回路是什么意思(断路器控制回路详解及常见问题处理)

回路是什么意思

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原创作者何工,国家能源集团江苏公司某电厂电气保护班工作,并活跃在思仿继电保护QQ群。
作者授权思仿继电保护公众号独家刊载。

断路器控制回路详解及常见问题处理
何工(国家能源集团江苏公司某电厂)
电气回路是靠二次回路构成的,了解二次回路知识、看懂二次回路图纸也是二次从业者一项必备的技能。
本文详细阐述了:断路器的控制回路原理图,控制回路出现的一些常见问题及处理方法。以便大家对二次回路有更深刻的理解与认识。
下图是我厂6kV断路器控制回路典型原理图。
                                            
1主要元器件及功能
先学习一下图纸上有关元器件的名称及功能:
+WC控制电源正极小母线
-WC控制电源负极小母线
这两条母线是用来提供控制回路正、负电源的。
+WCL动力电源正极小母线
-WCL动力电源负极小母线
这两条母线是用来给合圈单独提供电源的。
(+)WTW闪光小母线
这条母线提供闪光电源。
WSA事故跳闸小母线
提供事故音响回路正电源。
FU1、FU2、FU3、FU4熔丝(有点地方熔丝换成小开关)
保护直流母线不受影响,在负载支路短路时跳开支路。
SA控制开关
控制回路操作命令的发出。一共6个位置:

KL中间继电器
这里作为防跳继电器,U代表电压线圈、I代表电流线圈。
KMC合闸接触器
合闸接触器动作其接点接通合圈线圈。
YT跳闸线圈
跳圈得电,带动机械部分断路器分闸。
YC合闸线圈
合圈得电,带动机械部分断路器合闸。
R附加电阻
根据回路需要选择合适电阻使电路合理。
HG绿色灯具
开关分闸时绿灯亮
HR红色灯具
开关合闸时红灯亮

KL继电器接点(常开接点)

KL继电器接点(常闭接点)

断路器辅助接点(常闭接点)

断路器辅助接点(常开接点)

KMC接触器接点(常开接点)

保护出口继电器接点(常开接点)

远方合闸命令(常开接点)
所谓常开接点常闭接点,就是指断路器分闸时或者继电器在没有得电没有动作的情况下,接点的状态,例如:
表示断路器在分的时候,这个接点是闭合的,一旦断路器合闸,这个接点动作常闭接点就要翻转变为打开。
2控制回路讲解2.1合闸回路把合闸回路提取出来如图所示:
图中红色标记的回路就是合闸回路的主回路,我们来看一下回路是怎样沟通的,断路器要合闸,那断路器肯定是在分闸状态,才能进行合闸操作。所以KL2闭合(防跳继电器不动作)断路器分位QF不动作为闭合态。
合闸回路有2条主回路,上面一条是远方合闸,当远方合闸命令发出KM1闭合,KMC得电。下面一条是就地控制,当就地控制开关SA合闸操作时,SA5-8通,KMC得电,KMC接点就要动作。所以我们转到动力电源也是合闸线圈YC所在回路,动力电源控制回路其图如下:
上面我们说到不管哪一种操作方式都将使KMC继电器得电动作,所以这个回路里的KMC的接点就要闭合,则YC合闸线圈就得电,开关完成合闸。
为什么要单独提供一个动力控制电源给合闸线圈?因为断路器合圈的电阻非常小,合闸瞬间产生的电流很大,如果和分闸控制回路合用一个电源,会对其他元器件造成伤害,直流母线提供的功率也可能不足。
2.2分闸回路把分闸回路提取出来讲解:

绿色标记为分闸回路:开关在合位时,进行分闸操作才是有意义的,就是说现在开关是合位,断路器合位则QF要动作翻转为闭合态,上面一条代表手动分闸操作,手动进行SA分闸操作,SA6-7通,正电位通过KL至跳圈YT,跳圈YT得电,开关完成跳闸。下面一条绿线代表保护动作跳开关回路,即保护动作其出口继电器接点KOM动作,为闭合态,正电通过KOM接点闭合经KL至跳圈YT,YT得电,开关完成跳闸。
2.3分闸灯、合闸灯指示回路这一回路的功能,第一指示断路器分闸、合闸状态,第二监视分闸回路的完整性,监视合闸回路的完整性,也就是说我们的控制回路有没有发生控制回路断线。
先分析红灯回路,提取红灯回路:

红灯指示的是合闸状态,这个时候开关是合位,就地控制开关SA在合后位,SA16-13在SA为合后位的时候通,断路器合位QF动作翻转为闭合态,正电位通过红灯HG,防跳继电器KL电流线圈,跳圈YT沟通,这三个元件串联,由于红灯电阻很大,根据分压原理,电阻大的分压也大,所以绝大部分电压都分在了红灯HR上,而KL、YT继电器分压小不会误动。只有正常进行就地控制开关SA分操作时,SA6-7通,短接红灯HR,使电压都加在了YT上,YT才可靠动作,开关正常分闸。所以红灯起到了指示开关合闸状态的同时又对开关分闸回路的完整性起到了监视作用。
同理分析绿灯回路:
绿灯指示开关分闸状态,断路器是分位,则就地控制开关SA为分后位,SA11-10在分后位是通的,断路器分位QF不动作为闭合态。所以正电位由HG绿灯,KMC沟通,同样由于绿灯HG电阻大,它和KMC串联,绿灯HG分得的电压大,KMC分得的电压很小,所以绿灯点亮,而KMC不至于误动作。只有当就地开关SA进行合操作时,SA5-8通,短接了红灯,这样电压就全部加在了接触器KMC的线圈上,KMC得电。
KMC得电后如下图:

KMC得电动作,KMC接点动作翻转为闭合态,接通合闸线圈YC,开关合闸。所以绿灯起到了指示开关分闸状态的同时又对开关合闸回路的完整性起到了监视作用。
2.4闪光小母线指示灯有的时候是常亮的,有的时候是会闪烁的点亮,这是为什么呢?下面就这一问题来讲一下闪光小母线的作用。
首先我们简单介绍一下(+)WTW闪光母线的特点,是由闪光继电器构成的使该直流母线正电位时有时无,如果将闪光母线接到元件中,比如我们这里的灯回路,就会使灯时亮时不亮,对外表现为灯是闪烁的,所以称为闪光小母线。
这里我们要解释一下为什么要设置闪光小母线。由于接入闪光小母线会使灯闪烁,而闪烁的灯会使人明显感受到,引起工作人员的警觉,这里闪光小母线起到的是预告信号。也就是当人员进行人工操作时,用SA控制开关进行操作,当进行合闸操作过程中,SA控制开关有4个位置的转换。操作前断路器是分位,操作开关SA在分后位,先进行预合操作,预合位表示将要进行合闸操作,这时候红灯会闪烁,提醒操作人员确认接下来的操作是不是进行合闸操作,如确认就进行合操作,操作发合令的瞬间,SA在合位。开关合闸后,控制开关变为合后位(控制开关SA在合闸操作过程位置变化情况:分后位-预合位-合位-合后位)。

预合红灯闪回路如上图红色标记所示,当SA打到预合位时只有SA14-15通,其他SA接点都不通,将(+)WTW闪光电源接入红灯HG经KL,断路器合位QF动作翻转为闭合态,则YT也得电,和监视跳闸回路一样,这时候只有红灯HR分的电压大,灯会点亮,但是由于引入的是闪光电源所以红灯会闪烁的亮,这样就会提示操作人员是不是要进行合闸操作,如确定,执行合闸命令,SA至合位,则SA5-8通,KMC得电,如下图:
KMC得电,KMC接点动作闭合,合圈YC得电开关合闸,如下图:
同理,预分绿灯闪回路分析如下:

当进行分闸操作过程中,SA控制开关有4个位置的转换,操作前断路器是合位,操作开关SA在合后位,先进行预分操作,把手在预分位表示将要进行分闸操作,这时候绿灯会闪烁,提醒操作人员,确认进行分操作,发分闸命令的瞬间,控制开关SA在分位。开关分闸后,控制开关变为分后位。(控制开关SA在分闸操作过程位置变化情况合后位-预分位-分位-分后位)
上图绿色标记部分为预分闪光回路:当进行到预分位这一步骤时,SA在预分位,只有SA9-12通SA其他接点都不通,(+)WTW由绿色路径经HG,KMC沟通,在面前合闸回路监视分析过,绿灯HG会点亮,区别是这里接入的是闪光电源WTW,所以绿灯闪烁。
若执行分闸操作,则SA至分位,SA6-7通,跳圈YT得电,开关跳闸。见下图:

2.5事故音响系统发生事故了我们要引起运行人员的注意,用什么来引起注意呢,我们一般采用光子牌或者事故音响系统,也就是我们常说的蜂鸣器及事故喇叭。

回路原理图如上图所示,我们把这一图分两部分来理解。

第一部分标记为红色,第二部分标记为绿色。
第一部分为手动控制开关SA接点组合,要使SA1-3和SA19-17接点都通,查SA接点位置表可以得出只有SA在合后位这两付接点才会通,合后位的前面已经讲过它代表开关应该在合位,更深一层的意思该开关应该是在合位而且是经过人工操作合上去的(不是经自动装置或者远方操作合上去的)。
第二部分是一个开关辅助常闭接点,也就是说开关在分位的时候该接点闭合。
所以两个部分组合起来的逻辑可以简单描述为,当开关人为合上去了,控制把手合后位,但是开关真实状态是分闸状态,说明该开关分闸一定不是人为干预正常操作分闸的,而是由事故引起不正常跳闸而分的,所以要起动事故喇叭,告诉运行人员有开关事故跳闸了。
3防跳回路最后一个问题,当开关既有跳闸命令,又有合闸命令的时候,开关会不会合-跳-合-跳反复的分合。答案肯定是不会出现这一现象的。因为我们的控制回路里有防跳回路。
所谓防跳回路,是指防止开关出现快速重复分合的现象,出现这个现象的主要原因是当断路器合闸命令粘连或重合闸等自动合闸回路过程中有故障时,跳、合令会同时出现,造成开关“跳跃”。
我们常用的是双线圈的防跳继电器。下图所示,继电器有2个线圈,一个是电流线圈,一个是电压线圈,串在不同回路里。一个叫启动回路,一个叫保持回路。
启动回路如上图红色标记回路构成,当开关合位,有分闸命令发出时即SA6-7通,正电经KL的电流线圈I,YT沟通。KL电流线圈I得电,YT也得电,KL电流线圈I得电的结果,其接点要动作,YT得电开关跳闸。所以说开关跳闸要启动防跳继电器。
下面看保持回路如下图:

绿色部分为保持回路,前面说到这时候KL已经启动,已经动作,所以KL1要闭合,KL2要断开,加上防跳出现原因即SA合闸命令出现粘连即SA5-8一直通且不返回。那么正电将经绿色标记路线沟通使KL的电压线圈也一直得电,所以KL就一直保持的动作状态,它的KL2接点(红色部分)就一直动作,一直处于打开状态,就断开了合闸回路,使开关不能合闸,除非SA5-8不粘连,断开了,KL电压线圈U才返回,才恢复正常状态可以合闸。
4典型回路设计我们总结一下整个控制回路图有哪些经典的典型回路设计:
4.1防跳里的自保持回路什么叫自保持回路,就是继电器本身的常开接点串本身继电器线圈回路。
K为外部启动量,当外部启动量K接点闭合时,KM线圈得电,KM接点(红色部分)要动作闭合,这样KM就一直动作,那么KM接点(红色部分)就一直保持动作状态,KM线圈当然也是保持动作状态,所以叫自保持回路。
4.2不对应回路的应用我们的绿灯(分闸指示灯)是接在合闸回路里的,监视合闸回路;
我们的红灯(合闸指示灯)是接在分闸回路里的,监视分闸回路;
控制开关合后位与断路器实际位置不对应构成的事故音响回路。
5常见问题及处理讲一下控制回路易出现的问题及处理方法。
5.1直流回路正极接地
上图中当控制回路发生正极接地,我们说这时候容易发生保护误动,这是为什么呢,如下图:
当保护出口接点KOM另一端(红圈部位)又出现接地,将会使出口相当于短接,开关误跳。
5.2直流回路负极接地

当发生直流负极接地,开关会出现拒动,拒分拒合都有可能。如下图
当跳圈YT另一端又发生接地(红圈部位),造成跳圈YT被短接不动作,拒分。
当在KMC合闸接触器的另一端又有接地点(绿圈部位),合闸接触器KMC被短接,拒合。
发生直流接地先由运行人员选切出故障支路,选出支路后,比如是正极接地,准备好正确的图纸,在端子排拆除正电端子,拆一个量一个看接地现象是否消失(拆的线做好标记和绝缘措施),直到找出接地点为止。注意在查直接接地的时候不能造成另一点接地和直流短路。
5.3断路器电气操作不正常不能正常电动合闸:

如图当发生用SA手合命令(SA5-8)合断路器时,断路器不能合闸。

量红圈部位电位,如有负电源证明合闸接触器KMC没有问题,在量黑圈部位电位,如有负电位证明QF接点良好,在量绿圈部位电位,如有负电位证明KL2接点良好无问题,在量SA5-8端电位,如果是全电压,则说明SA5-8接点不好,在发合令的时候不导通。
断路器自动跳闸:

当断路器自动分闸说明开关跳闸回路带正电,我们这里有2个跳闸回路,红色部位是由控制开关SA6-7发出的手动分闸命令来跳断路器的,绿色部位是由保护接点KOM动作事故跳闸出口来跳断路器的。所以我们找到端子排图,在端子排找出这2个回路端子,逐一拆除量电位,看哪个回路带正电位,哪个回路就有问题。比如这里我们发现拆除绿色部位端子其回路编号为133(保护跳闸专用回路设计编号)带正电位,那么就查保护出口KOM这付接点,是接点绝缘不好造成的,还是接点本身机构问题发生了粘连,从而排查出开关自动分闸的原因。
6提醒注意几点提醒大家在检修断路器二次回路过程中,注意以下几点:
一、养成良好的操作习惯。对带闪光预告信号的操作回路,很多人在操作开关时根本不理会闪光预告信号,还没看清楚是什么灯闪就直接打到分位或者合位发命令,预分、预合状态停留太短暂不观察预告信号正确与否。
二、是不能带电插拔断路器二次插头。
三、开关操作确认开关试验位置,试验结束查开关分闸状态。
四、操作开关时提醒一下周围人员,以防其他人员不知情受到惊吓。
7进一步的思索一、跳闸回路里当有跳令的时候,KL3接点和KL电流线圈也构成了自保持,这个自保持的作用是什么?
二、自保持电流线圈和电压线圈能不能互换位置?
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