斷路器的控制回路和信號回路

1、前 言此次設計的特點是：對專業(yè)知識進行更好的鞏固與吸收，我們進行了為期八周的畢業(yè)設計。通過三年的學習和兩次簡單的課程設計，為畢業(yè)設計打下了堅實的理論基礎。設計題目“變電站電氣主控制系統(tǒng)二次回路設計”，它主要包括斷路器的控制和信號回路、斷路器控制和信號元件選擇、圖紙設計及分析、設計原則、相關回路的動作過程分析及設計圖紙等幾個部分。通過這次設計鞏固了“發(fā)電廠及變電站二次回路部分”課程的理論知識并掌握了電氣設計基本方法，培養(yǎng)了獨立分析和解決問題的能力，提高了工作能力和工程設計的基本技能。在設計過程中我們不但遇到了不少的難題，同時也發(fā)現(xiàn)了自己知識結(jié)構的薄弱環(huán)節(jié)，但在楊志輝老師精心指導和嚴格要求下圓滿的

2、完成此次設計，在這次設計中我們參考了電力工程電氣設計手冊2、發(fā)電廠及變電站二次回路部分等書籍來完成這次設計，受益匪淺。 摘 要本次設計是 EMBED Equation.DSMT4 變電站電氣主控制系統(tǒng)二次回路設計。著重培養(yǎng)學生對電力系統(tǒng)的基本設計能力，也特別注重培養(yǎng)對三年來所學的綜合應用。通過本次設計，我學習了設計的基本方法，鞏固三年以來學過的知識，培養(yǎng)獨立分析，并加深對變電站的理解。 本次設計歷時十周，查閱了大量的相關資料，在楊志輝老師的支持與幫助下，現(xiàn)已基本完成。在此對老師表示忠心的感謝！本人水平有限，有不足之處請各位老師見諒。關鍵詞 斷路器的控制和信號元件的選擇 回路動作過程 設計圖紙斷

3、路器的控制回路和信號回路一、概述 斷路器的控制回路就是控制（操作）斷路器分、合閘的回路。操作機構有手力式、電磁式和彈簧式。 信號系統(tǒng)是用來指示一次設備運行狀態(tài)的二次系統(tǒng)。分斷路器位置信號、事故信號和預告信號。斷路器的控制回路和信號系統(tǒng)五點要求： 1、完好性 2、切斷分合閘電源 3、指示狀態(tài) 4、有事故跳閘信號，事故跳閘信號回路應按“不對應原理”接線。 5、有預告信號。二、斷路器控制回路的基本要求斷路器的控制回路應滿足下列要求：1、斷路器操作機構中的合、跳閘線圈是按短時通電設計的，故在合、跳閘完成后應自動解除脈沖，切斷合、跳閘回路，以防合、跳閘線圈長時間通電。2、合、跳閘電流脈沖一般應直接作用于

4、斷路器的合、跳閘線圈，但對電磁操作機構，合閘線圈電流很大（35250A左右），須通過合閘接觸器接通合閘線圈。3、無論斷路器是否帶有機械閉鎖，都應具有防止多次合、跳閘的電氣防跳措施。4、斷路器既可利用控制開關進行手動跳閘與合閘，有可由繼電保護合自動裝置自動跳閘與合閘。5、應能監(jiān)視控制電源及合、跳閘回路的完好性；應對二次回路短路或過負載進行保護。6、應有反應斷路器狀態(tài)的位置信號合自動合、跳閘的不同的顯示信號。7、對于采用氣壓、液壓和彈簧操作機構的斷路器，應有壓力是否正常、彈簧是否拉緊到位的監(jiān)視回路合閉鎖回路。8、對于分相操作的斷路器，應有監(jiān)視三相位置是否一致的措施。9、接線應簡單可靠，使用電纜芯數(shù)

5、應盡量少。三、電磁式操作機構斷路器的控制回路和信號回路 電磁操作機構是靠電磁力進行合閘的機構。這種機構結(jié)構簡單，加工方便，運行可靠，是我國斷路器應用較普通的一種操作機構。由于是利用電磁力直接合閘，合閘電流很大，可達幾十安至數(shù)百安，所以合閘回路不能直接利用控制開關觸點接通，必須采用中間接觸器（即合閘接觸器）四、彈簧式操作機構斷路器的控制回路和信號系統(tǒng) 彈簧操作機構是靠預先儲存在彈簧內(nèi)的位能來進行合閘的機構。這種機構不需要配備附加設備，彈簧儲能時耗用功率?。ㄓ?.5kW的電動機儲能），因而合閘電流小，合閘回路可直接用控制開關觸點接通。五、液壓式操作機構的控制回路和信號系統(tǒng)液壓式操作機構是靠壓縮氣體

6、（氮氣）作為能源，一液壓油作為傳遞媒介來進行合閘的機構。此種機構所用的高壓油預先儲存在貯油箱內(nèi)，用功率小（1.5Kw）的電動機帶動油泵運轉(zhuǎn)，將油壓入貯油筒內(nèi)，使預壓縮的氮氣進一步壓縮，從而不僅合閘電流小，合閘回路可直接用控制開關觸點接通，而且壓力高，傳動快，動作準確，出力均勻。型式優(yōu)點缺點手動操作機構1機構簡單、造價低2不需要合閘電源1不能遙控和自動合閘2合閘容量小3就地操作不安全電磁操作機構1結(jié)構簡單，加工容易2運行經(jīng)驗多1需要打功率直流電源2耗費材料多彈簧操作機構1要求電源容量小2交直流電源均可3暫時失去電源仍能操作一次1結(jié)構較復雜2零部件加工精度要求高氣動操作機構1不需要直流電源2暫時失

7、去電源仍能操作多次1需要空壓設備2結(jié)構笨重液壓操作機構1不需要直流電源2失去電源時仍能操作多次3功率大、動作快、操作平穩(wěn)1加工精度要求高2價格高通過比較上述操作機構的優(yōu)缺點，從而選擇了使用液壓操作機構圖中，M721、M722、M723為同步合閘小母線；M7131為控制回路斷線預告小母線；M709、M710為預告信號小母線；SS為同步開關；SA為LW2Z型控制開關；HL1、HL2、H分別為綠燈、紅燈、光字牌；KC1、KC2為三相合閘繼電器和三相跳閘繼電器，它主要是為了實現(xiàn)三相同時手動合閘或跳閘而增設的；KCF1、KCF2、KCF3為U、V、W三相的放跳繼電器；KCC1、KCC2、KCC3、為U、

8、V、W三相的合閘位置繼電器；KCT1、KCT2、KCT3為U、V、W三相的跳閘位置繼電器；YC1、YC2、YC3及YT1、YT2、YT3為U、V、W三相的合、跳閘線圈；KM1、KM2、KM3為U、V、W三相的直流接觸器；KC31、KC32、KC33為U、V、W三相的壓力中間繼電器；KVP1、KVP2為壓力監(jiān)視繼電器；K為綜合重合閘裝置中的重合出口繼電器觸點；K1、K2、K3為綜合重合閘裝置中的分相跳閘繼電器觸點；K4為綜合重合閘裝置中的三相跳閘繼電器觸點；XB為連接片；S1US5U、S1VS5V、S1WS5W為U、V、W三相的微動開關觸點；S6U、S6V、S6W、S7U、S7V、S7W為U、V

9、、W三相的壓力表電觸點。微動開關觸點及壓力表電觸點的動作條件如下表所示表 CY3型液壓分相操作機構微動開關觸點及壓力表電觸點的動作條件觸點符號S1S2S3S4S5S6S7動作條件23.5閉合 23閉合 20.1斷開19.1斷開21.6斷開12.7閉合28.4閉合1、斷路器的手動控制。需要在同步條件下才能合閘的斷路器，其合閘回路都經(jīng)同步開關SS的觸點加以控制。當該斷路器的同步開關SS在“工作”(即圖中的“W”)位置時，其觸點1-3，5-7閉合，斷路器才有可能合閘。 當同步斷路器滿足同步條件進行合閘操作時，將控制開關SA置于“合閘”位置，其觸點5-8接通，三相合閘繼電器KC1的電壓線圈經(jīng)壓力檢查繼

10、電器KVP1的兩對常開觸點接通電源，KC1得電動作，接在U、V、W三相合閘回路的常開觸點KC1均閉合，且每相經(jīng)KC1的電流線圈（自保持）、防跳繼電器的常閉觸點、斷路器的輔助常閉觸點及合閘線圈，形成通路，是斷路器三相同時合閘。三相合閘后，斷路器三相輔助常閉觸點QFU、QFV、QFW斷開，切斷三相合閘回路；三相輔助常開觸點QFU、QFV、QFW閉合，使三相的合閘位置繼電器KCC1、KCC2、KCC3的線圈經(jīng)壓力監(jiān)視繼電器KVP2的常開觸點接電源而帶電；控制開關自動復歸至“合閘后”位置，由正電源（+）經(jīng)SA的觸點16-13、紅燈HL2及附加電阻R、合閘位置繼電器的三相常開觸點KCC1、KCC2、KC

11、C3至負電源（），形成通路，紅燈發(fā)平光。 由于液壓操作機構的斷路器在液壓低時，即不允許合閘也不允許跳閘，所以在三相合閘和跳閘回路中串入壓力監(jiān)視繼電器的常開觸點KVP1和KVP2（使用兩對觸點并聯(lián)，以增加可靠性）。 進行斷路器跳閘操作時，將控制開關SA置于“跳閘”位置,其觸點6-7接通，三相跳閘繼電器KC2的電壓線圈帶電，接在U、V、W三相跳閘回路的常開觸點KC2均閉合，且每相經(jīng)KC2的電流線圈、防跳繼電器的電流線圈，斷路器的輔助常開觸點、跳閘線圈及壓力監(jiān)察繼電器的常開觸點KVP2，形成通路，使斷路器三相同時跳閘。三相跳閘后，斷路器的三相輔助常開觸點QFU、QFV、QFW斷開，切斷三相跳閘回路，

12、三相輔助常開觸點QFU、QFV、QFW閉合，使三相的跳閘位置繼電器KCT1、KCT2、KCT3線圈帶電，控制開關自動復歸至“跳閘后”位置，有正電源（+）經(jīng)SA的觸點11-10，綠燈HL1及附加電阻R，跳閘位置繼電器的常開觸點KCT1或KCT2或KCT3至負電源（），形成通路，綠燈發(fā)平光。2、斷路器的自動控制。綜合重合閘裝置要求正常操作采用三相式，單相接地故障則單相跳閘和單相重合；兩相接地及相間短路故障則三相跳閘和三相重合。 當發(fā)生但相接地故障時，綜合重合閘裝置中故障相的分相跳閘繼電器動作，其觸點K1或K2或K3閉合，相應故障相跳閘線圈YT1、YT2、YT3通電，故障相跳閘。故障相跳閘后，啟動重

13、合閘出口中間繼電器K，其常開觸點閉合，使三相合閘繼電器KC1啟動，發(fā)出三相合閘脈沖。但在分相合閘回路中，只有故障相的斷路器輔助常閉觸點QFU或QFV或QFW閉合，因而只有故障相U或V或W自動重合。若故障為瞬時性故障，則重合閘成功。若為永久性故障，則接于綜合重合閘M或N端子上的保護動作，使綜合重合閘中的三相跳閘繼電器動作，其常開觸點K4閉合，啟動三相跳閘繼電器KC2，實現(xiàn)斷路器三相跳閘。 當發(fā)生兩相接地、兩相短路及三相短路故障時，綜合重合閘裝置中的三相跳閘繼電器動作，其觸點K4閉合，啟動三相跳閘繼電器KC2，實現(xiàn)三相同時跳閘。同理，三相跳閘后，啟動重合閘出口中間繼電器K，及三相合閘繼電器KC1，

14、實現(xiàn)三相同時重合。 任一相斷路器事故跳閘時，該相的跳閘位置繼電器都動作，相應的常開觸點KCT1或KCT2或KCT3閉合，且與SA的觸點1-3、19-17串聯(lián)，發(fā)事故音響信號。當斷路器出現(xiàn)三相位置不一致時，如U相跳閘，V、W兩相合閘，則常開觸點KCT1、KCT2、KCT3閉合，接通預告信號回路，一方面光字牌H亮，一方面發(fā)音響信號。當控制回路斷線時，常閉觸點KCT1、KCT2、KCT3閉合，發(fā)控制回路斷線信號。3、斷路器的液壓監(jiān)視及控制。當油壓低于19.1Mpa時，微動開關觸點S4U、S4V、S4W斷開，壓力監(jiān)視繼電器KVP2線圈失電，其兩對常開觸點斷開，切斷跳閘回路；當油壓低于20.1Mpa時，

15、微動開關觸點S3U、S3V、S3W斷開，壓力監(jiān)視繼電器KVP1線圈失電，其兩對常開觸點斷開，切斷合閘回路。 當油壓低于23Mpa時，微動開關觸點S2U、S2V、S2W閉合，啟動直流接觸器KM1、KM2、KM3，三相油泵電動機啟動，當油壓高至23.5Mpa時，微動開關觸點S14U、S1V、S1W斷開，切斷接觸器的自保持回路，三相油泵電動機停止運轉(zhuǎn)。 當油壓低于21.6Mpa時，微動開關觸點S5U、S5V、S5W斷開，對綜合重合閘實行閉鎖。六、斷路器控制方式斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開關設備，在正常運行時斷路器可以接通和切斷電氣設備的負荷電流，在系統(tǒng)發(fā)生故障時則能可靠地切斷短路電流。斷路器一般由動

16、觸頭、靜觸頭、滅弧裝置、操動機構及絕緣支架等構成。為實現(xiàn)斷路器的自動控制，在操動機構中還有與斷路器的傳動軸聯(lián)動的輔助觸頭。斷路器的控制方式有多種，分述如下。1按控制地點分斷路器的控制方式接控制地點分為集中控制和就地（分散）控制兩種。（1）集中控制。在主控制室的控制臺上，用控制開關或按鈕通過控制電纜去接通或斷開斷路器的跳、合閘線圈，對斷路器進行控制。一般對發(fā)電機、主變壓器、母線、斷路器、廠用變壓器35kV以上線路等主要設備都采用集中控制。 （2）就地（分散）控制。在斷路器安裝地點（配電現(xiàn)場）就地對斷路器進行跳、合閘操作（可電動或手動）。一般對10kV線路以及廠用電動機等采用就地控制，可大大減少主

17、控制室的占地面積和控制電纜數(shù)。三、控制開關 控制開關又稱萬能轉(zhuǎn)換開關，是由運行人員手動操作，發(fā)出控制命令使斷路器進行跳、合閘的裝置。發(fā)電廠和變電所常用的控制開關為LW系列自動復位的控制開關，有三種類型：（1）LW2系列控制開關：是跳、合閘操作都分兩步進行，手柄和觸點盒有兩個固定位置和兩個操作位置的封閉式控制開關。此種開關常用于火電廠和有人值班的變電所中。 （2）LW1系列控制開關：是跳、合閘操作只用一步，其手柄和觸點只有一個固定位置和兩個操作位置的控制開關。此種開關常用于無人值班的變電所和水電站中。（3）LWX系列強電小型控制開關：其跳、合閘為一步進行，近年來在各種集控臺的控制和300MW以上

18、機組的分控室中已被廣泛應用。下面以LW2型控制開關為例說明控制開關的結(jié)構及作用。在這次設計中，我選擇了LW2型控制開關。此開關有兩個固定位置（垂直和水平）和兩個操作位置（由垂直位置再順時針轉(zhuǎn)45。和由水平位置再逆時針轉(zhuǎn)45）由于具有自由行程，所以控制開關的觸點位置共有六種狀態(tài)，即“預備合閘”、“合閘”、“合閘后”、“預備跳閘”、“跳閘”、“跳閘后”。操作方法為：當斷路器為斷開裝態(tài)，操作手柄置于“跳閘后”的水平位置，需進行合閘操作時，首先將手柄順時針旋轉(zhuǎn)45至“合閘”位置，此時常開觸點閉合，發(fā)合閘脈沖，斷路器合閘后，松開手柄，操作手柄在復位彈簧的作用下，自動返回至“合閘后”的垂直位置，進行跳閘操

19、作時，是將操作手柄從“合閘后”的垂直位置逆時針轉(zhuǎn)90至“預備跳閘”位置，再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45至“跳閘”位置，此時常閉觸點打開，發(fā)跳閘脈沖。斷路器跳閘后，松開手柄使其自動復歸至“跳閘后”的水平位置。這樣，合、跳閘操作分兩步進行，可以防止誤操作。2按控制電源電壓分斷路器的控制方式接控制電源電壓分為強電控制和弱電控制兩種。 （1）強電控制。從斷路器的控制開關到其操作機構的工作電壓均為直流 110V或 220V。 （2）弱電控制?？刂崎_關的工作電壓是弱電（直流48V），而斷路器的操動機構的電壓是220V。目前在500kV變電所二次設備分散布置時，在主控室常采用弱電一對一控制。3按控制電源的性質(zhì)分 斷路器的控

20、制方式按控制電源的性質(zhì)可分為直流操作和交流操作（包括整流操作）兩種。 直流操作一般采用蓄電池組供電；交流操作一般是由電流互感器、電壓互感器或所用變壓器提供電源。4熔斷器的選擇（1）熔斷器的安秒特性 熔斷器的動作是靠熔體的熔斷來實現(xiàn)的，當電流較大時，熔體熔斷所需的時間就較短。而電流較小時，熔體熔斷所需用的時間就較長，甚至不會熔斷。因此對熔體來說，其動作電流和動作時間特性即熔斷器的安秒特性，為反時限特性，如圖所示。圖 熔斷器的安秒特性每一熔體都有一最小熔化電流。相應于不同的溫度，最小熔化電流也不同。雖然該電流受外界環(huán)境的影響，但在實際應用中可以不加考慮。一般定義熔體的最小熔斷電流與熔體的額定電流之

21、比為最小熔化系數(shù)，常用熔體的熔化系數(shù)大于1.25，也就是說額定電流為10A的熔體在電流12.5A以下時不會熔斷。熔斷電流與熔斷時間之間的關系如表1-2所示。從這里可以看出，熔斷器只能起到短路保護作用，不能起過載保護作用。如確需在過載保護中使用，必須降低其使用的額定電流，如8A的熔體用于10A的電路中，作短路保護兼作過載保護用，但此時的過載保護特性并不理想。表1-2 熔斷電流與熔斷時間之間的關系 （2）熔斷器的選擇 主要依據(jù)負載的保護特性和短路電流的大小選擇熔斷器的類型。對于容量小的電動機和照明支線，常采用熔斷器作為過載及短路保護，因而希望熔體的熔化系數(shù)適當小些。通常選用鉛錫合金熔體的RQA系列

22、熔斷器。對于較大容量的電動機和照明干線，則應著重考慮短路保護和分斷能力。通常選用具有較高分斷能力的RM10和RL1系列的熔斷器；當短路電流很大時，宜采用具有限流作用的RT0和RTl2系列的熔斷器熔體的額定電流可按以下方法選擇：1、保護無起動過程的平穩(wěn)負載如照明線路、電阻、電爐等時，熔體額定電流略大于或等于負荷電路中的額定電流。2、保護單臺長期工作的電機熔體電流可按最大起動電流選取，也可按下式選?。篒RN (1.52.5)IN 式中IRN-熔體額定電流；IN-電動機額定電流。如果電動機頻繁起動，式中系數(shù)可適當加大至33.5，具體應根據(jù)實際情況而定。3、保護多臺長期工作的電機（供電干線）IRN (

23、1.52.5)IN max+ININ max-容量最大單臺電機的額定電流。IN其余.電動機額定電流之和。（3）熔斷器的級間配合 為防止發(fā)生越級熔斷、擴大事故范圍，上、下級(即供電干、支線)線路的熔斷器間應有良好配合。選用時，應使上級(供電干線)熔斷器的熔體額定電流比下級(供電支線)的大12個級差。常用的熔斷器有管式熔斷器R1系列、螺旋式熔斷器RLl系列、填料封閉式熔斷器RT0系列及快速熔斷器RSO、RS3系列等。 電纜線的選擇交流電力線指的是配電工程中的低壓電力線。一般選擇的依據(jù)有以下四種：1、按機械強度允許的導線最小截面選擇2、按允許溫升來選擇3、 按經(jīng)濟電流密度選擇4、 按允許電壓損失選擇

24、通信中常用的主要是低壓動力線，因其負荷電流較大，一般應按照發(fā)熱（溫升）條件來選擇。因為如果不加限制的話，導線的絕緣就會隨溫度升高迅速老化和損壞，嚴重時會引發(fā)電氣火災。對于220V單相交流電1、 IP/220 P為所帶設備功率2、電源線面積SI/2.5（mm2）對于380V三相交流電1、I=P/(380*3*功率因數(shù))2、相線截面積S相=I/2.5（mm2）3、零線截面積S零=1.7S相同步系統(tǒng) 眾所周知，同步操作（或同步并列）是將同步發(fā)電機投入電力系統(tǒng)參加同步并列運行的操作。同步操作是借助于同步電壓和同步裝置實現(xiàn)的。在發(fā)電廠和變電站中，通常把反應同步裝置和同步電壓連接關系的回路稱為同步系統(tǒng)。

25、同步操作是一項很重要的操作，若誤操作會造成非同步并列（即步滿足并列條件的并列），給電力系統(tǒng)帶來及其嚴重的后果：可能產(chǎn)生巨大的沖擊電流；引起電力系統(tǒng)電壓嚴重下降；可能使電力系統(tǒng)發(fā)生震蕩甚至瓦解。而巨大的沖擊電流將產(chǎn)生強大的電動力，可能對電氣設備造成嚴重的損壞。 對同步并列的基本要求：（1）、并列時，沖擊電流和沖擊力矩不應超過允許值；（2）、并列后，發(fā)電機應能迅速拉入同步。同步并列的方法：自同步并列、準同步并列1、 自同步并列自同步并列，是將待并發(fā)電機轉(zhuǎn)速升至接近同步轉(zhuǎn)速時，就把待并發(fā)電機投入系統(tǒng)，然后在給發(fā)電機加勵磁，使發(fā)電機自行拉入同步。自同步并列的特點是并列過程迅速；操作簡單，減少了誤操作的

26、可能性；易于實現(xiàn)操作過程自動化。但是，并列時沖擊電流較大，會引起電力系統(tǒng)電壓暫時降低。因此有關規(guī)程規(guī)定：對于單機容量在100MW以下的汽輪發(fā)電機，當最大沖擊電力周期分量I步超過額定電力的0.74/xd倍時，才允許采用自同步并列；對于各種容量的水輪發(fā)電機和同步調(diào)相機，可采用自同步并列；對兩個系統(tǒng)之間的并列則步能采用自同步并列。2、 準同步并列準同步并列操作是將待并發(fā)電機轉(zhuǎn)速升至同步轉(zhuǎn)速后加勵磁，當發(fā)電機（或待并系統(tǒng)）頻率、電壓相角、電壓大小分別與運行系統(tǒng)頻率、電壓相角、電壓大小接近相同時，把待并發(fā)電機（或待并系統(tǒng)）投入系統(tǒng)，即合上相應的斷路器。準同步并列的特點是并列時間較長，還可能由于操作人員失誤，發(fā)生誤動作，而造成非同步并列。但是由于并列時沖擊電流小，不會引起系統(tǒng)電壓降低，從而獲得廣泛的應用。準同步并列不僅適用于發(fā)電機并入系統(tǒng)，而且也適用于兩個系統(tǒng)之間的并列，所以變電站都采用準同步并列。手動準同步并列電路手動準