二次回路识图之断路器控制[专业相关].ppt

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1、二次回路识图,之 断路器控制回路 黄国武,1,讲课课件,内容提要：,常见的断路器操作机构 断路器控制装置的功能 10KV、110KV 、220KV 电压等级的分合闸控制回路。,2,讲课课件,断路器操动机构,断路器的操作机构是断路器自身附带的跳、合闸传动力装置。分为以下几种。 （1）电磁操作机构（CD）：直流螺管式电磁铁合闸，已储能的弹簧分闸。 由于是利用电磁力直接合闸，合闸电流很大，可达几十安至数百安，所以合闸回路不能直接利用控制开关触点接通，必须采用中间接触器（即合闸接触器）。多适用于35kV及以下断路器。 （2）弹簧操作机构（CT）：已储能的合闸弹簧合闸，分闸不释放能量。多适用于真空断路器

2、。目前运用广泛。,3,讲课课件,（3）液压操作机构（CY）：以压缩气体作为能源，以液压油作为传递媒介来进行分、合闸。广泛适用110kV及以上的少油及SF6断路器。 （4）气动操作机构（CQ）：是以压缩空气为能源推动活塞实现分、合闸。需配备空气压缩设备。 （5）手动操作机构（CS） 要求：有足够的操作能量；动作迅速；高可靠性，不拒动，不误动。,断路器操动机构,4,讲课课件,断路器控制装置的功能,（1）应能监视控制电源及跳、合闸回路的完好性 断路器的控制电源最为重要，一旦失去电源断路器便无法操作。因此，无论何种原因，当断路器控制电源消失时，应发出声、光信号，提示值班人员及时处理。对于遥控变电所，断

3、路器控制电源的消失，应发出控制电源消失的信号。 （2）具有防止多次合、跳闸的“跳跃”闭锁装置。 断路器的“跳跃”现象一般是在跳闸、合闸回路同时接通时才发生。发生“跳跃”对断路器是非常危险的，容易引起机构损伤，甚至引起断路器的爆炸，故必须采取闭锁措施。,5,讲课课件,断路器控制装置的功能,（3）能指示断路器的合闸、跳闸位置状态， 应有明显的位置信号，故障自动跳闸、自动合闸时，应有明显的动作信号。 （4）合闸或跳闸完成后，应使命令脉冲自动解除 跳、合闸命令应保持足够长的时间，并且当跳闸或合闸完成后，命令脉冲应能自动解除。因断路器的机构动作需要有一定的时间，跳、合闸时主触头到达规定位置也要有一定的行

4、程，这些加起来就是断路器的固有动作时间及灭弧时间。命令保持足够长的时间就是保障断路器能可靠地跳、合闸。,6,讲课课件,断路器控制装置的功能,为了加快断路器的动作，增加跳、合闸线圈中电流的增长速度，要尽可能减小跳、合闸线圈的电感量。为此跳、合闸线圈都是按短时带电设计的。因此跳、合闸操作完成后，必须自动断开跳、合闸回路。否则会烧坏跳闸或合闸线圈。通常由断路器的辅助触点自动断开跳合闸回路。 （5）断路器具备可靠的闭锁回路 断路器的操作动力消失或不足时，例如弹簧机构的弹簧未拉紧，液压或气压机构的压力降低等，应闭锁断路器的动作，并发出信号。 SF6气体绝缘的断路器，当 SF6 气体压力降低而断路器不能可

5、靠分合闸时，也应闭锁断路器的动作并发出信号。,7,讲课课件,断路器的控制方式,(1) 按自动化程度分：手动控制和自动控制 (2) 按控制距离分：就地控制和远方控制 (3) 按控制方式分：分散控制和集中控制 (4) 按操作电源性质分：直流操作和交流操作 (5) 按操作电源电压和电流的大小分： 强电控制和弱电控制 强电控制采用较高电压(直流 110V或220V)和较大电流(交流5A)，弱电控制采用较低电压(直流60v以下，交流50v以下)和较小电流(交流0.51A)。,8,讲课课件,传统操作开关,就地、手动控制元件万能转换开关 作用：沟通跳合回路，使断路器合、跳闸。,9,讲课课件,10,讲课课件,

6、断路器控制回路,11,讲课课件,一、无“防跳”“闪光回路”，具有灯光监视的当地控制、电磁机构的断路器控制回路,12,讲课课件,13,讲课课件,图中：+WC、-WC 控制母线； FU1、FU2熔断器，SA 控制开关，HG 绿灯；HR 红灯；KMC接触器；QF断路器辅助开关；WCL合闸小母线；YT断路器跳闸线圈；YC断路器合闸线圈，FU3、FU4熔断器； （一）“跳闸后”位置 当SA的手柄在“跳闸后”位置，断路器在跳闸位置时，其常闭触点闭合，+WC经FU1、SA10-11、HG及附加电阻、QF（常闭）、KMC线圈、FU2、-WC。此时，绿色信号灯回路接通，绿灯亮，它表示断路器正处于跳闸后位置，同时

7、表示电源、熔断器、辅助触点及合闸回路完好，可以进行合闸操作。但KMC不会动作，因电压主要降在HG及附加电阻上。 （二）“预备合闸”位置 当SA的手柄顺时针方向旋转90至“预备合闸”位置，SA10-11接通，但KMC仍不会启动，因回路中串有HG和R。,14,讲课课件,（三）“合闸”位置 当SA的手柄再顺时针方向旋转45至“合闸”位置时，SA5-8触点接通，接触器KMC回路由+WC经FU1 、SA5-8、QF（常闭）、KMC线圈、 FU2、-WC导通而启动，闭合其在合闸线圈回路中的触点，使断路器合闸。断路器合闸后，QF常闭触点打开、常开触点闭合。 （四）“合闸后”位置 松手后，SA的手柄自动反时针

8、方向转动45，复归至垂直（即“合闸后”）位置，SA10-9触点接通。此时，红灯HR回路由FU1、SA10-9、HR、QF（常开）、YT线圈、FU2、-WC导通，红灯亮，指示断路器处于合闸位置，同时表示跳闸回路完好，可以进行跳闸。 （五）“预备跳闸”位置,15,讲课课件,（六）“跳闸”位置 将SA手柄反时针方向转45至“跳闸”位置，SA6-7导通，HR及R被短接，经+WC经FU1、 SA6-7 QF常开触点、 FU2、-WC ，使YT励磁，断路器跳闸。断路器跳闸后，其常开触点断开，常闭触点闭合，绿灯亮，指示断路器已跳闸完毕，放开手柄后，SA复位至“跳闸后”位置。,16,讲课课件,二、具有“防跳”

9、“闪光回路”、灯光监视的当地控制、电磁机构的断路器控制回路,17,讲课课件,18,讲课课件,开关“跳跃”现象与防“跳”,“跳跃”现象：当断路器手动或自动重合在故障线路上时，保护装置将动作跳闸，此时如果操作开关5-8触点未返回，断路器SA5-8将再合闸。因为线路有故障，保护又动作跳闸，从而出现多次“跳合”现象。此种现象称为“跳跃”。 危害：断路器若发生“跳跃”不仅会引起断路器毁坏，而且还将扩大事故 “防跳”原理：利用操作机构本身机械上具有的“防跳”闭锁装置或控制回路中所具有的电气“防跳”接线，来防止断路器发生“防跳”的措施。,19,讲课课件,措施：图中所示控制回路采取了电气“防跳”接线。其KL为

10、跳跃闭锁继电器，它有两个线圈，一个电流启动线圈，串于跳闸回路中；另一个电压保持线圈，经过自身常开触点KL1与合闸接触器线圈并联。此外在合闸回路中还串有常闭触点KL2，其工作原理如下： 当利用控制开关（SA）或自动装置（KM1）进行合闸时，若合在故障线上，保护将动作，KOM触点闭合，使断路器跳闸。跳闸回路接通的同时，TBJ电流线圈带电，其常闭触点TBJ2断开合闸回路，常开触点TBJ接通TBJ电压自保持线圈。此时，若合闸脉冲未解除（如SA未复归或KM1卡住等），则TBJ电压自保持线圈通过触点SA5-8或KM1的触点实现自保持，使TBJ常闭接点长期打开，可靠地断开合闸回路，使断路器不能再次合闸。只有

11、当合闸脉冲解除（即SA5-8切断），TBJ的电压自保持线圈断电后，回路才能恢复至正常状态。,20,讲课课件,闪光装置电源回路,21,讲课课件,图中，由KM、R、C组成闪光继电器。按下按钮SE时，它相当于一个不对应回路，闪光母线与负电源接通，闪光继电器KTW的线圈回路接通 ，电容器C经附加电阻R和“不对应”回路中的信号灯充电，于是加在KM两端的电压不断升高，当达到其动作电压时，KM动作，其常开触点KM.2闭合，闪光母线（+）WTW与正电源直接接通，信号灯全亮。同时其常闭触点KM.1断开它的线圈回路，电容C 便放电，放电后，电容C 的端电压逐渐降低，待降至KM的返回电压时，KM复归，KM.2断开，

12、KM.1闭合，闪光母线经KM、KM.1与正电源接通，信号灯呈半亮。重复上述过程，便发出连续闪光。,22,讲课课件,23,讲课课件,三相一次重合闸回路,24,讲课课件,25,讲课课件,重合闸的作用,架空线路的短路故障多为瞬时性的，当保护跳闸切除故障后，短路点的绝缘经常可恢复，便可利用自动重合闸装置，使断路器自动再合闸，即可恢复线路再送电，这种重合成功率不低于70%。,26,讲课课件,重合闸动作过程,（1）线路正常运行，开关处于合闸状态，QF3常闭触点断开，控制开关SA在合闸后位置，其触点21、23接通，信号灯HL亮，电容C经充电电阻R4充电，经1015s时间，充电至额定的直流电压，这时KAC处于

13、准备动作状态。,27,讲课课件,重合闸动作过程,（2）线路发生瞬间故障，保护动作使开关跳闸，其辅助常闭触点QF3闭合，由于SA还处于“合闸”位置，其触点21、23仍导通，所以重合闸由开关的辅助触点与SA触点不对应启动，时间继电器KT经本身的瞬时常闭触点KT2瞬时断开，使限流电阻R5串入KT线圈电路中，这时KT继续保持动作状态,28,讲课课件,重合闸动作过程,（3）经整定的延时，以保证线路故障点的绝缘恢复和开关准备再次合闸，当KT的常开触点KT1接通，构成了电容C对中间继电器KM电压线圈的放电回路。KM动作，其常开触点闭合，使操作电源经KM2、KM1触点、KM电流自保持线圈、信号继电器KS和压板

14、XE1向合闸接触器KMC发出合闸脉冲，断路器合闸。同时由KS给出重合闸动作信号。,29,讲课课件,重合闸动作过程,（4）断路器合上后，若是瞬时性故障，重合成功。辅助触点QF2、QF3断开，继电器KS、 KT相继返回，其触点打开。电容C重新充电，经过1015s时间充好电，准备下一次动作。这说明装置是能够自动复归的。,30,讲课课件,重合闸相关知识,（5）断路器重合于永久性故障时，保护再次动作，使断路器跳闸，KAC重新启动，KT触点闭合，电容C来不及充电到KM动作所需要的电压，不会起动重合闸，保证了只重合一次。,31,讲课课件,重合闸相关知识,（6）手动跳闸时，控制开关SA处于“跳闸”后位置，此时

15、SA触点21-23断开，KAC不启动；同时，2、4触点闭合，使电容C对R6放电，KM不能动作。因此，手动跳闸不重合。,32,讲课课件,重合闸相关知识,为防止KAC出口中间继电器KM触点KM2与KM1被卡住，而出现断路器多次重合于故障线路上（即“跳跃”），可采用“防跳”措施。 1)采用两对常开触点KM1和KM2串联，若其中一对触点卡住，另一对能正常断开，不至发生断路器“跳跃”现象。 2)断路器本身的“防跳”功能。当KM两个串联的常开触点被粘住时，KL的电压线圈经自身的常开触点KL1而带电自保持，从而使其常闭触点KL2、KL3也保持断开，使合闸接触器KMC不会接通，达到了“防跳”的目的。,33,讲

16、课课件,重合闸相关知识,当线路低频减载及母线差动等保护装置动作后不需重合闸时，设重合闸闭锁回路。 双侧电源重合闸装置，还应防止两侧电源的非同期合闸。对于单回联络线，可在重合闸的“不对应”启动回路中，串入同期或无压检定继电器的触点，只有当线路跳闸后线路无压，或对侧与本侧在同期情况下，才能启动重合闸装置；,34,讲课课件,三、具有“防跳”“闪光回路”、灯光监视的当地控制、弹簧机构的断路器控制回路,35,讲课课件,36,讲课课件,配弹簧操作机构的断路器控制、信号回路，在其合闸线圈中串有弹簧已贮能闭锁触点SQS1，只有弹簧贮能后，才能合闸；当设有自动重合闸，如重合于永久性故障时，弹簧来不及贮能（需9S

17、），故不能第二次重合。为可靠起见，仍加了“防跳”回路。,37,讲课课件,四、具有“防跳”“闪光回路”、灯光监视的当地控制、液压机构的断路器控制回路,38,讲课课件,39,讲课课件,当液压低于合闸回路所需压力时，触点SP4断开，不允许合闸；当液压低于跳闸回路压力时，触点SP5断开，不允许跳闸。 3SP3触点闭合，发出油压降低信号； 触点SP1、SP2闭合，启动油泵打压； 压力表的触点PP1、PP2启动KM3发出压力异常信号； 当油压降到零时，启动油泵可能造成断路器的慢分事故。,40,讲课课件,液压机构的五个微动开关的用途 油泵自动停止 油泵自动启动 压力降低 合闸闭锁 分闸闭锁,41,讲课课件,

18、42,讲课课件,五、具有“防跳”“闪光回路”、灯光监视的可远方控制的断路器控制回路原理图,43,讲课课件,44,讲课课件,六、综自站110kV及以下电压等级断路器控制,45,讲课课件,遥控示意图,设备,测控屏,集线器,监控机,电缆 通讯线,网线,网线,五防机,46,讲课课件,47,讲课课件,48,讲课课件,49,讲课课件,50,讲课课件,七、三相联动控制回路,51,讲课课件,52,讲课课件,八、220kV及以上电压等级断路器的操作控制,53,讲课课件,220kV及以上断路器控制回路的特点,1. 满足双重化要求 要准确可靠地切除电力系统中的故障,除了继电保护装置要准确、可靠地动作外,作为继电保护

19、的执行元件的断路器是否能可靠地动作,这对于切除故障至关重要。显然,在电力系统发生故障时,即使继电保护装置正确动作, 如断路器失灵而拒动,故障仍不能被切除,势必酿成严重的后果。为了保证可靠地切除故障, 220kV及以上断路器采用双重化的跳闸回路是非常必要的。,54,讲课课件,通常220kV及以上断路器的操动机构都配有二个独 立的跳闸线圈,能满足双重化的要求。在设计控制回路时, 应有二个独立的跳闸回路, 两个跳闸回路的控制电缆也应分开。 2. 应有断路器非全相运行保护 220500kV 系统中 , 在断路器出现非全相运行情况下 , 会产生零序电流 , 有可能引起 网络中相邻线路零序过电流保护后备段

20、动作, 导致电网无选择性跳闸。所以, 当单相操作的断路器, 出现非全相状态时, 非全相保护应使断路器三相跳闸。,55,讲课课件,56,讲课课件,57,讲课课件,220kV 断路器的控制回路接线实例,58,讲课课件,59,讲课课件,60,讲课课件,220kV 断路器的控制回路接线,该22OkV断路器的控制回路接线的主要特点如下 (1)220kV线路一般装设综合重合闸,故断路器采用分相控制。图中为灯光监视方式,三相公用一个控制开关。为实现同时手动跳合闸,增加了三相合闸继电器 SHJ和三相跳闸继电器 STJ。当进行三相跳、合闸操作时, 由控制开关触点起动STJ 或 SHJ, 再由其触点接通跳、合闸回

21、路。 STJ 和 SHJ 均为电压起动、电流自保持型中间继电器,以确保可靠跳、合闸。 (2) 每相设一个电流起动、电压保持的“防跳”继电器 TBJA、TBJB、TBJc, 实现分相式的“防跳”,61,讲课课件,(3) 为实现跳闸、合闸回路的监视，每相分别设跳闸位置继电器TWJA、TWJB、TWJc和合闸位置继电器 HWJA、 HWJB、HWJc。可实现三相位置不一致监视和控制回路断线监视。位置继电器的触点还用作起动位置信号灯, 为监控系统和中央信号以及继电保护提供反映断路器位置的触点等。 (4) 本图为装设液压机构的接线, 设有液压降低的闭锁回路。各种操作状态下闭锁的压力不同, 一般分为合闸闭

22、锁、跳闸闭锁、重合闸闭锁, 各制造厂的液压机构不同, 闭锁的压力也不同。闭锁的压力值由断路器制造厂给定。 (5) 断路器的位置信号, 三相公用一只红灯和绿灯。由跳合闸继启器触点起动。,62,讲课课件,综自站220kV及以上电压等级断路器控制,63,讲课课件,64,讲课课件,关于操作箱,操作箱作用 操作箱一般由哪些继电器组成 分相操作箱，除了完成跳、合闸功能外，其输出触点还应完成哪些功能,65,讲课课件,66,讲课课件,67,讲课课件,操作箱,一、作用 变电所内对断路器分闸、合闸控制是通过断路器控制回路实现的。为实现对断路器的分合闸操作（分相操作），用一个具有执行控制回路中间元件：执行分合闸命令

23、的；联系分闸、合闸命令与断路器的操动机构。这一重要的中间电气连接器件称为操作箱。,68,讲课课件,操作箱,按操作箱的作用原理分为：三相操作箱和分相操作箱 二、一般由下列继电器组成： 监视断路器合闸回路的跳闸位置继电器及监视断路器跳闸回路的合闸位置继电器。 防止断路器跳跃继电器。 手动合闸继电器。 压力监察或闭锁继电器。 手动跳闸继电器及保护三相跳闸继电器。 一次重合闸脉冲回路(重合闸继电器)。 辅助中间继电器。 跳闸信号继电器及备用信号继电器。,69,讲课课件,分相操作箱其输出触点应完成哪些功能,除完成跳、合闸功能外 用于发出断路器位置不一致或非全相运行状态信号 用于发出控制回路断线信号。 用

24、于发出气(液)压力降低不允许跳闸信号。 用于发出气(液)压力降低不允许重合闸信号。 用于发出断路器位置的远动信号。 由断路器位置继电器控制高频闭锁停信。 用断路器位置继电器控制高频相差三跳停信。 用于发出事故音响信号。,70,讲课课件,分相操作箱其输出触点应完成哪些功能,手动合闸时加速相间距离保护。 手动合闸时加速零序电流方向保护。 手动合闸时控制高频闭锁保护。 手动合闸及低气(液)压异常时接通三跳回路； 启动断路器失灵保护； 用于发出断路器位置信号； 备用继电器及其输出触点，等等。 实现远传、远跳启动,71,讲课课件,操动箱与断路器操动机构的配合,主要有以下几点： (1)操动机构的合闸线圈与

25、跳闸线圈是按短时通过电流设计的因此进行断路器合闸与跳闸操作时，其操作电路只允许短时接通，操作完毕后，应立即自动断开。为此在操动机构中引入断路器的辅助触点等，实现在跳闸回路引入断路器的辅助触点。当断路器跳闸 和合闸操作完毕后，断路器辅助触点自动断开该操作回路。 (2)不仅能通过操作箱对断路器进行手动分合闸。也可与操作箱配合实现保护和自动装置的跳合闸。为此通过保护箱引入保护动作跳闸和重合闸出口触点，以实现断路器的远方分合闸。,72,讲课课件,(3)为确保断开电感电路，控制断路器或继电器的触点不被烧坏，断路器的合闸和跳闸电路应由其辅助触点断开，要求断路器在安装时调节好相应的辅助触点，使其在操作后比继电器或控制断路器的触点断开得早一些。 (4)通过操作箱实现断路器的“防跳跃”功能。因“跳跃”很快会使断路器损坏，故应在操作回路中装设断路器的“防跳跃”回路。 (5)断路器压力触点接入操作箱，实现压力异常触点闭锁操作、跳闸、合闸、重合闸等功能。,73,讲课课件,九、断路器操作机构,74,讲课课件,75,讲课课件,76,讲课课件,77,讲课课件,