高压断路器的操作回路原理

高压断路器的操作回路原理分析

1. 高压断路器的操作回路

1.1 高压断路器简介

高压断路器又称高压开关，是电力系统中最重要的控制电器设备，它可以控制线路的断开的合闸。发电机、变压器、高压输电线路、电抗器、电容器等多种电气设备的投运或停运是由相连断路器的合闸或分闸来实现的。运行中一次设备发生故障时，继电保护装置动作，跳开（分闸）离故障设备最近的断路器，使故障设备脱离运行电源。断路器是电力系统操作频繁的设备。

断路器的类型很多，就基本结构而言，是由开断元件、支撑和绝缘件、传动元件、基座、操动机构五个基本元件构成。

根据断路器所采用的灭弧介质，可分为油断路器、压缩空气断路器、SF6（六氟化硫）断路器、真空断路器四种类型。

1.2 操作回路简介

发电厂和变电所中的断路器，大部分不是直接在断路器操动机构上操作的，而是采取与操作回路配合使用。一般断路器的均要求远方可以操作，就是在控制室可以对远在几十米或几百米外的断路器进行操作。

操作时，必须有发出电流脉冲的机构，经过操作回路，对断路器进行控制。如果发出电流脉冲的是保护装置，则为保护跳合闸；如果是操作开关，则为手动跳合闸；如果是后台系统，则为遥控跳合闸。

在发出电流脉冲的机构与断路器的操动机构之间的部分，称为操作回路。

国内的保护装置大部分自带操作回路，其主要功能有：

1）能进行远方手动合闸、分闸，能由继电保护、自动装置实现跳、合闸。

2）正常运行时，能指示断路器的分、合闸位置状态。

3）能保证跳合闸回路操作结束时，由断路器辅助接点进行断弧，以保护继电保护装置的接点输出。（保持功能）

4）能监视操作电源是否正常，能监视下次操作时回路是否正常。

5）有防止断路器连续重复合、跳的“跳跃”闭锁装置。

6）对液压操作机构应有液压降低压锁功能。（一般为35KV以上电压等级的断路器才会使用SF6液压机构。）

1.3 操作回路原理图

上图为一个典型操作回路应用图。方框内为操作回路原理图，方框外为操作回路的应用接线，两相对照，以助于理解。其中，DL是断路器辅助接点，它的位置与断路器的开合关联，且开断能力大。跳合闸时电流一般可达到5A，开断5A的电流要求强开断能力，只有断路器的辅助接点可以。HQ为合闸线圈，大电流通过时，即可带动操动机构，使断路器合闸，TQ为跳闸线圈，大电流通过时，即可带动操动机构，使断路器跳闸。ZHQK是一个手动操作开关，手动的位置不同，可以使不同的接点闭合，从而去启动手跳、手合。

位置监视

跳位监视回路中，TWJ是一个电压继电器，其通电线圈接到断路器的合闸回路中，与开关常闭接点、合闸线圈串联在一起，对合闸回路进行监视。当开关处于跳位时，开关常闭接点闭合，TWJ导通，输出常开接点，去点亮跳位灯。

合位监视与此类似。

TWJ与HWJ的常闭接点，串在一起，构成了控制回路断线监视功能。正常时，断路器不是处于合位就是跳位，所以这两个接点串在一起应该是开位，如果电源失电时，两个继电器失电，则两个接点全部闭合。这就表示控制回路断线故障。

合闸回路

HBJ、TBJ2，与开关常闭接点、合闸线圈串联在一起，构成了合闸回路。其中HBJ 的常开接点并在前面，起到了保持作用。TBJ2是用于防跳回路的。

当开关准备合闸时，它必定是先处于分闸位置。此时DL的常闭辅助接点为闭合。当手合时，正电通过ZHQK的1-2接点引入到合闸回路中，这样大电流就通过HBJ，流过HQ，完成合闸。电流通过HBJ时，HBJ的常开接点闭合，保持住了电流，即便这时操作开关已断开，电流还是会维持到断路器合上。当断路器合上时，断路器的常闭辅助接点随即打开，断开了合闸回路，合闸过程结束。

手动操作与保护操作

从操作回路原理图上可以看到，手动操作跳合时，均经过一个SWJ双线圈继电器，同时经过一个二极管，引到跳合闸回路中。这个二极管可以防止保护跳合闸时来启动SWJ。

双位置继电器有两个线圈，一个是动作线圈，一个是复归线圈。当动作线圈通电时，继电器输出接点闭合，复归线圈通电时，输出接点断开。两个线圈同时通电或均不通电时，输出接点维持原状态。这个继电器主要用于区分手合、手跳与保护合、保护跳闸。举例说来，如果是手跳断路器，重合闸就不需重合，如果是继电保护来跳断路器，重合闸就需重合，这时SWJ的接点状态就可以分辨出手跳与保护跳。

当手合时，SWJ的接点为1，手跳时，SWJ接点为0。保护跳合时，SWJ的位置不变。

跳闸回路

跳闸回路的动作过程同合闸回路类似。

防跳回路

当断路器的控制开关在合闸位置（或合闸控制回路由于某种原因接通），当线路存在故障时，继电保护装置动作于断路器跳闸，此时断路器发生再合闸、跳闸，多次重复动作的现象，称“跳跃”。

断路器的跳跃对自身损伤极大，多次跳跃有可能导致爆炸。断路器防跳回路就是为避免这种情况发生而设计的，当断路器跳跃时，防跳回路经继电器互相闭锁，可以达到强制断开合闸回路的功能，从而使断路器一直位于跳位。

在操作回路原理图中，当跳闸回路与合闸回路同时接通时，TBJ1导通，TBJ1的常开接点闭合，防跳回路导通，TBJ2导通，TBJ2的常闭接点断开，从而断开了合闸回路，使断路器固定在跳闸位置，达到了防止断路器跳跃的功能。

压力闭锁回路

在35KV及以上电压等级中，有时会使用六氟化硫开关，这种开关是液压机构，开关跳闸及合闸时要确保跳闸机构中的压力正常，合闸机构中的压力正常。如果压力异常时强行跳合闸，将会导致开关爆炸等严重事故。所以，此时装置的操作回路中，应具备压力闭锁功能。

上图中，以合闸压力为例。断路器会输入一个合闸压力异常接点，导通HYLJ，HYLJ的常闭接点打开，断开合闸回路。

1.2 KKJ的含义和应用

在传统二次控制回路里，KK合后(/分后位置)接点主要用在下列几方面：

a、开关位置不对应启动重合闸。

b、手跳闭锁重合闸。保护跳闸分后接点不会闭合，只有手动跳闸后，分后接点才会闭合，给重合闸电容放电，从而实现对重合闸的闭锁。

c、手跳闭锁备自投。原理同手跳闭锁重合闸一样。

d、开关位置不对应产生事故总信号。

操作回路中的KKJ继电器同传统KK把手所起作用一致，也主要应用在上述方面。我们只采用了其常开接点的含义（即合后位置）：KKJ=1代表开关为人为（手动或遥控）合上；KKJ=0代表开关为人为（手动或遥控）分开。

2、TWJ/HWJ位置继电器和控制回路断线

2.1、TWJ/HWJ（跳闸位置/合闸位置继电器）的作用

TWJ/HWJ主要作用是提供开关位置指示。HWJ并接于跳闸回路，该回路在开关跳闸线圈之前串有断路器常开辅助触点。当开关在合位时，其常开辅助触点闭合，HWJ线圈带电，HWJ=1表明开关合位。TWJ一般并接于合闸回路，该回路在开关合闸线圈之前串有断路器常闭辅助触点。当开关在分位时，其常闭辅助触点闭合，TWJ线圈带电，TWJ=1表明开关分位。留意：当开关在分位时，其实合闸线圈是带电的。TWJ为电压