一种基于磁保持继电器的模拟断路器

龙徐

摘 要：在继电保护培训室中，利用模拟断路器代替高压断路器进行整组试验，能降低成本且方便调试。设计了一款基于磁保持继电器的模拟断路器，能够模拟实际断路器的通断。该模拟断路器成本低、体积小、功耗低，多次试验表明，它能够满足继电保护装置的调试需求，提高试验效率。

关键词：模拟断路器；磁保持继电器；合闸回路；延时回路

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0156-02

在作业现场对继保人员进行培训往往受计划停电时间的制约，并且增加了一定的作业风险，因此，建设继电保护培训室尤为重要。如果在继电保护培训室中装备实际高压断路器，则成本过高、占用空间太大。考虑到培训的重点在于校验微机保护装置的逻辑以及熟悉二次回路，因此，在整组试验中采用模拟断路器就能够达到此目的。而市场上的模拟断路器费用较高，为进一步降低成本，本文设计了一种基于磁保持继电器的模拟断路器。它的工作原理清晰、制作简单，并且能够记忆断电前的状态，满足现场试验的需求。

1 磁保持继电器的工作原理

磁保持继电器是近几年发展起来的一种新型继电器，能使电路自动接通和切断。该继电器保持常开或常闭的状态不依赖于线圈持久通电产生的电磁力，而是依靠内部的永久磁铁，即磁保持继电器在线圈断电后，永久磁铁磁力保持继电器的衔铁在线圈通电时的位置。

磁保持继电器通断状态的转换由一定宽度的直流脉冲电压信号触发完成，线圈不需要持续通电。磁保持继电器铁芯内的永久磁铁产生的磁力不足以吸合衔铁，当吸合线圈通电时磁力增强，衔铁吸合。衔铁吸合后，磁路闭合，吸合线圈失电后，衔铁依旧保持吸合状态。当磁保持继电器的触点需要置位时，就给释放线圈一个直流脉冲电压信号，释放线圈励磁后产生的磁极与永久磁铁的磁极同向，磁保持继电器依靠排斥力瞬间完成状态转换。

2 模拟断路器的设计

本文设计的模拟断路器采用双线圈的磁保持继电器CBJ以及单线圈的电磁继电器MJ。通过利用磁保持继电器CBJ的动作特性控制电磁继电器MJ动作线圈的电流，进而控制电磁继电器MJ触点的闭合状态来模拟断路器的状态。模拟断路器的设计原理如图1所示，触点状态为模拟断路器分闸时的状态。

2.1 合闸回路

合闸回流由分压电阻R1、分流电阻R2、磁保持继电器吸合线圈CBJ1、常闭触点MJ和常闭触点TJ组成。自复位按钮SH为手动合闸按钮，HZ为合闸信号输入端。模拟断路器处于分闸状态时，常闭触点MJ、常闭触点TJ闭合；当合闸按钮SH按下，或合闸信号端子HZ接收到一个具有一定宽度的脉冲电压信号时，吸合线圈CBJ1通电，磁保持继电器状态转变，触点CBJ闭合并保持。此时，电磁继电器MJ动作线圈通电，常闭触点MJ断开，常开触点MJ闭合，模拟断路器由分闸状态转变为合闸状态。

在合闸过程中，需要注意合闸信号的保持时间与继电器动作时间的配合。合闸信号给出后，继电器CBJ和MJ先后动作。在合闸动作完成前，合闸信号应该一直保持。当继电器MJ动作后，其常闭触点会断开合闸回路，以此保证合闸回路不会一直通电而导致线圈烧毁。综合考虑，将合闸信号脉冲宽度设为90 ms。

2.2 分闸回路

分闸回路由分压电阻R3、分流电阻R4、磁保持继电器释放线圈CBJ2常开触点MJ组成。自复位按钮ST为手动分闸按钮，FZ为分闸信号输入端。模拟断路器处于合闸状态时，常开触点MJ闭合。同理，当跳闸按钮ST按下，或跳闸信号端子TZ接收到一个具有一定宽度的脉冲电压信号时，释放线圈CBJ1通电，磁保持继电器状态转变，触点CBJ断开并保持。此时，电磁继电器MJ动作线圈失电，继电器的各个触点恢复为图中状态，即模拟断路器由合闸状态转变为分闸状态。分闸信号的保持时间与继电器动作时间也需要配合。同理，将分闸信号脉冲宽度设为90 ms。

2.3 分压电阻和分流电阻

本设计采用的双线圈磁保持继电器的动作电压为48 V，线圈电阻为1.02 kΩ，而现场操作电源直流电压一般为110 V。因此，本电路设计分压电阻R1、R3分压，并将线圈CBJ1、CBJ2上的电压设为48 V，这样就能够保证不因两端电压过高而导致线圈烧毁。同时，磁保持继电器线圈的分压电阻很大，通过的电流只有4.7 mA左右，而现场的分、合闸电流大小为1～2 A，因此本文设计了电阻大小为100 Ω、功率为200 W的分流电阻R2、R4。分压电阻和分流电阻的设计，既保证了磁保持继电器的正常工作，又最大程度地模拟了实际断路器的分、合闸线圈。

2.4 延时回路

在作业现场，断路器常常采用弹簧操作机构。断路器在合闸的同时拉伸分闸弹簧，并启动储能电机对合闸弹簧储能。在储能过程中，断路器能够跳闸，但禁止合闸，只有储能完成后才能进行下一次合闸。

考虑到模拟断路器储能过程中不能合闸的情况，本文设计了延时回路，即用断电延时继电器。当线圈通电时，断电延时继电器的常闭触点立刻动作，断电后延时复位。当触点CBJ闭合时，线圈TJ通电，常闭触点TJ断开。继电器MJ动作后，常闭触点MJ断开，线圈TJ失电，常闭触点TJ延时t 秒闭合。其中，参数t可以根据试验需求在时间继电器上设置。在这延时的t s内，常闭触点TJ依然保持断开状态，合闸回路无法导通，因此，吸合线圈CBJ1不能带电，即模拟断路器不能合闸，此时控制回路断线。当t秒过后，常闭触点TJ闭合，合闸回路恢复正常状态。

2.5 指示灯回路

当断路器处于分闸状态时，继电器MJ的动作线圈不带电，其触点状态如图1所示，即合闸状态指示灯不亮，分闸状态指示灯亮；当断路器处于合闸状态时，继电器MJ的动作线圈带电，其常开触点闭合，常闭触点断开，合闸状态指示灯变亮，分闸状态指示灯熄灭。因此，指示灯的亮、灭能够指示断路器的分合状态。

3 测试试验

在实验室，该模拟断路器与微机保护装置相配合进行了大量整组试验。试验结果表明，该模拟断路器的性能满足继电保护培训室的相关技术要求。

4 结论

模拟断路器利用磁保持继电器来控制电磁继电器MJ的触点状态，在断电恢复后，磁保持继电器触点CBJ依然保持之前的状态，使模拟断路器具备记忆断电前状态的功能。与传统的利用自保持回路的电磁继电器相比，磁保持继电器更符合现场实际情况，且具有功耗低、体积小等特点。磁保持继电器设计的模拟断路器能够满足现场试验要求，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]谢辉庆，李学全，康忠诚.模拟断路器设计[J].数字通信，2011（05）.

[2]周林.浅谈模拟断路器在保护定检中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012（32）.

[3]王国光.变电站综合自动化系统二次回路及运行维护[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4]严新忠.大功率磁保持继电器起动电路的设计[J].继电器，2000（01）.

〔编辑：刘晓芳〕endprint

摘 要：在继电保护培训室中，利用模拟断路器代替高压断路器进行整组试验，能降低成本且方便调试。设计了一款基于磁保持继电器的模拟断路器，能够模拟实际断路器的通断。该模拟断路器成本低、体积小、功耗低，多次试验表明，它能够满足继电保护装置的调试需求，提高试验效率。

关键词：模拟断路器；磁保持继电器；合闸回路；延时回路

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0156-02

在作业现场对继保人员进行培训往往受计划停电时间的制约，并且增加了一定的作业风险，因此，建设继电保护培训室尤为重要。如果在继电保护培训室中装备实际高压断路器，则成本过高、占用空间太大。考虑到培训的重点在于校验微机保护装置的逻辑以及熟悉二次回路，因此，在整组试验中采用模拟断路器就能够达到此目的。而市场上的模拟断路器费用较高，为进一步降低成本，本文设计了一种基于磁保持继电器的模拟断路器。它的工作原理清晰、制作简单，并且能够记忆断电前的状态，满足现场试验的需求。

1 磁保持继电器的工作原理

磁保持继电器是近几年发展起来的一种新型继电器，能使电路自动接通和切断。该继电器保持常开或常闭的状态不依赖于线圈持久通电产生的电磁力，而是依靠内部的永久磁铁，即磁保持继电器在线圈断电后，永久磁铁磁力保持继电器的衔铁在线圈通电时的位置。

磁保持继电器通断状态的转换由一定宽度的直流脉冲电压信号触发完成，线圈不需要持续通电。磁保持继电器铁芯内的永久磁铁产生的磁力不足以吸合衔铁，当吸合线圈通电时磁力增强，衔铁吸合。衔铁吸合后，磁路闭合，吸合线圈失电后，衔铁依旧保持吸合状态。当磁保持继电器的触点需要置位时，就给释放线圈一个直流脉冲电压信号，释放线圈励磁后产生的磁极与永久磁铁的磁极同向，磁保持继电器依靠排斥力瞬间完成状态转换。

2 模拟断路器的设计

本文设计的模拟断路器采用双线圈的磁保持继电器CBJ以及单线圈的电磁继电器MJ。通过利用磁保持继电器CBJ的动作特性控制电磁继电器MJ动作线圈的电流，进而控制电磁继电器MJ触点的闭合状态来模拟断路器的状态。模拟断路器的设计原理如图1所示，触点状态为模拟断路器分闸时的状态。

2.1 合闸回路

合闸回流由分压电阻R1、分流电阻R2、磁保持继电器吸合线圈CBJ1、常闭触点MJ和常闭触点TJ组成。自复位按钮SH为手动合闸按钮，HZ为合闸信号输入端。模拟断路器处于分闸状态时，常闭触点MJ、常闭触点TJ闭合；当合闸按钮SH按下，或合闸信号端子HZ接收到一个具有一定宽度的脉冲电压信号时，吸合线圈CBJ1通电，磁保持继电器状态转变，触点CBJ闭合并保持。此时，电磁继电器MJ动作线圈通电，常闭触点MJ断开，常开触点MJ闭合，模拟断路器由分闸状态转变为合闸状态。

在合闸过程中，需要注意合闸信号的保持时间与继电器动作时间的配合。合闸信号给出后，继电器CBJ和MJ先后动作。在合闸动作完成前，合闸信号应该一直保持。当继电器MJ动作后，其常闭触点会断开合闸回路，以此保证合闸回路不会一直通电而导致线圈烧毁。综合考虑，将合闸信号脉冲宽度设为90 ms。

2.2 分闸回路

分闸回路由分压电阻R3、分流电阻R4、磁保持继电器释放线圈CBJ2常开触点MJ组成。自复位按钮ST为手动分闸按钮，FZ为分闸信号输入端。模拟断路器处于合闸状态时，常开触点MJ闭合。同理，当跳闸按钮ST按下，或跳闸信号端子TZ接收到一个具有一定宽度的脉冲电压信号时，释放线圈CBJ1通电，磁保持继电器状态转变，触点CBJ断开并保持。此时，电磁继电器MJ动作线圈失电，继电器的各个触点恢复为图中状态，即模拟断路器由合闸状态转变为分闸状态。分闸信号的保持时间与继电器动作时间也需要配合。同理，将分闸信号脉冲宽度设为90 ms。

2.3 分压电阻和分流电阻

本设计采用的双线圈磁保持继电器的动作电压为48 V，线圈电阻为1.02 kΩ，而现场操作电源直流电压一般为110 V。因此，本电路设计分压电阻R1、R3分压，并将线圈CBJ1、CBJ2上的电压设为48 V，这样就能够保证不因两端电压过高而导致线圈烧毁。同时，磁保持继电器线圈的分压电阻很大，通过的电流只有4.7 mA左右，而现场的分、合闸电流大小为1～2 A，因此本文设计了电阻大小为100 Ω、功率为200 W的分流电阻R2、R4。分压电阻和分流电阻的设计，既保证了磁保持继电器的正常工作，又最大程度地模拟了实际断路器的分、合闸线圈。

2.4 延时回路

在作业现场，断路器常常采用弹簧操作机构。断路器在合闸的同时拉伸分闸弹簧，并启动储能电机对合闸弹簧储能。在储能过程中，断路器能够跳闸，但禁止合闸，只有储能完成后才能进行下一次合闸。

考虑到模拟断路器储能过程中不能合闸的情况，本文设计了延时回路，即用断电延时继电器。当线圈通电时，断电延时继电器的常闭触点立刻动作，断电后延时复位。当触点CBJ闭合时，线圈TJ通电，常闭触点TJ断开。继电器MJ动作后，常闭触点MJ断开，线圈TJ失电，常闭触点TJ延时t 秒闭合。其中，参数t可以根据试验需求在时间继电器上设置。在这延时的t s内，常闭触点TJ依然保持断开状态，合闸回路无法导通，因此，吸合线圈CBJ1不能带电，即模拟断路器不能合闸，此时控制回路断线。当t秒过后，常闭触点TJ闭合，合闸回路恢复正常状态。

2.5 指示灯回路

当断路器处于分闸状态时，继电器MJ的动作线圈不带电，其触点状态如图1所示，即合闸状态指示灯不亮，分闸状态指示灯亮；当断路器处于合闸状态时，继电器MJ的动作线圈带电，其常开触点闭合，常闭触点断开，合闸状态指示灯变亮，分闸状态指示灯熄灭。因此，指示灯的亮、灭能够指示断路器的分合状态。

3 测试试验

在实验室，该模拟断路器与微机保护装置相配合进行了大量整组试验。试验结果表明，该模拟断路器的性能满足继电保护培训室的相关技术要求。

4 结论

模拟断路器利用磁保持继电器来控制电磁继电器MJ的触点状态，在断电恢复后，磁保持继电器触点CBJ依然保持之前的状态，使模拟断路器具备记忆断电前状态的功能。与传统的利用自保持回路的电磁继电器相比，磁保持继电器更符合现场实际情况，且具有功耗低、体积小等特点。磁保持继电器设计的模拟断路器能够满足现场试验要求，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]谢辉庆，李学全，康忠诚.模拟断路器设计[J].数字通信，2011（05）.

[2]周林.浅谈模拟断路器在保护定检中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012（32）.

[3]王国光.变电站综合自动化系统二次回路及运行维护[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4]严新忠.大功率磁保持继电器起动电路的设计[J].继电器，2000（01）.

〔编辑：刘晓芳〕endprint

摘 要：在继电保护培训室中，利用模拟断路器代替高压断路器进行整组试验，能降低成本且方便调试。设计了一款基于磁保持继电器的模拟断路器，能够模拟实际断路器的通断。该模拟断路器成本低、体积小、功耗低，多次试验表明，它能够满足继电保护装置的调试需求，提高试验效率。

关键词：模拟断路器；磁保持继电器；合闸回路；延时回路

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0156-02

在作业现场对继保人员进行培训往往受计划停电时间的制约，并且增加了一定的作业风险，因此，建设继电保护培训室尤为重要。如果在继电保护培训室中装备实际高压断路器，则成本过高、占用空间太大。考虑到培训的重点在于校验微机保护装置的逻辑以及熟悉二次回路，因此，在整组试验中采用模拟断路器就能够达到此目的。而市场上的模拟断路器费用较高，为进一步降低成本，本文设计了一种基于磁保持继电器的模拟断路器。它的工作原理清晰、制作简单，并且能够记忆断电前的状态，满足现场试验的需求。

1 磁保持继电器的工作原理

磁保持继电器是近几年发展起来的一种新型继电器，能使电路自动接通和切断。该继电器保持常开或常闭的状态不依赖于线圈持久通电产生的电磁力，而是依靠内部的永久磁铁，即磁保持继电器在线圈断电后，永久磁铁磁力保持继电器的衔铁在线圈通电时的位置。

磁保持继电器通断状态的转换由一定宽度的直流脉冲电压信号触发完成，线圈不需要持续通电。磁保持继电器铁芯内的永久磁铁产生的磁力不足以吸合衔铁，当吸合线圈通电时磁力增强，衔铁吸合。衔铁吸合后，磁路闭合，吸合线圈失电后，衔铁依旧保持吸合状态。当磁保持继电器的触点需要置位时，就给释放线圈一个直流脉冲电压信号，释放线圈励磁后产生的磁极与永久磁铁的磁极同向，磁保持继电器依靠排斥力瞬间完成状态转换。

2 模拟断路器的设计

本文设计的模拟断路器采用双线圈的磁保持继电器CBJ以及单线圈的电磁继电器MJ。通过利用磁保持继电器CBJ的动作特性控制电磁继电器MJ动作线圈的电流，进而控制电磁继电器MJ触点的闭合状态来模拟断路器的状态。模拟断路器的设计原理如图1所示，触点状态为模拟断路器分闸时的状态。

2.1 合闸回路

合闸回流由分压电阻R1、分流电阻R2、磁保持继电器吸合线圈CBJ1、常闭触点MJ和常闭触点TJ组成。自复位按钮SH为手动合闸按钮，HZ为合闸信号输入端。模拟断路器处于分闸状态时，常闭触点MJ、常闭触点TJ闭合；当合闸按钮SH按下，或合闸信号端子HZ接收到一个具有一定宽度的脉冲电压信号时，吸合线圈CBJ1通电，磁保持继电器状态转变，触点CBJ闭合并保持。此时，电磁继电器MJ动作线圈通电，常闭触点MJ断开，常开触点MJ闭合，模拟断路器由分闸状态转变为合闸状态。

在合闸过程中，需要注意合闸信号的保持时间与继电器动作时间的配合。合闸信号给出后，继电器CBJ和MJ先后动作。在合闸动作完成前，合闸信号应该一直保持。当继电器MJ动作后，其常闭触点会断开合闸回路，以此保证合闸回路不会一直通电而导致线圈烧毁。综合考虑，将合闸信号脉冲宽度设为90 ms。

2.2 分闸回路

分闸回路由分压电阻R3、分流电阻R4、磁保持继电器释放线圈CBJ2常开触点MJ组成。自复位按钮ST为手动分闸按钮，FZ为分闸信号输入端。模拟断路器处于合闸状态时，常开触点MJ闭合。同理，当跳闸按钮ST按下，或跳闸信号端子TZ接收到一个具有一定宽度的脉冲电压信号时，释放线圈CBJ1通电，磁保持继电器状态转变，触点CBJ断开并保持。此时，电磁继电器MJ动作线圈失电，继电器的各个触点恢复为图中状态，即模拟断路器由合闸状态转变为分闸状态。分闸信号的保持时间与继电器动作时间也需要配合。同理，将分闸信号脉冲宽度设为90 ms。

2.3 分压电阻和分流电阻

本设计采用的双线圈磁保持继电器的动作电压为48 V，线圈电阻为1.02 kΩ，而现场操作电源直流电压一般为110 V。因此，本电路设计分压电阻R1、R3分压，并将线圈CBJ1、CBJ2上的电压设为48 V，这样就能够保证不因两端电压过高而导致线圈烧毁。同时，磁保持继电器线圈的分压电阻很大，通过的电流只有4.7 mA左右，而现场的分、合闸电流大小为1～2 A，因此本文设计了电阻大小为100 Ω、功率为200 W的分流电阻R2、R4。分压电阻和分流电阻的设计，既保证了磁保持继电器的正常工作，又最大程度地模拟了实际断路器的分、合闸线圈。

2.4 延时回路

在作业现场，断路器常常采用弹簧操作机构。断路器在合闸的同时拉伸分闸弹簧，并启动储能电机对合闸弹簧储能。在储能过程中，断路器能够跳闸，但禁止合闸，只有储能完成后才能进行下一次合闸。

考虑到模拟断路器储能过程中不能合闸的情况，本文设计了延时回路，即用断电延时继电器。当线圈通电时，断电延时继电器的常闭触点立刻动作，断电后延时复位。当触点CBJ闭合时，线圈TJ通电，常闭触点TJ断开。继电器MJ动作后，常闭触点MJ断开，线圈TJ失电，常闭触点TJ延时t 秒闭合。其中，参数t可以根据试验需求在时间继电器上设置。在这延时的t s内，常闭触点TJ依然保持断开状态，合闸回路无法导通，因此，吸合线圈CBJ1不能带电，即模拟断路器不能合闸，此时控制回路断线。当t秒过后，常闭触点TJ闭合，合闸回路恢复正常状态。

2.5 指示灯回路

当断路器处于分闸状态时，继电器MJ的动作线圈不带电，其触点状态如图1所示，即合闸状态指示灯不亮，分闸状态指示灯亮；当断路器处于合闸状态时，继电器MJ的动作线圈带电，其常开触点闭合，常闭触点断开，合闸状态指示灯变亮，分闸状态指示灯熄灭。因此，指示灯的亮、灭能够指示断路器的分合状态。

3 测试试验

在实验室，该模拟断路器与微机保护装置相配合进行了大量整组试验。试验结果表明，该模拟断路器的性能满足继电保护培训室的相关技术要求。

4 结论

模拟断路器利用磁保持继电器来控制电磁继电器MJ的触点状态，在断电恢复后，磁保持继电器触点CBJ依然保持之前的状态，使模拟断路器具备记忆断电前状态的功能。与传统的利用自保持回路的电磁继电器相比，磁保持继电器更符合现场实际情况，且具有功耗低、体积小等特点。磁保持继电器设计的模拟断路器能够满足现场试验要求，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]谢辉庆，李学全，康忠诚.模拟断路器设计[J].数字通信，2011（05）.

[2]周林.浅谈模拟断路器在保护定检中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012（32）.

[3]王国光.变电站综合自动化系统二次回路及运行维护[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4]严新忠.大功率磁保持继电器起动电路的设计[J].继电器，2000（01）.

〔编辑：刘晓芳〕endprint