第 5 章 高压断路器的控制回路

1. 第5章 高压断路器的控制回路

2. 第5章 高压断路器的控制回路 教学目的：掌握断路器控制方式、断路器控制回路的基本要求、 断路器的基本跳、合闸控制回路、灯光监视的断路器 控制回路、灯光监察液压操作机构操作断路器控制回路 复习旧课：操作电源概述、蓄电池组直流操作直流、硅整流电容 储能装置直流系统、复式整流装置直流系统、直流系统 的绝缘监察与电压监察装置； 重 点：掌握断路器控制方式、断路器控制回路的基本要求、 断路器的基本跳、合闸控制回路、灯光监视的断路器控 制回路、灯光监察液压操作机构操作断路器控制回路； 难 点：掌握断路器控制方式、断路器控制回路的基本要求、 断路器的基本跳、合闸控制回路、灯光监视的断路器控 制回路、灯光监察液压操作机构操作断路器控制回路 二次回路

3. 第5章 高压断路器的控制回路 §5-1 概述 §5-2 断路器的基本控制回路 §5-3 灯光监视电磁操作机构的断路器控制回路 §5-4 灯光监视弹簧操作机构的断路器控制回路 §5-5 灯光监视液压操作机构的断路器控制回路 二次回路

4. §5-1 概述 5.1.1 QF的控制方式 1．按控制地点分 （1）集中控制。在主控制室的控制台上，用控制开关或按钮通过控制电缆去接通或断开断路器的跳、合闸线圈，对断路器进行控制。一般对发电机、主变压器、母线、断路器、厂用变压器35kV以上线路等主要设备都采用集中控制。 （2）就地（分散）控制。在断路器安装地点（配电现场）就地对断路器进行跳、合闸操作（可电动或手动）。一般对10kV线路以及厂用电动机等采用就地控制，可大大减少主控制室的占地面积和控制电缆数。 二次回路

5. 5.1.1 QF的控制方式 2．按控制电源电压分： （1）强电控制。从断路器的控制开关到其操作机构的工作电压均为直流 110V或 220V。 （2）弱电控制。控制开关的工作电压是弱电（直流48V），而断路器的操动机构的电压是220V。目前在500kV变电所二次设备分散布置时，在主控室常采用弱电一对一控制。 3．按控制电源的性质分： （1）直流操作：一般采用蓄电池组(硅整流电能储能）供电； （2）交流操作：由电流、电压互感器或所用变压器提供电源 二次回路

6. 5.1.2 QF的操作机构 1.电磁操作机构（CD）：利用电磁力直接合闸，合闸电流很大，所以合闸回路不能直接利用控制开关接点接通，必须采用中间继电器。 10KV，35KV 2.弹簧储能操作机构（CT）：利用预先储存在弹簧内的位能来进行合闸。合闸电流小，合闸回路可以直接利用控制开关接点接通。但结构复杂，加工工艺及材料要求高，调试困难。 3.液压操作机构（CY）：靠压缩气体作为能源，以液压油作为传递媒介来进行合闸。合闸电流小，合闸回路可以直接利用控制开关接点接通。且压力高，传动快，动作准确，出力均匀。 4.气动操作机构（CQ）：以压缩空气储能和传递能量的机构。合闸电流小，合闸回路可以直接利用控制开关接点接通。但结构复杂，需配备空气压缩设备。 5.电动操作机构（CJ） 二次回路

7. 5.1.3 对QF控制回路的基本要求 1.跳、合闸线圈通电时间尽量短 2.具有“防跳”装置 3.能方便实现手动、自动跳合闸 4.具有保护及回路完好性监视措施 5.具有位置指示 6.对CT，CY，CQ的操作机构，应具有压力，弹簧到位等的监视和闭锁回路 二次回路

8. 5.1.4 控制开关 1.定义：控制开关又称万能转换开关，是由运行人员手动操作，发出控制命令使断路器进行跳、合闸的装置。 2.类型：发电厂和变电所常用的控制开关为LW系列自动复位的控制开关，有三种类型： （1）LW2系列控制开关：是跳、合闸操作都分两步进行，手柄和触点盒有两个固定位置和两个操作位置的封闭式控制开关。此种开关常用于火电厂和有人值班的变电所中。 （2）LW1系列控制开关：是跳、合闸操作只用一步，其手柄和触点只有一个固定位置和两个操作位置的控制开关。此种开关常用于无人值班的变电所和水电站中。 （3）LWX系列强电小型控制开关：其跳、合闸为一步进行，近年来在各种集控台的控制和300MW以上机组的分控室中已被广泛应用。下面以LW2型控制开关为例说明控制开关的结构及作用。 二次回路

9. 3.LW2系列控制开关的构成：图5－l • 操作手柄（前视） • 触点盒：动触头；静触头（后视） 图5－1LW2－Z型控制开关结构图 （a）控制开关外形图；（b）控制开关左视图

10. 4.LW2系列控制开关的位置：图5－l • 跳闸后（手柄在水平位置） • 预备合闸 • 合闸 • 合闸后（手柄在垂直位置） • 预备跳闸 • 跳闸 二次回路

11. 5.LW2系列控制开关的操作过程：图5－l • 合闸操作：如图5－1（b）示出手柄为预备合闸状态，将手柄右旋45°为合闸位置，手放开后在自复弹簧的作用下，手柄复位于垂直位置，成为合闸后位置； • 跳闸操作：先将手柄左旋至水平位置，即预备跳闸位置，再左旋45°即为跳闸位置，手放开后在自复弹簧的作用下，手柄复位于水平位置，成跳闸后位置。 二次回路

12. 6.LW2系列控制开关的触点盒位置表：表5-1 控制开关右端的数节触点盒，其四角均匀固定着四个静触点，其触点外端伸出盒外接外电路，而内端与固定于方轴上的动触点簧片相配合。由于动触点（簧片）的形状及安装位置的不同，组成14种型号的触点盒，代号为1、la、2、4、5、6、6a、7、8、10、20、30、40、50，如表5－1所示。其中1、1a、2、4、5、6、6a、7、8型的动触点是固定于方轴上随轴转动的，而后5种触点是有自由行程的，即进行跳、合闸操作时动触点随轴转动，而手柄自复后触点不随轴复位，其中10、40、50型的动触点在轴上有45°的自由行程；20型有90°自由行程；30型有135°自由行程。 二次回路

13. 表5－1 LW2－Z和LW2－YZ型触点盒位置表 二次回路

14. 7.LW2系列触点的表达形式 • 触点图表法：表5-2 下面以LW2－Z－la、4、6a、40、20、20／F8型控制开关为例介绍。左列所示手柄的六种位置为屏前视图，而其余右边触点盒的触点通断状况是由屏后视的。触点排号从正视方向，从面板右上角的触点开始为逆时针方向次序，“•”号表示触点接通，“一”表示触点断开。 二次回路

15. 表5－2 LW2型控制开关触点图表 二次回路

16. 7.LW2系列触点的表达形式 • 工程图形符号法：表5-3 表中6条垂直虚线表示控制开关手柄的6个不同位置：C一合闸、PC一预备合闸、CD一合闸后；T一跳闸、PT一预备跳闸、TD一跳闸后。水平线表示触点的引出线，水平线下的黑圆点表示该对触点在此位置是接通的，否则是断开的。 二次回路

17. 表5－3 • LW2－Z－1a、4、6a、40、20/F8型开关触点通断符号表 二次回路

18. 1 2 3 4 5 6 7 8.LW2型控制开关型号 LW2－ － ／ － － 式中： ——开关型式，共有6类，如表5－4所示； ——触点型式，共14种； ——板面型式，共有两种，“F”为方形，“O”为圆形； ——手柄型式，共有9种； ——定位器型式，共有两种，45°定位用“8”表示，90°定位不表示； ——限位装置，有者以“×”表示，无者不表示； ——触点特殊排列时用A表示。 1 2 3 4 5 6 7 二次回路

19. 9.LW2系列开关型式及其表示符号 表5－4开关型式及其型号含义表 二次回路

20. 1 2 2 1 3 4 3 4 10.LW2-W-2/F6系列控制开关位置 ：表5-1 • 一个固定位置（垂直位置）：1-3；2-4断开 • 两个操作位置：跳闸位置：1-3接通 合闸位置：2-4接通 固定位置： 合闸位置： 返回 二次回路

21. §5-2 断路器的基本控制回路 5.2.1 断路器的基本跳、合闸控制回路 1.接线：图5-2 图5－2断路器基本跳、合闸回路 二次回路

22. 5.2.1 断路器的基本跳、合闸控制回路 • 2.组成：图5-2 • 合闸回路：SA⑤⑧，自动合闸继电器的动合触点KM，合闸接触器KMC，合闸线圈YC，QF常闭辅助接点； • 跳闸回路：SA⑥⑦，保护出口继电器的动合触点KOM，跳闸线圈YT，QF常开辅助接点； • +WC、-WC是控制电源小母线的正极和负极； • +WOM、-WOM是合闸电源小母线的正极和负极。 二次回路

23. 5.2.1 断路器的基本跳、合闸控制回路 3.动作原理：图5-2 （1）手动合闸（SA跳闸后位置）水平 操作SA”合闸“位置→SA⑤⑧通 +WC→FU1→SA⑤⑧通→QF（常闭）闭→KMC线圈→FU2→-WC KMC线圈带电动作→KMC（常开）闭合 +WOM→FU3→KMC（常开）闭合→YC线圈→KMC（常开）闭合→FU4→-WOM YC线圈带电使QF合上：QF（常闭）断开→YC失电 QF（常开）闭合→为下一次跳闸准备 SA复位于“合闸后”位置（垂直）→SA⑤⑧断开 二次回路

24. 5.2.1 断路器的基本跳、合闸控制回路 3.动作原理：图5-2 （2）手动跳闸（SA合闸后位置） 操作SA“跳闸”位置→SA⑥⑦通 +WC→FU1→SA⑥⑦通→QF（常开）闭→YT线圈→FU2→-WC YT线圈带电使QF跳闸：QF（常闭）闭合→为下一次合闸准备 QF（常开）断开→YT失电 SA复位于“跳闸后”位置（水平）→SA⑥⑦断开 （3）自动合闸：由自动重合闸装置的出口触点KM闭合实现的 （4）自动跳闸：由保护装置出口继电器KOM触点闭合来实现的 二次回路

25. 5.2.2 断路器的防跳（跳跃闭锁）控制回路 • 1.产生“跳合”的条件 • SA ⑤⑧闭合触点或自动合闸继电器触点KM粘连 • 合闸系统发生永久性故障 2.危害： 如果断路器发生跳跃，势必造成绝缘下降、油温上升，严重时会引起断路器发生爆炸事故，危及设备和人身的安全。 • 3.“防跳”措施 • 机械防跳：指操作机构本身有防跳性能。 • 电气防跳：在断路器控制回路中加设电气防跳电路 • 电气防跳的方法有：加装防跳继电器 • 利用跳闸线圈的辅助触点防跳 二次回路

26. 4.加装防跳继电器的QF控制回路 • ①接线：图5-3 • 防跳继电器KCF（TBJ）：常采用DZB型中间继电器，它有两个线圈。 • 电流起动线圈KCFI →串在跳闸回路中。 • 电压保持线圈KCFU→与自身的动合触点串联，再并接于合闸接触器KMC的回路中。 二次回路

27. 图5－3　由防跳继电器构成的断路器控制回路 二次回路

28. 4.加装防跳继电器的QF控制回路 ②防跳原理：图5-3 当手动合闸时SA的5—8触点尚未断开或自动装置KM触点烧结，此时发生故障，则继电保护装置动作，KOM触点闭合，经KCFI的电流线圈、断路器动合触点QF1，跳闸线圈通电起动，使断路器跳闸。同时，KCFI电流线圈起动，其动合触点闭合，使其经电压线圈KCFU自保持，而KCF的动断触点断开，可靠地切断KMC线圈回路，即使SA的5—8触点接通，KMC也不会通电，防止了断路器跳跃现象的发生。只有合闸命令解除（SA的5—8触点断开或KM断开），KCFU电压线圈断电，才能恢复至正常状态。 二次回路

29. 5.利用跳闸线圈辅助接点构成的电气防跳 ①接线:图5-4 ②防跳原理 ③特点:跳闸线圈会长时间带电

30. 5.2.3 断路器的位置指示 • 1.双灯制控制接线： • 接线：如图5－5所示 • 图5－5 断路器的位置指示接线图 二次回路

31. 5.2.3 断路器的位置指示 • 1.双灯制控制接线：图5－5 • 工作原理： • 当断路器在跳闸位置时，其动断（常闭）触点QF2接通，绿灯GN（HG）亮； • 当断路器在合闸位置时，其动合（常开）触点QF1接通，红灯RD（HR）亮。 • 即红灯（HR）亮表示断路器在合闸状态，绿灯（HG）亮表示断路器在跳闸状态。 二次回路

32. 5.2.3 断路器的位置指示 • 2.单灯制控制接线： • 单灯制用灯光和控制开关手柄位置来表示断路器手动跳、合闸位置。 • 有中控台的，一般也设置跳、合闸位置继电器，利用其相关的触点接通中央音响信号及模拟灯信号回路。 二次回路

33. 5.2.4 断路器自动跳、合闸的信号回路 断路器由自动装置驱动进行跳、合闸时，信号灯是闪光的，与手动跳、合闸时信号灯是平光的有所区别。现以双灯制断路器的跳、合闸信号回路为例，具体分析如下。 1.接线：图5-6 2.位置信号： 平光（手动合闸） 闪光（自动合闸） 平光（手动跳闸） 闪光（自动跳闸） 红灯HR（RD） 绿灯HG（GN） 二次回路

34. 5.2.4 断路器自动跳、合闸的信号回路 • 图5－6 断路器跳、合闸双灯制信号回路接线

35. 5.2.4 断路器自动跳、合闸的信号回路 • 3.工作原理：图5-6 • SA“合闸后”SA16-13通 • QF“合闸后”QF（常开）闭 • SA“跳闸后”SA14-15通 • QF“合闸后”QF（常开）闭 • 红灯闪光解除：值班人员将SA打至“合闸后”位置，其触点16—13接通，14—15断开，红灯接至“十”电源小母线，所以红灯又发平光，闪光解除。 • 手动合闸时： RD发平光 • 自动合闸时： RD发闪光 二次回路

36. 5.2.4 断路器自动跳、合闸的信号回路 • 3.工作原理：图5-6 • SA“跳闸后”SA10-11通 • QF“跳闸后”QF（常闭）闭 • SA“合闸后”SA9-10通 • QF“跳闸后”QF（常闭）闭 • 绿灯闪光解除：值班人员将SA打至“跳闸后”位置，其触点10—11接通，9－10断开，绿灯接至“十”电源小母线，所以绿灯又发平光，闪光解除。 GN发平光 • 手动跳闸时： GN发闪光 • 自动跳闸时： 二次回路

37. 5.2.5 事故音响信号起动回路 • 断路器自动跳、合闸后，不仅指示灯要发出闪光，而且还要求发出事故音响信号（蜂鸣器HA）。 • 事故音响信号是利用不对应原则实现的，全厂共用一套音响装置。 • 1.事故音响信号何时发出？ • 在电力系统发生的故障中，暂时性故障占70％以上，所以规定断路器因系统故障而自动跳闸后，应自动（或手动）重合闸一次，以判断故障的性质。如为暂时性故障（风吹树枝、竹杆碰线、鸟害等）故障很快消除，则重合闸会成功；如为永久性故障（如线路断线、杆塔倒地等），故障不会自动消除，当重合于故障线路上，则断路器在保护装置的作用下即刻跳开，应发出音响。 二次回路

38. 5.2.5 事故音响信号起动回路 2.手动重合闸的要求。 在事故发生后，若需手动重合闸，则控制开关由原“合闸后”先打至水平位，然后打至“预备合闸”、“合闸”、“合闸后”，由于断路器已跳闸，为使控制开关在转到“预备合闸”和“合闸”位置瞬间，不会因断路器触点与控制开关触点接通误发事故音响信号，使值班人员难辨真假，故在接线中应采用只有在“合闸后”位置才接通的触点，而在表5－4找不到这样的触点，所以采用1－3与19—17两对触点串接的方法来实现只在“合闸后”才接通的要求。 二次回路

39. 5.2.5 事故音响信号起动回路 • 3.用“不对应原则”启动事故音响回路。 • SA的1－3与19—17触点在“合闸后”通， • QF动断触点在“跳闸后”才闭合， 图5－7 事故音响信号起动回路 二次回路

40. 5.2.6 断路器控制回路完好性的监视 • 断路器的控制回路包括熔断器和其回路接线，必须对其有经常性的监视，否则当熔断器熔断或控制回路断线（经常是接触不良）时，将不能正常进行跳、合闸操作。 • 在中小型发电厂和变电所一般采用双灯监视方式。 • 1.接线：图5-8 • 由LW2-W-2/F6型控制开关控制的灯光监视电磁操作机构的断路器控制回路 二次回路

41. 5.2.6 断路器控制回路完好性的监视 图5-8 二次回路

42. 5.2.6 断路器控制回路完好性的监视 2.工作原理：图5-8 绿灯GN亮： 断路器在“跳闸”位置 断路器合闸回路是完好的 红灯RD亮： 断路器在“合闸”位置 断路器跳闸回路是完好的。 返回 二次回路

43. §5-3 电磁操作机构的断路器控制回路 灯光监视 5.3.1 接线 ： 图5-8 由LW2-W-2/F6型控制开关控制的灯光监视电磁操作机构的断路器控制回路 二次回路

44. 灯光监视的电磁操作机构的断路器控制回路 5.3.2 基本要求：图5-8 1.跳、合闸线圈通电时间尽量短 跳闸回路串接QF的常开辅助触点 合闸回路串接QF的常闭辅助触点 2.具有“防跳”装置 采用了防跳继电器KCF 3.能方便实现手动、自动跳合闸 手动跳、合闸：采用了合闸接点SA2-4，跳闸接点SA1-3 自动跳、合闸：分别采用了保护出口KOM和自动装置出口KM 二次回路

45. 灯光监视的电磁操作机构的断路器控制回路 5.3.2 基本要求：图5-8 4.具有保护及回路完好性监视措施 装设了熔断器：1FU、2FU 跳闸位置的绿灯GN 合闸位置的红灯RD 5.具有位置指示 二次回路

46. 灯光监视的电磁操作机构的断路器控制回路 5.3.3 动作原理：图5-8 1.准备状态：（准备合闸） SA“跳闸后”位置→SA1-3、SA2-4断开 QF”跳闸”位置→QF（常开）断开、QF（常闭）闭合 +WC→FU1→绿灯GN（R）→QF（常闭）闭→KMC线圈→FU2→-WC 由于RGN≥RKMC 故KMC不动作，只有绿灯GN亮 绿灯GN亮： 断路器在“跳闸”位置 断路器合闸回路是完好的 二次回路

47. 灯光监视的电磁操作机构的断路器控制回路 2.手动合闸：图5-8 操作SA顺时针450到”合闸“位置→SA2-4通 +WC→FU1→SA2-4通→QF（常闭）闭→KMC线圈→FU2→-WC KMC线圈带电动作→KMC（常开）闭合 +WOM→FU3→KMC（常开）闭合→YC线圈→KMC（常开）闭合→FU4→-WOM YC线圈带电使QF合上： ①QF（常闭）断开 →YC线圈失电 →绿灯（GN）熄灭 二次回路

48. 灯光监视的电磁操作机构的断路器控制回路 2.手动合闸：图5-8 ②QF（常开）闭合 +WC→FU1→红灯RD（R）→QF（常开）闭合→YT线圈→FU2→-WC 由于RRD≥RYT 故YT不动作，只有红灯RD亮 红灯RD亮： 断路器在“合闸”位置 断路器跳闸回路是完好的 SA复位于“合闸后”位置→SA2-4断开 二次回路

49. 灯光监视的电磁操作机构的断路器控制回路 • “防跳”：图5-8 • 若遇到SA2-4（自动合闸继电器触点KM）粘结 • 同时合闸系统发生永久性故障 • KOM动作→YT线圈带电动作→使QF跳闸 • 同时TBJI带电动作 →TBJ1常开闭合→TBJV自保持 • →TBJ2断开→断开合闸回路 二次回路

50. 灯光监视的电磁操作机构的断路器控制回路 3.手动跳闸 操作SA逆时针450到”跳闸“位置→SA1-3通 +WC→FU1→SA1-3通→QF（常开）闭→YT线圈→FU2→-WC YT线圈带电动作→使QF跳闸： ①QF（常开）断开 →YT线圈失电 →红灯（RD）熄灭 ②QF（常闭）闭合 +WC→FU1→绿灯GN（R）→QF（常闭）闭→KMC线圈→FU2→-WC 由于RGN≥RKMC故KMC不动作，只有绿灯GN亮 绿灯GN亮： 断路器在“跳闸”位置 断路器合闸回路是完好的 SA复位于“合闸后”位置→SA1-3断开 二次回路