7+变电所的监控系统和自动装置

第7章变电所的监控系统和自动装置•变电所的操作电源•变电所的控制回路•三相自动重合闸装置•备用电源自动投入装置第1节变电所的操作电源一、概述操作电源是用来对断路器的分、合闸回路，继电保护装置以及其它信号回路供电的电源。二、直流操作电源（220V、110V、24V）1、由蓄电池供电的直流操作电源变电所的蓄电池主要有铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池。优点：蓄电池的电压与被保护的网络电压无关。缺点：需修建有特殊要求的蓄电池室，购置大量的充电设备和蓄电池组，辅助设备多，投资大，运行复杂，维护工作量大，可靠性低。2、由硅整流器供电的操作电源硅整流电容储能式直流操作电源正常运行时由整流器供电，当系统发生故障时，交流电源电压大大降低，利用电容器C1和C2的储能使断路器跳闸。当故障切除后，交、直流电压恢复正常，电容器又会充电，以供断路器下一次跳闸使用。复式整流装置整流装置既可由“电压源”（所用变压器或电压互感器）供电，也可由“电流源”（反映短路故障的电流互感器）供电。正常运行时由整流器供电，当系统发生故障时，利用短路故障电流经过整流作为操作电源。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，全部继电器、控制与信号装置均采用交流型式。交流电源分为“电流源”和“电压源”。电流源取自电流互感器；电压源取自变电所的所用变压器或电压互感器。交流操作继电保护接线方式有以下几种：直接动作式去分流跳闸方式利用速饱和变流器接线方式第2节变电所的控制回路一、概述组成：控制回路是由控制开关和控制对象（断路器、隔离开关）的传送机构及执行（或操作）机构组成。作用：对一次开关设备进行跳、合闸操作。分类：集中控制：在控制室内用控制开关对断路器进行操作，用于35kV及以上的变电所中。就地控制：在各个断路器安装处就地操作，用于6～10kV的变电所中。断路器控制回路的基本要求：既可由控制开关进行手动跳、合闸，又可由继电保护和自动装置自动跳、合闸；断路器跳闸或合闸完成后，应能自动切断跳闸或合闸回路，防止因通电时间过长而烧坏线圈；应有指示断路器状态的位置信号，而且能够区分自动跳、合闸与手动跳、合闸的位置信号；应有防止断路器多次连续跳、合闸的跳跃闭锁装置；应有指示断路器控制回路完好性的监视信号；在满足以上基本要求的前提下，应力求简单、可靠。二、控制开关控制开关是对断路器进行分合闸控制的操作元件，主要采用LW2型控制开关。触点号1︱32︱45︱86︱79︱109︱1210︱1113︱1414︱1513︱1617︱1917︱1818︱2021︱2321︱2222︱24位置跳闸后←×××××预备合闸↑×××××合闸↗×××××合闸后↑×××××预备跳闸←×××××跳闸↙×××××预备操作位置：“预备合闸”和“预备跳闸”操作位置：“合闸”和“跳闸”固定位置：“合闸后”和“跳闸后”合闸操作顺序：预备合闸→合闸→合闸后跳闸操作顺序：预跳备闸→跳闸→跳闸后三、灯光监视的断路器控制回路和信号回路•SA：控制开关•HLG：绿灯•HLR：红灯•KLB：防跳继电器•KM1：自动重合闸出口中间继电器的常开触点•KM0：继电保护出口中间继电器的常开触点•HA：蜂鸣器•KO：合闸接触器线圈•YO：合闸线圈•YR：跳闸线圈1.合闸过程手动合闸：手动合闸前，断路器QF处于跳闸状态，控制开关手柄处于“跳闸后”位置，SA10-11接通+WC→SA10-11→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC（HLG亮）绿灯亮既表明断路器正处于跳闸位置，也表明断路器的合闸回路是完好的。“预备合闸”：触点SA9-10与SA13-14接通+WF→SA9-10→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC（HLG闪光）绿灯闪光表明该断路器准备合闸，以提醒运行人员核对操作的对象是否正确。“合闸”（不松手）：SA5-8、SA17-19和SA16-13接通+WC→SA5-8→KLB2→QF1-2→KO→-WC（QF合闸）+WC→SA16-13→HLR→R2→KLB（I）→QF3-4→YR→-WC（红灯亮）红灯亮既表明断路器正处于合闸位置，也表明断路器的跳闸回路是完好的。松开手柄，SA自动回到“合闸后”的位置，红灯继续发光。自动合闸：自动合闸时，QF在合闸位置，SA在“跳闸后”位置，二者不对应，触点SA14-15接通+WF→SA14-15→HLR→R2→KLB（I）→QF3-4→YR→-WC（红光闪）控制台上，红灯在闪光，表明断路器是自动合闸的，将SA手柄转到“合闸后”位置，红灯变为平光。2.跳闸过程手动跳闸“预备跳闸”：触点SA13-14接通+WF→SA13-14→HLR→R2→KLB（I）→QF3-4→YR→-WC（红灯闪）红灯闪光表明该断路器准备跳闸，以提醒运行人员核对操作的对象是否正确。“跳闸”（不松手）：SA6-7、SA10-11接通+WC→SA6-7→KLB（I）→QF3-4→YR→-WC（QF跳闸）+WC→SA10-11→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC（绿灯亮）松开手柄，SA自动回到“跳闸后”的位置，绿灯继续发光。绿灯亮表示断路器正处于跳闸位置，也表明断路器的合闸回路是完好的。自动跳闸自动跳闸时，QF在跳闸位置，SA在“合闸后”位置，二者不对应，触点SA9-10接通，+WF→SA9-10→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC（绿灯闪）+WS→HA→R3→SA1-3→SA19-17→QF5-6→-WS（发出音响信号）控制台上，绿灯在闪光，事故信号装置发出音响，表明断路器是自动跳闸的。只有将SA手柄转到“跳闸后”位置，绿灯才变为平光，事故音响信号才停止。3.防跳回路作用：防止运行人员手动合闸断路器于故障线路上，断路器又被继电保护装置动作于跳闸后，断路器会出现多次连续跳、合闸的跳跃现象。SA5-8闭合→KO通电→QF合闸→KM0闭合→KLB（I）起动→KLB1-2闭合→KLB（U）自保持→KLB3-4始终断开→KO不再起动→防跳手动操作机构和弹簧操作机构的断路器控制和信号回路四、闪光电源的构成KF为闪光继电器，其触点时开时闭，使闪光母线+WF上呈现断续的正电压；SB为试验按钮，按下时闪光装置动作，白色信号灯HLW亮，表示本装置工作正常。第5节变电所常用自动装置5.1三相自动重合闸装置1.概述自动重合闸装置的概念：当架空线路上发生故障时，由继电保护装置将其迅速断开，延时后重新将故障线路自动投入的装置，简称ARD（ZCH）。装设ARD的优点：对暂时性故障，合闸成功后可保证供电的可靠性，减少停电损失。大多数企业所用的重合闸装置为一次自动重合闸装置。三相一次自动重合闸装置的基本要求：除遥控变电所外，应采用控制开关手柄位置与断路器位置“不对应原则”起动ARD；ARD的起动条件为：SA在“合闸后”位置，QF在“跳闸”位置。手动跳闸时不应重合；手动合闸于故障线路不重合；ARD只能动作一次；ARD动作后应能自动复归，准备再次动作；ARD的动作时间应尽可能短，以减少临时停电时间，一般为0.5～1.5s；ARD应能实现重合闸“后加速”或“前加速”，以便与继电保护配合。前加速：是指自动重合闸前加速保护动作，即当线路上发生永久性故障时，第一次以瞬时加速跳闸，第二次则以定时限跳闸。后加速：是指自动重合闸后加速保护动作，即当线路上发生永久性故障时，第一次带时限跳闸，第二次以瞬时加速跳闸。2.三相一次自动重合闸的基本工作原理手动合闸时：按下SB1，合闸接触器KO通电，合闸线圈YO动作，断路器合闸。手动分闸时：按下SB2，跳闸线圈YR通电动作，断路器分闸。下图是由电阻电容放电原理组成的三相一次自动重合闸装置的原理示意图，采用“不对应原理”起动，可实现自动复归、后加速等功能。KT：ARD的动作时间KM：执行元件（电压起动、电流保持）HL：信号灯KLB：防跳继电器（电流起动、电压保持）KM1：跳闸位置继电器KAC：加速继电器R4、C：继电器返回时间SA2：投入、切除ARD正常工作时：QF合闸，SA1“合闸后”，触点SA121-23接通，SA2合闸，C经R4充满电压，C两端电压等于电源电压，HL亮。线路短路，保护动作时：QF跳闸，QF3-4打开，QF1-2闭合→KM1起动→KT线圈得电→触点KT延时闭合→C向KM线圈放电→KM动作→KM1-2打开→信号灯HL灭→KM3-4、KM5-6闭合→KO得电→QF合闸。若合闸成功，继电器复位，C经10～15s再次充满电压，准备再次动作；若合闸不成功，保护再次跳闸，尽管KM1和KT起动，但因C两端电压太低，不能使KM动作，保证只重合一次。手动跳闸：触点SA16-7接通→YR得电→QF跳闸；触点SA121-23打开→重合闸回路失去正电源，不可能动作；SA12-4接通→C经R6放电，C上的电压迅速降低。手动合闸：触点SA15-8接通→YO得电→QF合闸；SA121-23接通、SA12-4断开→重合闸回路获得正电源→正电源经电阻R4向电容C充电，但需经电压经10～15s才能充到操作电源电压。触点SA121-22接通→加速继电器KAC动作→触点KAC闭合→若线路上有故障，则QF合闸后，继电保护随即动作，使QF瞬时动作。这时电容两端的电压还比较低，不能使KM动作，故QF不能重合。防跳继电器KLB的作用：防止触点SA5-8被粘住或触点KM3-4、KM5-6被粘住时，且线路上发生永久性故障，出现断路器多次重合闸现象。3.自动重合闸与继电保护的配合ARD前加速保护方式自动重合闸前加速保护动作简称为“前加速”。优点：快速切除故障，防止暂时性故障变为永久性故障；只需装设一套ARD装置，设备投资少。缺点：延长切除永久故障时间；合闸不成功会扩大事故范围。主要用于35kV及以下线路。ARD后加速保护方式自动重合闸后加速动作简称为“后加速”。优点：能快速切除永久性故障，不会扩大事故范围。缺点：在每个断路器处都装有一套ARD装置，投资大；继电保护第一次动作可能带时限，影响ARD效果。主要用于35kV以上线路。4.ARD参数的整定ARD的动作时间：指从断路器跳开到发出重合闸脉冲的间隔时间，也就是时间继电器KT延时触点的整定时限。ARD的动作时间应满足以下三个条件：应大于故障点电弧及周围介质的去游离时间；应大于断路器及操作机构复归原位、准备重合闸的时间；应大于线路对侧断路器切断故障电流的时间。对于35kV及以下线路，重合闸时间可取0.8～1s；110kV线路可取1s或再长一些。ARD的返回时间：是指电容C经电阻R4充电至中间继电器KM动作电压的时间，通常取15～25s。返回时间应长于动作时间最长的继电保护动作时限，以保证断路器不会被重合；返回时间应长于断路器两次动作时间间隔。5.2备用电源自动投入装置1.概述当工作电源电压消失时，使备用电源自动而迅速地投入工作，以保证供电连续性的自动装置，简称APD（BZT）。备用电源自动投入装置的基本形式明备用接线方式：APD装在备用进线断路器上。暗备用接线方式：APD装在母线分段断路器上。对备用电源自动投入装置的基本要求工作电源不论任何原因断开，备用电源应能自动投入；必须在工作电源确已断开，而备用电源电压也正常时，才允许投入备用电源；APD的动作时间应尽可能短，以利于电动机的自起动和缩短停电时间；APD只能动作一次，以免将备用电源重复投入到永久性故障上；当电压互感器的二次回路断线时，APD不应误动作；若备用电源容量不足，应在APD动作的同时切除一部分次要负荷。低电压起动机构：当母线失去电压时将电源的断路器断开；合闸机构：断开工作电源后，能及时将备用电源的断路器自动合闸。直流操作电源：电磁式操作机构交流操作电源：弹簧式操作机构2.备用电源自动投入装置原理接线图APD必须具有以下机构：正常运行时：QF1、QF2闭合，QF3在跳闸，闭锁继电器KB接通，低电压继电器KV1～KV4均处于吸合状态，APD装置处于准备工作状态。APD自动投入：若