工廠供電課件章

第七章

工廠供電系統(tǒng)的二次回路和自動裝置

第一節(jié)二次回路及其操作電源第二節(jié)高壓斷路器的控制和信號回路第三節(jié)變配電所的中央信號裝置第四節(jié)電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置第五節(jié)自動重合閘與備用電源自動投入裝置第六節(jié)供電系統(tǒng)自動化基本知識第七節(jié)二次回路的接線和接線圖本章的要求

了解一些常用的二次回路和自動裝置的原理第一節(jié)二次回路及其操作電源

在變電所中通常將電氣設備分為:一次設備直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設備，主電路中的變壓器、高壓斷路器、隔離開關、電抗器、并聯(lián)補償電力電容器、電力電纜、送電線路以及母線等設備二次設備對一次設備的工作狀態(tài)進行監(jiān)視、測量、控制和保護的輔助電氣設備。測量儀表、控制與信號回路、繼電保護裝置以及遠動裝置等。它們相互間所連接的電路稱為二次回路或二次接線。按功用可分為控制回路、合閘回路、信號回路、測量回路、保護回路以及遠動裝置回路等；按電路類別分為直流回路、交流回路。供配電系統(tǒng)的二次回路功能示意圖二次回路圖

二次回路的接線圖按用途可分為

原理接線圖用來表示繼電保護、監(jiān)視測量和自動裝置等二次設備或系統(tǒng)的工作原理，它以元件的整體形式表示各二次設備間的電氣連接關系。展開接線圖

按二次接線使用的電源分別畫出各自的交流電流回路、交流電壓回路、操作電源回路中各元件的線圈和觸點。安裝接線圖反映的是二次回路中各電氣元件的安裝位置、內(nèi)部接線及元件間的線路關系6～10kV線路的測量回路接線原理圖6～10kV線路的測量回路展開接線圖二次回路圖的閱讀方法

二次回路圖在繪制時遵循著一定的規(guī)律，看圖時首選應清楚電路圖的工作原理、功能以及圖紙上所標符號代表的設備名稱，然后再看圖紙看圖的基本要領先交流，后直流交流看電源，直流找線圈查找繼電器的線圈和相應觸點，分析其邏輯關系先上后下，先左后右，針對端子排圖和屏后安裝圖看圖閱讀展開圖基本要領

直流母線或交流電壓母線用粗線條表示，以區(qū)別于其它回路的聯(lián)絡線。繼電器和每一個小的邏輯回路的作用都在展開圖的右側(cè)注明。

展開圖中各元件用國家統(tǒng)一的標準圖形符號和文字符號表示，繼電器和各種電氣元件的文字符號與相應原理圖中的方案符號應一致。繼電器的觸點和電氣元件之間的連接線段都有數(shù)字編號（回路編號），便于了解該回路的用途和性質(zhì)，以及根據(jù)標號能進行正確的連接，以便安裝、施工、運行和檢修。

同一個繼電器的文字符號與其本身觸點的文字符號相同。按電源性質(zhì)分：直流回路、交流回路

二次回路的操作電源是供高壓斷路器分、合閘回路和繼電保護和自動裝置、信號回路、監(jiān)測系統(tǒng)及其他二次回路所需的電源。因此對操作電源的可靠性要求很高，容量要求足夠大，盡可能不受供電系統(tǒng)運行的影響。

操作電源直流操作電源(一)由蓄電池組供電的直流操作電源1．鉛酸蓄電池

采用鉛酸蓄電池組作操作電源，工作可靠；但由于它充電時要排出氫和氧的混合氣體，有爆炸危險，而且隨著氣體帶出硫酸蒸氣，有強腐蝕性，一般工廠供電系統(tǒng)中不予采用。

2．鎘鎳蓄電池

采用鎘鎳蓄電池組作操作電源，除了工作可靠外，還有其大電流放電性能好，比功率大，機械強度高，使用壽命長，腐蝕性小，無需專用房間來裝設，應用比較普遍。

(二)由整流裝置供電的直流操作電源1．硅整流電容儲能式直流電源

單獨采用硅整流器來作直流操作電源，在交流供電系統(tǒng)電壓降低或電壓消失時，將嚴重影響直流系統(tǒng)的正常工作，因此宜采用有電容儲能的硅整流電源，在交流供電系統(tǒng)電壓降低或消失時，由儲能電容器對繼電保護和跳閘回路供電，使其正常動作，如下圖所示。

C1、C2儲能電容器,WC控制小母線,WF閃光信號小母線,WO合閘小母線。

硅整流器U1主要用作斷路器合閘電源，并可向控制、信號和保護回路供電。硅整流器U2的容量較小，僅向控制、信號和保護回路供電（由二極管VD1、VD2、VD3起作用）。

2．復式整流的直流操作電源

復式整流是指提供直流操作電壓的整流裝置有兩個：電壓源由變壓器或電壓互感器供電，經(jīng)硅整流器供電給控制等二次回路；電流源由電流互感器及硅整流器供電給控制等二次回路。

當穩(wěn)壓要求較高時裝設鐵磁諧振穩(wěn)壓器

復式整流裝置有電壓源和電流源，因此能保證供電系統(tǒng)在正常和短路故障情況下直流系統(tǒng)均能可靠地供電。與上述電容儲能式相比，復式整流裝置的輸出功率更大，電壓穩(wěn)定性更好。三、交流操作電源

對采用交流操作的斷路器，應采用交流操作電源，所有保護繼電器、控制設備、信號裝置及其他二次元件均應采用交流型式。

采用交流操作電源，可使二次回路簡化，投資減少，維護方便，但是它不適于比較復雜的繼電保護、自動裝置及其他二次回路。交流操作電源廣泛用于中小工廠變配電所中斷路器采用手動操作或彈簧操作及繼電保護采用交流操作的場合。

第二節(jié)高壓斷路器的控制和信號回路

變電所在運行時，由于負荷的變化或系統(tǒng)運行方式的改變，經(jīng)常需要操作切換斷路器和隔離開關等設備。斷路器的操作是通過它的操作機構來完成的，而控制電路就是用來控制操作機構動作的電氣回路。控制電路按照控制地點的不同，

就地控制電路車間變電所和容量較小的總降壓變電所的6～10kV斷路器的操作，一般多在配電裝置旁手動進行。

控制室集中控制電路總降壓變電所的主變壓器和電壓為35kV以上的進出線斷路器以及出線回路較多的6～10kV斷路器，采用就地控制很不安全，容易引起誤操作，故可采用由控制室遠方集中控制?？刂苹芈罚褐缚刂?操作)高壓斷路器分、合閘的回路。電磁操作機構只能采用直流操作電源，彈簧操作機構和手動操作機構可交直流兩用，但一般采用交流操作電源。

信號回路：指示一次電路設備運行狀態(tài)的二次回路。按用途分，有斷路器位置信號、事故信號和預告信號等。

位置信號：用來顯示斷路器正常工作的位置狀態(tài)。一般是紅燈(符號RD)亮，表示斷路器在合閘位置；綠燈(符號GN)亮，表示斷路器在分閘位置。

事故信號：用來顯示斷路器在事故情況下的工作狀態(tài)。一般是紅燈閃光，表示斷路器自動合閘；綠燈閃光，表示斷路器自動跳閘。此外還有事故音響信號和光字牌等。

預告信號是在一次設備出現(xiàn)不正常狀態(tài)時或在故障初期發(fā)出的報警信號。值班員可根據(jù)預告信號及時處理?？刂齐娐返幕疽?/p>

由于斷路器操作機構的合閘與跳閘線圈都是按短時通過電流進行設計的，因此控制電路在操作過程中只允許短時通電，操作停止后即自動斷電；能夠準確指示斷路器的分、合閘位置；斷路器不僅能用控制開關及控制電路進行跳閘及合閘操作，而且能由繼電器保護及自動裝置實現(xiàn)跳閘及合閘操作；能夠?qū)刂齐娫醇翱刂齐娐愤M行實時監(jiān)視；斷路器操作機構的控制電路要有機械“防跳”裝置或電氣“防跳”措施。采用手動操作機構的斷路器控制和信號回路WC-控制小母線WS-信號小母線R1、R2-限流電阻QM-手動操作機構輔助觸點沒有操作前合閘操作故障分閘操作讀圖的順序采用手動操作機構的斷路器控制和信號回路WC-控制小母線WS-信號小母線R1、R2-限流電阻QM-手動操作機構輔助觸點按“不對應原理”設計操作機構手柄在合閘位置而斷路器分閘時，發(fā)出事故跳閘信號。采用電磁操作機構的斷路器控制和信號回路WC-控制小母線WL-燈光信號小母線WF-閃光信號小母線WS-信號小母線WAS-信號音響小母線WO-合閘小母線

雙向自復式并具有保持觸點的萬能轉(zhuǎn)換開關手柄正常為垂直位置(0o)。順時針扳轉(zhuǎn)45o，為合閘(ON)操作，手松開即自動返回(復位)，保持合閘狀態(tài)。反時針扳轉(zhuǎn)45o，為分閘(OFF)操作，手松開也自動返回，保持分閘狀態(tài)。采用電磁操作機構的斷路器控制和信號回路WC-控制小母線WL-燈光信號小母線WF-閃光信號小母線WS-信號小母線WAS-信號音響小母線WO-合閘小母線

沒有操作前合閘操作故障分閘操作讀圖的順序根據(jù)“不對應原理”設計采用彈簧操作機構的斷路器控制和信號回路WC-控制小母線WS-信號小母線WAS-事故音響信號小母線SA-控制開關SB-按鈕SQ-儲能位置開關YO-電磁合閘線圈YA-跳閘線圈QF1~6-斷路器輔助觸點M-儲能電機采用彈簧操作機構的斷路器控制和信號回路沒有操作前合閘操作故障分閘操作讀圖的順序：根據(jù)“不對應原理”設計注意按鈕操作第三節(jié)變配電所的中央信號裝置中央信號按用途分為：事故信號供電系統(tǒng)在運行中發(fā)生了某種故障而使繼電保護動作。如高壓斷路器因線路發(fā)生短路而自動跳閘后給出的信號即為事故信號。

預告信號供電系統(tǒng)運行中發(fā)生了某種異常情況，但并不要求系統(tǒng)中斷運行，只要求給出指示信號，通知值班人員及時處理即可。如變壓器保護裝置發(fā)出的變壓器過負荷信號即為預告信號。

位置信號指示電氣設備的工作狀態(tài)，如斷路器的合閘指示燈、跳閘指示燈均為位置信號。不能重復動作的中央復歸式事故音響信號回路關于WAS小母線的說明不能重復動作的中央復歸式事故音響信號回路不能重復動作的中央復歸式事故音響信號回路實驗按鈕音響解除按鈕以2臺斷路器的控制為例連接點不連接點1-預備分、合閘2–

分、合閘3–

分、合閘后箭頭“→”指操作順序母線正極母線負極平時不帶電重復動作的中央復歸式事故音響信號回路VD1、VD2–

續(xù)流二極管C-抗干擾電容器試驗按鈕手動解除音響按鈕此處有誤，應如圖7-6所示RR不能重復動作的中央復歸式預告音響信號回路學生練習讀圖母線正極母線負極平時不帶電反映回路參數(shù)變化的繼電器手動解除音響后，光字牌依舊是亮的。閃光信號裝置平時不帶電第四節(jié)電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置

變電所的電氣測量儀表是保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的重要工具之一，測量儀表的連接回路則是變電所二次接線的重要組成部分。電氣測量與電能計量儀表的配置，要保證運行值班人員能方便地掌握設備運行情況，方便事故及時正確地處理。電氣測量與計量儀表應盡量安裝在被測量設備的控制平臺或控制工具箱柜上，以便操作時易于觀察。6～10kV電氣系統(tǒng)測量儀表的配置線路名稱裝設計量儀表的數(shù)量說

明電流表電壓表有功無功有功無功功率表功率表電度表電度表6～10kV進線1

11

6～10kV出線1

11不單獨經(jīng)濟核算的出線，不裝無功電度表；線路負荷大于5000kW以上，裝有功功率表6～10kV連接線1

1

2

電度表只裝在線路一側(cè)，應有逆變器雙繞組變壓器10(6)/3～6kV一次側(cè)1

115000kVA以上，應裝設有功功率表二次側(cè)1

10(6)/0.4kV一次側(cè)1

1

需單獨經(jīng)濟核算，應裝無功電度表同步電動機1

1111另需裝設功率因數(shù)表異步電動機1

1

靜電電容器3

1

母線（每段或每條）

4

其中一個通過轉(zhuǎn)換開關檢查三個相電壓，其余三個作母線絕緣監(jiān)察三相電路功率的測量1）三相有功功率的測量負載為三相四線制不對稱負載，則可用三個單相功率表分別測量每相有功功率，三相功率為三個功率表讀數(shù)之和，即：

負載為三相三線制對稱或不對稱負載，則可用兩個單相功率表測量三相功率，兩個功率表的讀數(shù)之和為三相有功功率的總和。注意接線三相有功功率的測量三相負載對稱時，無論是接成三相四線制還是三相三線制，都可用一表法進行測量，再將結果乘以3，便得到三相功率。三相有功電能表的接線6～10kV線路的測量回路接線原理圖6～10kV線路的測量回路展開接線圖三相電路功率的測量2）三相無功功率的測量一般常用kvar表，測量接線與三相有功功率表相同，采用間接法，先求得三相有功功率和視在功率，然后計算出無功功率，也可以通過測量電壓、電流和相位計算求得。3）功率表使用注意事項測量交、直流電路的電功率，一般采用電動系儀表。儀表的固定繞組串接入被測電路；活動繞組并接入電路。使用功率表時，不但要注意功率表的功率量程，而且還要注意功率表的電流和電壓量程。注意功率表的極性。測量時，將標有“*”的電流端鈕接到電源側(cè)，另一個端鈕接到負載側(cè)；標有“*”的電壓端鈕可接在電流端鈕的任一側(cè)，另一個端鈕則跨接到負載的另一側(cè)。

三相四線有功電能表接法三相三線電能表接法220/380V照明線路電測量儀表電路圖

絕緣監(jiān)察裝置

絕緣監(jiān)察裝置主要用來監(jiān)視小接地電流系統(tǒng)相對地的絕緣情況。這種系統(tǒng)發(fā)生一相接地時，線電壓不變，因此對系統(tǒng)尚不至于引起危害，但這種情況不允許長期運行，否則當另一點再發(fā)生接地時，就會引起嚴重后果?？赡茉斐衫^電保護、信號裝置和控制回路的誤動作，使高壓斷路器誤跳閘或拒絕跳閘。為了防止這種危害，必須裝設連續(xù)工作的高靈敏度的絕緣監(jiān)察裝置，以便及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中某點接地或絕緣降低。但不能判別是哪一條線路發(fā)生了接地故障。如果高壓線路較多時，采用這種絕緣監(jiān)察裝置還不夠。這種裝置只適用于線路數(shù)目不多，并且只允許短時停電的供電系統(tǒng)中。絕緣監(jiān)察裝置及電壓測量電路絕緣監(jiān)察線電壓測量轉(zhuǎn)換開關零序電壓互感器

第五節(jié)自動重合閘與備用電源自動投入裝置

電力系統(tǒng)的故障大多是暫時性短路的，這些故障點導致電網(wǎng)暫時失去絕緣性能，引起斷路器跳閘。線路電壓消失后，故障點的絕緣便自行恢復。此時若使斷路器重新合閘，便可立即恢復供電，從而大大提高供電可靠性，避免因停電給國民經(jīng)濟帶來的巨大損失。

斷路器因保護動作跳閘后能自動重新合閘的裝置稱為自動重合閘裝置，簡稱ARD或ZCH。按照規(guī)程規(guī)定，電路在1kV以上的架空線路和電纜線路與架空的混合線路，當具有斷路器時，一般均應裝設自動重合閘裝置；對電力變壓器和母線，必要時可以裝設自動重合閘裝置。一、自動重合閘裝置自動重合閘裝置的分類

作用對象可分為線路、變壓器和母線的重合閘按照動作方法可分為機械式重合閘（斷路器采用彈簧式或重錘式操動機構）和電氣式重合閘（斷路器采用電磁式操動機構）。使用條件可分為單側(cè)或雙側(cè)電源的重合閘。

ARD和繼電器保護配合的方式可分為ARD前加速、ARD后加速和不加速。動作次數(shù)可分為一次重合閘、二次重合閘或三次重合閘，對于架空線路來說，一次重合成功率可達60%～90%，二次重合成功率只有15%左右，三次重合成功率僅3%左右。電氣一次自動重合閘的基本原理跳閘按鈕合閘按鈕重合閘裝置重合閘繼電器自動重合閘繼電器KAR的結構和工作原理

時間繼電器KT調(diào)整從裝置啟動到發(fā)出接通斷路器合閘線圈回路的脈沖為止的延時

中間繼電器KM發(fā)出接通斷路器合閘線圈回路的脈沖

電容器C保證KAR只動作一次

充電電阻R4限制電容器充電電流

附加電阻R5

保證KT線圈熱穩(wěn)定性

放電電阻R6

電容器經(jīng)過它放電

信號燈HL監(jiān)視中間繼電器的觸點

附加電阻R7

限制信號燈的電流對自動重合閘裝置的基本要求

當手動投入斷路器，由于線路上有故障隨即由保護裝置將其斷開后，ARD裝置也不應動作。當斷路器因繼電保護或其他原因而跳閘時，ARD均應動作，使斷路器重新合閘。為了能夠滿足前兩個要求，應優(yōu)先從采用控制開關位置與斷路器位置不對應原則來啟動重合閘。無特殊要求時對架空線路只重合閘一次，當重合于永久性故障而再次跳閘后，就不應再動作。自動重合閘動作以后，應能自動復歸準備好下一次再動作。自動重合閘裝置應能夠在重合閘以前或重合閘以后加速繼電保護動作，以便更好地和繼電保護相配合，減少故障切除時間。自動重合閘裝置動作應盡量快，以便減少工廠的停電時間。電氣一次自動重合閘裝置短接保護回路中的時間繼