电力工程基础 变电所监控系统和自动装置 第一版

电力工程基础第七章变电所监控系统和自动装置22021/6/23第七章变电所的监控系统和自动装置7.1变电所的操作电源7.2变电所的控制回路7.3变电所的信号回路7.4绝缘监察装置和测量仪表7.5变电所常用自动装置7.6变电站综合自动化简介32021/6/237.1变电所的操作电源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。一、概述可分为直流操作电源和交流操作电源两大类。二、直流操作电源1.由蓄电池供电的直流操作电源优点：蓄电池的电压与被保护的网络电压无关。缺点：需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。42021/6/237.1变电所的操作电源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（图7-1）C21220V硅整流电容储能式直流系统接线图7-1｛保护21｛｛｛｛｛回路信号｛ⅡⅠ容器组补偿电-+(+)V2V1V4AKVR0FU220VU2U1T2T1CR380/220VNCBARCFUAV31R保护操作回路10kV合闸35kV合闸视装置绝缘监闪光装置C容器组补偿电合闸110kV硅整流器U1：采用三相桥式整流。硅整流器U2：采用单相桥式整流。正常运行时由整流器供电，当系统发生故障时，利用电容器C1和C2的储能使断路器跳闸。52021/6/237.1变电所的操作电源复式整流装置（图7-2）6～35kV二次回路QSFUTVQF图7-2复式整流装置接线示意图稳压器铁磁谐振稳压器铁磁谐振QSTA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。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”（电流互感器）供电。三、交流操作电源优点：投资小、接线简单可靠、运行维护方便。缺点：不适用于较复杂的继电保护、自动装置及其它二次回路等。62021/6/237.1变电所的操作电源操作保护接线图直接动作式的交流图7-3TAYR(KA)QFI2.利用继电器常闭触点去分流跳闸线圈方式（图7-4）交流操作保护接线图去分闸跳闸方式的图7-4TAKAYRIQF3.利用速饱和变流器的接线方式（图7-5）正常运行时，电流继电器KA的常闭触点将跳闸线圈YR短接，断路器不会跳闸。当一次电路发生短路时，继电器动作，其常闭触点断开，电流互感器的二次侧短路电流流入跳闸线圈而使断路器跳闸。正常运行时电流继电器KA不动作，其常开触点是断开的，速饱和变流器TAM的二次侧处于开路状态，断路器不会跳闸。当一次电路发生短路时，电流继电器动作，其常开触点闭合，使断路器跳闸。交流操作保护接线图7-5利用速饱和变流器的图TAMYRIQFTAKA利用操作机构内的跳闸线圈YR直接动作于跳闸，不需另外装设继电器，设备少，接线简单。1.直接动作式（见图7-3）72021/6/237.1变电所的操作电源采用速饱和变流器的目的：当短路时限制流入跳闸线圈的电流；减小电流互感器的二次负荷阻抗。缺点：接线较复杂，所用的电器较多。一般只有当继电器容量不够时才采用。速饱和变流器与电流互感器的区别：电流互感器的二次侧不允许开路；速饱和变流器可以在开路下使用。速饱和变流器二次线圈匝数较少，不会感应出很高的感应电压。82021/6/237.2变电所的控制回路一、概述控制回路是由控制开关和控制对象（断路器、隔离开关）的操作机构组成的。其作用是对一次开关设备进行“跳”、“合”闸操作。集中控制（远方控制）：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。断路器的控制分为集中控制和就地控制两类：92021/6/237.2变电所的控制回路对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；102021/6/237.2变电所的控制回路二、控制开关控制开关又称为“万能转换开关”，是对断路器进行分、合闸控制的操作元件。目前变电所多采用LW2型控制开关，它共有六个位置：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：预备跳闸→跳闸→跳闸后LW2型控制开关的触点图表:见表7-1。112021/6/237.2变电所的控制回路三、灯光监视的断路器控制回路和信号回路图7-6为灯光监视的断路器控制回路和信号回路原理图。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，由表7-1知，SA10-11接通，则+WC→SA10-11→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC绿灯亮既表明断路器处于跳闸位置，也表明断路器合闸回路是完好的。绿灯HLG亮“预备合闸”：由表7-1知，触点SA9-10与SA13-14接通，此时+WF→SA9-10→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC绿灯闪光绿灯闪光表明断路器准备合闸，以提醒运行人员核对操作是否正确。122021/6/23“合闸”（不松手）：由表7-1知，SA5-8、SA17-19和SA16-13接通，则7.2变电所的控制回路+WC→SA5-8→KLB2→QF1-2→KO→-WCQF合闸+WC→SA16-13→HLR→R2→KLB（I）→QF3-4→YR→-WC红灯HLR亮红灯亮既表明断路器处于合闸位置，也表明断路器跳闸回路是完好的。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，则+WF→SA14-15→HLR→R2→KLB（I）→QF3-4→YR→-WC红灯闪光控制台上，红灯在闪光，表明断路器是自动合闸的，只有将SA手柄转到“合闸后”位置，红灯才变为平光。132021/6/237.2变电所的控制回路2.跳闸过程手动跳闸：“预备跳闸”：由表7-1知，触点SA13-14接通，此时+WF→SA13-14→HLR→R2→KLB（I）→QF3-4→YR→-WC红灯闪光红灯闪光表明断路器准备跳闸，以提醒运行人员核对操作是否正确。“跳闸”（不松手）：由表7-1知，SA6-7、SA10-11接通，则+WC→SA6-7→KLB（I）→QF3-4→YR→-WCQF跳闸+WC→SA10-11→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC松开手柄，SA自动回到“跳闸后”的位置，绿灯继续发光。绿灯亮142021/6/237.2变电所的控制回路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，则+WF→SA9-10→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC绿灯闪光+WS→HA→R3→SA1-3→SA19-17→QF5-6→-WS发出音响信号绿灯闪光，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。152021/6/23124353126347-6灯光监视的断路器控制回路和信号回路原理图图---QF6KOKM0QF4HLRHLGQFKLB2KLBFU2FU13RR21R4RSASA132231132171913231HA+WSWSWASKOWOYO+WOKSKLB5YRWCUKLB1KM176131614151291011+WCKO+WFI23113285SAKLB图中：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：蜂鸣器右侧“1”、“2”、“3”表示操作手柄在“预备合闸”、“合闸”和“合闸后”位置左侧“1”、“2”、“3”表示操作手柄在“预备跳闸”、“跳闸”和“跳闸后”位置162021/6/237.2变电所的控制回路四、闪光电源的构成DX-3型闪光继电器的内部结构与接线如图7-7所示。347-7图DX-3由型闪光继电器构成的闪光电源KFCQF2HLW3RYRSBR2HLR14151094RWC-+WF+WCKO1SAKFHLGR1QFFU1FU2KF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。自动跳闸、自动合闸、“预备合闸”和“预备跳闸”时，都能起动闪光继电器，使相应指示灯发出闪光。172021/6/237.3变电所的信号回路一、概述信号装置的分类：断路器位置信号：用来指示断路器正常工作的位置状态，一般用红灯亮表示断路器处于合闸位置；绿灯亮表示断路器处于跳闸位置。事故信号：用来指示断路器事故跳闸时的状态，包括灯光信号（绿灯闪光）和音响信号（蜂鸣器）。预告信号：用来指示运行设备出现不正常运行时的报警信号包括音响信号（电铃）和光字牌。其中，事故信号和预告信号通常称为中央信号，它们集中装设在中央信号屏上。182021/6/237.3变电所的信号回路二、事故信号装置1．简单的事故信号装置就地复归的事故音响信号装置（图7-8）图7-8就地复归的事故音响信号装置接线图QF21319SA2SA217QF1-WS1SA13SA11719HA+WSWAS缺点：在解除事故音响信号的同时，闪光信号也被解除了，不利于值班人员处理事故。任一台断路器自动跳闸后，蜂鸣器（电笛）HA发出音响。将SA手柄将转到“跳闸后”位置，即可解除事故音响信号。就地复归是通过解除断路器不对应起动回路来解除音响信号。192021/6/237.3变电所的信号回路中央复归不能重复动作的的事故音响信号装置（图7-9）4321图7-9中央复归不能重复动作的事故音响信号装置接线图SB2SB1KMKMKMQF1QF2WS-1319SA1SA1HAWAS+WS17193117SA2SA2SB1：试验按钮SB2：解除按钮任一台断路器自动跳闸时，即会发出事故音响信号。按一下SB2按钮，便会解除音响信号，但控制屏上的闪光信号却继续保留。缺点：不能重复动作。即当一断路器启动事故信号并中央复归后，又一断路器自动跳闸，音响不能再次启动。202021/6/237.3变电所的信号回路中央复归能重复动作的的事故音响信号装置（图7-10）654321图7-10中央复归能重复动作的事故音响信号装置接线图-RRQF21717QF1SA1SA231131919SA2SA1KM1KM1KM1KTKM2KTHASB2KM21RSB1WSKM1KRKRTAIV2V1CWAS+WSTA：脉冲变流器KR：干簧继电器SB1：试验按钮SB2：解除按钮V1和C的作用：抗干扰作用V2的作用：单向旁路作用212021/6/237.3变电所的信号回路工作原理：音响起动过程：一台断路器事故跳闸时，TA的一次侧电流突增，其二次侧感应电势使KR动作→起动KM1→KM11-2闭合实现自保持→KM13-4闭合→起动蜂鸣器HA，发出音响。复归过程：触点KM15-6闭合→起动KT→经KT整定的时间后自动解除事故音响信号，将整套信号装置复归。重复动作原理：第二台断路器跳闸时，由于在每一个并联支路中都有串联电阻R，每多并联一个支路，都将引起TA一次绕组中的电流产生变化，在二次绕组中感应电势，使干簧继电器KR再次动作并启动音响信号装置。中央复归是在主控台上通过按钮或自动解除音响信号。222021/6/237.3变电所的信号回路三、