備用電源自動投入裝置及接線方式

1、洛陽理工學院備用電源自動投入裝置 原理及接線方式專 業(yè)： 電氣工程及其自動化專業(yè)班 級： 電氣 35 班學 號： B12043506學生姓名： 皇甫曉曉完成時間： 2013 年 11 月 15 日電力系統(tǒng)自動裝置課程論文評分表序號評分項分數(shù)1論 文的結構 與格式15分2語言組織 10 分3切題（符合課程） 25分4內(nèi)容合理能用 20論文總成績摘要隨著經(jīng)濟建設的發(fā)股，我國電力系統(tǒng)的規(guī)模日益擴大，發(fā)電設備的容量也 相應增大系統(tǒng)運行方式的變化越來越頻繁。為了更好地保證電力系統(tǒng)的安全、 經(jīng)濟運行并保證電能質(zhì)量，電力系統(tǒng)自動裝置及其技術得到廣泛應用并日益發(fā) 展，同時也促進電力系統(tǒng)自動控制技術的不斷提高。

2、與其他產(chǎn)品不同，電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和消耗在同一時刻完成，遵循功 率平衡原則。所以發(fā)電廠、 變電所、輸配電線路和用戶構成的電力系統(tǒng)是一個有 機的整體，在運行中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行， 嚴重時會造成惡性事故，導致整個系統(tǒng)崩潰。為了取得更大的經(jīng)濟效益， 電力網(wǎng)規(guī)模越來越龐大、 發(fā)電機容量也越來越大， 因此為了滿足電力系統(tǒng)運行的要求， 電力系統(tǒng)必須借助于自動裝置來完成別電力 系統(tǒng)及其設備監(jiān)視、 控制、保護和信息傳遞。 因此自動化技術就成了必不可少的 手段。二、電力系統(tǒng)自動控制的總目標和主要內(nèi)容電力系統(tǒng)自動控制酌總目標是： 保證供電質(zhì)量， 提高供電的可靠性， 實現(xiàn)電 力系

3、統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行。 為了實現(xiàn)這個總目標， 電力系統(tǒng)自動控制的任務有以下 幾個方面。1 電力系統(tǒng)自動監(jiān)視和控制2 電廠動力機械自動控制3 電力系統(tǒng)主要電力設備的自動控制 近年來，由于控制理論、信息淪等方面的成就，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電子 器件不斷推出； 計算機技術和數(shù)據(jù)通信技術的發(fā)展， 自動控制技術正發(fā)生著日新 月異的變化；計算機控制技術在電力系統(tǒng)自動裝置中得到廣泛應用。 關鍵詞 ：電力系統(tǒng) 自動控制 可靠性引言在電力系統(tǒng)中 很多用戶和用電設備是由單電源的輻射形網(wǎng)絡供電的。 當供 電電源由于某些原因而斷開時，則連接在它上面的用戶和用電設備將失去電源， 從而使正常工作遭到破壞， 給生產(chǎn)和生活造成不

4、同程度的損失。 為了消除或減少 損失保證用戶不間斷供電， 在發(fā)電廠和變電所中廣泛采用了備用電源自動投入 裝置。備用電源自動投入裝置是指當工作電源因故障被斷開以后， 能迅速自動地將 備用電源投入或?qū)⒂秒娫O備自動切換到備用電源上去， 使用戶不至于停電的一種 自動裝置，簡稱備自投或 BZT裝置。一般在下列情況下裝設：(1) 發(fā)電廠的廠用電和變電所的所用電。(2) 有雙電源供電的變電所和配電所，其中一個電源經(jīng)常斷開作為備用。(3) 降壓變電所內(nèi)裝有備用變壓器或互為備用的母線段。(4) 生產(chǎn)過程中某些重要的備用機組，如給水泵、循環(huán)水泵等。 在電力系統(tǒng)中， 不少重要用戶是個允許停電的。 因此常設置兩個或兩

5、個以上 的獨立電源供電，一個工作，另一個備用，或互為備用。當丁作電源消失時，備 用電源的投入， 可以用手動操作， 也可以用 BZT裝置自動操作。 手動操作動作較 慢，中斷供電時間較長， 對正常生產(chǎn)和生活有一定影響， 對生產(chǎn)工藝不允許停電 的場合，手動投入備用電源往往不能滿足要求。 采用 BZT裝置自動投入， 中斷供 電時間只是自動裝置的動作時間，時間很短，只有幾秒，對生產(chǎn)無明顯影響，故 BZT裝置可大大提高供電可靠性。1 備用電源自動投入裝置11 備用方式BZT 裝置從其電源備用方式上可以分成兩大類 : 明備用和暗備用。圖 1-1 為 應用 BZT裝置的幾種電氣接線舉例。在圖 l 1(a) 中

6、，正常工作時，斷路器 lQF、 2QF、 6QF、7QF臺上運行，變 壓器 T1、T2 處于通電工作狀態(tài)，向母線、供電；斷路器 3QF、4QF、5QF斷 開運行，變壓器乃處于備用狀態(tài)。當 Tl( 或 T2) 故障時，其兩側斷路器 lQF、2QL ( 或 6QF、7QF)由變壓器的繼電保護動作而跳閘， 然后 BZT裝置動作，將 3QF、4QF(或 3QF、5QF)迅速合閘， I 段(或 g段)母線即由仍恢復供電。這種設有可見的專用 備用變壓器或備用母線的情況，稱為“明備用”。圖 1 1(b)- 圖 1l(d) 均同 明備用方式。暗備用方式圖 1 1 應用 BZT裝置的一次接線舉例在圖 l l(f

7、) 中正常運行時，斷路器 lQF、2QF、4QF、5QF合上運行， 3QF斷開 運行，兩臺工作變壓器 T1、T2分別向 I 、II 段母線供電，母線分段運行；當變 壓器 T1發(fā)生故障時， T1的繼電保護動作，將 1QF和 2QF跳閘，然后 BZT裝置動 作，將 3QF投入， I 段緝線負荷即轉(zhuǎn)移出變壓器 T2供電；同樣，書變壓器 T2發(fā) 生故障時， T2的繼電保護動作將 4QF和 5QF跳閘、 BZT裝置使 3QF投入， II 段 母線轉(zhuǎn)由變壓器 Tl 供電。這種互為備用的方式稱為“暗備用”暗備用的每臺 變壓器容量， 都應按兩分段母線上的總負荷來考慮， 否則在 BZT裝置動作后會造 成過負荷運

8、行， 當然在實際應用上可考慮變壓器允許的暫時過負荷能力， 變壓器 容量可選得比總負荷小些， 在 BZT裝置動作后及時采取措施， 停止次要負荷的供 電，以免變壓器長期過負荷的運行。圖 11中(e) 圖也屬暗備用方式。從上述接線圖的工作情況可見， 如果采用手動切換， 動作侵， 中斷供電時間 較長。如不采用 BZT裝置要想達到同樣的供電可靠性， 同一母線必須由兩路電 源供電或由兩臺變壓器并聯(lián)運行， 這樣勢必造成繼電保護裝置復雜， 短路電流增 大，設備投資增加等。因此，BZT裝置的采用是一種安全、 經(jīng)濟的措施，采用 BZT 裝置后，有如下優(yōu)點：(1) 提高供電的可靠性，節(jié)省建設投資(2) 簡化繼電保護

9、， 因為采用了 BZT裝置后，環(huán)形網(wǎng)絡可以開環(huán)運行 , 變壓器 可以分裂運行等，這樣，就可以來用方案相對簡單的繼電保護裝置。(3) 限制短路電流，提高母線殘余電壓。在受端變電所，如果采用開環(huán)運行 和變壓器分裂運行， 將使短路電流受到一定限制， 不需要再裝出線電抗器， 這樣， 既節(jié)省了投資，又使運行維護方便。由于 BZT裝置可以大大提高供電的可靠性和連續(xù)性的廣用電系統(tǒng)和廠礦企 業(yè)的變、配電所的所用電系統(tǒng)中：1.2 對備用電源自動投入裝置的基本要求BZT 裝置應滿足下列基本要求：1 工作母線突然失壓時 BZT 裝置應能動作工作母繪突然失去電壓， 主要原因有： 工作變壓器發(fā)生故障， 繼電保護動 作，

10、使兩側斷路器跳間； 工作母線上的饋電線發(fā)生短路， 沒有被線路保護瞬時 切斷，引起變壓器斷路器斷開；工作母線本身故障，繼電保護使斷路器跳閘； 工作電源斷路器操作回路故障跳間； 工作電源突然停止供電， 誤操作造成 工作變壓器退出。 這些原因都不是正常跳閘的失壓， 都應使 BZT裝置動作， 使備 用電源迅速投入恢復供電。2工作電源先切，備用電源后投 主要目的是提高備用電源自動投入裝置動作的成功率： 假如工作電源發(fā)生故 障，工作斷路器尚未斷開時 就投入備用電源， 也就是將備用電源投入到故障元 件上，這樣就勢必擴大事故，加重故障設備的損壞程度；另外，備用電源與工作 電源不是取自同一點， 往往存在電壓差或

11、相位差， 只有工作電源先切， 備用電源 后投才能避免發(fā)生非同期并列。 實現(xiàn)這一要求的主要措施是： 備用電源必須判斷 工作電源斷路器切實斷開， 工作段母線無電壓， 才允許備用電源合閘， 比如備用 電源斷路器的合閘部分應該由工作電源斷路器的常閉輔助觸點來起動。3BZT 裝置只動作一次、動作對應發(fā)出信號 當工作母線發(fā)生持續(xù)性短路故障或引出線上發(fā)生未被出線斷路器斷開的持 續(xù)性短路故障時， 備用電源第一次投入后， 由于故障仍然存在， 繼電保護裝置動 作，將備用電源眺開，此時工作母線又失壓，若再次將備用電源投入，就會擴大 事故，對系統(tǒng)造成不必要的沖擊。 為了解決這一問題， 就需控制備用電源或設備 斷路器的

12、合閘脈沖，使它只能合閘一次。4BZT 裝置動作過程應使負荷中斷供電的時間盡可能短 工作母線失壓到備用電源投入， 這段時間為中斷供電時間。 停電時間短， 對 電動機自起動是有利的。停電時間短，電動機未完全制動，則在 BZT 裝置動作， 恢復供電時，電動機自起動較容易；但停電時間過短，電動機殘壓可能較高，當 BZT 裝置動作時，會產(chǎn)生過大的電流和沖擊力矩，導致電動機的損傷。因此， 裝有高壓大容量電動機的廠用電母線，中斷供電的時間應在 1s 以上。對于低壓 電動機，因轉(zhuǎn)子電流衰減極快，這種問題并不突出。同時為使 BZT 裝置動作成 功，故障點應有一定的電弧熄滅去游離時間， 在一般情況下， 備用電源或

13、備用設 備斷路器的合閘時間， 已大于故障點的去游離時間， 因而可不考慮故障點的去游 離時間但在使用快速斷路器的場合，必須進行校核 c 另外，中斷供電的時間還 必須滿足饋電線外部故障時， 由線路保護切除故障， 避免越級跳閘。 運行經(jīng)驗證 明， BZT 裝置的動作時間以 11.5s為宜。5工作母線電壓互感器熔斷器熔斷時 BZT 裝置不誤動 運行中電壓互感器二次側斷線是常見的， 但此時一次側回路正常， 工作母線 仍然正常工作，所以此時不應使備用電源自動投入裝置動作，即 BZT 裝置應子 閉鎖。6備用電源無壓時班 BZT 裝置不應動作 正常工作情況下，備用母線無電壓時， BZT 裝置應退出工作，以避免

14、不必 要的動作， 因為在這種情況下， 即使動作也沒意義。 當供電電源消失或系統(tǒng)發(fā)生 故障造成工作母線與用母線同時失去電壓時， BZT 裝置也不應動作，以便當電 源恢復時仍由工作電源供電。為此，備用電源必須具有有壓鑒定功能。7正常停電操作時 BZT 裝置不起動 如手動跳閘，因為此時工作電源不是因故障而退出運行， BZT 裝置應予閉 鎖。8備用電源或備用設備投于故障時應使其保護加速動作 因為此時故障的性質(zhì)已確定， 如果仍由繼電保護的固有動作時間去跳閘， 則 達不到快速切除故障的目的。除上述要求以外，一個備用電源同時作為幾個工作電源的備用或有兩個備用 電源的情況， 備用電源應能在備用電源已代替某工作

15、電源后， 其他工作電源又被 斷開，必要時備用電源自動投入裝置仍應能動作。但對于單機容量為 200Mw 及 以上的火力發(fā)電廠， 備用電源只允許代替一個機組的工作電源。 在有兩個備用電 源的情況下，當兩個備用電源互為獨立備用系統(tǒng)時， 應各裝設獨立的 BZT 裝置， 使得當任一備用電源都能作為全廠各工作電源的備時， BZT 裝置使任一備用電 源都能對全廠各工作電源實行自動投入。2. 備用電源自動投人裝置的原理備用電源自動投入裝置中當一次運行方式相對固定時， BZT 裝置接線比 較簡單。 但對于實際的運行方式來說， 不可能永遠在一種方式下運行， 顧及到電 網(wǎng)的靈活性， 要求 BZT 裝置投入時的動作過

16、程也相應有所不同， 如下圖 12 所 示：在圖 1 2 這種接線方式下，共有三種可能的運行方式，從而也就有三種備 自投方式。以下分別詳細說明。第一種運行方式：正常運行時 3QF 處于斷開位置， I、段母線分裂運行， 分別由 T1、T2供電。在這種運行方式下，如果 I 回路故障，導致 I 段母線失壓， 此時 BZT 裝置應能自動斷開運行斷路器 1QF 和 2QF，然后再投入分段斷路器 3QF，使母線 I 恢復供電；反之如果回路故障，導致段母線失壓，此時BZT裝置應能自動斷運行斷路器 4QF、5QF，然后再投入分段斷路器 3QF，使母線 恢復供電。此種方式屬暗備用的各自投方式。第二種運行方式： 1

17、QF、2QF、 3QF 處于合閘位置， 4QF、5QF 斷開，正常I 回路故障，導致兩段1QF、2QF，然后再投入運行時由 T1 給兩條母線供電。在這種運行方式下，如果 母線均失壓，此時 BZT 裝置應能自動斷開運行斷路器4QF、5QF，使 T2 兩段母線供電圖 1 2 BZT 裝置一次接線圖第三種運行方式： 3QF、4QF、 5QF 處于合閘位置， 1QF、2QF 斷開，正常 運行時由 T2 給兩條母線供電。在這種運行方式下，如果回路故障，導致兩段 母線均失壓，此時 BZT 裝置應能自動斷開運行斷路器 4QF、5QF，然后再投人 1QF、2QF，使 T1 給兩段母線供電。上述第二種和第三種運

18、行方式屬明備用的備自投方式。 為滿足運行要求， BZT 裝置應由低電壓起動部分和自動合閘部分兩部分組 成：(1) 低壓起動部分：其作用是監(jiān)視工作母線失壓和備用電源是否正常，并兼 作電壓互感器熔斷器熔斷時閉鎖服裝置之用。當工作母線因各種原因失去電壓 時，斷開工作電源，并在備用電源正常時使 BZT 裝置起動。(2) 自動合閘部分：在工作電源的斷路器斷開后，經(jīng)過一定延時將備用電源 的斷路器動投入。2.1 備用電源自動投入裝置接線如圖 13所示為廠用電系統(tǒng)暗備用 BZT 裝置的典型接線，高壓側采用高壓 斷路器接線， 低壓側使用自動空氣開關接線， 低壓側母線接廠用電負荷， 兩臺廠 用變壓器互為備用。1B

19、ZT 裝置的構成(1) 低壓起動部分由下列元件組成：監(jiān)視工作母線失壓的低電壓繼電器1KV 和3KV 監(jiān)視備用電源是否正常的過電壓繼電器 2KV 和 4KV ，并兼作電壓互感器熔 斷器熔斷時閉鎖 BZT 裝置之用；用于整定服裝置起動時間的時間繼電器 lKT 和 2KT；用于發(fā) BZT 裝置動作信號的信號繼電器 lKS 和 2KS。(2) 自動合閘部分由閉鎖繼電器 KM 、信號繼電器 KS、自動空氣開關 QA 的 輔助接點和轉(zhuǎn)換開關 QT 組成。其中， KM 的接點具有 0.5-0.8s延時斷開 (瞬時閉 合)時間，確保 BZT 裝置只動作一次； 自動空氣開關輔助接點保證工作電源先切， 備用電源后

20、投；信號繼電器 KS，用于發(fā)自動投入完成信號；切換開關 QT，用 于手動投入或撤出服裝置。2BZT 裝置的動作過程(1)正常運行狀態(tài)。設正常運行時低壓側為單母線分段運行，TI 、側分別提供 I、 II 段母線上的負荷，保證廠用電正常運行，即 1QF、1QA、2QF、2QA 在 合閘位置，而 3QA 在斷開位置，一次回路中的隔離開關均為合上運行，則此時， 斷路器和自動空氣開關的輔助接點狀態(tài)為 1QF1、2QF1、lQAl 、lQA2、1QA3、 2QAl、2QA2、2QA3、3QA2 閉合，lQF2、2QF2、1QA4、2QA4、3QAl 斷開； 正常運行時 I、3QA 投入信號。 3QA 合閘

21、后 I、II 母線上的負荷全部由 T2 提供， 完成一次 BZT 裝置的自動投入過程。II 母線的失壓動作過程與 l 母線的失壓動作過程相似，在此不重述。(3) 合閘于持續(xù)性故障時保證 BZT 裝置只動作一次。 如果工作母線失壓是出 于母線發(fā)生持續(xù)性故障所造成，如上所述，當 BZT 裝置使 3QA 合閘后，故障 電流將使變壓器 T2 的繼電保護起動或 3QA 的過流保護起動， 選擇性地將 3QA 跳閘。由于在發(fā)出第一個合閘脈沖后 KM 的延時返回接點已斷開，將 3QA 的合 閘回路切斷，不能作第二次合閘，從而保證 BZT 裝置只動作一次，不影響 II 段 母線正常供電。(4) 備用電源無壓的閉

22、鎖。在 I 母線失壓且 II 母線無壓的情況下，由于 4KV 的常開接點打開，不能起動 1KT ，從而不能進行合 3QA 的操作，即保證在備用 電源無壓時可靠閉鎖 BZT 裝置，此時工作電源的切除由 T1 的繼電保護完成。(5) 電壓互感器熔斷器熔斷的閉鎖。運行中當電壓互感器二次側熔斷器熔斷 時，造成工作母線失壓的假象， 但此時一次側回路正常， 工作母線仍然正常工作， 所以此時不應使備用電源自動投入裝置動作即 BZT 裝置應予閉鎖。為此，為 防止電壓互感器二次側任一相熔斷器熔斷時 BZT 裝置誤起動， 1KV 、2KV( 或 3KV 、4KV) 分別接在不同的相別上，其常閉接點串聯(lián)任一相熔斷器

23、熔斷時不 會導致兩個電壓繼電器的常閉接點同時閉合，有效地閉鎖了 BZT 裝置。當然， 從接線中不難發(fā)現(xiàn)當兩個熔斷器都熔斷時， BZT 裝置仍會誤動，但實際上兩 種故障同時發(fā)生的概率是極少的， 而且從保護的角度上說， 電壓互感器均裝設有 斷線監(jiān)視回路 .3. 明備用的 BZT 裝置典型接線如圖 l 4 所示為明備用 BZT 裝置的原理接線。 其基本要求和工作原理與暗備用基本相同，主要的不同點是：(1) 失壓監(jiān)視使用的低電壓繼電器不同。在暗備用的放 T 裝置中，可用一只 低電壓繼電器，并從另一套 BZT 裝置的備用電源正常監(jiān)視用過電壓繼電器借鈞 一個常閉接點，構成失壓監(jiān)視。而明備用 BZT 裝置的

24、失壓監(jiān)視則必須裝設兩只 低電壓繼電器，防止電壓互感器熔斷器熔斷而誤動。(2) 合閘回路使用的閉鎖繼電器不同。在暗備用 BZT 裝置中，兩段母線的 BZT 裝置可共用一個自動合閘回路，兩套服裝置只需一只中間閉鎖繼電器。而 明備用 BZT 裝置由于合閘對象不一致，故每套均要有單獨的閉鎖繼電器和中 間繼電器。(3) 繼電保護配合不同。 在暗備用 BZT 裝置中，如備用電源合閘到持續(xù)性故 障，首先應使分段斷路器跳閘， 防止越級跳閘影響非故障母線的供電。 而明備用 BZT 裝置則在合到持續(xù)性故障時，可直接使備用電源斷路器跳閘。圖 14 明備用 BZTT 裝置的工作原理：當 I 段母線由于某種原因失去電壓

25、 時，低電壓繼電器， lKV 、2KV 失壓返回，接點閉合，起動時間繼電器 lKT ，經(jīng) 過一定延時后，使自動空氣開關 lQA 跳閘。接著中間繼電器 lKM 斷電，在 lKM 的接點返回前，通過 1QA 的輔助常閉接點 1QA3 起動中間繼電器 2KM ，2KM 動 作后、使斷路器 3QF 和 3QA 合閘，合閘后，中間繼電器 1KM 的延時返回觸點 打開，從而保證 BZT 裝置只動作一次。若備用電源自動投入于永久性短路故障上時，應由變壓器T3 的繼電保護將3QF和 3QA 閘，切除故障。3.1 BZT 裝置元件動作參數(shù)整定以圖 l3 暗備用 BZT 裝置為例，介紹元件的動作參數(shù)的整定方法。1

26、低電壓繼電器 1KV 、3KV 動作電壓整定 整定原則：監(jiān)視工作母線失壓的繼電器 1KV 、3KV 動作電壓要保證工作 母線失壓時能可靠動作， 又要防止不必要的頻繁動作， 不使動作過于靈敏， 整定 時要考慮以下兩個方面：（ 1） .在集中阻抗 （電抗器或變壓器 ）后發(fā)生短路，低電壓繼電器不應動作。如圖 15所示，在 K1 點發(fā)生短路時，母線電壓雖然下降，但殘余電壓相當高應由 線路保護切斷故障線路， BZT 裝置不應動作，故 1KV 、3KV 的動作值應小于 Kl點短路時工作母線的殘壓U = U cyUpi =k rel n TV式中Upi繼電器的動作電壓；Ucy工作母線上的殘余電壓；nTV電壓

27、互感器變比：Krel可靠系數(shù)，取 1.1一 1.3Upj(2)躲過電動機自起動時母線最低電壓。 在母線引出線上或引出線的集中阻抗 前發(fā)生短路，如圖 15中 K3、K3 點短路，母線電壓很低，接于母線上的電動 機被制動。 在故障被切除后， 母線電壓恢復電動機自起動。 這時母線電壓仍然很 低為避免 BZT 裝置誤動，故 lKV 、3KV 的動作電壓應小于電動機自起動時母線 最小電壓值。nT k relkrmin式中 Umin 電動機自起動時最低電壓；Kr返回系數(shù)， Kr >1取上述兩式中的較小者作為低電壓繼電器的動作整定值。 低電壓繼電器動作 電壓的整定值，一般約等于額定工作電壓的 20-2

28、5%2時間繼電器 lKT(2KT) 動作時限整定時間繼電器的動作時限值是保證 BZT 裝置動作選擇性的重要參數(shù)，其動作 時間應與線路過流保護時間相配合。 當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生使低電壓繼電器動作的短路故 障(如圖 15中 K3、K4 點)時，應由系統(tǒng)保護切除而不應使 BZT 裝置動作，為 此，動作時間 tpj 應滿足下式tpj=tdmax+ t式中 tpj時間繼電器的動作時間td max工作母線上各元件繼電保護動作時限的最大者t時限級差，取 0.50.7s3過電壓繼電器 2KV(4KV) 動作電壓值的整定 過電壓繼電器的作用是監(jiān)視備用電源是否有電壓， 所以當正常電壓和備用母線最低工作電壓時， 過電壓 繼電器應保持動作狀態(tài)，因此應躲過廠用備用母線的最低運行電壓，即UUgminpj= nTKrelKr式中 Upj繼電器的起動電壓； Ugmin嚴備用母線最低運行電壓； K rel可靠系數(shù)，取 1112 Kr 返回系數(shù)，一般取 085nT電壓互感器變比4閉銷繼電器 TM 延時返回時間值的整定TM 延時返回時間的作用是保證 BZT 裝置