(dòng)(遙控)合閘時(shí)，KKJ繼電器動(dòng)作，置“1”，并且始終保持直到分閘才返回;當(dāng)手分/遙分觸點(diǎn)閉合時(shí)，KKJ繼電器返回，置"0"，并且始終保持直到合閘才返回。
由于存在二極管(單向?qū)?，CHJ和TJ是不會(huì)觸發(fā)KKJ繼電器的，KKJ的作用是用來判斷是正常的分合閘操作，還是故障時(shí)保護(hù)裝置的跳合閘動(dòng)作。 當(dāng)正常的分合閘操作時(shí)，KKJ應(yīng)變位，當(dāng)保護(hù)動(dòng)作跳合閘時(shí)，KKJ應(yīng)不變位。KKJ的常開接點(diǎn)提供給“事故總”信號(hào)以及重合閘裝置使用。
5 防跳回路
所謂防跳并不是防止“跳閘”而是防止“跳躍”。跳躍指的是由于某種原因，造成斷路器不斷重復(fù)跳-合-跳-合-跳的過程。導(dǎo)致跳躍的原因如下:
發(fā)生跳躍會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)致故障電流多次沖擊，損壞斷路器甚至爆炸。防跳回路詳見圖中紅色部分，其中TBJV為防跳繼電器。
當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，跳閘回路中有電流流過，防跳回路中的TBJ常開觸點(diǎn)閉合，此時(shí)如果發(fā)生合閘觸點(diǎn)黏連的情況，合閘命令一直發(fā)出，那么合閘觸點(diǎn)→TBJV→TBJ這條回路導(dǎo)通，防跳電壓繼電器TBJV將會(huì)電壓自保持，自保持中的TBJV觸點(diǎn)閉合，在HBJ旁的TBJV常閉觸點(diǎn)將斷開，切斷合閘回路，防止斷路器“跳躍”。
如果跳閘期間沒有分閘命令存在，則在斷路器完成分閘后，跳閘回路被DL常開接點(diǎn)斷開，TBJ電流線圈失電，此時(shí)由于合閘接點(diǎn)一直是斷開的，不能形成TBJV電壓自保持，復(fù)歸。TBJV重新閉合，合閘回路完好，不影響下次的跳合閘。
由以上動(dòng)作過程，我們可以看出防跳的本質(zhì)就是“防合” ，將斷路器保持在“跳閘”狀態(tài)，防跳由跳閘回路防跳電流繼電器TBJ啟動(dòng)，合閘回路防跳電壓繼電器TBJV保持實(shí)現(xiàn)。
下面來思考兩個(gè)問題?
1.防跳回路的存在會(huì)不會(huì)影響正常的合閘?
不會(huì)影響正常合閘的，因?yàn)樵谡５姆趾祥l過程中，分閘指令發(fā)出后TBJ啟動(dòng)防跳回路，同時(shí)自保持跳閘回路，在跳閘完成后輔助接點(diǎn)DL會(huì)切斷跳閘回路，TBJ失電，退出防跳回路。此時(shí)并不會(huì)影響正常合閘。
2.會(huì)不會(huì)出現(xiàn)TBJ還未啟動(dòng)防跳回路，輔助接點(diǎn)DL就已經(jīng)斷開跳閘回路的情況?
如果TBJ動(dòng)作不迅速，快速完成跳閘后，TBJ不能合上，確實(shí)無法啟動(dòng)防跳回路，所以要求TBJ防跳繼電器的靈敏度必須要高，接于跳閘回路的TBJ電流線圈，要求其在分閘時(shí)造成的壓降要小，規(guī)程規(guī)定不能大于控制電源額定電壓的5%。TBJ電流線圈的額定動(dòng)作電流不能大于分閘電流的50%，保證TBJ在跳閘過程中可靠動(dòng)作。
6 控制回路的閉鎖
春運(yùn)徙
為保證斷路器工作的安全，控制回路往往采取多種閉鎖措施，當(dāng)條件不滿足時(shí)，禁止斷路器的操作。常見的閉鎖回路一般有三種：
(1)斷路器的操作系統(tǒng)異常時(shí)對(duì)分、合閘回路進(jìn)行閉鎖。當(dāng)液壓機(jī)構(gòu)的液壓、空氣操動(dòng)機(jī)構(gòu)的空氣壓力過高或過低，彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)彈簧未儲(chǔ)能，SF6斷路器的SF6壓力低等，這些都將串接在跳、合閘回路中的常閉接點(diǎn)斷開，不允許斷路器分合。
(2)存在不同電源需要并列的場(chǎng)合，斷路器控制回路要增加同期閉鎖回路。
(3)為了滿足防誤操作需要，在斷路器的操作回路中應(yīng)增加防誤閉鎖回路，在不具備操作條件時(shí)將控制回路斷開。
原創(chuàng)作者何工，國家能源集團(tuán)江蘇公司某電廠電氣保護(hù)班工作。
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