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1、工程服务新员工必读（操作回路基本概念和有关调试案例分析） 1 操作回路基本概念和有关调试案例分析 操作回路基本概念和有关调试案例分析 （任百群 2003/7/20） 一、操作回路的几个基本概念 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
2、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。 下面我们将结合工程实践把这些基本的概念和在调试中应注意的 问题逐一说明。 传统电磁式的变电站二次控制系统/中央信号系统的详细资料大家可查阅 变 电站二次系统接线教材,为了节省篇幅在此不再列出。 1、KKJ（合后继电器） 1.1
3、 KKJ 的由来 公司包括 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
4、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
5、“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
6、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
7、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 工程服务新员工必读（操作回路基本概念和有关调试案例分析） 2 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
8、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。 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
9、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。 1.2 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
10、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 TW
11、J 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
12、，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 0.5A1A 左右，110KV 开关 24A 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
13、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 工程服务新员工必读（操作回路基本概念和有关调试案例分析） 3 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
14、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。 2.2 LFP 系列保持电流如何调整 按照继电保护反措要求，目前国内有代表性的微机保护产品，操作回路都带有保 持回路。 国内开关跳合闸线圈都是电流型的， 绝大多数的保持回路也相应采用了电流动作线 圈。对保持继电器的动作电流有一定的要求，要保证适当的保持系数（即开关操作电流/保 持继电器启动电流的比值，一般为 2 左右）。对不同操作电流的开关，保持动作电流也要与 之相匹配。有些厂家（如北四方、南自厂）通过在现场更换不同动作电流的保
15、持继电器来实 现同开关的配合，但这种方式，由于采用可插拔继电器，容易导致接点接触不良，可靠性不 高，且现场工作量较大。我们公司 LFP 和 RCS 系列保护操作回路都设计有保持回路，并且 在保持动作电流调整方面设计的还是非常方便的。LFP 系列保持继电器为标准型号，通过调 节保持线圈上并联的电阻大小，来使保持动作电流同各种参数的开关匹配。具体回路可见 LFP941 操作回路。 在这里需要强调一个概念，虽然我们在工程调试现场，经常说要根据开关动作电流来 调整操作回路的跳合闸电流。 但实际上跳合闸电流是由开关线圈本身的电阻决定的， 我们是 调整不了的。 虽然我们在工程调试现场，经常说要根据开关动作
16、电流来 调整操作回路的跳合闸电流。 但实际上跳合闸电流是由开关线圈本身的电阻决定的， 我们是 调整不了的。 保持继电器线圈为电流型内阻很小， 所以保护装置跳合闸回路本身的电阻可忽 略不计， 整个跳合闸回路电阻主要是开关跳合闸线圈内阻， 该回路的电流大小就决定于直流 系统控制电压和开关线圈电阻的大小， 这是一个简单的欧姆定律。 那我们在现场调整的是什 么呢？我们只是调整的流过 TBJ（/HBJ）线圈的电流。LFP900 跳合闸保持继电器动作电流为 250mA，如果一个并联电阻也不接入的话，跳合闸电流全部从保持线圈流过。可配合的跳合 闸电流为 0.5A，此时可靠系数为 2。并入第一个电阻 R1（标有+0.5A 字样），该电阻的阻值 设计同保持线圈回路阻值基本相等, 因为电阻分流,则外部整个跳合闸电流为 1A 时，此时流 过保持继电器线圈的电流还是 0.5A,， 保持系数还是 2。 操作板上还有几个不同阻值的电阻， 在其边上标有的+电流数值，就是并入该电阻后，可以在原来 0.5A 基础上“增加”的跳合闸 电流。通过这几个电阻的组合，就可以适应外部开关动作电流从 0.5A4A
