断路器的控制与中央信号回路的设计

断路器的控制与中央信号回路的设计一、设计目的通过这次课程设计，熟练掌握断路器的动作过程与控制回路的工作过程。

理解断路器控制回路在线路发生故障时的对断路器控制的过程。

理解主信号回路的作用及工作原理。

理解主信号回路与断路器控制回路的关系。

二、设计任务自行查找有关断路器控制与发出信号原理的资料，并查阅其他相关信息，要求分析断路器手动分、合闸，自动分、合闸实现过程，并分析该短路器所在回路发生事故或非正常运行状态时产生中央信号的过程，画出其相应的控制回路原理接线展开图与中央信号原理接线展开图。

三、设计成果断路器是变电所中主要的开关设备，每台高压断路器都附有相应的操作机构，用于驱动断路器的分闸或合闸，并保持在分合状态。

断路器在动作以后应产生警示信号，使工作人员发现断路器工作在非正常状态进而及时的排除故障。

中央信号回路的作用就是产生这种信号。

（一）高压断路器的用途、分类和基本结构高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护电器。

概括来讲，断路器在电网中起到两方面的作用：一、控制作用，即根据电网运行需要，将一部分电力设备或线路投入或退出运行；二、保护作用，即在电力设备或线路发生故障时，通过继电保护装置作用于断路器，将故障部分从电网中迅速切除，保证电网的无故障部分正常运行。

断路器按安装地点可分为屋内和屋外两种，按其控制地点来分，有就地控制和集中控制。

一般100KV及以下的断路器多采用就地控制，而35KV及以上的断路器多采用集中控制。

集中控制是运行人员在设备几十米或几百米以外的控制室内，用控制开关通过回路进行断路器的分、合闸操作。

按采用的灭弧介质可以分为以下四种：1、油断路器油断路器采用绝缘油作灭弧介质。

它可以分为多油和少油断路器。

多油断路器的油除了作介质和分闸后触头间的绝缘外，还作为带电部分对地绝缘，故它的油箱是直接接地的，少油断路器的油仅做灭弧介质和分闸后触头之间的绝缘，而带电部分对地绝缘采用瓷件或其他介质，因此用油量少。

2、压缩空气断路器压缩空气断路器采用约20个大气压的压缩空气作为灭弧介质和断口的绝缘介质。

这种断路器一般用在220KV及以上系统中。

3、真空断路器真空断路器是一种利用的真空的高介质强度来灭弧的断路器。

目前，真空断路器的发展很快，已广泛用35KV及以下的电力系统。

4、六氟化硫断路器）气体作为灭弧介质和绝缘介质的断路器，称为六氟化采用六氟化硫（SF6硫断路器。

六氟化硫是有一种无色、无味并具有优良灭弧性能和绝缘性能的气体。

这是一种发展很快的断路器，目前在110KV及以上系统中应用很多，在10~35KV系统用也有应用。

高压断路器的类型很多，但就其结构来讲，都是由断开元件、支撑绝缘件、传动元件、基座及操作机构5部分组成，其中断开元件是断路器的核心元件，控制、保护等方面的任务，都需要它来完成。

其他部分都是配合元件，为完成上述任务而设置的。

断路器的开断机构主要是由开断触头和灭弧室组成。

由于断路器工作场合的电压等级都比较高，当断路器开断电路以后，都会产生强烈的电弧。

高压断路器根据使用场合的不同，都具有不同的灭弧方式。

断路器的主要部件还有一个就是电流互感器。

流互串联在主电路中，即时监控主电路的工作情况，并把监测到的信号传送给操动机构，由操动机构通过传动元件控制开断元件动作开断电路。

（二）控制回路和信号系统断路器的控制回路就是控制（操作）断路器分、合闸的回路。

操作机构有手力式、电磁式和弹簧式。

信号系统是用来指示一次设备运行状态的二次系统。

中央信号可分为断路器位置信号、事故信号和预告信号。

为确保断路器在各种情况下可靠操作，并便于运行人员监视，对控制回路提出以下要求：1、断路器的合闸和跳闸是按短时通电设计的，所以操作完成后，应迅速自动断开合闸或跳闸回路以免烧坏线圈。

2、断路器既能在远方由控制开关进行手动合闸或跳闸，又能在自动装置和继电保护作用下自动合闸或跳闸。

3、控制回路应具有反应断路器处于合闸和跳闸的位置状态信号。

具有防止断路器多次合、跳闸的“防跳”装置。

4、应具有监视控制回路及其电源是否完好。

5、无论断路器是否带有机械闭锁，都应具有防止多次合、跳闸的电气防跳措施。

6、对于采用气压、液压和弹簧操作的断路器，应有压力是否正常，弹簧是否拉紧到位的监视回路和闭锁回路。

7、控制回路应力求简单可靠。

（三）灯光监视断路器控制回路和信号系统高压断路器控制回路：指控制(操作)高压断路器分、合闸的回路。

电磁操作机构只能采用直流操作电源，弹簧操作机构和手动操作机构可交直流两用，但一般采用交流操作电源。

信号回路是指示一次电路设备运行状态的二次回路。

主信号按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号等。

断路器位置信号用来显示断路器正常工作的位置状态。

一般是红灯(符号RD)亮，表示断路器在合闸位置；绿灯(符号GN)亮，表示断路器在分闸位置。

事故信号用来显示断路器在事故情况下的工作状态。

一般是红灯闪光，表示断路器自动合闸，绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。

此外还有事故音响信号和光字牌等。

预告信号是在一次设备出现不正常状态时或在故障初期发出的报警信号。

值班员可根据预告信号及时处理。

事故信号和预告信号的断路器控制回路和信号回路一般有以下二种情况：1、采用手动操作机构的断路器控制和信号回路合闸时，推上操作机构手柄使断路器合闸。

这时断路器的辅助触点QF3—4，跳闸线圈闭合，红灯RD亮，指示断路器已经合闸。

由于该回路有限流电阻R2YR虽有电流通过，但电流很小，不会动作。

红灯RD亮，还表明跳闸回路及控制回路的熔断器FU1、FU2是完好的，即红灯RD同时起着监视跳闸回路完好性的作用。

触头KM是事故跳闸线圈的常开触头，当线路发生故障时，KM闭合，YR 线圈流过较大电流，断路器自动跳闸。

分闸时，扳下操作机构手柄使断路器分闸。

断路器的辅助触点QF3—4断开，切断跳闸回路，同时辅助触点QF1—2闭合，绿灯GN亮，指示断路器已经分闸。

绿灯GN亮，还表明控制回路的熔断器FU1、FU2是完好的，即绿灯GN同时起着监视控制回路完好性的作用。

WC控制小母线,WS信号小母线,R1、 R2限流电阻，QM手动操作机构辅助触点在断路器正常操作分、合闸时，由于操作机构辅助触点QM与断路器辅助触点QF5—6都是同时切换的，总是一开一合，所以事故信号回路总是不通的，不会错误地发出事故信号。

当一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，其出口继电器KM触点闭合，接通跳闸线圈YR的回路(QF3—4原已闭合)，使断路器跳闸。

随后QF3—4断开，使红灯RD灭，并切断YR的跳闸电源。

与此同时，QF1—2闭合，使绿灯GN亮。

这时操作机构的操作手柄虽然仍在合闸位置，但其黄色指示牌掉落，表示断路器自动跳闸。

同时事故信号回路接通，发出音响和灯光信号。

事故信号回路是按“不对应原理”接线的，由于操作手柄仍在合闸位置，其辅助触点QM 闭合，而断路器已事故跳闸，其辅助触点QF5—6也返回闭合，因此事故信号回路接通。

当值班员得知事故跳闸信号后，可将操作手柄扳下至分闸位置，这时黄色指示牌随之返回，事故信号也随之解除。

控制回路中分别与指示灯GN和RD串联的电阻R1和R2，主要用来防止指示灯灯座短路时造成控制回路短路或断路器误跳闸。

2、采用电磁操作机构的断路器控制和信号回路电磁操作回路的控制开关采用双向自复式并具有保持触点的LW5型万能转换开关，其手柄正常为垂直位置(00)。

顺时针扳转450，为合闸(ON)操作，手松开即自动返回(复位)，保持合闸状态。

反时针扳转45o，为分闸(OFF)操作，手松开也自动返回，保持分闸状态。

图中虚线上打黑点(·)的触点，表示在此位置时该触点接通；而虚线上标出的箭头(→)，表示控制开关手柄自动返回的方向。

合闸时，将控制开关SA手柄顺时针扳转450，这时其触点SA1—2接通，合闸接触器KO通电(其中QF1—2原已闭合)，其主触点闭合，使电磁合闸线圈YO 通电，断路器合闸。

合闸后，控制开关SA自动返回，其触点SA1—2断开，切断合闸回路，同时QF3—4闭合，红灯RD亮，指示断路器已经合闸，并监视着跳闸线圈YR回路的完好性。

WC控制小母线,WL灯光信号小母线,WF闪光信号小母线,WS信号小母线,WAS信号音响小母线,WO合闸小母线分闸时，将控制开关SA手柄反时针扳转45 o，这时其触点SA7—8接通，跳闸线圈YR通电(其中QF3—4原已闭合)，使断路器QF分闸。

分闸后，控制开关SA自动返回，其触点SA7—8断开，断路器辅助触点QF3—4也断开，切断跳闸回路，同时触点SA3—4闭合，QF1—2也闭合，绿灯GN亮，指示断路器已经分闸，并监视着合闸线圈KO回路的完好性。

由于红、绿指示灯兼起监视分、合闸回路完好性的作用，长时间运行，因此耗能较多。

为了减少操作电源中储能电容器能量的过多消耗，因此另设灯光指示小母线WL(+)，专用来接入红、绿指示灯。

储能电容器的电能只给控制小母线WC供电。

当一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，其出口继电器KM触点闭合，接通跳闸线圈YR回路(其中QF3—4原已闭合)，使断路器自动跳闸。

随后QF3—4断开，使红灯RD灭，并切断跳闸回路，同时QF1—2闭合，而SA在合闸位置，其触点SA5—6也闭合，从而接通闪光电源WF(+)，使绿灯GN闪光，表示断路器自动跳闸。

由于断路器自动跳闸，SA在合闸位置，其触点SA9—10闭合，而断路器已跳闸，其触点QF5—6也闭合，因此事故音响信号回路接通，又发出音响信号。

当值班员得知事故跳闸信号后，可将控制开关SA的操作手柄扳向分闸位置(反时针扳转450后松开)，使SA的触点与OF的辅助触点恢复“对应”关系，全部事故信号立即解除。

四、课程设计心得在这次电气设备运行及维护课程设计中，我选做了断路器的控制与中央信号回路设计这一课题。

因为我觉得这一个课题更贴近与实际操作，更能使我们理解在课本中学到的理论知识与实际操作的关系。

在这次课程设计过程中，我运用在课本上学到的理论知识和翻阅有关书籍资料查到的应用知识，设计了一个很简单的一回路中央信号回路。

通过一个简单的控制回路控制断路器分合闸以及断路器在故障情况下自行跳闸。

虽然这个设计很简单，但是它却使我深层的理解了断路器的工作原理及其与控制回路的对应关系。

控制回路通过一个压互或者流互从主电路上即时采集信号，在得到正常工作信号或故障信号时通过分合闸线圈控制断路器动作。

由于时间比较紧，这次课程设计只进行了一周。

但是在这短短一周时间中，我学到了许多在课本上学不到的知识。

虽然过程中也遇到了一些困惑，但是在老师的帮助下，一一的解决并且将其应用于自己的设计中。

课程设计就是锻炼我们把在课本上学到的理论知识应用于自己设计的实际问题中的能力。

将理论知识灵活应用于实际生活，这是我们高专学生一直强调的能力。