断路器控制回路基本原理

1、控制回路的基本要求
开始学习控制回路之前，我们先了解一下控制回路需要具备哪些基本的功能：
（1）能进行手动跳合闸和由保护和自动装置的跳合闸；
（2）具有防止断路器多次重复动作的防跳回路；
（3）能反映断路器位置状态；
（4）能监视下次操作时对应跳合闸回路的完好性；
（5）有完善的跳、合闸闭锁回路；
2、典型的控制回路
根据控制回路的几点基本要求，我们以10kV的PSL641保护装置为例，分为五个步骤，一步步搭建基本的控制回路，并了解每个部分的作用。

（1）跳闸与合闸回路
首先，能够完成保护装置的跳合闸是控制回路最基本的功能。

这个功能的实现很简单，回路如下图所示。

假定断路器在合闸状态，断路器辅助接点DL常开接点闭合。

当保护装置发跳闸命令，TJ闭合时，正电源-> TJ-> LP1-> DL-> TQ-> 负电源构成回路。

跳闸线圈TQ得电，断路器跳闸。

合闸过程同理。

分闸到位后，DL常开接点断开跳闸回路。

DL常闭接点闭合，为下一次操作对应的合闸回路做好准备。

利用DL常开接点断开跳闸电流，一是为了防止TJ粘连造成TQ烧坏（因为TQ的热容量是按短时通电来设计的）；二是因为如果由TJ来断开合闸电流，由于TJ接点的断弧容量不够，容易造成TJ接点烧坏（HJ也是一样的道理），这就为下一次保护跳闸（或合闸）埋下了隐患且不易被发现。

（2）跳闸/合闸保持回路
为了防止TJ先于DL辅助接点断开（如开关拒动等情况），我们增加了“跳闸自保持回路”。

该回路可以起到保护出口接点TJ以及可靠跳闸的作用。

增加的部分用红色标记，R 在Ω左右。

当分闸电流流过TBJ时，TBJ动作，TBJ1闭合自保持，直到DL断开分闸电流。

这时无论TJ是否先于DL断开，都不会影响断路器分闸，也不会烧坏TJ。

（3）防跳回路
TBJ我们有时也叫它“防跳继电器”。

这是因为它有另一个非常重要的功能：防跳。

防跳的概念：所谓的防跳，并不是“防止跳闸”，而是“防止跳跃”。

当合闸于故障线路时，保护会发跳令将线路跳开。

如果此时HJ接点发生粘连，断路器就会在短时间内反复跳、合、跳、合。

这就是“跳跃现象”。

（断路器跳闸时间需要30-60ms，合闸时间需
要60-90ms，一个跳合周期只需要150ms，很容易在短时间内完成几个周期的跳合跳的循环）跳跃现象轻则对系统造成多次冲击，严重时可能使断路器爆炸。

所以“防跳”回路是必不可少的。

下图中我们增加了防跳回路的部分，用绿色标记。

TBJ是一个双线圈继电器，由串接与跳闸回路的电流启动线圈TBJ，和接于防跳回路的电压自保持线圈TBJV组成。

在跳闸过程中，当有分闸电流流过TBJ时，防跳回路中的TBJ2闭合，电压自保持线圈启动，TBJV2闭合，TBJV1断开。

如果在保护跳闸期间，HJ发生粘连，HJ->LP2->TBJV2->TBJV这条回路接通，TBJV电压自保持，使得TBJV1始终断开，合闸回路始终处于断开状态。

这也就是防跳的目的：将断路器保持在跳闸状态。

如果跳闸期间没有跳令存在，则在断路器完成分闸后，跳闸回路被DL常开接点断开，TBJ电流线圈失电，此时由于HJ是断开的，不能形成TBJV电压自保持，复归。

TBJV1重新闭合，合闸回路完好，不影响下次的跳合闸。

需要注意，接于跳闸回路的TBJ电流线圈，要求其在分闸时造成的压降要小。

规程规定不能大于控制电源额定电压的5%。

TBJ电流线圈的额定动作电流不能大于分闸电流的50%，保证TBJ在跳闸过程中可靠动作。

在有些断路器中也设置了防跳回路，它一般是由电压型继电器完成防跳功能的。

但操作箱中的防跳回路与断路器中的防跳回路一般不能同时使用，以免产生寄生回路。

通常断路器自身有防跳回路的用其自身的防跳回路，没有的用操作箱的防跳回路。

（4）断路器位置监视回路
前面提到，控制回路应该能够反映断路器的位置状态以及跳合闸回路的完整性。

所以我们在回路中增加了TWJ、HWJ来监视跳闸回路、合闸回路的完整性。

图中用蓝色表示。

TWJ和HWJ的常闭接点串联来发出“控制回路断线”的信号。

回路完好时，TWJ和HWJ 必然有一个启动。

当控制回路异常时，TWJ和HWJ均失电，报“控制回路断线”。

同时用TWJ的常开接点起动绿灯，HWJ的常开接点起动红灯。

绿灯亮，表示断路器在分闸状态，合闸回路完好；红灯亮，表示断路器在合闸状态，跳闸回路完好。

（5）手分/手合回路
除了保护装置跳合闸外，控制回路还需要具备遥分、遥合，就地分合的功能。

其基本的原理是类似的，就不赘述了。

增加的部分图中用橙色表示。

图中的KKJ是一只双位置继电器。

它一个线圈得电后即使该动作电压小时，继电器还是保持在原来状态，直到另外一个线圈得电才能使继电器转换到另外一种状态。

比如手分/遥分，使KKJ=0，只有手合/遥合后才能使KKJ=1。

KKJ的作用是用来判断是正常的分合闸操作，还是故障时保护装置的跳合闸动作。

当正常的分合闸操作时，KKJ应变位，当保护动作跳合闸时，KKJ应不变位。

KKJ的常开接点提供给“事故总”信号以及重合闸装置使用。

（6）控制回路的闭锁
为保证断路器工作的安全，控制回路往往采取多种闭锁措施，当条件不满足时，禁止断路器的操作。

常见的闭锁回路一般有三种：
A、断路器的操作系统异常时对分、合闸回路进行闭锁。

当液压/气压操作机构压力过高或过低，弹簧操作机构弹簧未储能，SF6断路器的SF6压力低等，这些都将串接在跳、合闸回路中的常闭接点断开，不允许断路器分合。

B、存在不通电源需要并列的场合，断路器控制回路要增加同期闭锁回路。

C、为了防止误操作的防误闭锁回路，在不具备操作条件时将控制回路断开。

以上所讨论的是三相操作的断路器控制回路。

在220kV及以上系统中，通常采用分相操作的控制回路。

分相操作控制回路看似复杂，其实原理是相同的，就不再赘述了。

但分相操作控制回路有双组跳圈，第一组与合圈公用一组电源，第二组跳圈单独使用一组电源。

两组直流电压相互独立。

另外，每组跳闸回路都有一套三相不一致保护。

3、断路器常见异常处理
（1）位置指示不正确
断路器位置指示不正确会使运行人员不能正确判断断路器的分、合闸位置，在倒闸操作和事故处理中造成误判断。

如果位置指示不正确是由于控制回路故障引起的，会造成断路器不能正常操作。

分闸回路故障会使断路器在故障时不能自动跳闸，扩大事故范围；合闸回路故障会使断路器在瞬时故障跳闸后不能自动重合，延长停电时间。

断路器位置指示不正确的现象和原因主要有：
1）断路器位置指示灯不亮（监控系统断路器显示为红、绿色以外的其他颜色），原因有：
A、指示灯灯泡烧毁。

B、如有“控制回路断线”信号，则是控制回路无电源或断线，红灯不亮是跳闸回路故障，绿灯不亮是合闸回路故障。

如控制熔断器熔断或接触不良、控制回路接点接触不良、断路器辅助接点转换不到位、继电器线圈断线等。

C、断路器由于SF6压力过低或操作机构储能不足被闭锁。

此时会同时发出“操纵机构未储能”或“闭锁”信号。

D、监控系统断路器位置指示消失的原因有：测控装置故障或失电、测控通道故障、断路器检修时投入“置检修状态”压板等。

2）断路器位置指示红、绿灯全亮或闪光。

是由于回路中有接地点，或者分、合闸回路之间绝缘损坏（检修后一般为接线错误），或有异常连接的地方。

3）监控系统断路器位置指示相反。

即合闸是显示为绿色、分闸是显示为红色，一般是由于新投断路器或监控系统检修后将断路器分、合闸状态位置接反所致。

4）机械位置指示器内部脱扣或位移。

（2）断路器控制回路断线
1）断路器控制回路断线的现象有：
A、警铃响，故障断路器红、绿位置指示灯熄灭或指示异常（若为三相指示灯，则可能出现某相指示灯熄灭）。

B、相应线路控制盘发出“控制回路断线”、“压力降低分闸闭锁”、“压力降低合闸闭锁”、“装置异常”等光字牌信号。

2）控制回路断线的原因有：
A、弹簧机构的弹簧未储能、储能未满，或液压、气动机构的压力降低至闭锁值及以下。

B、分、合闸回路接线端子松动、断线等。

C、分闸或合闸线圈断线。

D、断路器动合或动断辅助触点接触不良。

E、分、合闸位置继电器或防跳继电器线圈烧断。

F、控制熔断器熔断或松开等（控制电源空开跳闸）。

（3）断路器拒绝合闸
断路器拒合的原因主要有监控系统原因、电气方面原因和机械方面原因。

1）监控系统显示操作闭锁未开放，则是监控系统原因，如：
A、监控系统闭锁未解除。

如选择断路器错误，“五防”拒绝操作；监控系统与“五防”系统信号传输故障等原因造成闭锁不能打开。

B、监控系统遥控超时。

C、监控系统通道故障。

D、测控装置故障。

E、“远方/就地”控制把手在“就地”位置。

2）合闸操作前红、绿指示灯均不亮，说明控制回路有断线现象、无控制电源或者断路器被闭锁。

3）当操作合闸后红灯不亮，绿灯闪光且事故喇叭响时，说明操作手柄位置和断路器的位置不对应，断路器未合上。

其常见的原因有：
A、合闸回路熔断器熔断或接触不良。

B、合闸接触器未动作。

C、合闸线圈故障。

D、合闸电压过低。

E、直流系统两点接地造成合闸线圈短路。

F、断路器机械故障，如合闸铁芯卡滞、合闸支架与滚轴故障等。

G、断路器采用控制把手操作时，合闸时间过短。

4）当操作断路器合闸后绿灯熄灭，红灯亮，但瞬间红灯又灭、绿灯闪光，事故喇叭响，说明断路器合闸后又自动跳闸。

原因有：
A、直流系统两点接地造成跳闸回路接通。

B、操作机构能量不足、三点过高等。

5）操作合闸后红、绿灯均不亮并且断路器无电流，机械指示分闸或合闸。

可能的原因有：控制回路断线或触头卡在中间位置等。

6）合闸后断路器位置指示红灯亮，但断路器无电流指示，多是由于传动轴杆或销子脱出造成断路器触头未合上，此时断路器机械指示多在合闸位置。

（4）断路器拒绝分闸
断路器的拒分对系统安全运行威胁很大，一旦某一单元发生故障时，断路器拒动，将会造成上一级断路器跳闸，扩大事故停电范围，甚至可能导致系统解列，造成大面积停电的恶性事故。

因此，“拒分”比“拒合”带来的危害性更大。

断路器拒绝分闸，监控系统的原因与拒绝合闸相同，下面主要分析电气和机械方面的原因。

1）分闸前断路器位置红、绿灯均不亮，说明控制回路有断线现象、无控制电源或者断路器被闭锁。

2）分闸操作后绿灯不亮、红灯闪光，说明断路器未断开。

其常见的原因有：
A、分闸线圈短路。

B、分闸电压过低。

C、跳闸铁芯卡涩或脱落、动作冲击力不足。

D、分闸弹簧失灵、液压机构分闸阀卡死，气动机构大量漏气等。

E、触头发生熔焊或机械卡涩，传动部分故障，如销子脱落、绝缘拉杆断裂等。

F、三连板三点过低，部件变形。