城軌供變電技術(shù) 第八章

1、第八章變電所信號系統(tǒng)【問題導(dǎo)入】在變電所中，必要安裝有完善而可靠的信號裝置，以供運行人員經(jīng)常監(jiān)視所內(nèi)各種電氣設(shè)備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)。以便于及時發(fā)現(xiàn)故障，迅速消除和處理事故，統(tǒng)一調(diào)度和協(xié)調(diào)生產(chǎn)，除了依靠測量儀表或監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備運行外，還必須借助燈光和音響信號裝置來反映設(shè)備正常和非正常的運行狀態(tài)?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】了解信號回路的類型了解信號回路的基本要求了解使用綜合自動化系統(tǒng)的當(dāng)今變電所的信號裝置構(gòu)成第一節(jié)信號裝置概述變電所中，運行人員為了及時發(fā)現(xiàn)與分析故障，迅速消除和處理事故，統(tǒng)一調(diào)度和協(xié)調(diào)生產(chǎn)，除了依靠測量儀表或監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備運行外，還必須借助燈光和音響信號裝置反映設(shè)備正常和非正常的運行狀態(tài)。一.

2、信號裝置的分類牽引變電所中的信號裝置按其用途不同，一般有下列三種：1.位置信號它主要指示開關(guān)電器的位置狀態(tài)。一般由長亮光的紅、綠信號燈組成，位置信號安裝在相應(yīng)的控制盤上并且在調(diào)度室微機上顯示。2.繼電保護和自動裝置動作信號它主要指示故障對象和故障性質(zhì)，一般由信號繼電器和光字牌組成，安裝在相應(yīng)的保護盤或控制盤上。3中央信號變電所運行中，除了正常運行狀態(tài)外，還有事故狀態(tài)和故障狀態(tài)。事故狀態(tài)是指電路發(fā)生短路故障，并導(dǎo)致斷路器自動跳閘而中斷供電的情況。例如當(dāng)電氣設(shè)備和線路發(fā)生短路故障引起斷路器自動分閘。斷路器自動跳閘時，應(yīng)發(fā)出事故音響信號和說明事故性質(zhì)的光字牌信號。此外，已分閘斷路器的綠色信號燈(圖標(biāo)

3、)閃光，表示出事故發(fā)生的對象。故障狀態(tài)是指主電路、二次電路發(fā)生故障，但未引起斷路器自動跳閘的運行狀況。如主變壓器油溫過高、過負荷、直流系統(tǒng)接地等。牽引變電所運行中發(fā)生故障運行狀態(tài)時，應(yīng)發(fā)出電鈴音響信號，同時相應(yīng)的光字牌(圖標(biāo))有燈光顯示，表明故障的性質(zhì)和不正常運行設(shè)備的所在。事故音響信號、預(yù)告音響信號、全所共用的光字牌信號等統(tǒng)一交由監(jiān)控人員處理的合稱為中央信號。裝置按發(fā)出信號的性質(zhì)分為事故信號和預(yù)告信號。事故狀態(tài)時中央信號裝置發(fā)出的相應(yīng)信號稱為事故信號。事故信號分為事故音響信號（蜂鳴器）、事故燈光信號及光字牌信號。故障狀態(tài)時中央信號裝置發(fā)出的相應(yīng)信號稱為預(yù)告信號。預(yù)告信號一般由電鈴音響信號、掉

4、牌信號和光字牌信號組成。預(yù)告信號包括瞬時預(yù)告信號和延時預(yù)告信號兩種。（1）瞬時預(yù)告信號某些故障狀態(tài)一經(jīng)出現(xiàn)，就由某繼電器立即發(fā)出的信號稱為瞬時預(yù)告信號。如主變壓器輕瓦斯動作，主變油溫過高、主變通風(fēng)故障、操動機構(gòu)的油氣壓力降低、直流電壓異常、操作熔斷器動作等故障狀態(tài)，均發(fā)出瞬時預(yù)告信號。（2）延時預(yù)告信號某些故障狀態(tài)出現(xiàn)后，需經(jīng)一定的延時，經(jīng)確認后，再由某繼電器發(fā)出的信號稱為延時預(yù)告信號。如主變過負荷、電壓互感器二次側(cè)斷線、直流控制網(wǎng)路斷線、交流回路絕緣損壞等故障狀態(tài)，均發(fā)出延時預(yù)告信號。延時預(yù)告信號的原因：當(dāng)主電路發(fā)生短路故障時，將同時引起某些不正常的運行狀態(tài)的出現(xiàn)，事故信號和預(yù)告信號將同時發(fā)

5、出，不便于工作人員判斷故障性質(zhì)。若這類預(yù)告信號延時發(fā)出，延時時間大于外部短路的最大切除時間，則當(dāng)外部短路故障切除后，這類故障狀態(tài)也隨之消失，與事故信號同時啟動的預(yù)告信號將自動返回，這樣可以避免誤發(fā)預(yù)告信號，便于工作人員分析處理事故。二.信號裝置的功能1.事故信號裝置功能事故信號是變電所發(fā)生事故時斷路器的跳閘信號，引起斷路器事故跳閘的原因如下：（1）線路或電氣設(shè)備發(fā)生故障，由繼電保護裝置動作跳閘。（2）繼電保護或自動裝量誤動作跳閘。（3）控制回路故障誤跳閘。 無論何種原因引起的事故跳閘，事故信號裝置均應(yīng)滿足如下條件。（1）當(dāng)斷路器事故跳閘時，無延時發(fā)出事故音響信號，同時并使相應(yīng)斷路器的位置信號燈

6、閃光或亮白燈。（2）事故時應(yīng)立即起動遠動裝置，發(fā)出遙信。（3）事故音響信號應(yīng)能手動復(fù)歸或自動復(fù)歸。音響信號的復(fù)歸方式可分為就地復(fù)歸、中央復(fù)歸、手動復(fù)歸、自動延時復(fù)歸等方式。就地復(fù)歸：在電氣設(shè)備安裝所在地進行個別信號單獨復(fù)歸；中央復(fù)歸：在主控制室內(nèi)中央信號盤上集中復(fù)歸；手動復(fù)歸：值班人員在相應(yīng)配電盤上進行復(fù)歸；自動延時復(fù)歸：信號發(fā)出后，經(jīng)一定時間的延時，電路自動復(fù)歸有關(guān)信號。（4）事故時應(yīng)有指明繼電保護和自動裝置動作情況的光信號和其他形式信號。（5）能自動記錄發(fā)生事故的時間。（6）事故時，應(yīng)能啟動計算機監(jiān)控系統(tǒng)。（7）事故音響、燈光信號裝置應(yīng)能進行完好性檢查試驗。2.預(yù)告信號裝置的功能預(yù)告信號是

7、變電所中電路或電氣設(shè)備出現(xiàn)故障狀態(tài)的信號，包括以下內(nèi)容：（1）各種電氣設(shè)備的過負荷。（2）各種帶油設(shè)備的油溫升高超過極限。（3）交流小電流系統(tǒng)接地故障。（4）各種電壓等級的直流系統(tǒng)接地。（5）各種液壓或氣壓機構(gòu)壓力異常、彈簧機構(gòu)的彈簧未拉緊。（6）用SF6氣體絕緣設(shè)備的SF6氣體密度或壓力異常。（7）各種繼電保護和自動裝置的交、直流電源斷線。（8）斷路器的控制回路斷線。（9）電流互感器和電壓互感器的二次回路斷線。（10）繼電保護和自動裝置的信號繼電器動作未復(fù)歸。（11）其他一些值班員需要了解的運行狀態(tài)也可發(fā)出預(yù)告信號。當(dāng)變電所中電路或電氣設(shè)備出現(xiàn)故障狀態(tài)時，值班人員通過預(yù)告信號裝置應(yīng)立即知道并

8、及時記錄與處理，防止事故發(fā)生。因此，對預(yù)告信號裝置提出以下要求：（1）預(yù)告信號出現(xiàn)時，應(yīng)能瞬時或延時發(fā)出與事故信號有區(qū)別的音響信號，同時有燈光信號指出不正常運行內(nèi)容。（2）能手動復(fù)歸或自動復(fù)歸音響信號，顯示故障性質(zhì)的燈光信號應(yīng)保留，直至故障排除。（3）預(yù)告信號裝置應(yīng)具有重復(fù)動作的功能。所謂重復(fù)動作，主要是對音響信號而言，能重復(fù)動作是指當(dāng)?shù)谝粋€故障出現(xiàn)時的音響信號解除之后，燈光信號未復(fù)歸之前，也就是第一個故障末排除前，如果又出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)，中央信號裝置仍按要求發(fā)出音響及燈光信號。（4）預(yù)告音響、燈光信號裝置應(yīng)能進行完好性檢查試驗。三.中央信號裝置的發(fā)展概況牽引變電所中央信號裝置按照電路結(jié)構(gòu)不

9、同，經(jīng)歷了以下四種發(fā)展階段。1.電磁式中央信號裝置以沖擊繼電器為核心，與其他相關(guān)電磁型繼電器組成具有中央復(fù)歸功能重復(fù)動作的中央信號電路。其主要缺點表現(xiàn)為：沖擊繼電器的工作狀況直接影響中央信號裝置的工作可靠性，會出現(xiàn)漏發(fā)信號或燒壞沖擊繼電器的情況；信號反映不完善，信號分辨率差。這種裝置已很少使用。2.晶體管成套中央信號裝置以晶體管成套中央信號裝置為核心，配以輔助繼電器箱構(gòu)成中央信號裝置：結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，在老式牽引變電所中應(yīng)用較多，現(xiàn)以很少使用。3.微機模塊式中央信號裝置以微機為基礎(chǔ)，輔以相關(guān)數(shù)字電路模塊，通過與必要的固體繼電器的配合，構(gòu)成中央信號系統(tǒng)。這種系統(tǒng)以小液晶屏幕以及小型組合式光字牌

10、為信號窗口，顯示牽引變電所設(shè)備的各種運行狀態(tài)（故障或事故狀態(tài)），對各種信號進行綜合判斷，發(fā)出事故、預(yù)告音響及停止數(shù)字時鐘信號，并給出相應(yīng)遠動信號。其工作原理與晶體管成套中央信號裝置相類似。只是短時出現(xiàn)，很快被取代。4汁算機綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)隨著綜合自動化系統(tǒng)對牽引變電所傳統(tǒng)二次系統(tǒng)的替代，中央信號裝置的功能也被監(jiān)控單元所替代，甚至其功能遠遠超過常規(guī)信號系統(tǒng)功能，而在無人值守變電所中，中央信號系統(tǒng)被完全取消。第二節(jié)變電所新型信號系統(tǒng)隨著自動化技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，變電所綜合自動化技術(shù)得到迅速發(fā)展。有很多按新概念、新原理設(shè)計的變電所綜合自動化系統(tǒng)投入運行。對于這種系統(tǒng)，實際上并不能簡單

11、的給出信號系統(tǒng)的定義，因為，信號系統(tǒng)已被數(shù)據(jù)通信所取代，數(shù)據(jù)通信作為一個重要環(huán)節(jié)。其主要任務(wù)體現(xiàn)在兩個方面，一個方面是完成綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)間或各種功能模塊間的信息交換；另一方面是完成變電所與控制中心的通信任務(wù)。在變電所里依靠通信網(wǎng)把繼電保護、自動裝置和監(jiān)控系統(tǒng)緊密的聯(lián)系在一起實現(xiàn)變電所綜合自動化。一.綜合自動化系統(tǒng)與控制中心的通信內(nèi)容、功能及特點綜合自動化系統(tǒng)前置機或通信控制機具有執(zhí)行遠動功能，會把變電所內(nèi)相關(guān)信息送到控制中心，同時能接受上級調(diào)度數(shù)據(jù)和控制命令。1.通信內(nèi)容包括：遙測、遙信、遙控、遙調(diào)信息，這也就是我們所說的四遙。2.綜合自動化系統(tǒng)的通信功能（1）微機保護的通信功能：

12、包括接受監(jiān)控系統(tǒng)的查詢、向監(jiān)控系統(tǒng)傳送事件報告、向監(jiān)控系統(tǒng)傳送自檢報告、校對時鐘，與監(jiān)控系統(tǒng)對時，修改時鐘、修改保護定值、接受調(diào)度或監(jiān)控系統(tǒng)值班人員投退保護命令、保護信號的遠方復(fù)歸功能、實時向監(jiān)控系統(tǒng)傳送保護主要狀態(tài)等。（2）自動裝置的通信功能與信息內(nèi)容：包括小電流接地系統(tǒng)接地選線裝置的通信內(nèi)容、備用電源自投裝置的通信功能、電壓和無功調(diào)節(jié)控制通信功能等。（3）微機監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能：包括具有擴展遠動RTU功能、具有與系統(tǒng)通信的功能。3.數(shù)據(jù)遠傳通信線路：使用音頻電纜通信、光纖通信。4.變電所信息傳輸規(guī)約一般以開放系統(tǒng)互聯(lián)交換信息的標(biāo)準(zhǔn)、循環(huán)式通信規(guī)約、問答式傳輸規(guī)約為常見。 二.綜合自動化系統(tǒng)

13、的數(shù)據(jù)采集在綜合自動化系統(tǒng)中，變電所的信號采集變得復(fù)雜，采集的量主要包括：（1）狀態(tài)量采集：狀態(tài)量包括：斷路器狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，變壓器分接頭信號及變電站一次設(shè)備告警信號等。目前這些信號大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng)，也可通過通信方式獲得。保護動作信號則采用串行口（RS-232或RS485）或計算機局域網(wǎng)通過通信方式獲得。（2）模擬量采集：常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓，線路電壓，電流和功率值。饋線電流，電壓和功率值，頻率，相位等。此外還有變壓器油溫，變電站室溫等非電量的采集。模擬量采集精度應(yīng)能滿足SCADA系統(tǒng)的需要。（3）脈沖量：脈沖量主要是脈沖電度表的輸出脈沖，也采用光電隔

14、離方式與系統(tǒng)連接，內(nèi)部用計數(shù)器統(tǒng)計脈沖個數(shù)，實現(xiàn)電能測量。當(dāng)這些量從各個單元（RTU）采集后，一般將變電站所采集的信息傳送給調(diào)度中心外，還要送給運行方式科和檢修中心，以便為電氣設(shè)備的監(jiān)視和制定檢修計劃提供原始數(shù)據(jù)。 三.綜合自動化系統(tǒng)中各信號的多向傳送由于變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全改為網(wǎng)絡(luò)化，這些基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機設(shè)計制造的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O 現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，

15、常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。這種情況下，信號量打包后一般會在多層內(nèi)多向傳遞,如圖8-1所示：圖8-1 采用多層系統(tǒng)的綜自系統(tǒng)中的信號傳遞下面以一個主所內(nèi)110KV的傳輸線路的遠程保護的信號傳遞來說明 對于傳輸線路的遠程保護，利用遠程繼電器，從接通繼電器的時刻開始，繼電器就連續(xù)采樣輸入信號，交由保護盤內(nèi)的線路成套保護裝置。并且，系統(tǒng)在信號變化的整個過程中均可獲得輸入數(shù)據(jù)。但由于實際原因，存貯器緩沖器中只保存了有限的采樣值。在某種意義上。通常這種存貯器的存取是循環(huán)的，每當(dāng)緩沖器貯滿時，就存儲下一批采樣值以取代舊采樣值。這種特性能做到連續(xù)監(jiān)視傳輸線路負載，此外還能捕捉牽引信號在正常故障

16、過渡時的預(yù)兆故障值和故障值。以微處理機為基礎(chǔ)的遠程繼電器的另一個共同特性是繼電器正常狀況和工作狀態(tài)的自診斷。這一特性對測試和維護是極其有用的，與以前的技術(shù)相比是設(shè)計上的一個重要的進步。此外，在操作接口方面也得到了一定的改進。用于繼電器的設(shè)定、工作狀態(tài)和各種牽引系統(tǒng)信號測量情況的各種操作均可進行顯示，通過使用帶有更改設(shè)定值的復(fù)雜的處理協(xié)議的終端，繼電器設(shè)定過程可以得到大大的強化和簡化。所以，整個信號有各種電流、電壓量的同時，還包括設(shè)備的狀態(tài)信息。 而線路成套保護裝置對信號采樣值進行了各種邏輯和算術(shù)運算，用得是基于微機的繼電器內(nèi)部處理。通過使用存貯在繼電器固件內(nèi)的軟件流程實現(xiàn)了繼電器算法。下圖是某

17、一線路成套保護裝置的繼電器算法邏輯圖：圖8-2線路成套保護裝置算法邏輯繼電器算法的每個處理步驟均為獨立的軟件模塊，使設(shè)計師能方便地改變某些模塊，以便適應(yīng)不同繼電器的要求。在采用遠程繼電器的情況下，繼電器工作特性的各種不同狀態(tài)，以及電壓、電流和阻抗測量的各種算法，均可以使用同樣的基本硬件和不同的軟件編排來實現(xiàn)。 本圖中除有基本遠程繼電器保護功能外，還可以包括其他功能，例如：局部斷路器失效保護、高速重閉、自動同步校驗，不同步保護，瞬時記錄、故障定位、SOE(事件順序)記錄等功能。這樣，在整個二次回路展開圖中，我們能了解到通過站內(nèi)通訊網(wǎng)，各測量點的電流互感器、電壓互感器、RTU單元將采集量傳遞到1N（線路成套保護裝置）、2N（線路測控裝置）的過程，并且兩個裝置共同完成運算處理：2N（線路測控裝置）一般用來測控和提供基本的保護，如速斷保護、零序過流保護，而1N（線路成套保護裝置）則利用1N的結(jié)果來完成一些如距離保護等復(fù)雜運算。運算完成后，將運算結(jié)果和裝置動作出口的狀態(tài)（1、0表示是否