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1、第四篇 电气二次回路,第十七章 信号回路,一、概述（1）,在变电所中，必要安装有完善而可靠的信号装置，以供运行人员经常监视所内各种电气设备和系统的运行状态。,一、概述（2）,这些信号装置按其告警的性质一般可以分为以下几种：1）事故信号表示设备或系统发生故障，造成断路器事故跳闸的信号；2）预告信号表示系统或一、二次设备偏离正常运行状态的信号；3）位置信号表示断路器、隔离开关、变压器的有载调压开关等开关设备触头位置的信号；4）继电保护及自动装置的启动、动作、呼唤等信号。,一、概述（3）,为了方便现场运行人员分析判断，不同的信号一般有不同的表示方式，如事故信号一般用电笛声表示，并伴有相应断路器变位的
2、绿灯闪光信号；预告信号、继电保护及自动装置的启动、动作、呼唤等信号常发光字信号并伴有警铃声；,一、概述（4）,断路器位置常以红绿、隔离开关位置常以自动、手动变位的十字灯或机械位置变化等来表示；主变的有载调压开关位置则常以相应的数字显示。随着计算机监控系统的应用，信号系统变得越来越完善，它的分类更细，信息量更全，可以语言报警，并记录报警时间，这样对事故的追忆、分析更为方便。,一、概述（5）,在的变电所中，正常的操作和事故处理，均由变电所的运行人员根据调度指令及对信号设备动作情况的分析判断来进行控制操作。其中信号装置的作用是把电气设备和电力系统的运行状况变换运行人员可以察觉的声光信号。所以，虽然与
3、控制装置相比信号装置不直接作用并改变设备的运行状态，但对变电所的安全运行同样重要。,一、概述（6）,变电所的信号装置必须满足以下要求。1）信号装置的动作要准确、可靠信号装置作为一种信息变换设备，它输入的信息是电气设备和电力系统的各种运行状态，输出是运行人员可以感受的声光信号。这种变换是按人事先约定的对应关系进行的。例如，表示断路器正常合闸用红灯信号灯点亮；事故跳闸的声音信号是电笛声，而灯光信号是绿色信号灯闪光；直流系统接地时为警铃响，并有光字牌指示等等。,一、概述（7）,信号装置的这种变换信息的功能一定要准确可靠，既不能误变换，也不允许不变换。否则，运行人员就不能准确地掌握电气设备和系统的运行
4、工况，因而也就不能作出正确的判断和操作，甚至可能造成操作地延误或严重事故。例如，当小接地电流系统发生单相接地时，如果信号装置失灵而不能及时发出警报信号，运行人员就不可能作出停用电容器及拉路查找接地点决定和操作，结果系统发生长时间接地，结果造成设备绝缘损坏和故障停电事故。,一、概述（8）,2）声光信号要便于运行人员注意运行人员感受各种信号主要靠视觉和听觉，光线的不同颜色、亮度，声音的不同频率及强度被人感受的灵敏度不同。信号装置采用的声光信号必须适应人的要求，明显、清晰，最有利于人的感官接收与判别，有利于对发生事件的判断。,一、概述（9）,具体解释如下：a）对不同性质的信号，要有明显的区别。例如，
5、事故跳闸的音响是电笛声，预告信号的音响是警铃声，运行人员从音响信号就能判断发生事件的性质。,一、概述（10）,b)信号装置是否动作要有明显的区别，便于运行人员查找具体的动作信号内容，不致多读或少读信号，造成对发生事件的错误判断。最好还能做到，在几个动作的信号中，已经动作并被运行人员确认的信号与没有确认的之间有明显的区别，如未确认的闪光，已确认的不闪光；,一、概述（11）,b）动作后又自动消失与没有动作的信号之间有明显的区别，如自动消失的有闪光但可复归，未动作的没有任何信号等。随着微机型信号系统及计算机监控系统的应用，这一点已不难实现。,一、概述（12）,c)在变电所中信息量很大，在大量的信号中
6、，动作的信号属于哪个设备单元，应有明显的指示。这样，在出现不正常运行状态或发生事故时，通过信号装置的动作指示，运行人员就能迅速知道，在哪个回路中，在什么设备上，发生了什么性质和什么内容的故障，便于快速反应与正确处理。,一、概述（13）,3）信号装置对事件的反应要及时当电气设备或系统发生事故或出现异常运行状态时，运行人员必须及时知道，并尽快进行处理，减少事故造成设备损坏的程度及对电网的影响，这样就要求信号装置有较高的反应速度，否则可能延误事故的处理，而使事故扩大。,一、概述（14）,3）信号装置对事件的反应要及时在信号系统中，常常根据信号的重要性将其分为瞬时预告信号与延时预告信号，这样既可以突出
7、一些重要信号，也可以减少一些次要信号对运行人员的精神压力，如一些在系统波动或操作中的瞬间干扰可能触发的信号。,二、事故信号（1）,事故信号的级别高于预告信号，它只有当系统或变电所内设备发生故障引起断路器跳闸时才动作。,二、事故信号（2）,断路器跳闸具体可以由以下原因引起：1）线路或电气设备发生事故，由继电保护装置动作跳闸；2）自动无功优化、备用电源自投等自动装置来跳闸；3）继电保护或自动装置误动作、二次回路故障误跳闸或断路器自动脱扣等非正常跳闸。,二、事故信号（3）,以上断路器跳闸无论是何种原因引起的，运行人员都应当立即知道，并迅速采取措施处，所以事故信号装置应具有以下功能：1）发生断路器跳闸
8、时应无延时发出事故音响信号，同时有相应的灯光信号（一般为相应断路器绿灯闪光）指出发生跳闸的断路器位置；,二、事故信号（4）,2）应立即通过远动装置，向调度系统及远方的监控系统发出遥信信号；3）能手动或自动复归音响信号，能进行定期切换对声光信号进行试验，但在试验时不发遥信；4）事故时应有光信号或机械掉牌、机械变位等指示信号，指明继电保护和自动装置的动作情况；,二、事故信号（5）,5）能重复动作，当一台断路器事故跳闸后，在运行人员还没来得及确认事故及复位之前又发生了新的事故跳闸时，事故信号装置还能发出音响和灯光信号；6）能手动对事故信号装置进行定期切换试验。,三、预告信号（1）,预告信号是系统或变
9、电所中电气设备运行状态发生变化或不正常的信号，在一般变电所中，预告信号应包括以下内容。1）系统中发生各种参数的越限，如系统过电压、欠电压，系统频率异常，各种电力设备的过负荷等；,三、预告信号（2）,2）系统出现异常的运行方式，如交流小电流接地系统的接地故障；3）设备损坏但还不致造成故障跳闸，如电流互感器一次熔丝熔断造成二次电压异常，轻瓦斯动作告警等；4）各种设备的运行参数超过报警值还不至于造成故障时，如带油设备的油温升高超过极限，各种液压或气压机构的压力异常等，用SF6 气体绝缘设备的SF6气体密度或压力异常；,三、预告信号（3）,5）各种设备的回路、压力等状态与运行要求不符，可能存在缺陷会危
10、及设备安全运行时，如弹簧机构的弹簧没有拉紧，三相断路器的三相位置不一致，有载调压变压器的三相分接头位置不一致，断路器的控制回路断线等；6）继电保护装置或回路发生异常，可能影响其正常运行的，继电保护和自动装置的交、直流电源消失，装置故障信号等；,三、预告信号（4）,9）电流或电压互感器的二次回路断线、失压，产生差流、零流、差压、低压等越限告警或闭锁保护的；10）变电所中有继电保护或其它信号继电器动作没有复归的；11）变电所公用设备发生故障或异常，如直流系统的接地或电压异常，所用电等缺相或失压等；,三、预告信号（5）,12）动作于信号的继电保护和自动装置的动作；13）一些设备的切换或动作，如断路器
11、油泵起动，变压器辅助冷却器起动等。其他一些运行人员需要了解的运行状态，也可以发出预告信号。当预告信号动作时，即发生了电气设备或系统运行状态的不正常，这时运行人员应立即通过预告信号装置掌握异常情况，及时进行处理并做好记录，防止事故发生。,三、预告信号（6）,因此对预告信号装置提出以下要求：1）预告信号出现时，应能与事故信号有区别的音响信号，同时有灯光信号指出预告信号的内容；2）能手动或自动的复归音响信号，在预告信号消除以前，应能保留相应的灯光或机械掉牌信号；,三、预告信号（7）,3）能重复动作，即在一个预告信号没有消除前，再出现新的预告信号时，仍能发出音响和灯光信号；4）当保护装置或信号装置的直
12、流电源因故消失重新恢复后，信号装置应保证其动作状态不便，便于运行人员查找；5）预告信号可以有选择地通过远动装置发给调度或集控中心；,三、预告信号（8）,6）能手动对预告信号装置进行定期切换试验。,四、信号系统的其它问题（1）,一、路器的位置信号断路器的位置信号只是反映其工作状态，有时也作为判断控制电源直流消失或控制回路断线的辅助判据。在实际运行的变电所中常用的断路器位置信号有单灯制、三灯制两种。,四、信号系统的其它问题（2）,对三相操作机构的断路器，一般用单灯制来指示断路器位置信号，如图171为常用的、指示灯直接接在分、合闸回路的断路器位置指示回路，其接线简单明了，但如果采用白炽灯，由于其功率
13、较大（约15W），会在分、合闸线圈上产生较大压降，切断分、合闸线圈可能产生的较大干扰电压也容易使白炽灯烧坏。图171 断路器位置信号指示接线图之一,四、信号系统的其它问题（3）,6要避免以上缺点，可以用中间继电器接在分、合闸回路，再由继电器接点控制指示灯的方法，如图172。图172 断路器位置信号指示接线图之二,四、信号系统的其它问题（4）,下表是该回路在几种常见状态时红绿灯的不同指示情况，根据对灯光信号及音响信号的综合判断，就能清楚地判断断路器位置与是否事故跳闸。,四、信号系统的其它问题（5）,四、信号系统的其它问题（6）,对于220kV及以上具有分箱操作机构的断路器，由于各相断路器都有独立
14、的操作回路，每相断路器也可能有不同的分、合闸状态，所以较为完备的是采用六灯制来指示每相断路器的位置，其中每一相可以看成一台三相操作机构的断路器的位置。,四、信号系统的其它问题（7）,如图173，每相的TWJ、HWJ各接一只灯，与三相操作机构相同，可以根据每只灯的状态来判断每相断路器的位置。图173 采用六灯制的分相操作断路器位置指示接线图,四、信号系统的其它问题（8）,为了简化接线，有时也采用双灯制来指示断路器位置，如图174，其中分闸位置继电器TWJ三相接点串连，合闸位置继电器HWJ三相位置并联。当断路器有一相处于分闸位置时，绿灯亮红灯不良，只有当断路器的三相均处于合闸位置时，红灯才亮，所以
15、对于这种接线要知道是哪一相分闸，需要进一步综合其它信息判断。,四、信号系统的其它问题（9）,好在目前生产的成套操作相中一般都有开关分、合闸的信号记录，微机保护装置中也有故障相报告，所以双灯制在现场应用也很广泛。图174 采用双灯制的分相操作断路器位置指示接线图,四、信号系统的其它问题（10）,二、隔离开关接地器的位置信号在控制柜上，为指示一次系统的运行方式，常常需要反映变电所中个隔离开关和接地闸刀的运行状态。该位置信号可采用手动设置机械变位、自动调整机械指示或灯光指示的方式。,四、信号系统的其它问题（11）,手动设置机械变位的方法简单，但要增加运行人员的操作工作量，而且如果操作中遗忘，将造成指
16、示信号与实际运行状态不一致的情况，对安全运行不利。自动指示的方式无论采用机械变位还是灯光指示，都是有隔离开关合接地闸刀的的辅助触点来控制的，隔离开关或接地闸刀操作后，相应的辅助接点变位，带动机械指示或灯光信号变位。,四、信号系统的其它问题（12）,由于隔离开关的分布范围广，辅助触点所处的环境条件差，为防止隔离开关辅助触点绝缘不良而影响其他回路的安全，隔离开关的位置信号应设立独立的电源。,四、信号系统的其它问题（13）,三、继电保护和自动装置的动作信号在发生事故时，在伴有音响和灯光信号出现的同时，还应有标明继电保护和自动装置动作的信号，用来协助运行人员分析事故和检验各种装置动作的正确性。,四、信
17、号系统的其它问题（14）,在一些大型变电所中，由于继电保护和自动装置的构成原理复杂，套数多，因而动作的指示信号多，控制柜上无法具体指示每一个信号，所以我们经常将这些信号接到信号未复归小母线上，在中央信号控制柜上发“掉牌未复归”信号。当发生事故跳闸时，运行人员根据断路器跳闸等情况判断故障发生的单元，然后再到保护屏上去查看详细的动作指示信号。,四、信号系统的其它问题（15）,四、信号系统的电源由于信号系统的回路复杂，牵涉面广，如果信号系统与控制及保护装置共用电源，则信号回路发生故障时，可能影响控制及保护装置的正常运行，这将大大降低控制及保护装置运行的可靠性。所以，在变电所中，信号回路一般采用相对独
18、立的电源，设置独立的电源小母线。,四、信号系统的其它问题（16）,使用独立电源需要注意防止寄生回路，信号回路与控制回路、保护回路在变电所中互有联系，错综复杂，但各个回路间的电源一定不能有交叉使用的情况。当控制电源与信号电源间存在寄生回路时，极易在运行中或操作时引起误跳断路器的情况。,五、事故及预告信号的回路（1）,下面通过分析一些实际回路的接线来介绍有关信号功能是如何实现的。,五、事故及预告信号的回路（2）,一、事故信号图175是采用CJ-2冲击继电器的事故音响原理图，其中（b）为各断路器控制单元的事故音响起动回路，当断路器在合闸后位置时，控制开关的1与3、19与17接点接通，但由于断路器在合
19、闸位置，其辅助常闭接点DL在断开位置，所以从708到702的回路不同。当断路器因故跳闸时，DL接通，在708与702间有一0.2A左右的脉动电流通过，该电流将使冲击继电器1XMJ动作，接点1、3接通，中间继电器1ZJ动作。,五、事故及预告信号的回路（3）,1ZJ动作后，一对接点经复归按钮FA1常闭接点使自己自保持，一对接点接通电笛FM，使其发出事故音响，还有一对接点动作后使1MXJ复归。图175 事故音响信号回路,五、事故及预告信号的回路（4）,起动1XMJ冲击继电器的电流大小由起动回路中电阻1R的阻值决定。当事故音响动作后，其实冲击继电器在1ZJ动作自保持后已经返回，其电笛由1ZJ的接点接通
20、发出音响，该音响一直要等到手动按FA1复归按钮解除1ZJ的自保持后消失。当然，我们也可以在自保持回路中串入延时动作的常闭时间继电器接点来做到自动复归。,五、事故及预告信号的回路（5）,因为冲击继电器是一个靠脉动电流起动的继电器，在它的起动回路中，只要有电流增加，并且达到灵敏度要求（如CJ-2约在0.16以下），继电器就会动作。所以在变电所中有断路器跳闸起动事故音响后，即使控制开关KK没有复归，另外有断路器跳闸时，相当于在起动回路又并接了一个1R电阻，又产生一个0.2A的脉动电流，所以事故音响还会再次起动。,五、事故及预告信号的回路（6）,如果时手动拉开断路器，虽然断路器辅助接点DL也接通，但是
21、控制开关KK的1与3、19与17已断开，708与702间不会构成通路，事故音响不会动作，这样就能区分断路器的正常分闸还是事故跳闸。1YA是试验按钮，按下后通过1R接通冲击继电器起动回路，使音响动作，用以定期试验事故音响回路是否正常。,五、事故及预告信号的回路（7）,图中的1JJ是事故音响回路的电源监视继电器，当该回路因故失电时，1JJ返回，其常闭接点接在预告信号回路，将发出光字信号与警铃声。,五、事故及预告信号的回路（8）,二、预告信号图176是采用CJ-2冲击继电器构成预告信号回路的典型接线图，其中（d）图中为各信号接入光字牌的回路。与事故信号不同的是，预告信号除了光字牌动作后由2XMJ冲击
22、继电器经2ZJ使警铃JL发音响信号外，其增加了对光字牌进行检查的回路。图176 预告音响信号回路,五、事故及预告信号的回路（9）,光字牌检查的功能是由切换开关SXK及小母线1YBM、2YBM来实现的。在正常运行时，SXK开关的2与3、6与7接点接通，11与12、15与16接点接通，如图176（c），这样当信号继电器XJ动作接通时，沿图中虚线经冲击继电器2XMJ的起动线圈由正至负构成回路，发出音响信号，光字牌亮。从图（c）看出，正常运行时小母线1YBM与2YBM是经SXK接点并接后通过2XMJ起动线圈接负电源的，这样光字牌中的两个灯是并联的，接全电压，这样一个是光字牌较亮，另外当其中一只灯损坏时
23、，另一只灯将能继续照亮光字牌，不会影响信号的识读。,五、事故及预告信号的回路（10）,在进行光字牌试验时，运行人员将开关SXK切至试验位置，SXK开关的1与4、5与8接点接通，9与10、13与14接点接通，如图176（b），这样所有接于1YBM、2YBM小母线上的光字牌的两只灯串连后接在正负电源间，每只灯只承受二分之一电源电压，并且不通过冲击继电器2XMJ的起动线圈，音响信号不会起动。这样接的好处是，在试验时所有光字牌同时接通，负载很大，串连接入可比原来的并联接入负载电流减少四分之三，另外当光字牌串连接入试验回路时，两只灯中只要有一只损坏，该光字牌就不良，比较容易查找。,五、事故及预告信号的回
24、路（11）,在图176（d）中的PM小母线就是掉牌未复归母线，所有不接单独光字牌的信号均接在该母线上，如果该光字牌亮，表明接入该母线的信号曾经动过，并且没有复归，运行人员需要到进行分析判断，到各保护柜处查找，一面遗漏。该图中的1JJ就是事故音响回路的电源监视继电器的接点。,五、事故及预告信号的回路（12）,图176（a）中的2JJ为预告信号回路的电源监视继电器，当预告信号电源因故消失时，该继电器失电，其接点起动图176（e）中的白灯闪光电路。正常运行时，2JJ线圈两端有电压处于动作状态，图（e）中常闭接点打开，常开接点闭合，BD发平光。当预告信号电源消失时，2JJ继电器失电，其常开接点断开，常
25、闭接点接通，使BD接入闪光小母线，白灯BD闪亮。,五、事故及预告信号的回路（13）,从以上的事故信号、预告信号电路可以看出，信号回路是对保护动作、断路器跳闸及设备异常的监视，它们本身的电源监视由相互之间来进行，任何一个回路失电，另一回路都有信号反映，但不考虑几组电源同时消失，这种情况的发生概率很小。,五、事故及预告信号的回路（14）,图177是一个由SGJ型闪光继电器组成的闪光信号回路。从图中可以看出，当闪光小母线（）SM与控制小母线负电源KM间没接负载即其回路不通时，闪光继电器内部的小继电器J不动，闪光小母线（）SM上是通过继电器线圈串过来的正电，当断路器的位置与其控制开关KK的位置不对应或
26、按下闪光试验按钮SA时，闪光小母线（）SM与控制小母线负电源KM间接入了指示等负载，该负载电流对继电器内部电容C充电，当电容C上的充电电压达到J的动作值时，继电器J动作，一方面常开接点动作供（）SM正电源使灯发光，另一方面常闭接点打开切断电源使继电器J失电，这是继电器J靠电容器C上的放电电流继续维持在动作状态，当电容器C两端的电压低于继电器J的返回电压时，继电器J返回，常闭接点接通，常开接点断开，再通过电源对电容器C充电，进入新的一次循环，这样接在闪光小母线（）SM与控制小母线负电源KM间指示灯就不断闪亮，达到闪光的目的。,五、事故及预告信号的回路（15）,通过对图177动作过程的分析，可以看
27、出该电路是一个按一定周期使继电器J不断动作与返回的振荡电路，其起动条件是在闪光小母线（）SM与控制小母线负电源KM间接有一定的负载，其振荡周期可以通过调整继电器内部可变电阻的阻值来改变。图177 闪光信号回路图,六、计算机监控系统中信号功能的实现（1）,随着计算机技术及通讯技术的发展，计算机监控在变电所中的应用越来越广泛，甚至有逐步取代常规信号系统的趋势。但其基本原理也要符合以上所述的要求，由于现在的计算机功能非常强大，其性能指标已远远超过了常规信号系统。,六、计算机监控系统中信号功能的实现（2）,计算机监控系统能够采集变电所中大量的电流、电压、温度、压力及断路器位置、保护动作等模拟量信号与开
28、关量信号，并将这些信号存放在相应的数据库中，在当地监控中显示这些信息的同时，还可以根据需要将这些信息有选择等远传到一个或多个调度部门或集控中心，运行人员还可以在当地的监控系统或远方的集控中心发指令对变电所中的设备进行调节或操作。信号系统在监控系统中只占了其功能的一小部分。,六、计算机监控系统中信号功能的实现（3）,图178是常见的微机监控系统结构示意图，该系统的站级层由双以太网组成，两台运行工作站分别挂在A网与B网上，形成当地监控主站，供现场运行人员监视与操作，通过远动主站A与B与调度系统及集控中心连接，供调度员及集控中心运行人员对设备进行监视与操作。图178 微机监控系统结构示意图,六、计算
29、机监控系统中信号功能的实现（4）,监控系统中的显示器用以查看各种信息，各类信息的动作可以在显示器中以告警窗的形式加以显示，同时可通过音响发出语言报警。与传统的电笛、警铃相比，语音报警可以将信息分得更细，更便于运行人员对信息的分类与判别。为了运行人员更为方便地查看各开关量的动作情况与实际状态，有些监控系统还将开关量的变化做成模拟光字牌的格式。,六、计算机监控系统中信号功能的实现（5）,打印机可以输出各类报表，也可以将各类动作信号逐条打印，也是信息输出与记录的一个途径。,六、计算机监控系统中信号功能的实现（6）,在监控系统中，可以将断路器、隔离开关、有载调压开关等设备的辅助接点实时采集，并在显示器
30、（CRT）中显示一次接线图的实际运行状态，便于对系统进行监视。对现场采集辅助接点有困难的，可以采取人工置数的方法对运行状态进行调整。当电网或设备发生故障引起开关跳闸时，一方面发出语言告警，同时事故告警系统自动将故障跳闸变电所的主接线图推出，跳闸断路器的符号在闪烁，便于运行人员对事故迅速判断处理。,六、计算机监控系统中信号功能的实现（7）,监控系统有强大的历史数据库，对历史信息可以保存与查询，这样就方便了对运行情况的分析。在传统的信号系统中，要做到准确地记录各种信号的动作时间非常困难，这一点在计算机监控系统中得到了很好的解决。当断路器变位或保护装置动作等开关量信号上传到监控系统时，监控系统在记录信号变化情况时，同时记录收到信号的时间，有些微机型设备在上传信号时还带有时标，如顺序事件记录SOE，这样就减少了信号上传时间造成的误差。,六、计算机监控系统中信号功能的实现（8）,为了确保系统中的所以时间保持同一，一般在监控系统中还设有卫星时钟同步系统GPS装置，该装置将卫星发送的标准时钟通过软件对时及硬件对时的方法对各具有时钟功能的设备进行时钟同步，其中硬件对时可以做到使设备的时钟绝对误差不大于1ms，这对事故分析，判断保护装置与断路器等设备的先后动作顺序非常有用。,
