第七章工厂供电系统的二次回路和制动装置.

第七章工厂供电系统的二次回路和自动装置第一节二次回路及其操作电源一.二次回路及其分类二.直流操作电源第二节高压断路器的控制和信号回路一.概述二.采用手动操作的断路器控制和信号回路一.电测量仪表第三节电测量仪表与绝缘监视装置二.绝缘监视装置三.采用电磁操作机构的断路器控制和信号回路四.采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路三.交流操作电源一.电力线路的自动重合闸装置第四节供电系统的自动装置与远动化二.备用电源自动投入装置三.工厂供电系统远动化简介一.二次回路的安装接线要求第五节二次回路的安装接线和接线图二.二次回路安装接线图的绘制要求与方法复习思考题习题二.直流操作电源(一)由蓄电池组供电的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。1.铅酸蓄电池铅酸蓄电池由二氧化铅（PbO2）的正极板、铅（Pb）的负极板及密度为1.2～1.3g/cm3的稀硫酸（H2SO4）电解液构成，容器多为玻璃。第一节二次回路及其操作电源一.二次回路及其分类工厂供电系统或变配电所的二次回路（即二次电路）是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，亦称二次系统，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动化系统等。二次回路按其电源性质分，有直流回路和交流回路。交流回路又分交流电流回路和交流电压回路。交流电流回路由电流互感器供电，交流电压回路由电压互感器供电。二次回路按其用途分，有断路器控制（操作）回路、信号回路、测量和监视回路、继电保护和自动装置回路等。二次回路在供电系统中虽然是其一次电路的辅助系统，但是它对一次电路的安全、可靠、优质、经济地运行有着十分重要的作用，因此必须予以充分的重视。二次回路的操作电源，是供高压断路器分、合闸回路和继电保护装置、信号回路、监测系统及其他二次回路所需的电源。因此对操作电源的可靠性要求很高，容量要求足够大，且要求尽可能不受供电系统运行的影响。二次回路的操作电源，分直流和交流两大类。直流操作电源有由蓄电池组供电的电源和由整流装置供电的电源两种。交流操作电源有由所（站）用变压器供电的和通过电流、电压互感器供电的两种。内容提要：本章首先讲述工厂供电系统二次回路的概念及其操作电源，接着依次讲述高压断路器的控制和信号回路、电测量仪表与绝缘监视装置，并讲述自动重合闸装置与备用电源自动投入装置及供电系统远动化的基本知识，最后讲述二次回路的安装接线及接线图的绘制方法。本章内容也是保证供电一次系统安全可靠运行的基本技术知识。第七章工厂供电系统的二次回路和自动装置(二)由整流装置供电的直流操作电源整流装置主要有硅整流电容储能式和复式整流两种2.镉镍蓄电池镉镍蓄电池的正极板为氢氧化镍[Ni(OH)3]或三氧化二镍(Ni2O3)的活性物，负极板为镉(Cd)，电解液为氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)、氢氧化镉[Cd(OH)2]、氢氧化镍[Ni(OH)3]等碱溶液。镉镍蓄电池在放电和充电时的化学反应式为铅酸蓄电池的额定端电压（单个）为2V。但是蓄电池充电终了时，其端电压可达2.7V；而放电后,其端电压可下降到1.95V。为获得220V的操作电压，需蓄电池的个数为n=230÷1.95≈118个。考虑到充电终了时端电压的升高，因此长期接入操作电源母线的蓄电池个数为n1=230÷2.7≈88个，而其他n2＝n－n1＝118－88＝30个蓄电池则用于调节电压，接于专门的调节开关上。采用铅酸蓄电池组作操作电源，不受供电系统运行情况的影响，工作可靠；但是它在充电过程中要排出氢和氧的混合气体（由于水被电解而产生的），可有爆炸危险，而且随着气体带出的硫酸蒸气，有强腐蚀性，对人身健康和设备安全都有很大的危害。因此铅酸蓄电池组一般要求单独装设在一房间内，而且要考虑防腐防爆，从而投资较大，现在一般工厂供电系统中不予采用。铅酸蓄电池在放电和充电时的化学反应式为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O放电充电Cd+2Ni(OH)3Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电由以上反应式可以看出，电解液并未参与反应，它只起传导电流的作用，因此在放电和充电过程中，电解液的密度不会改变。镉镍蓄电池的额定端电压（单个）为1.2V。充电终了时端电压可达1.75V；放电后端电压为1V。采用镉镍蓄电池组作操作电源，除了不受供电系统运行情况的影响、工作可靠外，还有其大电流放电性能好、比功率大、机械强度高、使用寿命长、腐蚀性小、无须专用房间从而大大降低投资等优点，因此它在工厂供电系统中应用比较普遍。为了保证直流操作电源的可靠性，采用两个交流电源和两台硅整流器。硅整流器U1主要用作断路器合闸电源，并向控制、信号和保护回路供电。硅整流器U2的容量较小，仅向控制、信号和保护回路供电。逆止元件VD1和VD2的主要功能：一是当直流电源电压因交流供电系统电压降低而降低时，使储能电容C1、C2所储能量仅用于补偿自身所在的保护回路，而不向其他元件放电；二是限制C1、C2向各断路器控制回路中的信号灯和重合闸继电器等放电，以保证其所供电的继电保护和跳闸线圈可靠动作。逆止元件VD3和限流电阻R接在两组直流母线之间，使直流合闸母线只向控制小母线WC供电，防止断路器合闸时硅整流器U2向合闸母线供电。限流电阻R用来限制控制回路短路时通过VD3的电流，以免VD3烧毁。储能电容器C1用于对高压线路的继电保护和跳闸回路供电，而储能电容器C2用于对其他元件的继电保护和跳闸回路供电。储能电容器多采用容量大的电解电容器，其容量应能保证继电保护和跳闸回路可靠地动作。1.硅整流电容储能式直流电源如果单独采用硅整流器来作直流操作电源，则当交流供电系统电压降低或电压消失时，将严重影响直流系统的正常工作。因此宜采用有电容储能的硅整流电源。在供电系统正常运行时，通过硅整流器供给直流操作电源；同时通过电容器储能，在交流供电系统电压降低或电压消失时，由储能电容器对继电器和跳闸回路放电，使其正常动作。图7-1是一种硅整流电容储能式直流操作电源系统的接线图。图7-1硅整流电容储能式直流操作电源系统接线C1、C2-储能电容器WC-控制小母线WF-闪光信号小母线WO-合闸小母线由于复式整流装置有电压源和电流源，因此能保证供电系统在正常和事故情况下直流系统均能可靠地供电。与上述电容储能式相比，复式整流装置的输出功率更大，电压的稳定性更好。三.交流操作电源对采用交流操作的断路器，应采用交流操作电源。相应地，所有保护继电器、控制设备、信号装置及其他二次元件均应采用交流型式。交流操作电源可分电流源和电压源两种。电流源取自电流互感器，主要供电给继电保护和跳闸回路。电压源取自变配电所的所用变压器或电压互感器，通常所用变压器作为正常工作电源，而电压互感器因其容量小，只作为保护油浸式变压器内部故障的瓦斯保护的交流操作电源。根据高压断路器跳闸线圈的供电方式，交流操作又可分直接动作式（见图6-22）和“去分流跳闸”式（见图6-23及图6-25），因前面已经介绍，这里不再赘述。采用交流操作电源，可使二次回路大大简化，投资大大减少，工作可靠，维护方便，但是它不适于比较复杂的继电保护、自动装置及其他二次回路。交流操作电源广泛用于中小型工厂变配电所中采用手动操作或弹簧储能操作及继电保护采用交流操作的场合。2.复式整流的直流操作电源复式整流器是指提供直流操作电压的整流器电源有两个：（1）电压源——由所用变压器或电压互感器供电，经铁磁谐振稳压器（当稳压要求较高时装设）和硅整流器供电给控制、保护等二次回路。（2）电流源——由电流互感器供电，同样经铁磁谐振稳压器（也是稳压要求较高时装设）和硅整流器供电给控制、保护等二次回路。图7-2复式整流装置的接线示意图TA-电流互感器TV-电压互感器U1、U2-硅整流器第二节高压断路器的控制和信号回路一.概述高压断路器的控制回路，是指控制（操作）高压断路器分、合闸的回路。它取决于断路器操作机构的型式和操作电源的类别。电磁操作机构只能采用直流操作电源，弹簧操作机构和手动操作机构可交直流两用，不过一般采用交流操作电源。信号回路是用来指示一次系统设备运行状态的二次回路。信号按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号等。断路器位置信号用来显示断路器正常工作的位置状态。一般是红灯亮，表示断路器处在合闸位置；绿灯亮，表示断路器处在分闸位置。事故信号用来显示断路器在一次系统事故情况下的工作状态。一般是红灯闪光，表示断路器自动合闸；绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。此外，还有事故音响信号和光字牌等。预告信号是在一次系统出现不正常工作状态时或在故障初期发出的报警信号。例如变压器过负荷或者轻瓦斯动作时，就发出区别于上述事故音响信号的另一种预告音响信号，同时光字牌亮，指示出故障的性质和地点，值班员可根据预告信号及时处理。对断路器的控制和信号回路有下列主要要求：(1)应能监视控制回路的保护装置（如熔断器）及其分、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常工作，通常采用灯光监视的方式。(2)合闸或分闸完成后，应能使命令脉冲解除，即能切断合闸或分闸的电源。(3)应能指示断路器正常合闸和分闸的位置状态，并在自动合闸和自动跳闸时有明显的指示信号。如前所述，通常用红、绿灯的平光来指示断路器的正常合闸和分闸的位置状态，而用红、绿灯的闪光来指示断路器的自动合闸和跳闸。(4)断路器的事故跳闸信号回路，应按“不对应原理”接线。当断路器采用手动操作机构时，利用操作机构的辅助触点与断路器的辅助触点构成“不对应”关系，即操作机构手柄在合闸位置而断路器已经跳闸时，发出事故跳闸信号。当断路器采用电磁操作机构或弹簧操作机构时，则利用控制开关的触点与断路器的辅助触点构成“不对应”关系，即控制开关手柄在合闸位置而断路器已经跳闸时，发出事故跳闸信号。(5)对有可能出现不正常工作状态或故障的设备，应装设预告信号。预告信号应能使控制室或值班室的中央信号装置发出音响或灯光信号，并能指示故障地点和性质。通常预告音响信号用电铃，而事故音响信号用电笛，两者有所区别。图7-3手动操作的断路器控制和信号回路WC-控制小母线WS-信号小母线GN-绿色指示灯RD-红色指示灯R-限流电阻YR-跳闸线圈(脱扣器)KM-继电保护出口继电器触点QF1～6-断路器QF的辅助触点QM-手动操作机构辅助触点分闸时，扳下操作机构手柄使断路器分闸。这时断路器的辅助触点QF3-4断开，切断跳闸回路，同时辅助触点QF1-2闭合，绿灯GN亮，指示断路器QF已经分闸。绿灯GN亮，还表示控制回路的熔断器FU1、FU2是完好的，即绿灯GN同时起着监视控制回路完好性的作用。在正常操作断路器分、合闸时，由于操作机构辅助触点QM与断路器的辅助触点QF5-6是同时切换的，总是一开一合，所以事故信号回路总是不通的，因而不会错误地发出事故信号。当一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，其出口继电器KM的触点闭合，接通跳闸线圈YR的回路（触点QF3-4原已闭合），使断路器QF跳闸。随后触点QF3-4断开，使红灯RD灭，并切断YR的跳闸电源。与此同时，触点QF1-2闭合，使绿灯GN亮。这时操作机构的操作手柄虽然仍在合闸位置，但其黄色指示牌掉下，表示断路器已自动跳闸。同时事故信号回路接通，发出音响和灯光信号。这事故信号回路正是按“不对应原理”来接线的：由于操作机构仍在合闸位置，其辅助触点QM闭合，而断路器因已跳闸，其辅助触点QF5-6也返回闭合，因此事故信号回路接通。当值班员得知事故跳闸信号后，可将操作手柄扳下至分闸位置，这时黄色指示牌随之返回，事故信号也随之解除。控制回路中分别与指示灯GN和RD串联的电阻R1和R2，主要用来防止指示灯的灯座短路时造成控制回路短路或断路器误跳闸。二.采用手动操作的断路器控制和信号回路图7-3是手动操作的断路器控制和信号回路的原理图。合闸时，推上操作机构手柄使断路器合闸。这时断路器的辅助触点QF3-4闭合，红灯RD亮，指示断路器QF已经合闸。由于有限流电阻R，跳闸线圈YR虽有电流通过，但电流很小，不会动作。红灯RD亮，还表示跳闸线圈YR回路及控制回路的熔断器FU1、FU2是