2.4 二次回路与辅助设备——电力系统的“神经网络和手脚”
变电站二次设备入门指南
二次回路是连接各设备的“神经系统”，辅助设备是具体“干活的手脚”。这部分内容是初学者的难点，但也是最核心的技能。
2.4.1 断路器控制回路——最核心的回路
断路器控制回路是二次回路的“代表作”，是初学者必须彻底搞懂的第一个回路。掌握了控制回路，就掌握了二次回路的“纲”。
核心组成元件
| 元件 | 符号 | 作用 |
|---|---|---|
| 合闸线圈 | HC | 接收合闸命令，执行合闸操作 |
| 跳闸线圈 | TT | 接收跳闸命令，执行跳闸操作 |
| 防跳继电器 | TBJ | 防止断路器“跳合跳”反复动作 |
| 合闸位置继电器 | HWJ | 指示断路器在“合位” |
| 跳闸位置继电器 | TWJ | 指示断路器在“跳位” |
| 储能电机 | M | 为合闸操作储备能量 |
| 辅助接点 | Dl | 断路器自带的位置辅助接点 |
断路器控制回路核心元件
┌─────────────┐
│ 断路器本体 │
│ ┌─────┐ │
合闸─┼───┤合闸线圈├───┼─合闸位置继电器(HWJ)
│ └─────┘ │
跳闸─┼───┤跳闸线圈├───┼─跳闸位置继电器(TWJ)
│ └─────┘ │
│ ┌─────┐ │
└───┤辅助接点├───┘
└─────┘
跳闸回路详解
跳闸过程
当保护装置或手动跳闸时，跳闸回路接通，跳闸线圈带电，驱动断路器跳闸。
跳闸回路简化图
保护接点 ──┬── 跳闸线圈(TT) ──┬── 断路器常闭辅助接点(DL) ──┬── 负电源
│ │ │
└── 防跳继电器电流线圈(TBJ) ──────────────────────┘
跳闸自保持回路
什么是自保持？
当保护装置发出跳闸命令时，跳闸线圈带电驱动断路器跳闸。同时，跳闸电流会“自保持”——即使保护装置的跳闸脉冲已经消失，跳闸回路依然保持导通，直到断路器完全跳开、辅助接点断开为止。
为什么需要自保持？
- 保护装置的跳闸脉冲是短脉冲（几十毫秒）
- 断路器跳闸需要一定时间（几十到几百毫秒）
- 如果没有自保持，脉冲消失后跳闸可能半途而废
作用：确保跳闸命令可靠执行，不会因为脉冲消失而中断。
防跳回路详解
什么是“防跳”？
防跳 = 防止断路器“跳跃”。
问题场景：如果合闸于故障线路，保护跳闸，但合闸命令仍然持续（运行人员未松开按钮或合闸接点粘连），没有防跳的话断路器会“跳-合-跳-合”反复动作，损坏设备。
断路器"跳跃"示意
时间 →→
状态 │
合闸 ├─────────────────────────────────┐
│ │
跳闸 ├─────────────────────────────────┘
│↑ ↑ ↑ ↑ ↑ │
└────┴───┴───┴───┴──────────────→
保护跳闸 合闸命令还在！
断路器反复跳合，设备损坏！
防跳原理
跳闸同时，防跳继电器（TBJ）动作并自保持，断开合闸回路，即使合闸命令还在，也不会再次合闸。
防跳回路原理
1. 跳闸时，防跳继电器TBJ电流线圈带电动作
2. TBJ常闭接点断开合闸回路
3. TBJ电压线圈自保持（直到合闸命令消失）
4. 即使合闸命令持续，断路器也不会再次合闸
现场经验：排查合闸失败故障时，首先要检查防跳回路是否正常。很多“合不上闸”的问题其实是防跳继电器故障导致的。
合闸回路详解
合闸回路简化图
合闸接点 ──┬── 合闸线圈(HC) ──┬── 断路器常闭辅助接点(DL) ──┬── 防跳继电器常闭接点(TBJ) ──┬── 正电源
│ │ │ │
└── 防跳继电器电压线圈(TBJ) ──────────────────────────────────────────────────────┘
合闸回路的关键点：
- 合闸线圈只能短时带电
- 合闸后，辅助接点断开合闸回路
- 防跳继电器在跳闸时断开合闸回路
断路器控制回路完整示意图
完整的断路器控制回路（简化版）
正电源
│
┌──────┴──────┐
│ │
│ 防跳继电器 │
│ (TBJ电压线圈)│
│ │ │
└──┬───┴───────┘
│
│ 保护跳闸接点
│ （或手动跳闸）
┌──┴───────────────────┐
│ │
│ 跳闸线圈 TT │
│ │
└──┬───────────────────┘
│
│ 防跳继电器电流线圈
┌──┴───────────────────┐
│ │
│ 断路器辅助接点 DL │
│ （常闭） │
└──────┬───────────────┘
│
└─────────────────→ 负电源
（合闸回路同理，方向相反）
2.4.2 电压切换回路——双母线接线的关键
为什么需要电压切换？
在双母线接线系统中，线路或变压器可能根据运行方式切换到不同的母线。电压切换回路的作用就是：
- 自动切换保护装置的电压输入
- 确保保护装置始终采集所在母线的电压
电压切换原理
电压切换回路
I母PT二次电压 ──┐
├── 电压切换继电器 ──→ 保护装置电压输入
II母PT二次电压 ──┘
切换继电器受隔离开关辅助接点控制
关键点：倒闸操作时，必须同时操作隔离开关和电压切换把手，确保PT二次电压同步切换。操作顺序错误会导致保护误动或拒动。
电压并列
当母线并列运行时，两个母线的PT二次电压也需要并列：
电压并列回路
I母PT ──┐
├── 电压并列继电器 ──→ 保护装置
II母PT ──┘
2.4.3 智能变电站的新变革
智能变电站用过程层设备替代了传统的电缆连接，是二次回路的重大技术进步。
传统变电站 vs 智能变电站
| 对比项 | 传统变电站 | 智能变电站 |
|---|---|---|
| 模拟量传输 | 电缆 | 光纤（SV） |
| 开关量传输 | 电缆 | 光纤（GOOSE） |
| 设备连接 | 点对点硬接线 | 网络化 |
| 调试方式 | 逐点测试 | 网络测试 |
合并单元（MU - Merging Unit）
传统方式
CT/PT通过电缆接入保护装置，每个间隔需要大量电缆：
传统方式
CT/PT ──→ 电缆 ──→ 保护装置
│
└── 电缆 ──→ 测控装置
│
└── 电缆 ──→ 电能表
智能方式
合并单元采集CT/PT的模拟量，转化为SV采样值（Sampling Value）报文，通过光纤网络传输：
智能方式
CT/PT ──→ 合并单元 ──→ 光纤网络 ──→ 保护装置
│ │
└─────→ 光纤网络 ──→ 测控装置
│
└─────→ 光纤网络 ──→ 电能表
SV采样值
- 协议：IEC 61850-9-2
- 特点：数字化、网络化传输
- 优点：节省电缆、便于信息共享、精度高
智能终端
传统方式
保护装置通过控制电缆向断路器发跳合闸命令：
传统方式
保护装置 ──→ 控制电缆 ──→ 断路器操作箱 ──→ 合闸/跳闸线圈
智能方式
保护装置发送GOOSE跳闸报文（GOOSE - Generic Object Oriented Substation Event），智能终端接收后驱动跳合闸线圈：
智能方式
保护装置 ──→ GOOSE报文 ──→ 光纤网络 ──→ 智能终端 ──→ 合闸/跳闸线圈
GOOSE通信特点
- 面向对象：传输的是事件对象
- 快速传输：采用心跳机制，支持快速跳闸
- 多接收者：一条GOOSE消息可以被多个设备接收
- 可靠性高：支持重传机制
智能变电站网络结构
智能变电站网络架构
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│ 站控层 │
│ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ │
│ │ 监控主机 │ │ 保护信息子站│ │ 网关机 │ │
│ └────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘ │
└───────┼───────────┼───────────┼───────────────┘
│ │ │
│ MMS网络(站控层) │
│ │ │
┌───────┼───────────┼───────────┼───────────────┐
│ │ 间隔层 │ │
│ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ │
│ │ 保护装置 │ │ 测控装置 │ │ 计量装置 │ │
│ └────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘ │
└───────┼───────────┼───────────┼───────────────┘
│ │ │
│ SV/GOOSE网络(过程层)│
│ │ │
┌───────┼───────────┼───────────┼───────────────┐
│ │ 过程层 │ │
│ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ │
│ │ 合并单元 │ │ 智能终端 │ │ 合并单元 │ │
│ └────┬────┘ └────┬────┘ └────┬────┘ │
└───────┼───────────┼───────────┼───────────────┘
│ │ │
│ 一次设备 │
│ CT/PT 断路器 隔离开关
通俗比喻：
- 传统二次回路 = 有线电话（电话线连接，点对点）
- 智能变电站 = 微信语音（网络传输，还能多人同时接收，还能拉群）
2.4.4 二次回路编号规则
直流回路编号
| 回路类型 | 编号范围 |
|---|---|
| 合闸回路 | 01、03、05… |
| 跳闸回路 | 02、04、06… |
| 保护回路 | 100系列 |
| 信号回路 | 700系列 |
| 电压回路 | 600系列 |
| 电流回路 | 400系列 |
交流回路编号
| 回路类型 | 编号规则 |
|---|---|
| A相电流 | A401、A411… |
| B相电流 | B401、B411… |
| C相电流 | C401、C411… |
| A相电压 | A601、A611… |
| 零序电流 | N401… |
| 零序电压 | L601… |
本章小结
- 断路器控制回路是二次回路的核心，必须彻底理解
- 跳闸自保持回路确保跳闸命令可靠执行
- 防跳回路防止断路器“跳跃”损坏设备
- 电压切换回路保证双母线接线时保护装置电压输入正确
- 智能变电站用合并单元（SV）和智能终端（GOOSE）替代传统电缆，是技术发展的必然趋势
相关章节：01-二次系统总体认知 | 02-直流电源系统 | 03-继电保护系统 | 04-监控与远动系统 | 10-调度数据网