第七章-电气设备的控制与保护

电力工程基础第七章电气设备的控制与保护第七章电气设备的控制与保护概述二次接线与操作电源高压断路器的控制电气设备的保护电力工程基础第七章电气设备的控制与保护第一节概述一组微分方程组描述系统元件及其控制的动态规律一组等式约束一组不等式约束00GiLiSGiLiSPPPQQQminmax.min.max.maxiiiijijfffUUUII一、电力系统的运行条件描述电力工程基础第七章电气设备的控制与保护电力系统的运行条件描述：正常状态等约束和不等约束条件都满足，电力系统在规定的限度内可以长期安全稳定运行。二、电力系统的四种运行状态不正常状态正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。等约束条件满足，部分不等约束条件不满足。负荷潮流越限致使电流升高（过负荷）发电机突然甩负荷引起发电机频率升高；系统出现有功功率缺额引起的频率降低；中性点不接地系统单相接地引起的非接地相电压升高；电力系统发生振荡；电力工程基础第七章电气设备的控制与保护故障状态一次设备运行中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作等原因发生短路、断线。事故系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，造成对用户少送电或电能质量变坏到不能允许的程度，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护正常运行状态不正常运行状态故障状态自动装置调节措施继电保护事故电力工程基础第七章电气设备的控制与保护三、电力系统继电保护的基本任务自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行。反应电气元件的不正常运行状态，根据运行维护的具体条件（例如有无经常值班人员）和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护第二节二次接线与操作电源二次接线二次接线的操作电源二次接线图中的图形符号和文字符号电力工程基础第七章电气设备的控制与保护一、二次接线1.二次接线图的定义二次设备在发电厂和变电所中，对电气一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护，以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的电气设备叫二次设备。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护二次接线图电气二次设备按一定顺序和要求相互连接构成的电路，也称为二次回路。主要包括：监测回路、控制回路、信号回路、保护回路、调节回路、操作电源回路和励磁回路等。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护2.二次接线图的形式原理接线图、展开接线图和安装接线图（1）原理接线图原理接线图(简称原理图)是用来表示继电保护、测量仪表和自动装置等的工作原理的。它以元件的整体形式表示二次设备间的电气联系，并将与其有关的电流、电压回路和直流回路，以及一次接线有关部分综合在一起。这种接线的特点是使看图者对整个装置的构成有一个明确的整体概念。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护6～lOkV线路两相式过电流保护的原理图电力工程基础第七章电气设备的控制与保护原理图中属于一次设备的包括：母线、隔离开关、断路器1、AC相的电流互感器2和线路等。组成过电流保护的二次设备及连接关系是：两只电流继电器3，4的线圈分别串接到对应A、C相电流互感器2的二次侧，其两对常开触点并联后接到时间继电器5的线圈上，时间继电器5延时闭合的常开触点与信号继电器6的线圈串联后，通过断路器常开辅助触点7接到断路器1的跳闸线圈8上。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护对二次接线部分应表示出交流回路的全部，直流回路电源可只标出正、负极。所有电气设备都用国家统一规定的图形符号表示，它们之间的联系应按照实际的连接顺序画出。原理图能给出保护装置和自动装置总体工作概况，它能清楚地表明二次设备中各元件形式、数量、电气联系和动作原理。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护原理图的不足它对于一些细节并未表示清楚。例如未画出各元件的内部接线、元件编号和回路编号。直流电源仅标出电源的极性，没有具体表示出是从哪一组熔断器下面引来的。关于信号在图中只标出了“至信号”而没有画出具体的接线。只有原理图不能进行二次接线的施工，特别对复杂的二次设备，如发生故障，更不易发现和寻找。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护（2）展开接线图展开图是按供电给二次接线每个独立电源来划分的，将每套装置的交流电流回路，交流电压回路和直流回路分开来表示。属于同一仪表或继电器的电流线圈、电压线圈和触点分开画在不同的回路里。为了避免混淆，属于同一元件的线圈和触点采用相同的文字标号。在绘制展开图时，一般是分成交流电流回路、交流电压回路、直流操作回路和信号回路等几个主要组成部分。每一部分又分成许多行。交流回路按A、B、C的相序，直流回路按继电器的动作顺序依次从上到下地排列。在每一回路的右侧通常有文字说明，以便于阅读。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护6～lOkV线路过电流保护展开图电力工程基础第七章电气设备的控制与保护（3）安装接线图是在原理图和展开图的基础上进一步绘制的，主要包括屏面布置图、屏背面接线图和端子排图等三部分。控制电缆联系图与电缆清册也可视为安装接线图的一部分。屏面布置图屏、台、盘上各个设备的排列、布置等根据运行操作的合理性并适当考虑到维护和施工的方便而决定，必须按照设备尺寸和设备之间的距离按比例尺寸进行绘制。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护屏背面接线图它标明了屏上各个设备引出端子之间的连接情况，以及设备与端子排间的连接情况，它是一种指导屏上配线所必需的图纸。图中各个设备都编有一定的顺序号和代号，设备的接线柱上也加以标号，此标号完全与产品上的位置相对应。每个接线柱上还注有明确的去向，即为了说明两设备相互连接的关系，可在甲设备接线柱上标出乙设备接线柱的号，而乙设备接线柱上标出甲设备接线柱的号。简单来说就是“甲编乙的号，乙编甲的号”，表明此甲乙设备对应两接线柱之间要连接起来。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护端子排图端子排图是表示屏上两端相互呼应，需要装设的端子数目、类型及排列次序以及它与屏外设备连接情况的图纸。在端子接线图中，端子的视图应从布线时面对端子的方向。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护电力工程基础第七章电气设备的控制与保护二、二次接线的操作电源分为直流电源和交流电源。所有直流回路均由直流电源供电，而交流回路则由交流电源供电。直流电源目前发电厂中广泛采用蓄电池组(主要是固定型防酸隔爆式的铅酸蓄电池)作为直流操作电源。蓄电池组直流工作电压一般为220V或llOV，有时也采用48V或24V。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护交流电源供电给交流二次设备的电源即为二次交流电源，就是互感器的二次侧。交流电流二次设备均接在电流互感器的二次侧，作为电流互感器的二次负荷，而交流电压二次设备均接在电压互感器的二次侧，作为电压互感器的二次负荷。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护三、二次接线中的图形符号和文字符号图形符号二次接线图中，任何一个设备或元件，须用具有一定特征的图形符号来表示，使接线图清晰实用。文字符号二次接线图中，为了标明各种设备或元件的名称、类型和功能，应在设备或元件的近旁标注上规定的文字符号。有基本文字符号和辅助文字符号。除基本文字符号外，有时还用辅助文字符号来表示电气设备的功能、状态和特征，如“ON”表示闭合，“OFF”表示断开，“RD”表示红色，“GN”表示绿色等，从而使设备更容易辨识。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护过电流继电器低电压继电器过电压继电器常开接点（动合）常闭接点（动断）延时闭合常开接点延时断开常开接点延时闭合常闭接点延时断开常闭接点常开按钮常闭按钮电喇叭信号灯蜂鸣器自动复归按钮二次回路常用标准图形文字符号：电力工程基础第七章电气设备的控制与保护第三节高压断路器的控制控制回路的组成及其分类控制开关和操作机构对断路器控制回路的基本要求断路器控制回路电力工程基础第七章电气设备的控制与保护一、控制回路的组成及其分类高压断路器具有的基本结构:（1）开断装置（2）绝缘支撑（3）传动机构（4）基座（5）操动机构执行接通或断开电路的任务。其核心部分是触头，而是否具有灭弧装置或灭弧能力的大小则决定了开关的开断能力向开断装置提供分、合闸操作的能量，实现各种规定的顺序操作，并维持开关的合闸状态把操动机构提供操作能量及发出的操作命令传递给开断装置支撑固定开断装置，并实现与各结构部分之间的绝缘作用用于支撑、固定和安装开关电器的各结构部分，使之成为一个整体电力工程基础第七章电气设备的控制与保护1.控制回路的组成2.分类按控制方式分就地控制和集中控制按跳合闸回路监视方式分灯光监视和音响监视按操作方式分一对一控制；一对N控制按电压等级分强电控制（220V或110V）、弱电控制（48V或24V）控制元件、控制电缆、操动机构电力工程基础第七章电气设备的控制与保护二、控制开关和操动机构1.控制开关一般采用万能转换开关，在220V强电控制电路中，一般采用LWX1系列强电小型控制开关或LW2系列控制开关。合同期开关手柄可取出、定位，适位手柄内带信号灯，有定有自复机构柄内有灯有自复机构及定位且手有自复机构及定位HLWYLWWLWYZLWZLW22222电力工程基础第七章电气设备的控制与保护LW2—W—2，2，40/F6型开关的触点动作图表电力工程基础第七章电气设备的控制与保护2.操动机构操动机构是带动高压断路器传动机构进行合闸和分闸的机构。依断路器合闸时所用能量形式不同，操动机构可分以下几种：手动机构（CS型）指用人力进行合闸的操动机构构电磁机构（CD型）指用电磁铁合闸的操动机构弹簧机构（CT型）指事先用人力或电动机使弹簧储能实现合闸的弹簧合闸操动机构电动机机构（CJ型）用电动机合闸与分闸的操动机构液压机构（CY型）指用高压油推动活塞实现合闸与分闸的操动机构气动机构（CQ型）指用压缩空气推动活塞实现合闸与分闸的操动机构电力工程基础第七章电气设备的控制与保护三、对断路器控制回路的基本要求断路器的跳、合闸线圈只能短时通电，因此控制电路完成操作后应自动切断电路。应能指示断路器的现有位置状态，并能区分进入该状态的方式：手动操作或自动操作。能监视控制回路自身的完好性，回路故障时应能自动报警。要有防跳功能。即断路器合闸于预伏故障时，继电保护跳闸的同时会自动闭锁合闸回路。保证运行可靠性的同时接线要简单、投资要省。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护四、断路器控制回路断路器的跳、合闸回路防止跳跃的闭锁装置断路器的位置指示灯回路断路器自动跳闸和自动合闸信号装置熔断器和跳、合闸回路完整性的监视装置电力工程基础第七章电气设备的控制与保护1.断路器的跳、合闸回路断路器QF的两个辅助触点：QF1同断路器的状态相反QF2同断路器的状态相同电力工程基础第七章电气设备的控制与保护手动跳闸操作初始状态：QF处于合闸状态，QF1断开，QF2闭合反时针扳动控制开关SA的把手，其接点SA2-4闭合，接通了跳闸回路：+WC→1FU→SA2-4→QF2→Yoff线圈→2FU→-WC使断路器的跳闸电磁铁动作，搭钩脱开而跳闸，与此同时，辅助接点QF1、QF2随之切换，断开跳闸回路，并为合闸回路的操作做好了准备。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护手动合闸操作初始状态：QF处于跳闸状态，QF1闭合，QF2断开顺时针扳动控制开关SA的把手，其接点SA1-3闭合，接通了合闸回路：+WC→1FU→SA1-3→QF1→KMC线圈→2FU→-WC使合闸接触器KMC的线圈通电而动作，KMC的常开触头闭合，接通了合闸线圈回路：+Won→3FU→KMC触头→Yon线圈→KMC触头→4FU→-Won使断路器的合闸电磁铁动作，通过机械传动机构使断路器合闸，断路器合闸后，其辅助接点QF1、QF2切换：QF1断开，切断了合闸操作回路；QF2闭合，准备了跳闸回路。电力工程基础第七章电气设备的控制与保护自