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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0.1Ω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。