断路器的控制与信号回路

4.2.1 控制与信号回路概述

1.控制与信号回路的构成

高压开关控制与信号回路主要由控制元件、中间放大元件与继电器，以及操动机构等几部分组成，其作用如下。

（1）控制元件。开关跳、合闸操作命令，是由运行人员操作按钮或控制开关等控制元件而发出的。为满足控制、信号回路对触点数量多的需要，大都采用带有转动手柄的控制开关来执行。

控制开关常用的有两种类型：一种是开启式，如LW1系列；另一种是封闭式，如LW2系列。这两种控制开关，除了结构上是否外露加以区别外，后者还有这样的优点，即利用LW2系列控制开关来控制断路器时，在合闸过程中有“预备合闸”的位置，在跳闸过程中有“预备分闸”位置，用于指明所操作的设备是否正确，可减少误操作的机会。所以，发电厂和变电所中，多采用此种控制开关。下面扼要叙述LW2系列封闭式控制开关的特点。

这种控制开关的外形结构如图4.2.1所示。触点盒共有1a、4、6a、20和40五种类型。每一触点盒都有两个固定位置和两个复归位置。固定位置就是当手柄转到该位置后，手柄能保持在该位置，触点盒内的触点也相应停留在该位置。而复归位置则不同，手柄转到该位置时，手柄和触点盒的触点只暂时保持在该位置，当运行人员把手柄放开后，在弹簧的作用下，手柄和触点都将复归到原来的位置。

图4.2.1 LW2开关外形图

1—手柄；2—面板；3—触点盒

这种触点盒的触点形式和用途，如表4.2.1所示。其中有两个预备操作位置（“预备合闸”和“预备跳闸”）、两个操作位置（“合闸”和“跳闸”）和两个固定位置（“合闸后”和“跳闸后”）。该开关合闸操作的顺序为预备合闸→合闸→合闸后；开关跳闸操作的顺序为预备跳闸→跳闸→跳闸后。

表4.2.1 LW2触点功能表

（2）中间放大元件与继电器。因断路器的合闸电流甚大，如电磁式操动机构，其合闸电流可达几十安到几百安，而控制元件和控制回路所能通过的电流往往只有几安，两者之间需用中间放大元件进行转换。常用CZ型直流接触器去接通合闸回路。

此外，控制回路中还采用各种电磁式中间继电器，其作用是增加回路中某些元件动作的触点数量和触点类型（动合或动断），以满足不同需要。

（3）操动机构。高压开关的操动机构有电磁式、弹簧式和液压式等，它们都附有合闸和跳闸线圈。当线圈通电后，引起连杆动作，进行合闸或跳闸。合、跳闸完成后，开关动触头杆所带辅助触点进行切换，利用它们可传达开关位置信号。

2.对控制与信号回路的基本要求

高压开关的控制、信号回路，随着开关类型、操动机构形式不同，以及对运行的不同要求而有所差异，但其基本原理是相似的，并应能满足下述几点基本要求。

（1）高压开关的合、跳闸回路是按短时通过大电流脉冲来设计的。操作或自动合、跳闸完成后，应迅速自动断开跳、合闸回路以免烧损线圈。为此，在合、跳闸回路中，分别接入断路器的辅助触点（动断、动合触点），以便切断回路，并为下次操作做好准备。

（2）控制回路应能在控制室由控制开关控制进行手动跳、合闸，又能在自动装置和继电保护作用下自动合闸或跳闸，同时能由远方调度中心发送控制命令进行跳、合闸。

（3）应具有高压开关位置状态的信号、事故跳闸与自动合闸的闪光信号。后者应由“不对应接线原则”构成，即控制开关的位置与高压开关的实际位置（如已自动跳闸）不一致，使信号回路构成逻辑输出并接通闪光电源而发闪光。

（4）具有防止断路器多次合、跳闸的“防跳”装置。因断路器手动控制或自动合闸时，如遇永久性故障，继电保护立即使其跳闸。此时，如控制开关未复归或自动装置出口继电器触点被卡住，使合闸回路一直通电，将引起断路器再次合闸继而又跳闸，如此反复即出现“跳跃”现象，导致断路器损坏。为防止此种情况，应在控制回路中设电气防跳措施，也可在断路器本身设置机械防跳。

（5）采用液压和气体操作机构时，跳、合闸操作回路中应分别设有液压或气体闭锁，在低于规定标准压力情况下，闭锁操作回路。断路器与隔离开关配合使用时，应有防误操作的闭锁措施。

（6）对跳、合闸控制回路及其电源的完好性，应能进行监视。

控制、信号回路的接线方式有多种，按监视方式可分为灯光监视回路和音响监视回路两种，前者适用于一般有人值班的变电所，后者可用于无人值班的变电所和大型变电所。

4.2.2 断路器控制回路与信号回路

断路器的操作机构不同，其电气控制回路也不尽相同，但基本接线是类似的。现以电磁型操作机构的断路器为例，说明控制回路和信号回路的动作过程。

图4.2.2所示为灯光监视断路器控制回路和信号回路原理图。图中，SA为LW2型控制开关；YR为断路器操作机构的跳闸线圈；KO为断路器合闸用接触器的合闸线圈，KO1－2和KO3－4为该接触器两对带有灭弧罩的常开触点；QF1－2和QF3－4、QF5－6为断路器QF的常闭和常开触点；KLB为用来防止断路器出现“跳跃”现象的防跳继电器，它是一个电流线圈启动、电压线圈保持的中间继电器，KLB1－2和KLB3－4是它的常开和常闭触点；KM1为自动重合闸回路中间继电器的常开触点，该触点闭合时，断路器QF即可自动合闸；KM0为继电保护出口中间继电器的常开触点，该触点闭合时，即可使断路器QF自动跳闸。±WC为直流控制回路电源小母线；±WO为断路器直流合闸回路电源小母线；＋WF为闪光信号小母线，它在专用的闪光装置下断续带电；±WS为信号回路电源小母线；WAS为事故音响信号小母线。

图4.2.2 灯光监视断路器控制回路和信号回路原理图

对于图4.2.2中的控制开关SA，其右侧的三条虚线中，“1”表示操作手柄在“预备合闸”位置，“2”表示“合闸”位置，“3”表示“合闸后”位置；左侧的三条虚线中，“1”表示操作手柄在“预备跳闸”位置，“2”表示“跳闸”位置，“3”表示“跳闸后”位置。每对触点下方虚线上画有圆点者，表示手柄转到此位置时该触点接通，虚线上标出的箭头表示控制开关手柄自动返回的方向。

通常规定元件不受电（或断路器断开）时的状态为常态，常开触点和常闭触点的含义如下。

常开触点：元件未受电（断路器断开）时其触点（又称接点）断开、受电（断路器合闸）时其触点闭合，又称为动合触点或正触点。

常闭触点：元件受电（断路器合闸）时其触点（又称接点）断开、断电（断路器断开）时其触点闭合，又称为动断触点或反触点。

1.合闸过程

（1）手动合闸。手动合闸前，断路器QF处于跳闸状态，断路器的辅助常闭触点QF1—2闭合，控制开关手柄处于“跳闸后”位置。由表4.2.1的控制开关触点功能表知，此时SA10—11接通，绿灯HLG亮，其电流通路为：＋WC→SA10—11→HLG→R1→QF1—2→KO→－WC。由于限流电阻R1的存在，此回路的电流仅能使绿灯发光，不能使合闸接触器KO动作。采用接触器KO的目的是减轻控制回路的负担，因电磁操作机构的合闸电流很大，故用KO的触点接通断路器的合闸线圈YO。绿灯亮既表明断路器正处于跳闸位置，也表明断路器的合闸回路是完好的。

在合闸回路为完好的情况下，将控制开关手柄由“跳闸后”的水平位置顺时针转动90°至“预备合闸”的垂直位置，此时触点SA9—10与SA13—14接通，绿灯HLG改接到闪光母线＋WF上，发出绿灯闪光，其电流通路为：＋WF→SA9—10→HLG→R1→QF1—2→KO→－WC。绿灯闪光表明该断路器准备合闸，借此提醒运行人员核对操作的对象是否正确。如核对无误后，运行人员可将控制开关手柄继续顺时针转动45°至“合闸”位置（不要放手），此时触点SA5—8、SA19—17和SA16—13接通，使合闸接触器KO动作，其电流通路为：＋WC→SA5—8→KLB3—4→QF1—2→KO→－WC。此时，合闸接触器KO的常开触点KO1—2和KO3—4闭合使断路器的合闸线圈YO接通，断路器在电磁操作机构的带动下实现合闸。合闸完毕后，断路器的辅助常闭触点QF1—2断开，切断合闸回路电源，防止合闸线圈因长时间通电而被烧毁。与此同时，断路器的辅助常开触点QF3—4闭合，红灯回路接通。此时，运行人员可松开控制开关的手柄，在弹簧的作用下，手柄自动逆时针转动45°，到达“合闸后”的垂直位置。此时，红灯继续发光，其电流通路为：＋WC→SA16—13→HLR→R2→KLB（I）→QF3—4→YR→－WC。由于限流电阻R2的存在，此回路的电流仅能使红灯发光，不能使跳闸线圈YR动作，因此断路器不会跳闸。红灯亮既表明断路器正处于合闸位置，也表明断路器的跳闸回路是完好的。

（2）自动合闸。断路器原为跳闸状态，控制开关手柄在“跳闸后”位置。当自动重合闸装置动作时，其出口中间继电器常开触点KM1闭合，使合闸接触器KO动作，断路器QF自动合闸。自动合闸后，QF1—2随之断开，QF3—4闭合。此时，由于断路器处于合闸位置，而控制开关手柄仍保留在“跳闸后”位置，两者呈现不对应状态，触点SA14—15接通，红灯将发出闪光，其电流通路为：＋WF→SA14—15→HLR→R2→KLB（I）→QF3—4→YR→－WC。

在控制台上，控制开关手柄在“跳闸后”位置，红灯在闪光，表明断路器是自动合闸的。只有当运行人员将SA手柄转到“合闸后”位置，使SA手柄位置与断路器的实际位置相对应时，红灯才发出平光。

2.跳闸过程

（1）手动跳闸。在跳闸回路完好的情况下，将控制开关手柄由“合闸后”的垂直位置逆时针转动90°至“预备跳闸”的水平位置，此时SA13—14接通，红灯发出闪光，其电流通路为：＋WF→SA14—13→HLR→R2→KLB（I）→QF3—4→YR→－WC。运行人员经核对无误后，可将控制开关手柄继续逆时针转动45°至“跳闸”位置（不要松手），此时触点SA6—7、SA11—10接通，使断路器的跳闸线圈YR动作，断路器QF跳闸，其电流通路为：＋WC→SA6—7→KLB（I）→QF3—4→YR→－WC。跳闸完毕后，断路器的辅助常开触点QF3—4断开，切断跳闸回路电源，防止跳闸线圈因长时间通电而被烧毁。与此同时，断路器的辅助常闭触点QF1—2闭合，绿灯回路接通。此时，运行人员可松开控制开关的手柄，在弹簧的作用下，手柄自动顺时针转动45°，到达“跳闸后”的水平位置。此时，绿灯继续发光，其电流通路为：＋WC→SA11—10→HLG→R1→QF1—2→KO→－WC。由于限流电阻R1的存在，此回路的电流仅能使绿灯发光，不能使合闸接触器KO动作。绿灯亮既表明断路器正处于跳闸位置，也表明断路器的合闸回路是完好的。

（2）自动跳闸。若线路发生故障使继电保护装置动作，则出口中间继电器常开触点KM0闭合，使跳闸线圈YR动作，断路器QF将自动跳闸。自动跳闸后，QF1—2随之闭合，QF3—4断开。此时，由于断路器处于跳闸位置，而控制开关手柄仍保留在“合闸后”位置，两者呈现不对应状态，触点SA9—10接通，绿灯将发出闪光，其电流通路为：＋WF→SA9—10→HLG→R1→QF1—2→KO→－WC。

自动跳闸属于事故性质，除发出闪光外，还应发出事故音响信号以提醒运行人员注意。变电所一般在控制室的中央信号屏上都装有一个蜂鸣器（电笛），在事故跳闸前，控制开关手柄处于“合闸后”位置，触点SA1—3、SA19—17接通，当断路器自动跳闸时，其常闭触点QF1—2闭合，启动事故信号装置发出音响，其电流通路为：＋WS→HA→R3→SA1—3→SA19—17→QF5—6→－WS。

在控制台上，控制开关手柄处于“合闸后”位置，绿灯在闪光，事故信号装置发出音响，表明断路器是自动跳闸的。只有当运行人员将SA手柄转到“跳闸后”位置，使SA手柄位置与断路器的实际位置相对应时，绿灯才发出平光，事故音响信号才停止。

3.防跳回路

断路器的所谓“跳跃”，是指运行人员手动合闸断路器于故障线路上，断路器又被继电保护装置动作于跳闸，控制开关位于“合闸”位置，则会引起断路器重新合闸，这样，断路器将会出现多次连续跳、合闸的跳跃现象。为了防止这一现象，断路器的控制回路均需装设防止跳跃的电气连锁装置。

图4.2.2中的KLB为防跳继电器，它有两个线圈，电流线圈为启动线圈，接在跳闸线圈YR之前；电压线圈为自保持线圈，通过自身的常开触点KLB1—2接入合闸回路。若控制开关手柄在“合闸”位置或触点SA5—8粘住，恰好此时断路器合闸于永久故障线路上，继电保护动作，使KM0触点闭合，则断路器QF自动跳闸；与此同时防跳继电器KLB（I）启动，触点KLB1—2闭合，使KLB（U）线圈带电，起自保持作用。这样，触点KLB3—4始终处于断开位置，合闸接触器线圈KO不会再次启动，从而断路器QF不会出现多次连续跳、合闸的跳跃现象，保证了断路器不会因跳跃而损坏。触点KLB5—6与触点KM0并联，其作用是为了保护后者，使其不致断开超过其触点容量的跳闸线圈电流，以防止中间继电器触点被烧坏。