操作回路的几个基本概念(南瑞培训资料)

操作回路的几个基本概念（南瑞培训资料）上传者：高级电工从某种意义上讲，电力系统是一门较“传统”的技术。发展到现在，其原理本身并没有象通讯领域那样不断有“天翻地覆”的变化和发展。变电站保护和监控等二次领域也不例外，只是随着微电子和计算机及通信等基础领域技术的发展，实现的方法和方式发生了变化。比如保护从最早的电磁式到分立元件到集成电路直到现在的微机保护；变电站监控也从原先的仪表光字牌信号到集中式RTU直到现在的综合自动化。原理都基本上没有大的改变。我们在综自调试工程现场碰到的很多信号（比如事故总，控制回路断线等）的概念都是从原先传统电磁式的变电站二次控制系统/中央信号系统延伸过来的，同时在现场调试碰到的很多问题都跟开关等二次控制回路有关。操作回路看似简单，似乎没有多少技术含量。但是我们只有了解了有关基本概念的由来，同时熟练掌握我们产品操作回路的特点和应用，才能在调试工作中灵活处理有关问题。1、KKJ（合后继电器）1.1KKJ的由来包括RCS和LFP系列在内几乎所有类型的操作回路都会有KKJ继电器。它是从电力系统KK操作把手的合后位置接点延伸出来的，所以叫KKJ。传统的二次控制回路对开关的手合手分是采用一种俗称KK开关的操作把手。该把手有“预分-分-分后、预合-合-合后”6个状态。其中“分、合”是瞬动的两个位置，其余4个位置都是可固定住的。当用户合闸操作时，先把把手从“分后”打到“预合”，这时一副预合接点会接通闪光小母线，提醒用户注意确认开关是否正确。从“预合”打到头即“合”。开关合上后，在复位弹簧作用下，KK把手返回自动进入“合后”位置并固定在这个位置。分闸操作同此过程类似，只是分闸后，KK把手进入“分后”位置。KK把手的纵轴上可以加装一节节的接点。当KK把手处于“合后”位置时，其“合后位置”接点闭合。KK把手的“合后位置”“分后位置”接点的含义就是用来判断该开关是人为操作合上或分开的。“合后位置”接点闭合代表开关是人为合上的；同样的“分后位置”接点闭合代表开关是人为分开的。“合后位置”接点在传统二次控制回路里主要有两个作用：一是启动事故总音响和光字牌告警；二是启动保护重合闸。这两个作用都是通过位置不对应来实现的。所谓位置不对应，就是KK把手位置和开关实际位置对应不起来，开关的TWJ（跳闸位置）接点同“合后位置”接点串联就构成了不对应回路。开关人为合上后，“合后位置”接点会一直闭合。保护跳闸或开关偷跳，KK把手位置不会有任何变化，自然“合后位置”接点也不会变化，当开关跳开TWJ接点闭合，位置不对应回路导通，启动重合闸和接通事故总音响和光字牌回路。事故发生后，需要值班员去复归对位，即把KK把手扳到“分后位置”。不对应回路断开，事故音响停止，掉牌复归。因为传统二次回路主要是考虑就地操作。当90年代初电力系统进行“无人值守”改造时，碰到的一个很棘手的问题就是遥控如何和上述传统二次回路配合。因为当时设备自动化水平的限制，“无人值守”实现的途径是通过在传统二次回路基础上，增加具备“四遥”（遥控/遥调/遥测/遥信）功能的集中式RTU来实现，也即我们常说的老站改造（单纯保护配集中式RTU）模式。遥控是通过RTU遥控输出接点并在手动接点上实现，当开关遥控分闸时，因为KK把手依旧不能自动变位，会因为位置不对应启动重合闸和事故音响。无人值守站不可能靠人去手动对位，同时也不可能在KK把手上加装电机，遥控时同时驱动电机让KK把手变位，成本太高也不可靠。对此问题，当时普遍采取的解决办法是遥控输出2付接点，一付跳开关，一付给重合闸放电（当时的重合闸功能是通过在一定条件下，对储能电容储能。重合闸动作时由该电容对合闸线圈放电实现。RCS96XX系列线路保护的重合闸充电过程就是模拟的对电容充电的过程）。对于误发事故总信号，没有什么太好的办法解决，考虑到改造的目的是实现无人值守，所以一般是采取直接取消不对应启动事总回路的办法。目前阶段，变电站综合自动化的实现方式发生了很大的变化。传统的灯光音响、信号回路已全部取消，开关的控制操作回路和重合闸功能都已集中在高集成度的保护测控单元内部。但上述几方面的问题依然存在，只是各厂家采取的解决方式不同。有些厂家的设备对此问题采取了回避，直接采用保护动作来启动重合闸和事总信号。也就是说没法实现不对应启动原理，如果开关偷跳则不能启动重合闸和发出事总信号。这种方法并不可取，虽然厂家宣称开关偷跳概率极小，但毕竟存在这种可能。南瑞公司产品的操作回路里通过增加KKJ继电器，巧妙的解决了不对应启动的问题。KKJ继电器实际上就是一个双圈磁保持的双位置继电器。该继电器有一动作线圈和复归线圈，当动作线圈加上一个“触发”动作电压后，接点闭合。此时如果线圈失电，接点也会维持原闭合状态，直至复归线圈上加上一个动作电压，接点才会返回。当然这时如果线圈失电，接点也会维持原打开状态。手动/遥控合闸时同时启动KKJ的动作线圈，手动/遥控分闸时同时启动KKJ的复归线圈，而保护跳闸则不启动复归线圈（以96XX系列操作回路为例，保护跳闸和手动/遥控跳闸回路之间加有的二极管就是为实现此目的）。这样KKJ继电器（其常开接点的含义即我们传统的合后位置）就完全模拟了传统KK把手的功能，这样既延续了电力系统的传统习惯，同时也满足了变电站综合自动化技术的需要。1.2KKJ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、HBJ（合闸保持继电器）和TBJ（跳闸保持继电器）2.1跳合闸保持回路的作用传统电磁式保护的操作回路是同保护继电器互相独立的。操作回路主要起三个作用：a)增加接点容量。由保护元件的接点直接通断开关的跳合闸回路，容易导致保护出口接点烧毁，所以由操作回路的大容量中间继电器来重动。b)增加接点数量，如开关本体所能提供的TWJ和HWJ等接点数量有限，通过操作回路，增加接点从而实现如跳合位指示和控制回路监视及不对应启动重合闸等逻辑功能。c)防止开关跳跃（简称防跳）功能。随着变电站综合自动化技术的发展，低压保护测控一体化、分层分布结构、分散式安装等已成为业界公认的发展趋势，操作回路必然要集成到保护装置内部。而操作回路主要由继电器等分立元件组成，它往往体积较大，这同保护装置体积要小型化的要求产生了矛盾。各厂家对此采取的处理方式，往往是采用小型继电器（工作电源一般为DC24V），并对传统操作回路做适量的简化。一些厂家直接取消了保持回路,采用出口继电器加适量延时的方式。这种方式国外的保护常用，如ABB、西门子等。微机保护测控装置采用小型密封继电器后，虽然各厂家的说明书上一般都标有接点容量为DC220V，5A等，目前最常用的开关操作机构是弹簧操作机构，而弹操机构的分合电流一般较小，10KV开关0.5A~1A左右，110KV开关2~4A左右，这样单从跳合闸参数来看，似乎没有问题，但实际上这是接点的导通容量，而我们重点要考虑的是接点的分断能力。因为跳合闸回路接有跳合闸线圈，属于感性负载，接点在断开时，会承受线圈产生的很高的反向浪涌电压，往往会造成接点拉弧，导致接点烧毁。而采用保持回路后，保护出口接点在导通跳合闸回路的同时启动保持回路，由保持回路来保证即使保护接点断开，而跳合闸回路仍旧导通，切断跳合闸线圈回路由具有一定灭弧能力的断路器辅助触点在开关主触头动作后完成。从而既保证了开关的可靠分合，也避免了保护接点直接拉弧。所以在电力部的继电保护反措要求中明确规定应有保持回路。采用取消保持继电器，通过增加继电器接点动作时间，靠时间躲过接点拉弧的方式。看似巧妙，实际上并不可取。首先这种方式就违背了反措的要求，采用保持回路，并不仅仅是为了防止接点损坏，最主要的是保证开关可靠分合。通过软件设置接点闭合时间，仅仅是避免了接点烧毁，可靠性并没有提高，而且接点闭合时间的多少，也是很重要的参数，如果设置不当，也会出问题。另外即使时间设置合适，如果开关本身辅助触点不能及时分开，到达预定延时后，还是由保护接点分断跳合闸回路，还是会导致接点烧毁。3、单装置的事故总信号及全站事故总3.196XX系列线路保护装置的事故总信号96XX系列线路保护本身带有操作回路的保护装置，都可以产生事故总信号。事总信号即可以通过硬接点开出也可以通过串口通讯上送，前者适用用非综自站，由专门的测控装置开入量采集；后者适用于综自站。事总信号也是根据位置不对应原理产生，即事总=KKJ+TWJ。装置对事总信号的采集判断，并不是KKJ和TWJ两个接点位置简单的串联，也就是说并不是一旦KKJ和TWJ一都为1，就马上判为事总=1。在程序上加了一个判断延时（类似遥信去抖）。2000年初，在RCS9000系统刚推向市场时，在现场调试时发现，开关手动或遥控合闸时，会瞬间发出事总信号。经过分析发现，因为手动或遥控合闸时，在接通合闸回路的同时，启动KKJ，KKJ=1；而TWJ返回为0需要先启动HBJ继电器，HBJ接点闭合，TWJ线圈被短接，导致TWJ返回，TWJ返回的要比KKJ动作的慢，这样会瞬间造成KKJ+TWJ=1，符合事总信号条件，判为事总。TWJ马上返回，事总信号在瞬时发出后也返回。（以上情况是分析最常见的TWJ负端并在合闸回路的情况,如果TWJ负端单独接一付开关的常闭辅助触点,开关合上后才返回，那么事总信号=1的时间将会加长）。为了躲过这段时间，在程序中对事总判断加了延时，初期的程序是对通讯上送和接点开出的事总都加了400ms延时，即TWJ和KKJ都为1后还要等待400ms，如果两者仍为1，才判为事总=1。现在的程序这方面同以往略有差别：对硬接点开出的事总还是400ms延时；通讯上送的事总是40ms延时。考虑到无人值守的需要，96XX系列线路保护的事故总信号一旦产生后将持续3s，自动复归。这一点对硬接点开出还是通讯上送的事总信号处理是一样的。这样处理主要是防止某装置发生一次事故后，如果不自动复归，该装置或其它装置再发生事故，全站事故总无法再次告警。3.2全站事故总信号及合成的方式不论是传统的中央信号系统还是现在的综自系统和调度主站，都需要一个全站总的事故总信号。调度主站和当地监控系统都需要这个信号来实现启动事故音响、自动推事故画面、判断开关是事故跳闸还是人工分闸等功能。我们在系统组态时，全站事故总信号不论是对调度还是对当地后台，习惯上都是排列在遥信信息表的第一位。全站事总是总控单元根据组态设置的各个装置的事故总采用“或门”逻辑运算产生的合成信号。在系统组态时，哪些量参与全站事故总信号的合成是有区别的。组态是应注意下面两点a)全站事总合成一定要全。装置的事总信号是根据KKJ和TWJ状态产生的，所以从这个角度来说单个装置的事故总是和开关“对应”的而不是和保护“对应”的（因为偷跳也要启动事总）。所以组态时按开关来，要保证全站所有开关的事总信号都要参与合成，不要遗漏某个开关。对9611等线路保护好说，装置本身可以通过通讯送上本身的事故总，但主变保护不论采用LFP900还是RCS9600系列的保护，即使象9679和9661这样既有CPU也带操作回路的装置，也不会通讯上送事故总。对主变及内桥等开关，可通过测控或保护测控装置开入采集该开关操作回路提供的事故总硬接点信号。比如组屏安装的RCS96XX系列主变保护出厂设计RCS9681/82后备保护开入1固定接入该侧开关操作板提供的事总，开入2接入控制回路断线，出厂时已配好线。LFP900的操作板需要焊一连接线（5和5*）后，也可引出事总信号。把通讯上送的9611等装置的事故总和采集主变开关事总信号的开入量，组态合成信号时都参与逻辑或即可。b