HWJ位置继电器和控制回路断线.doc

HWJ位置继电器和控制回路断线
1.1 TWJ/HWJ（跳闸位置/合闸位置继电器）的作用

　　TWJ/HWJ主要作用是提供开关位置指示。HWJ并接于跳闸回路，该回路在开关跳圈之前串有断路器常开辅助触点。当开关在合位时，其常开辅助触点闭合，HWJ线圈带电，HWJ=1表明开关合位。TWJ一般并接于合闸回路，该回路在开关合圈之前串有断路器常闭辅助触点。当开关在分位时，其常闭辅助触点闭合，TWJ线圈带电，TWJ=1表明开关分位。注意：当开关在分位时，其实合闸线圈是带电的。TWJ为电压圈，线圈本身电阻就较大，加上回路上串的电阻，整体阻值约40K（测量控制正和TWJ负端）。因为国内开关跳合闸线圈为电流型，其阻值较小（常见的为50~200Ω）。虽然整个合闸回路是导通的，但因为控制回路电压大部分加在TWJ上，TWJ部分电阻很大，电流很小，不足以使合圈动作。TWJ线圈上串联的电阻，也是为了防止TWJ线圈击穿短路，导致合圈误动。当手动或遥控合闸时，合闸回路接通相当于直接将TWJ短接，电压直接加在合闸线圈上，使线圈动作。HWJ回路同此基本一致。断路器位置可以用合位也可以用跳位表示, 保护和监控习惯采用的位置信号略有不同:按照传统习惯，保护程序判断开关位置一般采用TWJ，比如备投装置需接入的开关位置都采用TWJ（断路器常闭触点）。远动监控方面一般都采用HWJ（断路器常开触点）,如果只有TWJ，往往还要在数据库里取反。

　　1.2 断路器位置和HWJ的区别

　　我们从96XX系列装置里开关量状态显示菜单（/通讯信息表）里可以看到除了有TWJ和HWJ状态外,还有断路器状态。那么，这个断路器状态跟HWJ是否一样呢？其实并不完全一致。不论我们是采用TWJ还是HWJ来判断开关位置，都有一个一旦控制回路断线，就会导致位置判断错误的问题。比如开关在合位，此时HWJ=1；如果这时控制电源掉了，则HWJ失电，HWJ=0，就会错误判断为开关分开。为了避免这种情况发生，装置提供了“断路器位置”这个经过程序判断处理后的状态量。正常情况下，TWJ和HWJ状态是相反的，程序会判为状态有效，断路器状态和HWJ状态是一致的；当TWJ和HWJ全部为0或全部为1时，程序认为该状态变位为无效状态，断路器位置还是会保持原状态不变。大家可以做个试验，先让开关在合位，看开关量状态，HWJ和断路器位置都为1；再拔掉开关控制保险，此时HWJ=0，但断路器状态不变，仍为1。与这种情况相类似的，还有开关手车试验位置和运行位置，两种状态必须是相反的，才是有效的状态（构成一个异或关系），具有这种关系的遥信，我们一般称为双位置遥信。现场组态时，除非用户有特殊要求，一般都采用“断路器位置”这个开关量来表征开关位置，而不是单独采用HWJ或TWJ。对手车试验位置，一般通过在后台遥信数据库里设置它的双位置遥信关联属性，同时在画面编辑器里，对开关量图符的属性选择工程值（四态）而不是常规的工程值来实现。

　　1.3 不同系列操作回路位置指示的区别

　　LFP900系列操作回路从电气上可以说基本上是独立的，跳合位指示灯也直接带在操作回路上。比如LFP941操作回路，如果装置电源不上电，只给操作回路控制电源上电。操作回路板上的跳合位灯依然会亮。RCS96系列和RCS900系列面板跳合位指示，是装置采集到跳合位后，再驱动面板上的发光二极管，产生相应的灯光位置指示。96XX系列低压保护用户在设计中一般不特别分开装置电源和控制电源，但对于9661装置，因为它不仅有操作回路还带有非电量保护。设计上一般把操作回路控制电源和非电量电源（也是装置电源）分开。如果装置电源不上，只上操作回路控制电源，前面板上是没有开关位置指示的。这一点在现场调试过程经常有可能发生，比如因非电量开入线尚未接完，所以用户不给非电量（实际上也是装置电源）上电。但把开关控制电源上电了，面板上开关位置肯定无显示，用户见有可能会以为故障。这在现场已碰到多次。（另外注意，9611等低压线路保护CPU板到液晶板的排线如果不连，面板上所有指示灯都会亮）

　　1.4 控制回路断线

　　位置继电器除了提供位置指示外，还有一个重要作用是监视控制回路是否完好。因为正常情况下，不论开关处于何状态，TWJ和HWJ必有一个带电，状态为1。如果全为0，则代表控制回路异常，也即我们常说的控制回路断线。按照部颁技术要求，必须监视跳闸回路（相比而言，跳闸回路断线要比合闸回路断线后果严重的多）。这也是HWJ线圈负端没有引出装置直接在内部就和跳闸回路并在一起的原因（9661/RCS941的操作回路，HWJ负也单独引出装置，主要是为了配合开关的方便）。TWJ负端单独引出，主要是为了同不同类型开关控制回路配合（比如防跳），但常规设计上，一般也在端子排上直接同合闸回路并接。

　　装置产生的控制回路断线信号=TWJ常闭接点+HWJ常闭接点。无论是通讯还是硬接点输出的该信号，都加了3S的判断延时。主要是因为断路器常开和常闭触点并不是完全同步的。比如开关由分到合，常闭触点（TWJ）打开时，常开触点（HWJ）还没有闭合，中间一般会有几十个毫秒两者都为0的情况，如果不加判断延时，则会误报控制回路断线。注意对主变各侧开关的控制回路断线，同上文所讲事故总信号采集一样，是通过测控装置（出厂设计一般是本侧后备保护的开入2）采集操作回路的硬接点输出。硬接点信号开出是没有任何时间延时的，为了避免因为TWJ和HWJ不同步误发控制回路断线信号，现场要通过增加该开入采集的遥信去抖时间来躲过这段时间，一般可设为0.3S。

　　因为现在开关内部接线经常会把弹簧储能或气压闭锁等接点串入合闸回路。所以在现场时，有时开关分开后，储能电机运转给弹簧储能。在储完能之前，合闸回路是断开的，TWJ状态上不来，会报控制回路断线。储能完毕，合闸回路接通，控制回路断线信号复归。现场调试时这种现象也是经常碰到的。

　　2、防跳回路及同开关防跳的配合

　　2.1 防跳回路的作用和实现方式

　　操作回路的一个重要作用是提供防跳功能。防跳是防止“开关跳跃”的简称。所谓跳跃是指由于合闸回路手合或遥合接点粘连等原因，造成合闸输出端一直带有合闸电压。当开关因故障跳开后，会马上又合上，保护动作开关会再次跳开，因为一直加有合闸电压，开关又会再次合上。所以对此现象，通俗的称为“开关跳跃”。一旦发生开关跳跃，会导致开关损坏，严重的还会造成开关爆炸，所以防跳功能是操作回路里一个必不可少的部分。

　　防跳功能的实现是通过跳闸保持继电器TBJ和防跳继电器TBJV来共同实现的。（以RCS96XX线路保护操作回路图为例）。保护或人为跳闸时，TBJ动作，在启动跳闸保持回路的同时，接于TBJV线圈回路的TBJ常开接点也闭合。如果此时合闸接点（包括手合或遥合或重合闸）是闭合的，则TBJV线圈带电，并且串于其线圈回路的TBJV常开接点闭合，构成一自保持回路。接于合闸线圈回路的TBJV常闭接点打开，切断合闸回路。整个回路主要有两点：1）防跳功能是在跳闸时才启动的，通过TBJ来启动，如果TBJ跳闸保持没有启动，则也不能启动防跳2）TBJV一旦启动后，通过自身的保持回路自保持，这样虽然开关跳开后TBJ会返回，但防跳回路仍然会起作用，直到合闸接点分开，TBJV才会返回。

　　现场验证防跳功能试验也很简单，开关在合位，一直合着手合把手的同时加故障电流。如果保护动作把开关跳开后，开关没有合闸，说明防跳回路起作用。如果发生跳跃，则说明防跳没起作用，重点应检查TBJ回路，看是否跳闸保持没有启动。（注意：一旦发生跳跃，应马上松开合闸把手，防止开关发生故障）

　　2.2 同VD4等某些自身带有防跳功能开关的配合

　　因为开关跳跃是非常严重的故障,所以有些开关本身带有防跳回路。为了防止产生寄生回路，按规定只能保留一套防跳，常规一般是保留保护本身的。也有用户非要保留开关的防跳，就会要求我们取消保护的防跳功能。如果在现场要取掉保护的防跳，虽然最好的办法是把防跳继电器TBJV直接从板子上焊掉，不过在现场这样做未免太麻烦了。只要把防跳继电器TBJV的常闭接点用连线焊接短接即可，这样即使防跳继电器启动，其常闭接点打开后也不会切断合闸回路。（现场焊接最好用剪断的二极管或电阻的管脚，既方便获取，其导电性也好。）

　　因为国内操作回路都是电流型的，所以大部分开关自带的防跳回路同保护装置一样也是电流型的。但某些国外厂家的开关（比如ABB、西门子、施耐得等）的防跳是电压型的，特别是ABB的VD4型真空断路器，因为技术性能很好，国内很多厂家开关都是配的该型号断路器，同时好多厂家自己生产的断路器也是该型号的仿造产品。因为VD4的产量较大，它的防跳比较有代表性。我们以该型号为例，具体讲解现场应注意事项。（VD4跳合闸回路示意图如下）

　　（图例说明：0N=合闸线圈；OFF=跳闸线圈；KO=防跳继电器。V2、V3为考虑交直流两用而设置的整流桥；X14、X30接控制回路负端；X4为合闸输入；X31为跳闸输入。）

　　当我们在现场碰到下列情况时，就应该怀疑开关是否带有防跳回路了：装置一上电开关在跳位时，保护装置位置指示灯显示正常；开关合上后，跳位合位两个灯都亮（跳位灯亮度可能会比合位灯稍弱一些）；如果此时把开关分开，再合闸，开关始终合不上，装置控制电源掉电后再上电，又可以合闸了。产生上述现象的原因是因为操作回路TWJ负端设计时一般直接和合闸线圈输出端在端子排上短在一起，当开关在合闸状态时，合位指示灯亮这是正常的。但是因为TWJ负端和X4合闸输入端接在一起，DL常开点闭合，接通KO防跳继电器回路。因为KO为电压型继电器，且RO电阻约20K左右，而上文已讲整个TWJ回路电阻约40K，所以K0回路分压较大。KO继电器动作电压经试验验证25V即可动作，所以KO动作，KO继电器常开接点闭合接通B端，构成自保持回路的同时切断了合闸线圈回路。因为有这个KO回路，所以开关在合位时，跳位灯也亮（因为KO回路分压较大，所以TWJ灯光亮度相对HWJ灯要弱）；因为这时防跳已启动，且构成自保持。所以开关分开后，再合闸肯定合不上。控制电源掉电，则KO自保持回路返回，接通合闸回路，可以再次合闸。跳闸回路同常规一样，所以开关在跳位时，只有跳位灯亮，合位灯是不会亮的。

　　对VD4类型的开关，如果用户要求保留开关自身防跳，则除了要把保护的TBJV短接，去除保护防跳功能外,继电器。还要把TWJ负端同合闸回路分开，单独接开关的一付常闭辅助触点，以取得开关跳位和防止开关防跳启动闭锁合闸回路。不过为简便起见，现场最好建议用户去掉开关的防跳，操作起来也很简单，只要拆除DL常开点到R0电阻的连线即可。

　　3、同各种类型的开关操作机构配合应注意事项

　　3.1 开关操作机构的分类

　　我们在现场碰到的开关一般分为多油（比较老的型号，现在几乎见不到了）、少油（一些用户站还有）、SF6、真空、GIS（组合电器）等类型。这些讲的都是开关的灭弧介质，对我们二次来说，密切相关的是开关的操作机构。机构类型可分为电磁操作机构（比较老，一般在多油或少油断路器配的是这种）；弹簧操作机构（目前最常见的，SF6、真空、GIS一般配有这种机构）；最近ABB又推出一种最新的永磁操作机构（比如VM1真空断路器）。

　　3.2 电磁操作机构

　　电磁操作机构完全依靠合闸电流流过合闸线圈产生的电磁吸力来合闸同时压紧跳闸弹簧，跳闸时主要依靠跳闸弹簧来提供能量。所以该类型操作机构跳闸电流较小，但合闸电流非常大，瞬间能达到一百多个安培。这也是为什么变电站直流系统要分合闸母线控制母线的缘故。合母提供合闸电源，控母给控制回路供电。合闸母线是直接挂在电池组上，合母电压即电池组电压（一般240V左右），合闸时利用电池放电效应瞬间提供大电流，同时合闸时电压瞬间下降的很厉害。而控制母线是通过硅链降压和合母连在一起（一般控制在220V），合闸时不会影响到控制母线电压的稳定。

　　因为电磁操作机构合闸电流非常大，所以保护合闸回路不是直接接通合闸线圈，而是接通合闸接触器。跳闸回路直接接通跳闸线圈。合闸接触器线圈一般是电压型的，阻值较大（一般几K）。保护同这种回路配合时，应注意合闸保持一般启动不了。但这问题也不大，跳闸保持TBJ一般能启动，所以防跳功能还存在。该类型机构合闸时间较长（120ms~200ms），分闸时间较短（60~80ms）。

　　3.3 弹簧操作机构

　　该类型机构是目前最常用的机构，其合闸分闸都依靠弹簧来提供能量，跳合闸线圈只是提供能量来拔出弹簧的定位卡销，所以跳合闸电流一般都不大。弹簧储能通过储能电机压紧弹簧储能。对弹操机构，合闸母线主要给储能电机供电，电流也不大，所以合母控母区别不太大。保护同其配合，一般没什么特别需要注意的地方。

　　3.4永磁操作机构

　　永磁操作机构是ABB最近才应用到国内市场的一种新机构，首先应用于它的VM1型10KV真空断路器上。它原理同电磁型大体有点类似，主动轴为永磁材料制成，永磁体周围有电磁线圈。正常情况下电磁线圈不带电，当开关要分闸或合闸时，通过改变线圈的极性利用磁力相吸或排斥的原理，驱动分闸或合闸。虽然这个电流也不小，但开关是通过一个大容量电容来“储能”，动作时通过电容放电来提供大电流。这种机构优点是体积小，传动机械部件少，所以可靠性较弹操机构要好。同我们保护装置配合来说，我们跳合闸回路驱动的是一个高阻固态继电器，它实际上只需要我们给它提供一个动作脉冲即可。所以对该开关，保持回路肯定启动不了，保护的防跳也不会启动（该机构本身带有防跳）。但是要注意一点，因为固态继电器的动作电压较高，常规设计TWJ负和合闸回路接在一起这种情况，不会造成固态继电器给动作，但有可能因为分压太多造成位置继电器不能启动。这种情况在现场碰到过，具体分析处理过程可见本文的调试案例部分，有详细描述。国内也有永磁操作机构的产品，但以前质量一直不太过关，这几年质量提上来后，也逐渐推向市场。因为考虑到成本，国内永磁机构一般不配电容，直接由合闸母线提供电流。我们操作机构驱动的是分合闸接触器（一般选电流型的），保持及防跳一般可启动。

　　3.5 FS型“开关”及其它

　　我们上面所说的都是断路器（俗称开关），但我们在电厂施工时可能会碰到用户称为FS开关的情况。FS开关实际上是负荷开关+快速熔断器的简称。因为开关比较昂贵，为了节省成本采用这种FS回路。正常电流由负荷开关切除，故障时由快速熔断器切除电流。这种回路一般在电厂6KV厂用电系统常见。保护同这种回路配合，往往被要求当故障电流大于负荷开关所能允许的开断电流后，要禁止跳闸或靠延时，让快速熔丝切除电流。

　　有些电厂用户可能不希望保护有保持回路。因为开关质量不好，可能导致辅助触点不到位，而保持回路一旦启动后，必须要靠断路器辅助触点打开才能返回，否则跳合闸电流会一直加在跳合圈上，直到线圈烧毁。而跳合闸线圈是按短时通电设计的，电流加的时间一长，则很容易烧毁。而我们肯定希望有保持回路，否则很容易烧保护接点。当然如果现场用户坚持，也可去掉保持回路。一般比较简便的方法是割断电路板上保持继电器常开接点同控母正的连线。在调试现场一定要注意，如果开关分合操作后，位置指示灯全灭。（排除因弹簧未储能造成，这种情况面板显示弹簧未储能告警的）必须马上关掉控制电源，防止烧毁开关线圈。这是一个基本原则，现场应切记。

　　4、公司操作回路的特点

　　在许多人的眼里，操作回路是没有什么技术含量的。但从保护装置的应用角度出发，一种微机保护装置其操作回路设计的好坏，也是影响产品整体性能的一个必不可少的部分。因为以前工作的缘故，笔者对国内及国外的许多厂家的保护都有接触。个人感觉我们公司产品的操作回路不管是高压的分相操作箱还是RCS系列的操作回路，设计的很专业。别看各厂家的操作回路作用和构成都大差不差，但你仔细分析起来，很多细节处理的不同也体现了不同厂家的技术水平。希望大家在日后的调试工作中慢慢摸索和感悟。个人总结的公司操作回路所具有的设计巧妙之处大体有以下几点：

　　4.1 KKJ继电器的采用和其在实际中的应用。

　　4.2 LFP系列跳合闸保持电流调整方法及RCS系列采用的“自适应”保持回路。

　　4.3 操作回路从电源上完全独立，强电继电器直接操作。即使在保护CPU损坏的情况下，也不影响手动分闸。而有些厂家操作回路，手合手分是作为开关量采进CPU，再由程序控制驱动跳合闸回路，在电源上不独立，如果CPU板损坏，将导致无法手分开关。这一点在事故情况下将是致命的。

　　4.4 压力闭锁接点接入操作回路的具体位置不同，体现不同的效果。以RCS941操作回路为例。跳闸压力闭锁一旦动作，保护跳和手跳回路都将切断；而合闸压力闭锁动作只切断手合回路，不切断重合闸回路。这是因为手动合闸，说明开关尚未投入运行，所以合闸压力闭锁动作，必然要切断手合回路。而重合闸回路是在开关跳开后，再次合闸。在开关跳闸灭弧过程中很有可能引起SF6气压的波动，导致合闸压力闭锁接点动作。而这时整个开关还是正常的，所以合闸闭锁不切断重合闸回路，以防止误闭锁。同样不论是合闸压力还是跳闸压力闭锁切断跳合闸回路的接点都放在跳合闸保持继电器线圈之前，也就是说，只有在尚未启动保持回路之前才能闭锁，一旦保护跳闸或手动合闸启动了保持回路，则即使气体继电器动作，也不可能中断跳闸或合闸过程。这也是考虑到在开关合闸和分闸的瞬间，触头拉弧可能会引起灭弧室气压波动，导致误发气压闭锁接点，造成开关不能可靠分合。而很多厂家，要不是合闸压力闭锁也切断重合闸回路，就是气压闭锁动作接点接在保持线圈后面，一旦因拉弧导致气压波动，很有可能造成开关不能可靠分合。这些都是不专业的表现。