第7章工厂供电系统的二次回路和自动装置

本章主要介绍了二次回路接线图的基本知识，讲解了断路器控制、中央信号系统、绝缘监视等典型二次回路的工作过程，接着介绍了自动重合闸装置和备用电源自动投入装置的要求和工作原理，最后简单介绍了变电站综合自动化系统的功能、微机自动保护和重合器。第7章工厂供电系统的二次回路和自动装置第7章工厂供电系统二次回路及自动化技术7.1断路器控制回路及信号系统供电系统二次回路接线图7.2测量仪表和绝缘监测自动重合闸装置（APR)7.3中央信号装置7.47.67.57.7变配电站的综合自动化技术备用电源自动投入装置7.1供电系统二次回路接线图7.1.1概述二次回路(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、继电保护和自动化系统等。按用途分：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。按电源性质分：直流回路、交流回路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和自动装置、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，尽可能不受供电系统运行的影响。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。硅整流器U1主要用作断路器合闸电源，并可向控制、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（由二极管VD1、VD2、VD3起作用）。7.1.2二次回路图按照不同的用途，通常将二次回路图分为原理接线图、展开接线图和安装接线图3大类。1、原理接线图二次回路原理接线图以元件的整体形式表示二次设备间的电气连接关系，图中通常还画出了相应的一次设备，便于用来了解各设备间的相互联系。2、展开接线图展开接线图简称展开图。它以分散的形式表示二次设备之间的电气连接，通常是按功能电路如控制回路、保护回路、信号回路等来绘制，使分析电路的工作原理和动作顺序很方便。不过由于同一设备可能具有多个功能，因而属于同一设备或元件的不同线圈和不同触点可能画在了不同的回路中。展开图有如下规律：（1）直流母线或交流电压母线用粗线条表示，以示区别于其他回路的联络线。（2）继电器和各种电气元件的文字符号与相应原理接线图中的文字符号一致。（3）继电器作用和每一个小的逻辑回路的作用都在展开图的右侧注明。（4）继电器的触点和电气元件之间的连接线段都有回路标号。（5）同一个继电器的线圈与触点采用相同的文字符号。（6）各种小母线和辅助小母线都有标号。（7）对于个别继电器或触点在另一张图中表示，或在其他安装单位中有表示，都在图纸中说明去向，对任何引进触点或回路也说明来处。（8）直流“＋”极按奇数顺序标号，“－”极则按偶数标号。回路经过电气元件后，其标号性质随着改变。（9）常用的回路有固定标号，如断路器QF的跳闸回路用33，合闸回路用3等。（10）交流回路的标号除用三位数外，前面还加注文字符号。交流电流回路数字范围为400～599，电压回路为600～799。其中个位数表示不同回路；十位数表示互感器组数。回路使用的标号组，要与互感器文字后的“序号”相对应。如：电流互感器TAl的U相回路标号可以是U411～U419；电压互感器TV2的U相回路标号可以是U621～U629。3、安装接线图安装接线图是用来表示屏（成套装置）内或设备中各元器件之间连接关系的一种图形，在设备安装、维护时提供导线连接位置。图中设备的布局与屏上设备布置后视图是一致的，设备、元件的端子和导线、电缆的走向均用符号、标号加以标志。包括：屏面布置图；屏后接线图；端子排图4、看端子排图的要领（1）屏内与屏外二次回路的连接、同一屏上各安装单位的连接以及过渡回路等均应经过端子排。（2）屏内设备与接于小母线上的设备的连接一般应经过端子排。（3）各安装单位的“＋”电源一般经过端子排，保护装置的“－”电源应在屏内设备之间接成环形，环的两端再分别接至端子排。（4）交流电流回路、信号回路及其他需要断开的回路，一般需用试验端子。（5）屏内设备与屏顶较重要的小母线（如控制、信号、电压等小母线），或者在运行中、调试中需要拆卸的接至小母线的设备，均需经过端子排连接。端子排标志图例（6）同一屏上的各安装单位均应有独立的端子排。各端子排的排列应与屏面设备的布置相配合。一般按照下列回路的顺序排列：交流电流回路，交流电压回路，信号回路，控制回路，其他回路，转接回路。（7）每一安装单位的端子排应在最后留2～5个端子作备用。正、负电源之间，经常带电的正电源与跳闸或合闸回路之间的端子排应不相邻。（8）一个端子的每一端一般只接一根导线，在特殊情况下B1型端子最多接两根。连接导线的截面积，对B1型和D1-20型的端子不应大于6mm²；对D1-10型的端子不应大于2.5mm²。7.2断路器控制回路及信号系统7.2.1断路器控制回路的要求（1）断路器的合、跳闸回路是按短时通电设计的，操作完成后，应迅速切断合、跳闸回路，解除命令脉冲，以免烧坏合、跳闸线圈。为此，在合、跳闸回路中，接入断路器的辅助触点，既可将回路切断，又可为下一步操作做好准备。（2）断路器既能在远方由控制开关进行手动合闸和跳闸，又能在自动装置和继电保护作用下自动合闸和跳闸。（3）控制回路应具有反映断路器状态的位置信号和自动合、跳闸的不同显示信号。（4）无论断路器是否带有机械闭锁，都应具有防止多次合、跳闸的电气防跳措施。（5）对控制回路及其电源是否完好，应能进行监视。（6）对于采用气压、液压和弹簧操作的断路器，应有压力是否正常，弹簧是否拉紧到位的监视回路和闭锁回路。（7）接线应简单可靠、使用电缆芯数应尽量少。由于断路器及其控制开关的型号很多，这里只选择一个典型控制回路，分析其工作过程，在分析过程中来体会它是如何实现以上要求的。7.2.2电磁操作机构断路器的控制回路电磁操作回路的控制开关采用双向自复式并具有保持触点的LW5型万能转换开关，其手柄正常为垂直位置(0o)。顺时针扳转45o，为合闸(ON)操作，手松开即自动返回(复位)，保持合闸状态。反时针扳转45o，为分闸(OFF)操作，手松开也自动返回，保持分闸状态。图中虚线上打黑点(·)的触点，表示在此位置时该触点接通；而虚线上标出的箭头(→)，表示控制开关手柄自动返回的方向。WC控制小母线,WL灯光信号小母线,WF闪光信号小母线,WS信号小母线,WAS信号音响小母线,WO合闸小母线合闸时，将控制开关SA手柄顺时针扳转45o，这时其触点SA1—2接通，合闸接触器KO通电(其中QF1—2原已闭合)，其主触点闭合，使电磁合闸线圈YO通电，断路器合闸。合闸后，控制开关SA自动返回，其触点SA1—2断开，切断合闸回路，同时QF3—4闭合，红灯RD亮，指示断路器已经合闸，并监视着跳闸线圈YR回路的完好性。分闸时，将控制开关SA手柄反时针扳转45o，这时其触点SA7—8接通，跳闸线圈YR通电(其中QF3—4原已闭合)，使断路器QF分闸。分闸后，控制开关SA自动返回，其触点SA7—8断开，断路器辅助触点QF3—4也断开，切断跳闸回路，同时触点SA3—4闭合，QF1—2也闭合，绿灯GN亮，指示断路器已经分闸，并监视着合闸线圈KO回路的完好性。由于红、绿指示灯兼起监视分、合闸回路完好性的作用，长时间运行，因此耗能较多。为了减少操作电源中储能电容器能量的过多消耗，因此另设灯光指示小母线WL(+)，专用来接入红、绿指示灯。储能电容器的电能只给控制小母线WC供电。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触点闭合，接通跳闸线圈YR回路(其中QF3—4原已闭合)，使断路器自动跳闸。随后QF3—4断开，使红灯RD灭，并切断跳闸回路，同时QF1—2闭合，而SA在合闸位置，其触点SA5—6也闭合，从而接通闪光电源WF(+)，使绿灯GN闪光，表示断路器自动跳闸。由于断路器自动跳闸，SA在合闸位置，其触点SA9—10闭合，而断路器已跳闸，其触点QF5—6也闭合，因此事故音响信号回路接通，又发出音响信号。当值班员得知事故跳闸信号后，可将控制开关SA的操作手柄扳向分闸位置(反时针扳转45o后松开)，使SA的触点与OF的辅助触点恢复“对应”关系，全部事故信号立即解除。7.3测量仪表和绝缘监测7.3.1测量仪表在供配电系统中，进行电气测量的目的有三个：一是计费测量，如有功电度表、无功电度表；二是对供电系统中运行状态、技术经济分析所进行的测量，如电压、电流、有功电能和无功电能测量等，这些参数通常都需要定时记录；三是对交、直流的安全状况如绝缘电阻、三相电压是否平衡等进行监视。7.3.2绝缘监视装置在中性点直接接地的电网中，一相接地就形成了单相短路故障，接地电流很大，继电保护动作，将接地故障切除。所以，中性点直接接地系统不需监视各相对地绝缘情况。在中性点非直接或经消弧线圈接地的电网中，在正常运行情况下，三相对地电压等于相电压。当单相发生接地时，接地相对地电压降低（极限值为零），其他两相对地电压升高（极限值为线电压），接地点流过较小的漏电流，由于线电压不变，用户可正常工作。因此，在中性点非直接接地或经消弧线圈接地的电网中，发生单相接地后，允许运行一段时间，但必须及时处理。所以需要装设绝缘监视仪表，在发生单相接地时，发出单相接地信号，以便能够及时判断一次系统中哪一相发生接地故障。7.4中央信号装置中央信号装置是指装设在工厂变电所值班室或控制室中的信号装置，一般置于信号屏中。中央信号装置按用途分为事故信号、预告信号、位置信号、指挥信号及联系信号。7.4.1中央事故信号回路事故信号的作用是在断路器事故跳闸时，通知值班人员。断路器事故跳闸时有两种信号：音响信号和灯光信号。音响信号是公用的，只有一个；灯光信号是独立的，有多个。在断路器事故跳闸后，为了便于处理事故，根据运行要求，希望先复归（解除）音响信号，而灯光信号要保留一段时间。工厂变电所的中央信号一般采用能重复动作的事故信号装置。7.4.2中央预告信号回路在工厂供电系统中若出现不正常工作状态时，通过预告信号通知值班人员，使其及时采取适当措施消除这些不正常状态，以避免发生事故。例如：变压器过负荷、变压器轻瓦斯动作、变压器油温超过允许值、中性点不接地系统的单相接地、电压互感器二次回路断线、直流操作电源的电压消失或其对地绝缘降低等都应发出预告信号。7.5自动重合闸装置（APR)由运行经验可知，电力系统的故障特别是架空线路上的短路故障大多是暂时性的，这些故障在断路器跳闸后，多数能很快地自行消除。如果采用自动重合闸装置(简称ARD，或ZCH)，使断路器在自动跳闸后又自动重新合闸，大多能恢复供电，从而大大提高了供电可靠性。一端供电线路的三相ARD，按自动重合闸的方法分，有机械式和电气式；按组成元件分，有机电型、晶体管型和微机型；按重合次数分，有一次重合式、二次重合式、三次重合式等。工厂供电系统中采用的ARD，一般都是一次重合式，因为一次重合式ARD比较简单经济，而且基本上能满足供电可靠性的要求，其原理如图所示。手动合闸时，按下SB1，使合闸接触器KO通电动作，从而使合闸线圈YO动作，使断路器合闸。手动分闸时，按下SB2，使跳闸线圈YR通电动作，使断路器分闸。当一次电路发生短路故障时，保护装置动作，其出口继电器KM触点闭合，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF自动跳闸。与此同时，断路器辅助触点QF3—4闭合；而且重合闸继电器KAR起动，经整定的时限后其延时闭合常开触点闭合，使合闸接触器KO通电动作，从而使断路器重合闸。如果一次电路的短路故障是瞬时性的，已经消除，则重合成功。如果短路故障尚未消除，则保护装置又要动作，其出口继电器KM触点闭合，又使断路器跳闸。由于一次ARD采用了防跳措施(图上未示出)，因此不会再次重合闸。YR跳闸线圈，YD合闸线圈，KO合闸接触器，KAR重合闸继电器7.6备用电源自动投入装置在要求供电可靠性较高的工厂变配电所中，如果在作为备用电源的线路上装设备用电源自动投入装置(简称APD或BZT)，则在工作电源线路突然断电时，利用失压保护装置使该线路的断路器跳闸，