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1、,第7章 工厂变电所二次回路和自动装置,7.1 二次回路概述,7.2 操 作 电 源,7.3 高压断路器控制回路,7.4 中央信号回路,7.5 测量和绝缘监测监视回路,7.6 二次回路安装接线图,小 结,7.7 自动重合闸装置(ARD),7.8 备用电源自动投入装置(APD),7.9 变电站综合自动化,二次回路概述,二次回路是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路。二次回路又称二次系统。按功能二次回路可分为断路器控制回路、信号回路、保护回路、监测回路和自动化回路，为保证二次回路的用电，还有相应的操作电源回路等。,7.1 操作电源,二次回路的操作电源主要有直流和交流两大类。直流操作电源主
2、要有蓄电池组和硅整流直流操作电源两种。对采用交流操作的断路器应采用交流操作电源，对应的所有二次回路如保护回路继电器、信号回路设备、控制设备等均采用交流形式。,一硅整流直流操作电源,硅整流直流电源在工厂变配电所应用较广，按断路器的操动机构的要求有电容储能(电磁操动)和电动机储能(弹簧操动)等类型。,硅整流电容储能直流电源系统,在一些大中型变电所中，可采用蓄电池组作直流操作电源。蓄电池主要有铅酸蓄电池和镉镍蓄电池两种。,二.蓄电池组直流电源系统,1）蓄电池介绍：酸性蓄电池：其电解液是2737的硫酸水溶液，电极是以二氧化铅（PbO2）为正极板和铅（Pb）为负极板的特制绒状铅板，所以又称为铅酸蓄电池。
3、此种蓄电池容量大、冲击放电电流大、端电压也相对较高（2.15V）；但其寿命较短（一般为810年）、占地面积大、充电时会逸出有害的硫酸气体、维护工作量大。碱性蓄电池：其电解液是20的氢氧化钾（KOH）水溶液，电极用氢氧化镍Ni（0H）3作正极，用镉（Cd）作负极时叫镉镍蓄电池，用铁（Fe）作负极时叫铁镍蓄电池。此种蓄电池体积小、容量大、使用寿命长（可达20年左右），端电压为1.35V，无有害气体污染。在发电厂和变电所中已有广泛应用。,2）蓄电池直流系统的运行方式1充电放电法：(1)运行方式:对蓄电池进行周期性的充电和放电。蓄电池充好电后，既断开充电设备，由蓄电池向直流负荷供电。（经常、短时、事故
4、）待蓄电池放电约为7580%时，就需要进行充电。充电设备的功率应满足蓄电池组的充电和经常性负荷的需要。（2）构成：基本电池，可调端电池，端电池调节器,充电放电法：,图4-2 端电池调整器工作原理图,图4-1 端电池调整器结构图,放电手柄,充电手柄,金属片,主触头,辅助触头,电阻,充电放电法系统图,(1)运行方式:先将蓄电池充足电，然后将充电设备与蓄电池并联在一起工作，充电设备既给直流母线的经常负荷供电，又以不大的电流向蓄电池浮充电，用来补偿由于自放电而损失的能量。（2）特点：1 蓄电池总是处于充满电的状态，随时应付短时负荷 2 蓄电池放电机会不多，每3个月进行一次放电，再进行一次均衡充电，以避
5、免硫化。3 管理维护量少，可靠性高。,2浮充电法,2.浮充电法系统图,图46浮充电运行方式直流系统接线图,1 运行方式：正常运行时：由厂（所）用变压器T或电压互感器TV供电；事故情况下：由事故设备的电流互感器TA供给短路电流，经整流后作为操作电源。2 复式整流的直流系统框图：,三.复式整流装置直流系统,四 交流操作电源,交流操作电源的优点是：接线简单、投资低廉、维修方便。缺点是：交流继电器性能没有直流继电器完善，不能构成复杂的保护。,1继电保护的交流操作方式,(1)直接动作式,(2)去分流跳闸的操作方式,(3)速饱和变流器式,五.所用变压器,变电所用电一般设专门的变压器供电，简称“所用变”。变
6、电所的用电主要有室外照明、室内照明、生活区用电、事故照明、操作电源用电等。,7.2 高压断路器控制回路,一、断路器控制回路的基本要求如下：,断路器控制回路是指控制(操作)高压断路器跳、合闸的回路，直接控制对象为断路器的操动(作)机构。操动机构主要有手动操作、电磁操动机构(CD)、弹簧操动机构(CT)、液压操动机构(CY)等。,1能手动和自动合闸与跳闸。,2能监视控制回路操作电源及跳、合闸回路的完好性；应对二次回路短路或过负荷进行保护。,3断路器操作机构中的合、跳闸线圈是按短时通电设计的，在合闸或跳闸完成后，应能自动解除命令脉冲，切断合闸或跳闸电源。,4应具有防止断路器多次合、跳闸的“防跳”措施
7、。,5应具有反映断路器状态的位置信号和手动或自动合、跳闸的显示信号，断路器的事故跳闸回路，应按“不对应原理”接线,二 断路器控制回路,1.控制开关 控制开关是断路器控制和信号回路的主要控制元件，由运行人员操作使断路器合、跳闸，在工厂变电所中常用的是LW2型系列自动复位控制开关。,(1)LW2型控制开关的结构,(2)LW2型控制开关触点图表,图7.bLW2-Z/F8型控制开关触点图表,图7.aLW2-YZ/F1型控制开关触点图表,图7.3手动操作的断路器控制和信号回路,2 手动操作的断路器控制回路,图7.4采用电磁操作机构的断路器控制回路及其信号系统,3电磁操动机构的断路器控制及信号回路,图7.
8、41弹簧储能操作机构的断路器控制回路,4.弹簧操动机构的断路器控制及信号回路,7.3 中央信号回路,一.对中央信号回路的要求,1中央事故信号装置应保证在任一个断路器事故跳闸时，能立即(不延时)发出音响信号和灯光信号或其他指示信号。,2中央事故音响信号与预告音响信号应有区别。一般事故音响信号为电笛或蜂鸣器，预告音响信号用电铃。,3中央预告信号装置应保证在任一个电路发生故障时，能按要求(瞬时或延时)准确发出信号，并能显示故障性质和地点,4中央信号装置在发出音响信号后，应能手动或自动复归(解除)音响，而灯光信号及其他指示信号应保持到消除故障为止。,5接线应简单、可靠，对信号回路的完好性应能监视。,6
9、对事故信号、预告信号及其光字牌应能进行是否完好的试验。,7企业变配电所的中央信号一般采用能重复动作的信号装置；当变配电所主结线比较简单或一般企业配电所可采用不能重复动作的中央信号装置。,(1)事故信号当断路器发生事故跳闸时，立即用蜂鸣器（或电笛）发出较强的音响，通知运行人员进行处理。同时，断路器的位置指示灯发出绿灯闪光。,二 变电所中央信号系统的类型,(2)预告信号当运行设备出现危及安全运行的异常情况时，如发电机过负荷、变压器过负荷、电压回路断线等，便发出另一种有别于事故信号的音响电铃。此外，标有故障内容的光字牌点亮。(3)位置信号包括断路器位置信号和隔离开关位置信号。前者用灯光表示其合、跳闸
10、位置，而后者则用一种专门的位置指示器表示其位置状况。,事故信号和预告信号需要反映在主控制室中，以通知值班人员及时处理，因此，事故信号和预告信号称为电气设备各种信号的中央部分“中央信号”，并集中装设在主控制室的中央信号屏上。,事故信号的作用：当断路器事故跳闸时，启动蜂鸣器（或电笛）发出音响。中央事故信号回路按操作电源可分为交流和直流两类；按复归方法可分为就地复归和中央复归两种；按其能否重复动作分为不重复动作和重复动作两种。,三 事故信号,1、中央复归不能重复动作的交流事故信号 如图，当某台高压断路器事故跳闸时，相应的事故音响起动回路接通，使事故音响小母线WAS接于U相电源。由于转换开关SA通常处
11、于“工作”位置，SA的接点及接通，使电笛EW接上UW线间电压，发出音响信号。复归（即解除音响）时需人工扳动SA至“解除”位置，其接点、断开，、闭合，解除音响信号；,同时，通过KM11和KT两只继电器的切换动作使红色信号灯RD发出闪光。如果恰在这时第二台断路器又发生事故跳闸，则不能发出音响信号。可见，这种接线是不能重复动作的。当操作机构手柄扳向对应的分闸位置，KM11常闭接点断开后，扳动SA至“工作”位置，红灯RD熄灭，恢复正常，为第二次起动做好准备。,图7.43交流操作电源的中央信号装置原理图（a）集中复归不能重复动作的事故信号装置；（b）集中复归不能重复动作的预告信号装置,2.中央复归能重复
12、动作的直流事故信号 音响信号之所以能够重复动作，是利用了冲击继电器。冲击继电器有ZC型、BC型和CJ型三种，目前常用的是ZC型。图7.44为用ZC-23型冲击继电器构成的中央复归能重复动作的直流事故信号电路图。当接在事故音响小母线WAS与+WS间的断路器事故音响（不对应）回路接通时，在PT一次侧有脉冲电流流过，在PT二次侧感应出一个脉冲电动势使KDR动作，KDR的常开接点闭合使KM动作并自保持,同时接点KM7-15闭合接通蜂鸣器BU发出音响信号，接点KM614闭合接通时间继电器KT，KT常开接点延时闭合后接通KM1动作，其常闭接点断开KM的自保持回路，KM返回，音响自动解除。若要手动解除，可按
13、下解除按钮SBR。SBT是试验按钮，与事故音响回路并联。试验时的动作原理和发生事故时的动作原理相同。KI1为电源监视继电器，当信号电源熔断器熔断时KI1返回并发出预告音响信号，KI2的线圈在中央预告信号回路中。,图7.44中央复归能重复动作的直流事故信号电路图,中央预告信号是指在供配电系统中发生不正常工作状态时发出的音响信号。常采用电铃发出声响，并利用灯光和光字牌来显示故障的性质和地点。中央预告信号装置有交流和直流两种，也有不重复动作和重复动作两种。1.中央复归不能重复动作的交流预告信号图7.43（b）是交流操作电源的集中复归不能重复动作的预告信号原理电路图。,四 预告信号,图7.43交流操作
14、电源的中央信号装置原理图（a）集中复归不能重复动作的事故信号装置；（b）集中复归不能重复动作的预告信号装置,当出现不正常运行状态时，如变压器发生轻瓦斯动作，瓦斯继电器接点KG闭合，经中间继电器KM2常闭接点接通电铃EB，发出音响信号，引起值班人员注意。这时可按下复归按钮SBR，使KM21继电器通电，它的所有常开接点闭合，使KM2通电动作，并进行自保持，其本身的常闭接点将电铃回路断开，音响信号停止。同时由KM2常开接点接通光字牌HL2中的两只灯泡，显示故障元件和性质。当轻瓦斯信号消失后，KG断开，KM2失电自动复归，光字牌熄灭。,2.中央复归能重复动作的直流预告信号图7.45为利用ZC-23型冲
15、击继电器构成的中央复归能重复动作的预告信号装置。WFS1、WFS2为瞬时预告信号小母线，WFS3、WFS4为延时预告信号小母线，它们分别经转换开关SA1和SA2与瞬时信号冲击继电器KSH2和延时信号继电器KSH3和KSH4相连接。SA1和SA2有两个位置，在工作位置时，SA1和SA2的接点1314、1516均接通。,图7.45能重复动作集中复归的中央预告信号电路图,当变压器轻瓦斯动作时，KG接点闭合，KSH2的脉冲变压器一次绕组从正电源经KG、HL3、WFS1和WFS2、SA1的1314、1516接点接至负电源。KSH2起动，KDR闭合，KM动作，其第一个常开接点闭合并自保持，KM的第二个常开
16、接点闭合，使KM2动作，KM2一个常开接点闭合，接通警铃EB，发出预告音响信号。KM2的另一个常开接点在图7.44中接通KT，KT接点延时接通后，KM1动作，接在图7.45中的KM1常闭接点断开，KM返回，音响自动解除。若要提前解除，可用手动解除按钮SBR进行解除。音响解除后，光字牌依旧亮着，直至不正常情况消除，起动它的继电器返回后，光字牌才熄灭。,SA1和SA2的试验位置是为了对光字牌进行检查而设置的，当SA1和SA2切换至试验位置时，其接点,，和,1112接通，1314和1516断开，WFS1、WFS2和WFS3、WFS4被直接接到正负信号母线上对光字牌进行检查。在检验回路中之所以用SA1
17、和SA2的三对接点串联，是为了增强其开断能力。光字牌由两个灯泡组成，工作时两灯并联，损坏一个还能继续工作。检查时两灯串联，只要有一个损坏就能发现。,7.4 测量和绝缘监测监视回路,一 测量仪表配置,1变配电装置中测量仪表的配置,(1)在工厂供配电系统每一条电源进线上，必须装设计费用的有功电度表和无功电度表及反映电流大小的电流表。通常采用标准计量柜，计量柜内有专用电流、电压互感器。,(2)在变配电所的每一段母线上(310kV)，必须装设电压表4只，其中一只测量线电压，其他三只测量相电压。中性点非直接接地的系统中，各段母线上还应装设绝缘监视装置，绝缘监视装置所用的电压互感器与避雷器放在一个柜内(简
18、称PT柜)。,(3)35610kV变压器应在高压侧或低压侧装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电度表和无功电度表各一只，6kV10kV0.4kV的配电变压器，应在高压侧或低压侧装设一只电流表和一只有功电度表，如为单独经济核算的单位，变压器还应装设一只无功电度表。,(4)3kV10kV配电线路，应装设电流表，有功电度表，无功电度表各一只，如不是单独经济核算单位时，无功电度表可不装设。当线路负荷大于5000kVA及以上时，还应装设一只有功功率表。,(5)低压动力线路上应装一只电流表。照明和动力混合供电的线路上照明负荷占总负荷1520以上时，应在每相上装一只电流表。如需电能计量，一般应装设一只三
19、相四线有功电度表。,(6)并联电容器总回路上，每相应装设一只电流表，并应装设一只无功电度表。,2仪表的准确度要求,(1)交流电流、电压表、功率表可选用1.52.5级；直流电路中电流、电压表可选用1.5级；频率表0.5级。,(2)电度表及互感器准确度配置。,(3)仪表的测量范围和电流互感器变流比的选择，宜满足当电力装置回路以额定值运行时，仪表的指示在标度尺的23处。对有可能过负荷的电力装置回路，仪表的测量范围，宜留有适当的过负荷裕度。对重载启动的电动机和运行中有可能出现短时冲击电流的电力装置回路，宜采用具有过负荷标度尺的电流表。对有可能双向运行的电力装置回路，应采用具有双向标度尺的仪表。,常用仪
20、表准确度配置,图7.47610 kV高压配电线路上装设的电气测量仪表电路图,二 绝缘监察装置,1.绝缘监察装置的作用 610 kV供配电系统属小电流接地系统。该系统发生一相接地时，接地相对地电压降低，甚至下降为零，非接地相对地电压升高到线电压，这样则可能在绝缘薄弱地方引起击穿，造成相间短路。绝缘监察装置的作用就是在小电流接地系统中用以监视该系统相对地的绝缘状况。当系统发生相接地或电气设备、母线等对地绝缘降低到一定值时，绝缘监察装置发出预告信号，通知运行值班人员采取相应措施，以维护电气设备的正常绝缘水平，确保其安全运行。,2.绝缘监察装置的原理电路图7.46（a）、（b）所示为用于低压系统的绝缘
21、监察装置。系统正常工作时，电压表的读数相同；当系统发生一相接地时，接地相电压表读数下降甚至为零，正常相电压升高。因此，通过电压表的读数就可以判断哪一相接地。,图7.46绝缘监察装置（a）、(b)低压系统绝缘监察装置；（c）6-10 kV系统绝缘监察装置,图7.46（c）所示为采用三个单相三绕组电压互感器或一个三相五柱三绕组电压互感器构成的610 kV系统绝缘监察装置。电压互感器的一次绕组接成完全星形，其中性点接地；电压互感器二次侧有两个绕组，其中一个主要绕组接成完全星形，中性点接地，三只电压表接成相对地接线；另一个辅助绕组接成开口三角形，并在开口处接一只过电压继电器KV,借以反映接地时出现的零
22、序电压。,正常运行时，系统三相电压对称，没有零序电压，三相对地电压表的读数相等，均为相电压。电压互感器TV辅助二次绕组的各相电压对称，大小为1003V，开口三角形两端电压近似为零，过电压继电器KV不动作。当变电所610 kV母线上任一条出线发生一相接地故障时，接地相的电压表读数降低或为零，而其他两相对地电压升高到线电压，开口三角形两端的电压相量和不再为零，其大小为正常运行时的3倍，即31003=100 V，使过电压继电器KV动作，发出系统一相接地预告信号。值班人员根据预告信号及电压表的指示，可判断系统哪一相发生接地，但是不能判断是哪一条线路接地，这时可采用依次断开各条线路的办法来寻找接地点。其
23、操作过程为：断开某条线路时，系统接地消除，三个电压表指示相同，则可判断该条线路某点接地，此时派人查出具体接地点，转移负荷，停电处理。,7.5 自动重合闸装置(ARD),一 对自动重合闸的要求,1.手动或遥控操作断开断路器及手动合闸于故障而线路保护动作，断路器跳闸后，自动重合闸不应动作。,2.除上述情况外，当断路器因继电保护动作或其他原因而跳闸时，自动重合闸装置均应动作。,3.自动重合次数应符合预先规定，即使ARD装置中任一元件发生故障或接点粘接时，也应保证不多次重合。,4.应优先采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来启动重合闸。同时也允许由保护装置来启动，但此时必须采取措施来保证自动重合
24、闸能可靠动作。,5.自动重合闸在完成动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作。有值班人员的10kV以下线路也可采用手动复归。,6.自动重合闸应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电器保护的动作。,二 电气一次自动重合闸装置,重合闸继电器采用DH-2型，1SA为断路器控制开关，图中所画为合闸后的位置，2SA为自动重合闸装置选择开关，用于投入和解除ARD。,2SA选择开关 1SA断路器控制开关 KAR重合闸继电器 KM合闸继电器YR跳闸线圈 QF断路器辅助触点 1KM一防跳继电器(DZB-115型中间继电器)2KM后加速继电器(D6145型中间继电器)KS-DX-11型信号继电器,二 备用电
25、源自动投入装置,1.APD的作用在要求供电可靠性较高的变配电所中，通常设有两路或以上的电源进线，或者设有自备电源。在企业的车间变电所低压侧，大多设有与相邻车间变电所相连的低压联络线。如果在作为备用电源的线路上装设备用电源自动投入装置（Auto-put-into device of reserve-source,缩写为APD），则在工作电源线路突然断电时，利用失压保护装置使该线路的断路器跳闸，而备用电源线路的断路器则在APD作用下迅速合闸，使备用电源投入运行，从而大大提高供电的可靠性，保证对用户的不间断供电。,图7.48备用电源自动投入的基本方法（a）备用线路APD；（b）分段断路器APD；（c
26、）备用变压器APD,2.APD的分类工厂供电系统中的APD有以下三种基本方式：,（1）工作电源不论何种原因消失（故障或误操作）时，APD应动作。（2）应保证在工作电源断开后，备用电源电压正常时，才投入备用电源。（3）备用电源自动投入装置只允许动作一次。（4）电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作。（5）备用电源自动投入装置的动作时间应尽量缩短，以利于电动机的自起动和减少停电对生产的影响。,3 对APD装置的基本要求,1.高压APD装置 对610 kV高压系统的重要负荷，可采用两个电源进线断路器互投的APD装置。（1）原理接线 610 kV两路电源进线断路器互投的APD装置，其原理展开图如图
27、7.49所示，图中只画出有关电路。,4 APD装置的典型接线,图7.49610 kV两路电源进线断路器互投APD装置展开图,2.低压APD装置低压APD装置大都由低压断路器（自动开关）或交流接触器构成。（1）原理接线图7.50是两路低压电源互为备用的APD展开图。该电路中采用电磁式操作的DW10型低压断路器。,图7.50两路低压电源互为备用的APD展开图,8.7 变电站综合自动化,变电站是电力系统的重要组成部分，随着现代计算机技术、现代通信和网络技术的发展及在电力系统中的广泛应用，变电站综合自动化装置的发展，特别是变电站无人值班技术的发展，已经进入以计算机网络为核心，采用分层、分布式控制方式，
28、集控制、保护、测量、信号、远动为一体的综合自动化阶段。,第 8 章 小结,1操作电源有交流和直流之分，它为整个二次系统提供工作电源，一般为220V。在一般大中型变电所中，都用所用变提供所内用电及操作电源，直流操作电源可采用蓄电池，也可采用硅整流电源，后者较为普遍。交流操作电源可取自互感器二次侧或所用电变压器低压母线，但保护回路的操作电源通常取自电流互感器，较常用的交流操作方式是去分流跳闸的操作方式。,2高压系统中，断路器控制回路、继电保护回路在整个二次回路中有若干个，每一个断路器都有一个控制回路，也必然有一个继电保护回路与之对应，因为断路器的控制范围和继电保护范围是一致的，继电保护动作(如需跳
29、闸)都要通过断路器来实现。断路器的操作有电磁操动机构、弹簧操动机构、液压和气体操作机构。,3中央信号系统，分事故音响信号和预告音响信号。事故信号由蜂鸣器或电笛发出并配以相应的灯光、位置等信号，预告信号用电铃发出音响信号并配以灯光等信号。从功能上讲，有不能重复动作和能重复动作的事故、预告音响信号，能重复动作的音响信号采用信号脉冲继电器构成。整个变电所只有一套中央信号系统，通常安装在主控制室内的信号屏内。,4直流系统绝缘监视主要是利用电桥平衡原理来实现的，是对直流系统是否存在接地隐患进行监视。,5二次系统的安装接线图，通常是屏上设备的背视图。最常用的接线表示方法是相对编号法，屏内有不同一次回路的二
30、次设备时，要标明安装单位，用罗马字母、等表示。接线端子用X表示，按功能分有一般端子、连接端子、试验端子等。各种回路需经端子排连接时，在端子排的排列顺序依次为交流电流、电压回路、信号回路、控制回路、其他回路。,6自动重合闸装置是在线路发生短路故障时，断路器跳闸后进行的重新合闸，能提高线路供电的可靠性，主要用于架空线路。自动重合闸装置有机械式和电气式两种，机械式适用于弹簧操作机构的断路器，电气式适用于电磁操作机构的断路器。工厂变电所中一般采用一次重合闸装置。,7变电站综合自动化系统主要分为微机保护和微机监控两大系统。微机保护主要是应用微机控制技术，替代传统机电型和电子型模拟式继电保护装置，以获得更好的工作特性和更高的技术指标。微机监控系统则是应用微机控制技术，替代现行的人工监控方式，实现运行调度的自动化和微机化。变电站综合自动化系统主要由硬件系统和软件系统两部分构成。,
