操作回路

第一章 操作回路基本概念和实际应用

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。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。

一、操作回路的几个基本概念

1、KKJ（合后继电器） 1.1 KKJ的由来

KKJ是继电保护中合后位置继电器的简称，反映的是KK操作把手的位置。

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）。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。

后来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。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。

需要注意的是：合后位置继电器（KKJ）与合位继（HWJ）是有区别的：KKJ是反映手跳、手合的，即：如果手动合上开关，KKJ就变为1，如果再由保护切掉，KKJ仍然为1，只有手切才会变为0；同理，开关手切KKJ为0，如果保护合上开关，KKJ也还是为0，只有手合才会变为1。

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 HBJ

在传统的断路器操作回路中，合闸回路里是没有合闸保持继电器HBJ的，为什么在微机操作箱中要增加它呢？要保证断路器合闸成功，必须保证使合闸回路中的电流持续一定的时间以启动合闸线圈。传统控制回路中采用的是LW2系列操作把手KK，手动合闸时，KK到达“合闸”位置后依靠弹簧的力量自动旋转至“合闸后”位置。在有值班人员操作的情况下，可以保证足够的合闸电流持续时间。

微机保护的发展思路是和变电站综合自动化系统紧密联系在一起的，也是和无人值班模式变电站的发展联系在一起的。遥控合闸命令是一个只有几十至几百毫秒的高电平脉冲，如果脉冲在合闸线圈启动之前消失，则合闸操作就会失败。所以，在微机型操作箱中引入了合闸保持继电器HBJ。依靠HBJ的自保持回路，可以保证有足够长时间的合闸电流导通，使断路器完成合闸操作。同时，HBJ的自保持回路还保证了一定是由断路器的常闭辅助接点断开回路，避免了不具备足够开断容量的KK接点或遥控接点断开此回路造成粘连甚至烧毁的危险（TBJ原理类似可推）。

在运行中，也出现过由于增加了HBJ造成合闸线圈HQ烧毁的情况。这种情况的原因是：在图3-2-1中，合闸回路中断路器机构内的部分（虚线框内）只是一种示意画法，其实不只是一个断路器的常闭接点DL和合闸线圈HQ，它还串连了断路器机构内的一些闭锁接点。但是，很多采用弹簧机构的断路器合闸回路中没有串连“弹簧已储能”的常开接点CK，只是将“弹簧未储能”作为预报信号引入中央信号系统进行告警。发生这种情况时，如果在弹簧未储能时合闸，则由于合闸弹簧没有足够的势能无法合闸成功，断路器常开辅助接点DL无法断开合闸回路，HBJ的自保持回路会一直导通，使HQ中长时间有电流通过而烧毁。许多断路器厂家已经对产品设计进行了修改，在2002年以后生产的弹簧机构断路器合闸回路中都已串连了“弹簧已储能”的常开接点CK，电力部门对不符合此要求的就设备也进行了相关改造。 2.2 跳合闸保持回路的作用

操作回路主要起三个作用：

1)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。

2)增加接点数量。

由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，增加接点从而实现跳合位指示、控制回路监视及不对应启动重合闸等逻辑功能。

3)防止开关跳跃（简称防跳）功能。

目前最常用的开关操作机构是弹簧操作机构，其分合电流一般较小，10KV开关0.5A~1A左右，110KV开关2~4A左右，0—5A接点容量是足够满足的。 当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。通过采用保持回路后，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。采用保持回路，不仅防止接点损坏，最主要的是保证开关可靠分合。 2.3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。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，通过调整流过跳闸保持继电器、合闸保持继电器线圈的电流来改变保持电流。 3、TWJ/HWJ位置继电器和控制回路断线

3.1 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，该回路在开关跳闸线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，该回路在开关合闸线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为电压线圈，额定启动电压为24V，线圈本身电阻就较大，加上回路上串的电阻，整体阻值约30K。因为国内开关跳合闸线圈为电流型，其阻值较小（常见的为50~220Ω）。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和回路上串的电阻上，TWJ部分电阻很大，电流很小，不足以使合闸线圈动作。TWJ线圈上串联的电阻，也是为了防止TWJ线圈击穿短路，导致合闸线圈误动。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。

KKJ是继电保护中合后位置继电器的简称，反映的是KK操作把手的位置。需要注意的是：合后位置继电器（KKJ）与合位继（HWJ）是有区别的：KKJ是反映手跳、手合的，即：如果手动合上开关，KKJ就变为1，如果再由保护切掉，KKJ仍然为1，只有手切才会变为0；同理，开关手切KKJ为0，如果保护合上开关，KKJ也还是为0，只有手合才会变为1。HWJ是反映开关状态的。只要开关在合位，不管是手合还是保护合都是1；同理只要开关在分位，不管是手跳还是保护跳都是0。

一般是有某个保护的KKJ常开接点串上TWJ常开接点，从而产生事故总信号。这个信号主要反映，某个断路器在正常手合或者遥控合闸后，因各种故障或者没理由的分闸了。一般出现这个信号都应该引起高度重视。

3.2断路器位置和HWJ的区别

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。 3.3 不同系列操作回路位置指示的区别

1）DF3003系列保护装置电源和控制电源没有分开。

2）DF3300系列保护装置电源和控制电源是分开的。跳合位指示灯通过HWJ/TWJ的长开辅助节点控制。

3）DF3300E系列保护装置电源和控制电源是分开的。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。这一点在现场调试过程中一定要注意。比如DF3322E装置，因B17（开入地）没有与D01（-24V）短接好，导致HWJ/TWJ信号装置采集不到，就会导致虽然装置电源和控制电源都上电了，但面板上开关位置无显示，以为是装置故障。 3.4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，必须监视跳闸回路一般在端子排上直接同跳/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。通讯输出的该信号，都加了遥信去抖时间（DF3322E的控制回路断线的默认的去抖时间是3000ms，DF3360EA是20ms，DF3320EA是100ms）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，则会报控制回路断线。注意对主变各侧开关的控制回路断线，是通过测控装置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。

如果开关内部接线把弹簧储能或气压闭锁等接点串入合闸回路，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。 4、单装置的事故总信号及全站事故总 4.1线路保护装置的事故总信号

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）。在刚推向市场时，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40 ms延时。考虑到无人值守的需要，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。 4.2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。组态是应注意下面几点

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。。

b) 合成全站事总的信号不能重复。如果某个开关的事总信号组进去了，就不要再把同线路的保护动作信号组进去；反之依然，组了保护信号就不要组开关的事总。比如一台线路保护，把它的事故总和过流I、II段等跳闸的保护动作信号也组进去了，这会产生什么问题呢？会导致实际发生一次事故，却产生2个全站事总信号的问题。因为保护动作是瞬动的，故障电流切除，保护接点就会返回，通讯上送的动作信号也一样。保护一动作，总控马上合成一个全站事总，开关一跳开，保护返回，合成事总马上返回。而事总信号是TWJ为1（即开关跳开后）况且还有一个判断延时后才会产生，所以因保护动作产生的全站合成事总返回后，会由装置上送的事总再次导致全站事总产生，过3S后装置事总返回，全站事总也返回。这是不对的，一次事故就应该产生一次全站事故总。在现场我已碰到过好几个同事犯过这个错误，所以大家一定要注意。对主变保护也一样，你把各侧开关事总信号开入组进去了，就不要再把差动保护、重瓦斯等等保护再组进去。

c) 很多公司对全站事故总信号的合成方法是把所有装置的所有的保护动作信号组在一起。这种方法看似效果跟把全部开关的事总信号合成方法效果是一样的，但实际上两种方法还是有区别的。保护合成事总，优点是全站事总可以自动复归，但致命缺点是偷跳不能发出事总。同时总控合成信号参与逻辑运算的量数量也较大（所有装置的所有动作信号），组态时既容易遗漏某个元件动作信号，同时如果现场某个元件只是投信号，没有投跳闸，则也会造成开关并没有跳开但误发事总的问题。所以从事故总信号的真正含义上理解，合成全站事总，还是应采用全部开关的事总信号为宜，事总信号就是由开关的不对应来启动。这样只考虑到全部开关的事总，参与总控逻辑运算的量较少，也不容易遗漏，总控运算负担轻；同时开关偷跳也能发出事总来。但是注意一点，9611等线路保护事总3S后能自动复归，主变各侧开关的事总，是采的操作板提供的硬接点信号，就是一个简单的TWJ+KKJ的串联。如果开关跳闸后，不手动复归

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/trgd.html