高壓斷路器的控制和信號回路

1、高壓斷路器的控制和信號回路在常規(guī)敞開式開關(guān)設(shè)備(AIS),氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)， 550kV(330kV)組合電器(HGIS)中關(guān)鍵部件都是高壓斷路器，高壓斷路器的控制回路就是控制（操作）斷路器分、合閘的回路。操作機(jī)構(gòu)有手力式、電磁式、液壓式和彈簧儲能式。電磁式操作機(jī)構(gòu)只能采用直流操作電源，手力式和彈簧儲能式可交直流兩用，但一般采用交流操作電源。一般高壓斷路器都有自配電流互感器。由傳統(tǒng)的繼電裝置或微機(jī)保護(hù)裝置(PLC)對采集的電流量、開關(guān)量進(jìn)行邏輯判斷的。若有兩回跳閘路控制，也應(yīng)分別從直流屏引出兩回直流電源，以保證可靠地跳閘。還要考慮以兩側(cè)的隔離開關(guān)聯(lián)動及其閉鎖。若是線路測的高壓

2、斷路器，還應(yīng)考慮重合閘的問題。信號回路是用來指示一次回路運行狀態(tài)的二次回路。信號按用途分，有斷路器位置信號、事故信號和預(yù)告信號等。斷路器位置信號用來顯示斷路器正常工作的位置狀態(tài)。紅燈亮，表示斷路器處于合閘通電狀態(tài)；綠燈亮，表示斷路器處于分閘斷電狀態(tài)。事故信號用來顯示斷路器在事故情況下的工作狀態(tài)。紅燈閃光，表示斷路器自動合閘通電；綠燈閃光，表示斷路器自動跳閘斷電。此外，事故信號還有事故音響信號和光字牌等。預(yù)告信號是在一次電路出現(xiàn)不正常狀態(tài)或發(fā)現(xiàn)故障苗頭時發(fā)出報警信號。例如電力變壓器過負(fù)荷或者油浸式變壓器輕瓦斯動作時，就發(fā)出區(qū)別與上述事故音響信號的另一種預(yù)告音響信號（用電鈴、電笛區(qū)別），同時光字牌

3、亮，指示出故障性質(zhì)和地點，以便值班員及時處理。對斷路器的控制和信號回路有下列主要要求：1、  應(yīng)能監(jiān)視控制回路保護(hù)裝置（熔斷器）及分其分、合閘回路完好性，以保證斷路器的正常工作，通常采用燈光監(jiān)視的方式。2、  分、合閘操作完成后，應(yīng)能使命令脈沖解除，即能斷開分、合閘的電源。3、  應(yīng)能指示斷路器正常分、合閘的位置狀態(tài)，并在自動合閘和自動跳閘時有如前所述的明顯指示信號。通常用紅、綠燈的常亮來指示斷路器的合閘和分閘的正常位置，而用紅、綠燈的閃光來指示斷路器的自動合閘和跳閘。4、  斷路器的事故跳閘回路，應(yīng)按“不對應(yīng)原理”接線。當(dāng)斷路器采用手動力操縱機(jī)構(gòu)時，利

4、用手力操動機(jī)構(gòu)的輔助觸點與斷路器的輔助觸點構(gòu)成“不對應(yīng)”關(guān)系，即操作機(jī)構(gòu)（手柄）在合閘位置而斷路器已跳閘時，發(fā)出事故跳閘信號。當(dāng)斷路器采用電磁操動機(jī)構(gòu)時，則利用控制開關(guān)的觸點與斷路器的輔助觸點構(gòu)成“不對應(yīng)”關(guān)系，即控制開關(guān)（手柄）在合閘位置而斷路器已跳閘時，發(fā)出事故跳閘信號。5、  對有可能出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)或故障的設(shè)備，應(yīng)裝設(shè)預(yù)告信號。預(yù)告信號應(yīng)能使控制室的中央信號裝置發(fā)出音響和燈光信號，并能指示故障地點和性質(zhì)。通常用電鈴做預(yù)告音響信號，用電笛事故音響信號。 8.3.2  手力式操作機(jī)構(gòu)斷路器的控制回路和信號系統(tǒng) 圖7-11是手力式操作的斷路器的控制回路和信號回

5、路原理圖。合閘時，推上操作手柄使斷路器合閘。這時斷路器的輔助觸點QF3-4閉合，紅燈RD亮，指示斷路器已經(jīng)合閘通電。由于有限電阻R2，跳閘線圈YR雖有電流通過，但電流很小，不會跳閘。紅燈RD亮，還表示跳閘回路及控制回路電源的熔斷器FU1和FU2是完好的，即紅燈RD同時起著監(jiān)視跳閘回路完好性的作用。    分閘時，扳下操作手柄使斷路器分閘。這時斷路器的輔助觸點QF3-4斷開，切斷跳閘回路，同時輔助觸點QF1-2閉合，綠燈GN亮，指示斷路器已經(jīng)分閘斷電。綠燈GN亮，還表示控制回路電源的熔斷器FU1和FU2是完好的，即綠燈GN起著監(jiān)視控制回路完好性的作用。在正

6、常操作斷路器分、合閘時，由于操作機(jī)構(gòu)輔助觸點QM與斷路器輔助觸點QF5-6是同時切換的，所以事故信號回路（信號小母線WS所供的回路）總是斷路的，不會錯誤地發(fā)出燈光、音響信號。當(dāng)一次電路發(fā)生短路故障時，繼電保護(hù)裝置動作，其出口繼電器觸點KM閉合，接通跳閘回路（QF3-4原已閉合），使斷路器跳閘。隨后QF3-4斷開，紅燈RD滅，并切斷YR的電源；同時QF1-2閉合，綠燈GN亮。這時操動機(jī)構(gòu)的操作手柄雖然然在合閘位置，但其黃色指示牌下掉，表示斷路器自動跳閘。在信號回路中，由于操作手柄仍在合閘位置，其輔助觸點QM閉合，而斷路器已事故跳閘，QF5-6返回閉合，因此事故信號接通，發(fā)出燈光和音響信號。當(dāng)值班

7、員得知事故跳閘信號后，可將斷路器操作手柄扳下至分閘位置，這時黃色指示牌隨之返回，事故燈光、音響信號也隨之解除。控制回路中分別與指示燈GN和RD串聯(lián)的電阻R1和R2，除了具有限流作用外，還有防止指示燈座短路時造成控制回路短路或斷路誤跳閘的作用。 8.3.3  電磁式操作機(jī)構(gòu)斷路器的控制回路和信號系統(tǒng) 圖7-12是采用電磁式操作機(jī)構(gòu)斷路器的控制和信號回路原理圖。其操作電源采用圖7-5所示的硅整流電容儲能的直流系統(tǒng)。控制開關(guān)采用雙向自復(fù)式并具有保持觸點的LW5型萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)，其手柄正常為垂直位置（0°）。順時針扳轉(zhuǎn)45°為合閘操作（ON），手松開即自動返回（復(fù)

8、位），保持合閘狀態(tài)。反時針扳轉(zhuǎn)45°為分閘操作（OFF），手松開也自動返回，保持分閘狀態(tài)。圖中控制開關(guān)SA兩側(cè)虛線上打黑點（·）的觸點，表示該觸點在此接通。SA兩側(cè)的箭頭（），指示SA手柄自動返回的方向。表7-4是圖7-12所示控制開關(guān)SA的觸點圖表，可供讀圖參考。 表7-4  圖7-12所示控制開關(guān)SA的觸點圖表SA觸點編號1-23-45-67-89-10手柄位置分閘后 ×   合閘操作× ×  合閘后  × &#

9、215;分閘操作 × × 注：“×”表示觸點接通 合閘時，將控制開關(guān)SA的手柄順時針扳轉(zhuǎn)45°。這時觸點SA1-2接通，合閘接觸器KO通電（其中QF1-2原已閉合），其主觸點閉合，使電磁合閘線圈YO通電動作，使斷路器合閘。合閘完成后，控制開關(guān)SA自動返回，其觸點SA1-2斷開，切斷合閘回路；同時QF3-4閉合，紅燈RD亮，指示斷路器已經(jīng)合閘，并監(jiān)視著跳閘線圈YR回路的完好性。分閘時，將控制開關(guān)SA的手柄反時針扳轉(zhuǎn)45°，這時其觸點SA7-8接通，跳閘線圈YR通電（其中QF3-4原已閉合），使斷路器分閘。分

10、閘完成后，控制開關(guān)SA自動返回，其觸點SA7-8斷開，斷路器輔助觸點QF3-4這時也斷開，切斷跳閘回路；同時觸點SA3-4閉合，QF1-2也閉合，綠燈GN亮，指示斷路器已經(jīng)分閘，并監(jiān)視著合閘接觸器KO回路的完好性。由于紅綠指示燈兼有監(jiān)視分、合閘回路完好性的作用，長時間運行，耗能較多。因此為減少操作電源中儲能電容器能量的過多消耗，故另設(shè)燈光指示小母線WL（+），專用來接入紅綠指示燈。儲能電容器的能量只用來供電給控制小母線WC。當(dāng)一次電路發(fā)生短路故障時，繼電保護(hù)動作，其出口繼電器觸點KM閉合，接通跳閘線圈YR回路（其中QF3-4原已閉合），使斷路器跳閘。隨后QF3-4斷開，使紅燈RD消滅，并切斷跳

11、閘回路。同時QF1-2閉合，而SA尚在合閘后位置，其觸點SA5-6閉合，從而接通閃光電源小母線WL（+），使綠燈GN閃光，表示斷路器已自動跳閘。由于斷路器自動跳閘，SA仍在合閘位置，其觸點SA9-10閉合，而斷路器卻已跳閘，其觸點QF5-6返回閉合，因此事故音響回路接通，在綠燈GN閃光的同時，并發(fā)出音響信號（電笛響）。當(dāng)值班員得知事故跳閘信號后，可將控制開關(guān)SA的手柄扳向分閘位置，即反時針扳轉(zhuǎn)45°后松開讓其自動返回，使SA的觸點與QF的觸點恢復(fù)對應(yīng)關(guān)系，這時全部事故信號立即解除。 8.3.4  采用彈簧操動機(jī)構(gòu)的斷路器控制和信號回路彈簧機(jī)構(gòu)是利用預(yù)先儲能的合閘彈

12、簧釋放能量，使斷路器合閘。合閘彈簧由交直流兩用電動機(jī)拖動儲能，也可手動儲能。以其能量消耗低,無滲漏,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點近年來得到了廣泛應(yīng)用,尤其在126kV及以下電壓等級的高壓斷路器中較多,252kV開關(guān)中的使用量也在不斷增加,550kV開關(guān)也早有應(yīng)用。圖7-13是采用CT7型彈簧操動機(jī)構(gòu)的斷路器控制和信號回路原理圖，其控制開關(guān)采用LW2或LW5型萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)，大家自己分析。目前常采用的二次回路包含控制回路,信號回路,電機(jī)貯能控制回路.電路解決了1)為了解決調(diào)試時的虛假信號問題,可加一個小型斷路器將彈簧機(jī)構(gòu)的控制電源單獨給出. 2)實際上出現(xiàn)上述問題的根本原因是時間繼電器K12的工作缺少控制條

13、件 兩個問題。 電機(jī)貯能控制及貯能狀態(tài)指示信號如圖7-14, KL+,KL-:直流控制電源;CL+,CL-:直流操作電源;-SP:貯能位置開關(guān);-K12:時間繼電器;-SBT3:手動/電動轉(zhuǎn)換開關(guān);M1:交直流電機(jī);-KM:交流接觸器;-EL2:合閘簧已貯能信號燈  其工作原理分析如下. 1. 彈簧貯能 給上控制電源和操作電源,如果合閘彈簧處于未貯能狀態(tài),則位置開關(guān)SP的1,2節(jié)點閉合,時間繼電器K12帶電,那么,K12的常開節(jié)點13,14及43,44同時閉合,如果此時電動/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)SBT3處于電動位置,直流接觸器KM線圈就得電,KM的常開節(jié)點閉合使電機(jī)得電而轉(zhuǎn)動壓縮彈簧貯能,同

14、時主控室內(nèi)"合閘簧正在貯能"的指示燈將亮起提醒運行人員合閘彈簧正在貯能. 2. 貯能完畢信號 彈簧貯能到位后,推動位置開關(guān)SP轉(zhuǎn)換,其1,2節(jié)點斷開,K12線圈失電,K12的節(jié)點13,14及43,44同時返回,切斷電機(jī)電源完成貯能過程, "合閘簧正在貯能"的指示燈熄滅;同時SP的1,3節(jié)點閉合,"合閘彈簧已貯能"的指示燈"亮起,提醒運行人員可以進(jìn)行合閘操作. 3. 故障報警信號 如果由于某種原因合閘簧在規(guī)定的時間內(nèi)(1620 s)沒有完成貯能動作,那么,時間繼電器K12的延時開節(jié)點56,56將切斷電機(jī)回路電源,以免電機(jī)帶電時

15、間過長燒毀,同時K12的延時閉節(jié)點67,68將使"貯能超時"指示燈亮起,提醒運行人員彈簧貯能環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題應(yīng)立即解決. 即使K13線圈帶電13,14節(jié)點閉合,在貯能控制回路不通或沒送電的異常情況下,K12將不會帶電,主控室在給上電源KL后,若看不到"合閘簧正在貯能"的指示燈,即可大致判斷出問題之所在.如果貯能控制回路接通而電機(jī)貯能環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,則K12經(jīng)過一定時延后55,56節(jié)點斷開切斷電機(jī)電源防止電機(jī)帶電時間過長燒毀,同時67,68節(jié)點閉合給出貯能超時的報警信號.  8.3.5  斷路器微機(jī)保護(hù)裝置（智能脫扣器） ABB,

16、GE，SIEMENS，Westing House 等世界主要低壓斷路器生產(chǎn)廠家大量采用微機(jī)保護(hù)裝置，斷路器微機(jī)保護(hù)裝置（又稱智能脫扣器），用它可取代/升級老的脫扣器，還有的直接安裝在斷路器內(nèi)成為一體。其核心主要由美國URC 公司等幾家生產(chǎn)，主要功能包括：過流速斷保護(hù)，過流保護(hù)，接地保護(hù)，相序不平衡，事件記錄，RS485通訊接口，通訊規(guī)約MODBUS RTU， 電力參數(shù)測量，等等。采用了斷路器微機(jī)保護(hù)裝置的斷路器又叫智能型斷路器。智能脫扣器使斷路器實現(xiàn)了遙測、遙控、遙信和遙調(diào)等功能?，F(xiàn)在智能脫扣器都采用單片機(jī)、DSP等微處理器作為邏輯處理的基礎(chǔ)，其發(fā)展趨勢一是功能越來越多，除了傳統(tǒng)的脫扣功能外，

17、還有脫扣前報警功能、線路參數(shù)檢測功能以及試驗功能；另外一種趨勢是采用現(xiàn)場總線技術(shù)，把設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化作為目標(biāo)。根據(jù)智能脫扣器所要實現(xiàn)的功能，硬件可以分為中央處理單元（微處理器及其外圍電路）、采樣電路、按鍵顯示電路、通訊電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾個部分。1采樣電路 采樣電路實現(xiàn)的功能是將外部的電流、電壓信號經(jīng)過互感器、濾波、幅值調(diào)整環(huán)節(jié)后送到微處理器A/D采樣通道口。在這些環(huán)節(jié)要注意以下幾個問題。             1）互感器的選擇互感器的作用是將線路中幅值很大的電信號線性地轉(zhuǎn)換成可

18、以處理的電信號，其轉(zhuǎn)換的線性和精度將直接影響關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可信度，這些數(shù)據(jù)是智能脫扣器工作的基礎(chǔ)。常用的電流互感器有鐵心和空心兩種，鐵心型互感器在處理小電流時線性度很好，但大電流時鐵心容易飽和，從而出現(xiàn)線性失真，測量范圍?。豢招男驮谔幚泶箅娏鲿r線性度好，測量范圍廣，但小電流時易受干擾，也會出現(xiàn)線性失真，測量誤差大。然而智能脫扣器電流測量范圍從幾百A到幾十kA，變化范圍很大，要想在整個測量范圍內(nèi)不失線性，最好采用兩種類型互感器相互結(jié)合的方法。 2）幅值調(diào)整環(huán)節(jié)由于電流的測量范圍很大，而微處理器A/D轉(zhuǎn)換參考電壓一般很小，我們采用多量程轉(zhuǎn)換的方法，每一種量程中信號送到A/D轉(zhuǎn)換口的幅值最大值都稍小于3

19、.3V，硬件上根據(jù)信號幅值大小采用不同的輸送通道，當(dāng)然實現(xiàn)這個功能還要軟件上面的判斷。2中央處理單元 CPU芯片采用CYGNAL公司的C8051，這是一種新型高速集成芯片，拇指蓋大小的體積內(nèi)集成了8路A/D轉(zhuǎn)換通道、溫度傳感器、32K的FLASH存儲器，WATCHDOG監(jiān)視器、通訊接口和標(biāo)準(zhǔn)的JTAG程序燒寫口。這使控制系統(tǒng)的外圍元器件少、電路簡單，從而提高了穩(wěn)定性和抗干擾能力。 3鍵盤顯示電路 鍵盤顯示電路采用串行接口的7281芯片，該芯片通過外接移位寄存器74HC164，最多可以控制16位數(shù)碼管或128只獨立LED，其驅(qū)動輸出極性和輸出時序均為軟件可控，從而可以和各種驅(qū)動電路配合。同時，7

20、281芯片不僅可以控制各顯示位閃爍屬性和閃爍頻率，而且可以最多連接64鍵的鍵盤矩陣，鍵盤為互鎖式，內(nèi)部具有消去抖動功能。此外，7281芯片采用高速二線接口與CPU通訊，只占用很少的I/O口和CPU時間。 4執(zhí)行單元 執(zhí)行單元采用永磁體的電磁鐵，正常工作時在永磁體作用下保持吸合狀態(tài)，當(dāng)執(zhí)行電路接收到CPU發(fā)出的脈沖控制信號時，觸發(fā)達(dá)林頓管使線圈通有電流而產(chǎn)生反向磁通，在反力彈簧的作用下鐵心打開，帶動斷路器分?jǐn)唷?5硬件設(shè)備比較容易忽視的問題CYGNAL51芯片自帶內(nèi)部復(fù)位和簡單的外部復(fù)位電路，這部分復(fù)位電路是不容易被忽視的。但是在實際運行中，由于鍵盤和顯示是由管理芯片7281所控制的，當(dāng)程序跑飛后，C8051芯片經(jīng)過外部或內(nèi)部復(fù)位電路可以重新復(fù)位運行，但是C8051芯片的復(fù)位無法傳送到7281芯片，這時顯示板上的顯示不會刷新，