一種基于磁保持繼電器的模擬斷路器

龍徐

摘 要：在繼電保護培訓室中，利用模擬斷路器代替高壓斷路器進行整組試驗，能降低成本且方便調試。設計了一款基于磁保持繼電器的模擬斷路器，能夠模擬實際斷路器的通斷。該模擬斷路器成本低、體積小、功耗低，多次試驗表明，它能夠滿足繼電保護裝置的調試需求，提高試驗效率。

關鍵詞：模擬斷路器；磁保持繼電器；合閘回路；延時回路

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0156-02

在作業現場對繼保人員進行培訓往往受計劃停電時間的制約，并且增加了一定的作業風險，因此，建設繼電保護培訓室尤為重要。如果在繼電保護培訓室中裝備實際高壓斷路器，則成本過高、占用空間太大。考慮到培訓的重點在于校驗微機保護裝置的邏輯以及熟悉二次回路，因此，在整組試驗中采用模擬斷路器就能夠達到此目的。而市場上的模擬斷路器費用較高，為進一步降低成本，本文設計了一種基于磁保持繼電器的模擬斷路器。它的工作原理清晰、制作簡單，并且能夠記憶斷電前的狀態，滿足現場試驗的需求。

1 磁保持繼電器的工作原理

磁保持繼電器是近幾年發展起來的一種新型繼電器，能使電路自動接通和切斷。該繼電器保持常開或常閉的狀態不依賴于線圈持久通電產生的電磁力，而是依靠內部的永久磁鐵，即磁保持繼電器在線圈斷電后，永久磁鐵磁力保持繼電器的銜鐵在線圈通電時的位置。

磁保持繼電器通斷狀態的轉換由一定寬度的直流脈沖電壓信號觸發完成，線圈不需要持續通電。磁保持繼電器鐵芯內的永久磁鐵產生的磁力不足以吸合銜鐵，當吸合線圈通電時磁力增強，銜鐵吸合。銜鐵吸合后，磁路閉合，吸合線圈失電后，銜鐵依舊保持吸合狀態。當磁保持繼電器的觸點需要置位時，就給釋放線圈一個直流脈沖電壓信號，釋放線圈勵磁后產生的磁極與永久磁鐵的磁極同向，磁保持繼電器依靠排斥力瞬間完成狀態轉換。

2 模擬斷路器的設計

本文設計的模擬斷路器采用雙線圈的磁保持繼電器CBJ以及單線圈的電磁繼電器MJ。通過利用磁保持繼電器CBJ的動作特性控制電磁繼電器MJ動作線圈的電流，進而控制電磁繼電器MJ觸點的閉合狀態來模擬斷路器的狀態。模擬斷路器的設計原理如圖1所示，觸點狀態為模擬斷路器分閘時的狀態。

2.1 合閘回路

合閘回流由分壓電阻R1、分流電阻R2、磁保持繼電器吸合線圈CBJ1、常閉觸點MJ和常閉觸點TJ組成。自復位按鈕SH為手動合閘按鈕，HZ為合閘信號輸入端。模擬斷路器處于分閘狀態時，常閉觸點MJ、常閉觸點TJ閉合；當合閘按鈕SH按下，或合閘信號端子HZ接收到一個具有一定寬度的脈沖電壓信號時，吸合線圈CBJ1通電，磁保持繼電器狀態轉變，觸點CBJ閉合并保持。此時，電磁繼電器MJ動作線圈通電，常閉觸點MJ斷開，常開觸點MJ閉合，模擬斷路器由分閘狀態轉變為合閘狀態。

在合閘過程中，需要注意合閘信號的保持時間與繼電器動作時間的配合。合閘信號給出后，繼電器CBJ和MJ先后動作。在合閘動作完成前，合閘信號應該一直保持。當繼電器MJ動作后，其常閉觸點會斷開合閘回路，以此保證合閘回路不會一直通電而導致線圈燒毀。綜合考慮，將合閘信號脈沖寬度設為90 ms。

2.2 分閘回路

分閘回路由分壓電阻R3、分流電阻R4、磁保持繼電器釋放線圈CBJ2常開觸點MJ組成。自復位按鈕ST為手動分閘按鈕，FZ為分閘信號輸入端。模擬斷路器處于合閘狀態時，常開觸點MJ閉合。同理，當跳閘按鈕ST按下，或跳閘信號端子TZ接收到一個具有一定寬度的脈沖電壓信號時，釋放線圈CBJ1通電，磁保持繼電器狀態轉變，觸點CBJ斷開并保持。此時，電磁繼電器MJ動作線圈失電，繼電器的各個觸點恢復為圖中狀態，即模擬斷路器由合閘狀態轉變為分閘狀態。分閘信號的保持時間與繼電器動作時間也需要配合。同理，將分閘信號脈沖寬度設為90 ms。

2.3 分壓電阻和分流電阻

本設計采用的雙線圈磁保持繼電器的動作電壓為48 V，線圈電阻為1.02 kΩ，而現場操作電源直流電壓一般為110 V。因此，本電路設計分壓電阻R1、R3分壓，并將線圈CBJ1、CBJ2上的電壓設為48 V，這樣就能夠保證不因兩端電壓過高而導致線圈燒毀。同時，磁保持繼電器線圈的分壓電阻很大，通過的電流只有4.7 mA左右，而現場的分、合閘電流大小為1～2 A，因此本文設計了電阻大小為100 Ω、功率為200 W的分流電阻R2、R4。分壓電阻和分流電阻的設計，既保證了磁保持繼電器的正常工作，又最大程度地模擬了實際斷路器的分、合閘線圈。

2.4 延時回路

在作業現場，斷路器常常采用彈簧操作機構。斷路器在合閘的同時拉伸分閘彈簧，并啟動儲能電機對合閘彈簧儲能。在儲能過程中，斷路器能夠跳閘，但禁止合閘，只有儲能完成后才能進行下一次合閘。

考慮到模擬斷路器儲能過程中不能合閘的情況，本文設計了延時回路，即用斷電延時繼電器。當線圈通電時，斷電延時繼電器的常閉觸點立刻動作，斷電后延時復位。當觸點CBJ閉合時，線圈TJ通電，常閉觸點TJ斷開。繼電器MJ動作后，常閉觸點MJ斷開，線圈TJ失電，常閉觸點TJ延時t 秒閉合。其中，參數t可以根據試驗需求在時間繼電器上設置。在這延時的t s內，常閉觸點TJ依然保持斷開狀態，合閘回路無法導通，因此，吸合線圈CBJ1不能帶電，即模擬斷路器不能合閘，此時控制回路斷線。當t秒過后，常閉觸點TJ閉合，合閘回路恢復正常狀態。

2.5 指示燈回路

當斷路器處于分閘狀態時，繼電器MJ的動作線圈不帶電，其觸點狀態如圖1所示，即合閘狀態指示燈不亮，分閘狀態指示燈亮；當斷路器處于合閘狀態時，繼電器MJ的動作線圈帶電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，合閘狀態指示燈變亮，分閘狀態指示燈熄滅。因此，指示燈的亮、滅能夠指示斷路器的分合狀態。

3 測試試驗

在實驗室，該模擬斷路器與微機保護裝置相配合進行了大量整組試驗。試驗結果表明，該模擬斷路器的性能滿足繼電保護培訓室的相關技術要求。

4 結論

模擬斷路器利用磁保持繼電器來控制電磁繼電器MJ的觸點狀態，在斷電恢復后，磁保持繼電器觸點CBJ依然保持之前的狀態，使模擬斷路器具備記憶斷電前狀態的功能。與傳統的利用自保持回路的電磁繼電器相比，磁保持繼電器更符合現場實際情況，且具有功耗低、體積小等特點。磁保持繼電器設計的模擬斷路器能夠滿足現場試驗要求，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]謝輝慶，李學全，康忠誠.模擬斷路器設計[J].數字通信，2011（05）.

[2]周林.淺談模擬斷路器在保護定檢中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2012（32）.

[3]王國光.變電站綜合自動化系統二次回路及運行維護[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4]嚴新忠.大功率磁保持繼電器起動電路的設計[J].繼電器，2000（01）.

〔編輯：劉曉芳〕endprint

摘 要：在繼電保護培訓室中，利用模擬斷路器代替高壓斷路器進行整組試驗，能降低成本且方便調試。設計了一款基于磁保持繼電器的模擬斷路器，能夠模擬實際斷路器的通斷。該模擬斷路器成本低、體積小、功耗低，多次試驗表明，它能夠滿足繼電保護裝置的調試需求，提高試驗效率。

關鍵詞：模擬斷路器；磁保持繼電器；合閘回路；延時回路

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0156-02

在作業現場對繼保人員進行培訓往往受計劃停電時間的制約，并且增加了一定的作業風險，因此，建設繼電保護培訓室尤為重要。如果在繼電保護培訓室中裝備實際高壓斷路器，則成本過高、占用空間太大。考慮到培訓的重點在于校驗微機保護裝置的邏輯以及熟悉二次回路，因此，在整組試驗中采用模擬斷路器就能夠達到此目的。而市場上的模擬斷路器費用較高，為進一步降低成本，本文設計了一種基于磁保持繼電器的模擬斷路器。它的工作原理清晰、制作簡單，并且能夠記憶斷電前的狀態，滿足現場試驗的需求。

1 磁保持繼電器的工作原理

磁保持繼電器是近幾年發展起來的一種新型繼電器，能使電路自動接通和切斷。該繼電器保持常開或常閉的狀態不依賴于線圈持久通電產生的電磁力，而是依靠內部的永久磁鐵，即磁保持繼電器在線圈斷電后，永久磁鐵磁力保持繼電器的銜鐵在線圈通電時的位置。

磁保持繼電器通斷狀態的轉換由一定寬度的直流脈沖電壓信號觸發完成，線圈不需要持續通電。磁保持繼電器鐵芯內的永久磁鐵產生的磁力不足以吸合銜鐵，當吸合線圈通電時磁力增強，銜鐵吸合。銜鐵吸合后，磁路閉合，吸合線圈失電后，銜鐵依舊保持吸合狀態。當磁保持繼電器的觸點需要置位時，就給釋放線圈一個直流脈沖電壓信號，釋放線圈勵磁后產生的磁極與永久磁鐵的磁極同向，磁保持繼電器依靠排斥力瞬間完成狀態轉換。

2 模擬斷路器的設計

本文設計的模擬斷路器采用雙線圈的磁保持繼電器CBJ以及單線圈的電磁繼電器MJ。通過利用磁保持繼電器CBJ的動作特性控制電磁繼電器MJ動作線圈的電流，進而控制電磁繼電器MJ觸點的閉合狀態來模擬斷路器的狀態。模擬斷路器的設計原理如圖1所示，觸點狀態為模擬斷路器分閘時的狀態。

2.1 合閘回路

合閘回流由分壓電阻R1、分流電阻R2、磁保持繼電器吸合線圈CBJ1、常閉觸點MJ和常閉觸點TJ組成。自復位按鈕SH為手動合閘按鈕，HZ為合閘信號輸入端。模擬斷路器處于分閘狀態時，常閉觸點MJ、常閉觸點TJ閉合；當合閘按鈕SH按下，或合閘信號端子HZ接收到一個具有一定寬度的脈沖電壓信號時，吸合線圈CBJ1通電，磁保持繼電器狀態轉變，觸點CBJ閉合并保持。此時，電磁繼電器MJ動作線圈通電，常閉觸點MJ斷開，常開觸點MJ閉合，模擬斷路器由分閘狀態轉變為合閘狀態。

在合閘過程中，需要注意合閘信號的保持時間與繼電器動作時間的配合。合閘信號給出后，繼電器CBJ和MJ先后動作。在合閘動作完成前，合閘信號應該一直保持。當繼電器MJ動作后，其常閉觸點會斷開合閘回路，以此保證合閘回路不會一直通電而導致線圈燒毀。綜合考慮，將合閘信號脈沖寬度設為90 ms。

2.2 分閘回路

分閘回路由分壓電阻R3、分流電阻R4、磁保持繼電器釋放線圈CBJ2常開觸點MJ組成。自復位按鈕ST為手動分閘按鈕，FZ為分閘信號輸入端。模擬斷路器處于合閘狀態時，常開觸點MJ閉合。同理，當跳閘按鈕ST按下，或跳閘信號端子TZ接收到一個具有一定寬度的脈沖電壓信號時，釋放線圈CBJ1通電，磁保持繼電器狀態轉變，觸點CBJ斷開并保持。此時，電磁繼電器MJ動作線圈失電，繼電器的各個觸點恢復為圖中狀態，即模擬斷路器由合閘狀態轉變為分閘狀態。分閘信號的保持時間與繼電器動作時間也需要配合。同理，將分閘信號脈沖寬度設為90 ms。

2.3 分壓電阻和分流電阻

本設計采用的雙線圈磁保持繼電器的動作電壓為48 V，線圈電阻為1.02 kΩ，而現場操作電源直流電壓一般為110 V。因此，本電路設計分壓電阻R1、R3分壓，并將線圈CBJ1、CBJ2上的電壓設為48 V，這樣就能夠保證不因兩端電壓過高而導致線圈燒毀。同時，磁保持繼電器線圈的分壓電阻很大，通過的電流只有4.7 mA左右，而現場的分、合閘電流大小為1～2 A，因此本文設計了電阻大小為100 Ω、功率為200 W的分流電阻R2、R4。分壓電阻和分流電阻的設計，既保證了磁保持繼電器的正常工作，又最大程度地模擬了實際斷路器的分、合閘線圈。

2.4 延時回路

在作業現場，斷路器常常采用彈簧操作機構。斷路器在合閘的同時拉伸分閘彈簧，并啟動儲能電機對合閘彈簧儲能。在儲能過程中，斷路器能夠跳閘，但禁止合閘，只有儲能完成后才能進行下一次合閘。

考慮到模擬斷路器儲能過程中不能合閘的情況，本文設計了延時回路，即用斷電延時繼電器。當線圈通電時，斷電延時繼電器的常閉觸點立刻動作，斷電后延時復位。當觸點CBJ閉合時，線圈TJ通電，常閉觸點TJ斷開。繼電器MJ動作后，常閉觸點MJ斷開，線圈TJ失電，常閉觸點TJ延時t 秒閉合。其中，參數t可以根據試驗需求在時間繼電器上設置。在這延時的t s內，常閉觸點TJ依然保持斷開狀態，合閘回路無法導通，因此，吸合線圈CBJ1不能帶電，即模擬斷路器不能合閘，此時控制回路斷線。當t秒過后，常閉觸點TJ閉合，合閘回路恢復正常狀態。

2.5 指示燈回路

當斷路器處于分閘狀態時，繼電器MJ的動作線圈不帶電，其觸點狀態如圖1所示，即合閘狀態指示燈不亮，分閘狀態指示燈亮；當斷路器處于合閘狀態時，繼電器MJ的動作線圈帶電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，合閘狀態指示燈變亮，分閘狀態指示燈熄滅。因此，指示燈的亮、滅能夠指示斷路器的分合狀態。

3 測試試驗

在實驗室，該模擬斷路器與微機保護裝置相配合進行了大量整組試驗。試驗結果表明，該模擬斷路器的性能滿足繼電保護培訓室的相關技術要求。

4 結論

模擬斷路器利用磁保持繼電器來控制電磁繼電器MJ的觸點狀態，在斷電恢復后，磁保持繼電器觸點CBJ依然保持之前的狀態，使模擬斷路器具備記憶斷電前狀態的功能。與傳統的利用自保持回路的電磁繼電器相比，磁保持繼電器更符合現場實際情況，且具有功耗低、體積小等特點。磁保持繼電器設計的模擬斷路器能夠滿足現場試驗要求，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]謝輝慶，李學全，康忠誠.模擬斷路器設計[J].數字通信，2011（05）.

[2]周林.淺談模擬斷路器在保護定檢中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2012（32）.

[3]王國光.變電站綜合自動化系統二次回路及運行維護[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4]嚴新忠.大功率磁保持繼電器起動電路的設計[J].繼電器，2000（01）.

〔編輯：劉曉芳〕endprint

摘 要：在繼電保護培訓室中，利用模擬斷路器代替高壓斷路器進行整組試驗，能降低成本且方便調試。設計了一款基于磁保持繼電器的模擬斷路器，能夠模擬實際斷路器的通斷。該模擬斷路器成本低、體積小、功耗低，多次試驗表明，它能夠滿足繼電保護裝置的調試需求，提高試驗效率。

關鍵詞：模擬斷路器；磁保持繼電器；合閘回路；延時回路

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0156-02

在作業現場對繼保人員進行培訓往往受計劃停電時間的制約，并且增加了一定的作業風險，因此，建設繼電保護培訓室尤為重要。如果在繼電保護培訓室中裝備實際高壓斷路器，則成本過高、占用空間太大。考慮到培訓的重點在于校驗微機保護裝置的邏輯以及熟悉二次回路，因此，在整組試驗中采用模擬斷路器就能夠達到此目的。而市場上的模擬斷路器費用較高，為進一步降低成本，本文設計了一種基于磁保持繼電器的模擬斷路器。它的工作原理清晰、制作簡單，并且能夠記憶斷電前的狀態，滿足現場試驗的需求。

1 磁保持繼電器的工作原理

磁保持繼電器是近幾年發展起來的一種新型繼電器，能使電路自動接通和切斷。該繼電器保持常開或常閉的狀態不依賴于線圈持久通電產生的電磁力，而是依靠內部的永久磁鐵，即磁保持繼電器在線圈斷電后，永久磁鐵磁力保持繼電器的銜鐵在線圈通電時的位置。

磁保持繼電器通斷狀態的轉換由一定寬度的直流脈沖電壓信號觸發完成，線圈不需要持續通電。磁保持繼電器鐵芯內的永久磁鐵產生的磁力不足以吸合銜鐵，當吸合線圈通電時磁力增強，銜鐵吸合。銜鐵吸合后，磁路閉合，吸合線圈失電后，銜鐵依舊保持吸合狀態。當磁保持繼電器的觸點需要置位時，就給釋放線圈一個直流脈沖電壓信號，釋放線圈勵磁后產生的磁極與永久磁鐵的磁極同向，磁保持繼電器依靠排斥力瞬間完成狀態轉換。

2 模擬斷路器的設計

本文設計的模擬斷路器采用雙線圈的磁保持繼電器CBJ以及單線圈的電磁繼電器MJ。通過利用磁保持繼電器CBJ的動作特性控制電磁繼電器MJ動作線圈的電流，進而控制電磁繼電器MJ觸點的閉合狀態來模擬斷路器的狀態。模擬斷路器的設計原理如圖1所示，觸點狀態為模擬斷路器分閘時的狀態。

2.1 合閘回路

合閘回流由分壓電阻R1、分流電阻R2、磁保持繼電器吸合線圈CBJ1、常閉觸點MJ和常閉觸點TJ組成。自復位按鈕SH為手動合閘按鈕，HZ為合閘信號輸入端。模擬斷路器處于分閘狀態時，常閉觸點MJ、常閉觸點TJ閉合；當合閘按鈕SH按下，或合閘信號端子HZ接收到一個具有一定寬度的脈沖電壓信號時，吸合線圈CBJ1通電，磁保持繼電器狀態轉變，觸點CBJ閉合并保持。此時，電磁繼電器MJ動作線圈通電，常閉觸點MJ斷開，常開觸點MJ閉合，模擬斷路器由分閘狀態轉變為合閘狀態。

在合閘過程中，需要注意合閘信號的保持時間與繼電器動作時間的配合。合閘信號給出后，繼電器CBJ和MJ先后動作。在合閘動作完成前，合閘信號應該一直保持。當繼電器MJ動作后，其常閉觸點會斷開合閘回路，以此保證合閘回路不會一直通電而導致線圈燒毀。綜合考慮，將合閘信號脈沖寬度設為90 ms。

2.2 分閘回路

分閘回路由分壓電阻R3、分流電阻R4、磁保持繼電器釋放線圈CBJ2常開觸點MJ組成。自復位按鈕ST為手動分閘按鈕，FZ為分閘信號輸入端。模擬斷路器處于合閘狀態時，常開觸點MJ閉合。同理，當跳閘按鈕ST按下，或跳閘信號端子TZ接收到一個具有一定寬度的脈沖電壓信號時，釋放線圈CBJ1通電，磁保持繼電器狀態轉變，觸點CBJ斷開并保持。此時，電磁繼電器MJ動作線圈失電，繼電器的各個觸點恢復為圖中狀態，即模擬斷路器由合閘狀態轉變為分閘狀態。分閘信號的保持時間與繼電器動作時間也需要配合。同理，將分閘信號脈沖寬度設為90 ms。

2.3 分壓電阻和分流電阻

本設計采用的雙線圈磁保持繼電器的動作電壓為48 V，線圈電阻為1.02 kΩ，而現場操作電源直流電壓一般為110 V。因此，本電路設計分壓電阻R1、R3分壓，并將線圈CBJ1、CBJ2上的電壓設為48 V，這樣就能夠保證不因兩端電壓過高而導致線圈燒毀。同時，磁保持繼電器線圈的分壓電阻很大，通過的電流只有4.7 mA左右，而現場的分、合閘電流大小為1～2 A，因此本文設計了電阻大小為100 Ω、功率為200 W的分流電阻R2、R4。分壓電阻和分流電阻的設計，既保證了磁保持繼電器的正常工作，又最大程度地模擬了實際斷路器的分、合閘線圈。

2.4 延時回路

在作業現場，斷路器常常采用彈簧操作機構。斷路器在合閘的同時拉伸分閘彈簧，并啟動儲能電機對合閘彈簧儲能。在儲能過程中，斷路器能夠跳閘，但禁止合閘，只有儲能完成后才能進行下一次合閘。

考慮到模擬斷路器儲能過程中不能合閘的情況，本文設計了延時回路，即用斷電延時繼電器。當線圈通電時，斷電延時繼電器的常閉觸點立刻動作，斷電后延時復位。當觸點CBJ閉合時，線圈TJ通電，常閉觸點TJ斷開。繼電器MJ動作后，常閉觸點MJ斷開，線圈TJ失電，常閉觸點TJ延時t 秒閉合。其中，參數t可以根據試驗需求在時間繼電器上設置。在這延時的t s內，常閉觸點TJ依然保持斷開狀態，合閘回路無法導通，因此，吸合線圈CBJ1不能帶電，即模擬斷路器不能合閘，此時控制回路斷線。當t秒過后，常閉觸點TJ閉合，合閘回路恢復正常狀態。

2.5 指示燈回路

當斷路器處于分閘狀態時，繼電器MJ的動作線圈不帶電，其觸點狀態如圖1所示，即合閘狀態指示燈不亮，分閘狀態指示燈亮；當斷路器處于合閘狀態時，繼電器MJ的動作線圈帶電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開，合閘狀態指示燈變亮，分閘狀態指示燈熄滅。因此，指示燈的亮、滅能夠指示斷路器的分合狀態。

3 測試試驗

在實驗室，該模擬斷路器與微機保護裝置相配合進行了大量整組試驗。試驗結果表明，該模擬斷路器的性能滿足繼電保護培訓室的相關技術要求。

4 結論

模擬斷路器利用磁保持繼電器來控制電磁繼電器MJ的觸點狀態，在斷電恢復后，磁保持繼電器觸點CBJ依然保持之前的狀態，使模擬斷路器具備記憶斷電前狀態的功能。與傳統的利用自保持回路的電磁繼電器相比，磁保持繼電器更符合現場實際情況，且具有功耗低、體積小等特點。磁保持繼電器設計的模擬斷路器能夠滿足現場試驗要求，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]謝輝慶，李學全，康忠誠.模擬斷路器設計[J].數字通信，2011（05）.

[2]周林.淺談模擬斷路器在保護定檢中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2012（32）.

[3]王國光.變電站綜合自動化系統二次回路及運行維護[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4]嚴新忠.大功率磁保持繼電器起動電路的設計[J].繼電器，2000（01）.

〔編輯：劉曉芳〕endprint