断路器的控制回路和信号回路

前言此次设计的特点是：对专业知识进行更好的巩固与吸收，我们进行了为期八周的毕业设计。通过三年的学习和两次简单的课程设计，为毕业设计打下了坚实的理论基础。设计题目“220kV变电站电气主控制系统二次回路设计”，它主要包括断路器的控制和信号回路、断路器控制和信号元件选择、图纸设计及分析、设计原则、相关回路的动作过程分析及设计图纸等几个部分。通过这次设计巩固了“发电厂及变电站二次回路部分”课程的理论知识并掌握了电气设计基本方法，培养了独立分析和解决问题的能力，提高了工作能力和工程设计的基本技能。在设计过程中我们不但遇到了不少的难题，同时也发现了自己知识结构的薄弱环节，但在杨志辉老师精心指导和严格要求下圆满的完成此次设计，在这次设计中我们参考了《电力工程电气设计手册2》、《发电厂及变电站二次回路部分》等书籍来完成这次设计，受益匪浅。摘要本次设计是220kV变电站电气主控制系统二次回路设计。着重培养学生对电力系统的基本设计能力，也特别注重培养对三年来所学的综合应用。通过本次设计，我学习了设计的基本方法，巩固三年以来学过的知识，培养独立分析，并加深对变电站的理解。本次设计历时十周，查阅了大量的相关资料，在杨志辉老师的支持与帮助下，现已基本完成。在此对老师表示忠心的感谢！本人水平有限，有不足之处请各位老师见谅。[关键词]断路器的控制和信号元件的选择回路动作过程设计图纸断路器的控制回路和信号回路一、概述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。分断路器位置信号、事故信号和预告信号。断路器的控制回路和信号系统五点要求：1、完好性2、切断分合闸电源3、指示状态4、有事故跳闸信号，事故跳闸信号回路应按“不对应原理”接线。5、有预告信号。二、断路器控制回路的基本要求断路器的控制回路应满足下列要求：1、断路器操作机构中的合、跳闸线圈是按短时通电设计的，故在合、跳闸完成后应自动解除脉冲，切断合、跳闸回路，以防合、跳闸线圈长时间通电。2、合、跳闸电流脉冲一般应直接作用于断路器的合、跳闸线圈，但对电磁操作机构，合闸线圈电流很大（35～250A左右），须通过合闸接触器接通合闸线圈。3、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。4、断路器既可利用控制开关进行手动跳闸与合闸，有可由继电保护合自动装置自动跳闸与合闸。5、应能监视控制电源及合、跳闸回路的完好性；应对二次回路短路或过负载进行保护。6、应有反应断路器状态的位置信号合自动合、跳闸的不同的显示信号。7、对于采用气压、液压和弹簧操作机构的断路器，应有压力是否正常、弹簧是否拉紧到位的监视回路合闭锁回路。8、对于分相操作的断路器，应有监视三相位置是否一致的措施。9、接线应简单可靠，使用电缆芯数应尽量少。三、电磁式操作机构断路器的控制回路和信号回路电磁操作机构是靠电磁力进行合闸的机构。这种机构结构简单，加工方便，运行可靠，是我国断路器应用较普通的一种操作机构。由于是利用电磁力直接合闸，合闸电流很大，可达几十安至数百安，所以合闸回路不能直接利用控制开关触点接通，必须采用中间接触器（即合闸接触器）四、弹簧式操作机构断路器的控制回路和信号系统弹簧操作机构是靠预先储存在弹簧内的位能来进行合闸的机构。这种机构不需要配备附加设备，弹簧储能时耗用功率小（用1.5kW的电动机储能），因而合闸电流小，合闸回路可直接用控制开关触点接通。五、液压式操作机构的控制回路和信号系统液压式操作机构是靠压缩气体（氮气）作为能源，一液压油作为传递媒介来进行合闸的机构。此种机构所用的高压油预先储存在贮油箱内，用功率小（1.5Kw）的电动机带动油泵运转，将油压入贮油筒内，使预压缩的氮气进一步压缩，从而不仅合闸电流小，合闸回路可直接用控制开关触点接通，而且压力高，传动快，动作准确，出力均匀。型式优点缺点手动操作机构1机构简单、造价低2不需要合闸电源1不能遥控和自动合闸2合闸容量小3就地操作不安全电磁操作机构1结构简单，加工容易2运行经验多1需要打功率直流电源2耗费材料多弹簧操作机构1要求电源容量小2交直流电源均可3暂时失去电源仍能操作一次1结构较复杂2零部件加工精度要求高气动操作机构1不需要直流电源2暂时失去电源仍能操作多次1需要空压设备2结构笨重液压操作机构1不需要直流电源2失去电源时仍能操作多次3功率大、动作快、操作平稳1加工精度要求高2价格高通过比较上述操作机构的优缺点，从而选择了使用液压操作机构图中，M721、M722、M723为同步合闸小母线；M7131为控制回路断线预告小母线；M709、M710为预告信号小母线；SS为同步开关；SA为LW2－Z型控制开关；HL1、HL2、H分别为绿灯、红灯、光字牌；KC1、KC2为三相合闸继电器和三相跳闸继电器，它主要是为了实现三相同时手动合闸或跳闸而增设的；KCF1、KCF2、KCF3为U、V、W三相的放跳继电器；KCC1、KCC2、KCC3、为U、V、W三相的合闸位置继电器；KCT1、KCT2、KCT3为U、V、W三相的跳闸位置继电器；YC1、YC2、YC3及YT1、YT2、YT3为U、V、W三相的合、跳闸线圈；KM1、KM2、KM3为U、V、W三相的直流接触器；KC31、KC32、KC33为U、V、W三相的压力中间继电器；KVP1、KVP2为压力监视继电器；K为综合重合闸装置中的重合出口继电器触点；K1、K2、K3为综合重合闸装置中的分相跳闸继电器触点；K4为综合重合闸装置中的三相跳闸继电器触点；XB为连接片；S1U～S5U、S1V～S5V、S1W～S5W为U、V、W三相的微动开关触点；S6U、S6V、S6W、S7U、S7V、S7W为U、V、W三相的压力表电触点。微动开关触点及压力表电触点的动作条件如下表所示表CY3型液压分相操作机构微动开关触点及压力表电触点的动作条件触点符号S1S2S3S4S5S6S7动作条件＜23.5闭合＜23闭合＜20.1断开＜19.1断开＜21.6断开＜12.7闭合＞28.4闭合1、断路器的手动控制。需要在同步条件下才能合闸的断路器，其合闸回路都经同步开关SS的触点加以控制。当该断路器的同步开关SS在“工作”(即图中的“W”)位置时，其触点1-3，5-7闭合，断路器才有可能合闸。当同步断路器满足同步条件进行合闸操作时，将控制开关SA置于“合闸”位置，其触点5-8接通，三相合闸继电器KC1的电压线圈经压力检查继电器KVP1的两对常开触点接通电源，KC1得电动作，接在U、V、W三相合闸回路的常开触点KC1均闭合，且每相经KC1的电流线圈（自保持）、防跳继电器的常闭触点、断路器的辅助常闭触点及合闸线圈，形成通路，是断路器三相同时合闸。三相合闸后，断路器三相辅助常闭触点QFU、QFV、QFW断开，切断三相合闸回路；三相辅助常开触点QFU、QFV、QFW闭合，使三相的合闸位置继电器KCC1、KCC2、KCC3的线圈经压力监视继电器KVP2的常开触点接电源而带电；控制开关自动复归至“合闸后”位置，由正电源（+）经SA的触点16-13、红灯HL2及附加电阻R、合闸位置继电器的三相常开触点KCC1、KCC2、KCC3至负电源（—），形成通路，红灯发平光。由于液压操作机构的断路器在液压低时，即不允许合闸也不允许跳闸，所以在三相合闸和跳闸回路中串入压力监视继电器的常开触点KVP1和KVP2（使用两对触点并联，以增加可靠性）。进行断路器跳闸操作时，将控制开关SA置于“跳闸”位置,其触点6-7接通，三相跳闸继电器KC2的电压线圈带电，接在U、V、W三相跳闸回路的常开触点KC2均闭合，且每相经KC2的电流线圈、防跳继电器的电流线圈，断路器的辅助常开触点、跳闸线圈及压力监察继电器的常开触点KVP2，形成通路，使断路器三相同时跳闸。三相跳闸后，断路器的三相辅助常开触点QFU、QFV、QFW断开，切断三相跳闸回路，三相辅助常开触点QFU、QFV、QFW闭合，使三相的跳闸位置继电器KCT1、KCT2、KCT3线圈带电，控制开关自动复归至“跳闸后”位置，有正电源（+）经SA的触点11-10，绿灯HL1及附加电阻R，跳闸位置继电器的常开触点KCT1或KCT2或KCT3至负电源（—），形成通路，绿灯发平光。2、断路器的自动控制。综合重合闸装置要求正常操作采用三相式，单相接地故障则单相跳闸和单相重合；两相接地及相间短路故障则三相跳闸和三相重合。当发生但相接地故障时，综合重合闸装置中故障相的分相跳闸继电器动作，其触点K1或K2或K3闭合，相应故障相跳闸线圈YT1、YT2、YT3通电，故障相跳闸。故障相跳闸后，启动重合闸出口中间继电器K，其常开触点闭合，使三相合闸继电器KC1启动，发出三相合闸脉冲。但在分相合闸回路中，只有故障相的断路器辅助常闭触点QFU或QFV或QFW闭合，因而只有故障相U或V或W自动重合。若故障为瞬时性故障，则重合闸成功。若为永久性故障，则接于综合重合闸M或N端子上的保护动作，使综合重合闸中的三相跳闸继电器动作，其常开触点K4闭合，启动三相跳闸继电器KC2，实现断路器三相跳闸。当发生两相接地、两相短路及三相短路故障时，综合重合闸装置中的三相跳闸继电器动作，其触点K4闭合，启动三相跳闸继电器KC2，实现三相同时跳闸。同理，三相跳闸后，启动重合闸出口中间继电器K，及三相合闸继电器KC1，实现三相同时重合。任一相断路器事故跳闸时，该相的跳闸位置继电器都动作，相应的常开触点KCT1或KCT2或KCT3闭合，且与SA的触点1-3、19-17串联，发事故音响信号。当断路器出现三相位置不一致时，如U相跳闸，V、W两相合闸，则常开触点KCT1、KCT2、KCT3闭合，接通预告信号回路，一方面光字牌H亮，一方面发音响信号。当控制回路断线时，常闭触点KCT1、KCT2、KCT3闭合，发控制回路断线信号。3、断路器的液压监视及控制。当油压低于19.1Mpa时，微动开关触点S4U、S4V、S4W断开，压力监视继电器KVP2线圈失电，其两对常开触点断开，切断跳闸回路；当油压低于20.1Mpa时，微动开关触点S3U、S3V、S3W断开，压力监视继电器KVP1线圈失电，其两对常开触点断开，切断合闸回路。当油压低于23Mpa时，微动开关触点S2U、S2V、S2W闭合，启动直流接触器KM1、KM2、KM3，三相油泵电动机启动，当油压高至23.5Mpa时，微动开关触点S14U、S1V、S1W断开，切断接触器的自保持回路，三相油泵电动机停止运转。当油压低于21.6Mpa时，微动开关触点S5U、S5V、S5W断开，对综合重合闸实行闭锁。当油压升高至28.4Mpa以上或降低至12.7Mpa以下时，高压力表触点S7或低压力表触点S6闭合，启动压力中间继电器KC31、KC32、KC33，其常闭触点断开，切断油泵电动机启动回来，电动机退出运行并发油压异常信号。六、断路器控制方式断路器是电力系统中最重要的开关设备，在正常运行时断路器可以接通和切断电气设备的负荷电流，在系统发生故障时则能可靠地切断短路电流。断路器一般由动触头、静触头、灭弧装置、操动机构及绝缘支架等构成。为实现断路器的自动控制，在操动机构中还有与断路器的传动轴联动的辅助触头。断路器的控制方式有多种，分述如下。1．按控制地点分断路器的控制方式接控制地点分为集中控制和就地（分散）控制两种。（1）集中控制。在主控制室的控制台上，用控制开关或按钮通过控制电缆去接通或断开断路器的跳、合闸线圈，对断路器进行控制。一般对发电机、主变压器、母线、断路器、厂用变压器35kV以上线路等主要设备都采用集中控制。（2）就地（分散）控制。在断路器安装地点（配电现场）就地对断路器进行跳、合闸操作（可电动或手动）。一般对10kV线路以及厂用电动机等采用就地控制，可大大减少主控制室的占地面积和控制电缆数。三、控制开关控制开关又称万能转换开关，是由运行人员手动操作，发出控制命令使断路器进行跳、合闸的装置。发电厂和变电所常用的控制开关为LW系列自动复位的控制开关，有三种类型：（1）LW2系列控