電氣工程基礎(chǔ)第7章1變電所的監(jiān)控系統(tǒng)和自動裝置

12/27/20231第7章變電所的監(jiān)控系統(tǒng)和自動裝置7.1變電所的操作電源7.2變電所的控制回路7.3變電所的信號回路7.4絕緣監(jiān)察裝置和測量儀表7.5變電所常用自動裝置7.6變電站綜合自動化簡介12/27/202327.1變電所的操作電源

操作電源是用來對斷路器的分、合閘回路，繼電保護裝置以及其它信號回路供電的電源。一、概述可分為直流操作電源和交流操作電源兩大類。二、直流操作電源1.由蓄電池供電的直流操作電源優(yōu)點：蓄電池的電壓與被保護的網(wǎng)絡(luò)電壓無關(guān)。缺點：需修建有特殊要求的蓄電池室，購置大量的充電設(shè)備和蓄電池組，輔助設(shè)備多，投資大，運行復(fù)雜，維護工作量大，可靠性低。12/27/202332.由硅整流器供電的操作電源硅整流電容儲能式直流操作電源〔圖7-1〕硅整流器U1：采用三相橋式整流。硅整流器U2：采用單相橋式整流。正常運行時由整流器供電，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，交流電源電壓大大降低，利用電容器C1和C2的儲能使斷路器跳閘。復(fù)式整流裝置〔圖7-2〕正常運行時由整流器供電，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，利用短路故障電流經(jīng)過整流作為操作電源。整流裝置既可由“電壓源〞〔所用變壓器或電壓互感器〕供電，也可由“電流源〞〔電流互感器〕供電。12/27/20234圖7-1硅整流電容儲能式直流操作電源12/27/20235三、交流操作電源圖7-2復(fù)式整流裝置接線示意圖直接動作式〔見圖7-3〕利用繼電器常閉觸點去分流跳閘線圈方式〔圖7-4〕圖7-3直接動作式的交流操作保護接線圖圖7-4去分流跳閘方式的交流操作保護接線圖12/27/20236圖7-5利用速飽和變流器的交流操作保護接線圖思考：速飽和變流器與電流互感器的區(qū)別是什么?電流互感器的二次側(cè)不允許開路；速飽和變流器可以在開路下使用。Why?采用速飽和變流器的目的：當(dāng)短路時限制流入跳閘線圈的電流；減小電流互感器的二次負(fù)荷阻抗。優(yōu)點：投資小、接線簡單可靠、運行維護方便。缺點：不適用于較復(fù)雜的繼電保護、自動裝置及其它二次回路等。利用速飽和變流器的接線方式〔圖7-5〕交流操作電源的優(yōu)缺點：12/27/202377.2變電所的控制回路一、概述控制回路是由控制開關(guān)和控制對象〔斷路器、隔離開關(guān)〕的傳送機構(gòu)及執(zhí)行〔或操作〕機構(gòu)組成的。其作用是對一次開關(guān)設(shè)備進行“跳〞、“合〞閘操作。集中控制〔遠(yuǎn)方控制〕：在控制室內(nèi)用控制開關(guān)對斷路器進行操作，用于35kV及以上的變電所中。就地控制：在各個斷路器安裝處就地操作，用于6～10kV的變電所中。斷路器的控制分為集中控制和就地控制兩類：12/27/20238對斷路器控制回路的根本要求既可由控制開關(guān)進行手動跳、合閘，又可由繼電保護和自動裝置自動跳、合閘；斷路器跳閘或合閘完成后，應(yīng)能自動切斷跳閘或合閘回路，防止因通電時間過長而燒壞線圈；應(yīng)有指示斷路器狀態(tài)的位置信號，而且能夠區(qū)分自動跳、合閘與手動跳、合閘的位置信號；應(yīng)有防止斷路器屢次連續(xù)跳、合閘的跳躍閉鎖裝置；應(yīng)有指示斷路器控制回路完好性的監(jiān)視信號；在滿足以上根本要求的前提下，應(yīng)力求簡單、可靠。12/27/20239二、控制開關(guān)控制開關(guān)又稱為“萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)〞，是電氣工作人員對斷路器進行分、合閘控制的操作元件。目前變電所多采用LW2型控制開關(guān)，它共有六個位置：

預(yù)備操作位置：“預(yù)備合閘〞和“預(yù)備跳閘〞操作位置：“合閘〞和“跳閘〞固定位置：“合閘后〞和“跳閘后〞合閘操作順序：預(yù)備合閘→合閘→合閘后跳閘操作順序：預(yù)跳備閘→跳閘→跳閘后LW2型控制開關(guān)的觸點圖表:見表7-1。

12/27/202310三、燈光監(jiān)視的斷路器控制回路和信號回路圖7-6為燈光監(jiān)視的斷路器控制回路和信號回路原理圖。1.合閘過程手動合閘：手動合閘前，斷路器QF處于跳閘狀態(tài)，控制開關(guān)手柄處于“跳閘后〞位置，由表7-1知，SA10-11接通，那么+WC→SA10-11→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC綠燈亮既說明斷路器正處于跳閘位置，也說明斷路器的合閘回路是完好的。綠燈HLG亮“預(yù)備合閘〞：由表7-1知，觸點SA9-10與SA13-14接通，此時+WF→SA9-10→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC綠燈閃光綠燈閃光說明該斷路器準(zhǔn)備合閘，以提醒運行人員核對操作的對象是否正確。12/27/202311“合閘〞〔不松手〕：由表7-1知，SA5-8、SA17-19和SA16-13接通，那么+WC→SA5-8→KLB2→QF1-2→KO→-WCQF合閘+WC→SA16-13→HLR→R2→KLB〔I〕→QF3-4→YR→-WC紅燈HLR亮紅燈亮既說明斷路器正處于合閘位置，也說明斷路器的跳閘回路是完好的。松開手柄，SA自動回到“合閘后〞的位置，紅燈繼續(xù)發(fā)光。自動合閘：自動合閘時，QF在合閘位置，SA在“跳閘后〞位置，二者不對應(yīng)，觸點SA14-15接通，那么+WF→SA14-15→HLR→R2→KLB〔I〕→QF3-4→YR→-WC紅燈閃光控制臺上，紅燈在閃光，說明斷路器是自動合閘的，只有將SA手柄轉(zhuǎn)到“合閘后〞位置，紅燈才變?yōu)槠焦狻?2/27/2023122.跳閘過程手動跳閘：“預(yù)備跳閘〞：由表7-1知，觸點SA13-14接通，此時+WF→SA13-14→HLR→R2→KLB〔I〕→QF3-4→YR→-WC紅燈閃光紅燈閃光說明該斷路器準(zhǔn)備跳閘，以提醒運行人員核對操作的對象是否正確。“跳閘〞〔不松手〕：由表7-1知，SA6-7、SA10-11接通，那么+WC→SA6-7→KLB〔I〕→QF3-4→YR→-WCQF跳閘+WC→SA10-11→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC

松開手柄，SA自動回到“跳閘后〞的位置，綠燈繼續(xù)發(fā)光。綠燈亮12/27/202313自動跳閘：自動跳閘時，QF在跳閘位置，SA在“合閘后〞位置，二者不對應(yīng)，觸點SA9-10接通，那么+WF→SA9-10→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC綠燈閃光+WS→HA→R3→SA1-3→SA19-17→QF5-6→-WS發(fā)出音響信號控制臺上，綠燈在閃光，事故信號裝置發(fā)出音響，說明斷路器是自動跳閘的。只有將SA手柄轉(zhuǎn)到“跳閘后〞位置，綠燈才變?yōu)槠焦?，事故音響信號才停止?.防跳回路作用：防止運行人員手動合閘斷路器于故障線路上，斷路器又被繼電保護裝置動作于跳閘后，斷路器會出現(xiàn)屢次連續(xù)跳、合閘的跳躍現(xiàn)象。12/27/202314圖中：SA：控制開關(guān)

HLG：綠燈HLR：紅燈KLB：防跳繼電器KM1：自動重合閘出口中間繼電器的常開觸點KM0：繼電保護出口中間繼電器的常開觸點HA：蜂鳴器右側(cè)“1〞、“2〞、“3〞分別表示操作手柄在“預(yù)備合閘〞、“合閘〞和“合閘后〞位置左側(cè)“1〞、“2〞、“3〞分別表示操作手柄在“預(yù)備跳閘〞、“跳閘〞和“跳閘后〞位置12/27/202315四、閃光電源的構(gòu)成DX-3型閃光繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與接線如圖7-7所示。圖7-7由DX-3型閃光繼電器構(gòu)成的閃光電源圖中，KF為閃光繼電器，其觸點時開時閉，使閃光母線+WF上呈現(xiàn)斷續(xù)的正電壓；SB為試驗按鈕，按下時閃光裝置動作，白色信號燈HLW亮，表示本裝置工作正常。12/27/2023167.3變電所的信號回路一、概述1．信號裝置的分類斷路器位置信號：用來指示斷路器正常工作的位置狀態(tài)，一般用紅燈亮表示斷路器處于合閘位置；綠燈亮表示斷路器處于跳閘位置。事故信號：用來指示斷路器事故跳閘時的狀態(tài)，包括燈光信號〔綠燈閃光〕和音響信號〔蜂鳴器〕。預(yù)告信號：用來指示運行設(shè)備出現(xiàn)不正常運行時的報警信號包括音響信號〔電鈴〕和光字牌。其中，事故信號和預(yù)告信號是電氣設(shè)備各信號的中心局部，通常稱為中央信號，它們集中裝設(shè)在中央信號屏上。12/27/2023172．對中央信號回路的根本要求所有有人值班的變電所，都應(yīng)在控制室內(nèi)裝設(shè)中央事故信號和預(yù)告信號裝置；斷路器事故跳閘時，能及時發(fā)出音響信號〔蜂鳴器〕，并使相應(yīng)的位置指示燈閃光，亮“掉牌未復(fù)歸〞光字牌。發(fā)生不正常工作狀態(tài)時，能及時發(fā)出區(qū)別于事故音響的另一種音響〔警鈴〕，并使顯示故障性質(zhì)的光字牌點亮。中央事故信號與預(yù)告音響信號應(yīng)有區(qū)別，一般事故信號用蜂鳴器〔電笛〕，預(yù)告信號用電鈴；音響信號應(yīng)能重復(fù)動作，并能手動或自動復(fù)歸，而故障性質(zhì)的指示燈仍保存。12/27/202318二、事故信號裝置1．簡單的事故信號裝置就地復(fù)歸的事故音響信號裝置〔圖7-8〕缺點：在解除事故音響信號的同時，閃光信號也被解除了，不利于值班人員處理事故。任一臺斷路器自動跳閘后，蜂鳴器HA發(fā)出音響。將SA手柄將轉(zhuǎn)到“跳閘后〞位置，即可解除事故音響信號。圖7-8就地復(fù)歸的事故音響信號裝置接線圖可見：就地復(fù)歸是通過解除斷路器不對應(yīng)起動回路來解除音響信號。12/27/202319中央復(fù)歸不能重復(fù)動作的的事故音響信號裝置〔圖7-9〕任一臺斷路器自動跳閘時，即會發(fā)出事故音響信號。按一下SB2按鈕，便會解除音響信號，但控制屏上的閃光信號卻繼續(xù)保存。缺點：不能重復(fù)動作。即當(dāng)一斷路器啟動事故信號并中央復(fù)歸后，又一斷路器自動跳閘，音響不能再次啟動。圖7-9中央復(fù)歸不能重復(fù)動作的事故音響信號裝置接線圖12/27/202320中央復(fù)歸能重復(fù)動作的的事故音響信號裝置〔圖7-10〕12/27/202321工作原理：音響啟動過程：一臺斷路器事故跳閘時，TA的一次側(cè)電流突增，其二次側(cè)感應(yīng)電勢使KR動作→起動KM1→KM11-2閉合實現(xiàn)自保持→KM13-4閉合→起動蜂鳴器HA，發(fā)出音響。

復(fù)歸過程：觸點KM15-6閉合→起動KT→

經(jīng)KT整定的時間后自動解除事故音響信號，將整套信號裝置復(fù)歸。重復(fù)動作原理：第二臺斷路器跳閘時，由于在每一個并聯(lián)支路中都有串聯(lián)電阻R，每多并聯(lián)一個支路，都將引起TA一次繞組中的電流產(chǎn)生變化，在二次繞組中感應(yīng)電勢，使干簧繼電器KR再次動作并啟動音響信號裝置。

可見：中央復(fù)歸是在主控臺上通過按鈕或自動解除音響信號。12/27/202322三、預(yù)告信號裝置圖7-11為中央復(fù)歸不能重復(fù)動作的預(yù)告音響信號裝置接線圖。發(fā)生不正常運行時，其相應(yīng)的繼電器K動作，音響信號HA〔警鈴〕和光字牌HL同時動作。按一下SB2，警鈴即被解除，同時黃色信號燈HLY發(fā)亮。

缺點：不能重復(fù)動作。圖7-11中央復(fù)歸不能重復(fù)動作的預(yù)告音響信號裝置接線圖12/27/2023237.4絕緣監(jiān)察裝置和測量儀表

一、絕緣監(jiān)察裝置1.直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察裝置〔圖7-13〕

直流系統(tǒng)發(fā)生一點接地時，沒有短路電流流過，熔斷器不會熔斷，仍能繼續(xù)運行。直流系統(tǒng)為何設(shè)置絕緣監(jiān)察裝置？但這種接地故障必須及早發(fā)現(xiàn)并處理，否那么當(dāng)出現(xiàn)兩點接地時〔圖7-12〕，可能引起信號回路、控制回路、繼電保護及自動裝置回路不正確動作。圖7-12直流系統(tǒng)兩點接地示意圖12/27/202324R1=R2=R3=

1000ΩSA1：母線電壓表轉(zhuǎn)換開關(guān)，有三個位置；SA2：絕緣監(jiān)察轉(zhuǎn)換開關(guān)，有三個位置；PV2：母線電壓表；PV1：用于測量系統(tǒng)總的絕緣電阻，表盤上有歐姆刻度。圖中：即“母線〞、“正對地〞和“負(fù)對地。平時，其手柄置于“母線〞位置，觸點1-2、5-8、9-11接通，PV2可測量正、負(fù)母線電壓，指示為220V。即“信號〞、“測量位置I〞和“測量位置II〞。平時，其手柄置于“信號〞位置，觸點5-7和9-11接通，使電阻R3被短接。此時SA1的9-11也是接通的，信號繼電器KS投入工作。圖7-13直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置接線圖12/27/202325工作原理當(dāng)正極絕緣電阻降低時，先將SA2置于“測量位置I〞，此時其觸點1-3和13-14接通，調(diào)節(jié)電位計R3使電橋平衡〔PV1指示為零〕，記下R3的位置刻度百分?jǐn)?shù)x；再將SA2置于“測量位置II〞，由PV1的電阻指示數(shù)讀出總的對地絕緣電阻值R∑。將代入上式得：；12/27/202326當(dāng)負(fù)極絕緣電阻降低時，先將SA2置于“測量位置II〞，此時其觸點2-4和15-14接通，調(diào)節(jié)電位計R3使電橋平衡，記下R3的位置刻度百分x；再將SA2置于“測量位置I〞，由PV1的電阻指示數(shù)讀出總的對地絕緣電阻值R∑。將代入上式得：；12/27/2023272.交流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)察裝置〔圖7-14〕缺點：只能判明發(fā)生接地故障的相別，不能判明是哪條線路故障?？刹伞绊樞蚶l法〞來尋找故障線路。圖7-14交流系統(tǒng)絕緣監(jiān)察裝置接線圖正常運行時，電壓表讀數(shù)均為相電壓，開口三角形兩端電壓為零，繼電器不動作。發(fā)生單相接地時，故障相電壓表為零，另兩相電壓升高到線電壓，開口三角形兩端出現(xiàn)100V的零序電壓，繼電器動作，發(fā)出信號。12/27/202328二、電氣測量儀表1.對電氣測量儀表的一般要求常用測量儀表應(yīng)能正確反映電力裝置的運行參數(shù)，能隨時監(jiān)測電力裝置回路的絕緣狀況。交流電流表、電壓表、功率表可選用2.5級，直流電路中的電流表、電壓表可選用1.5級，頻率表可選用0.5級。電度表及互感器的準(zhǔn)確度配置見表7-2。

儀表的測量范圍和互感器變比的選擇，應(yīng)使正常運行情況下儀表指針指示在滿標(biāo)度的2/3左右，并留有過負(fù)荷指示裕度。對有可能雙向運行的電力裝置回路，應(yīng)采用具有雙向標(biāo)度尺的儀表。12/27/202329電源進線：為了解負(fù)荷情況，需裝設(shè)一只電流表。當(dāng)需要計量電能時，還應(yīng)裝設(shè)有功電能表和無功電能表各一只。母線：每條或每段母線上必須裝設(shè)一只電壓表，以檢查各個線電壓。在小電流接地系統(tǒng)中中，每條或每段母線上還需加裝三個絕緣監(jiān)視電壓表〔圖7-15〕。降壓變壓器：對35～110kV/6～10kV的電力變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流表、有功功率表、無功功率表、有功電能表和無功電能表各一只。高壓配電線路：應(yīng)裝設(shè)電流表、有功電能表和無功電能表各一只〔圖7-16〕。2.變配電裝置中各局部儀表的配置12/27/202330圖7-156～10kV母線電壓測量和絕緣監(jiān)視的原理圖12/27/202331說明：圖中無功電度表為60°接線，其特點是在電壓線圈中人為地串聯(lián)了一個附加電阻，使電壓線圈的阻抗角由原來的90°減小為60°，即電壓線圈中的電流滯后電壓60°。圖7-166～10kV高壓線路電氣測量儀表的接線原理圖12/27/202332低壓配電線路：靜電電容器：為了監(jiān)視三相負(fù)荷是否平衡，需裝設(shè)三只電流表。如需計量其無功電能，還應(yīng)加裝一只無功電能表。對三相負(fù)荷平衡的低壓動力線路，可只裝設(shè)一只電流表；對三相負(fù)荷長期不平衡的低壓照明線路及動力和照明混合電路，應(yīng)裝設(shè)三只電流表。如需計量電能，還應(yīng)加裝一只三相四線制的有功電能表；對三相負(fù)荷平衡的動力線路，可只裝設(shè)一只單相有功電能表〔實際電能為其計度的3倍〕。12/27/2023337.5變電所常用自動裝置一、三相自動重合閘裝置1．概述自動重合閘的概念：當(dāng)架空線路上發(fā)生故障時，由繼電保護裝置將其迅速斷開，延時〔0.5〕后重新將故障線路自動投入的裝置，簡稱ARD。裝設(shè)ARD的好處：對暫時性故障，合閘成功后可保證供電的可靠性，減少停電損失。對三相一次自動重合閘裝置的根本要求：除遙控變電所外，應(yīng)采用控制開關(guān)手柄位置與斷路器位置“不對應(yīng)原那么〞起動ARD；ARD的起動條件為：SA在“合閘后〞位置，QF在“跳閘〞位置。12/27/202334手動跳閘時不應(yīng)重合；手動合閘于故障線路不重合；ARD只能動作一次；ARD動作后應(yīng)能自動復(fù)歸，準(zhǔn)備再次動作；ARD的動作時間應(yīng)盡可能短，一般為0.5～1.5s；ARD應(yīng)能實現(xiàn)重合閘“后加速〞或“前加速〞，以便與繼電保護配合。2．三相一次自動重合閘的根本工作原理〔圖7-17〕前加速：是指自動重合閘前加速保護動作，即當(dāng)線路上發(fā)生永久性故障時，第一次以瞬時加速跳閘，第二次那么以定時限跳閘。后加速：是指自動重合閘后加速保護動作，即當(dāng)線路上發(fā)生永久性故障時，第一次帶時限跳閘，第二次以瞬時加速跳閘。12/27/202335圖中：KT：用于建立ARD的動作時間KM：執(zhí)行元件R4：充電電阻，可控制電容C的充電速度R5：KT的熱穩(wěn)定電阻R6

：電容C的放電電阻R7

：信號燈降壓電阻HL：信號燈KLB：防跳繼電器KM1：跳閘位置繼電器KAC：加速繼電器圖7-17三相一次自動重合閘原理接線圖12/27/202336正常工作時：QF處于合閘位置，SA1處于“合閘后〞位置，其觸點SA121-23接通，SA2處于合閘位置，電容C經(jīng)電阻R4而充滿電壓，電容C兩端電壓等于電源電壓，信號燈HL亮。線路短路，保護動作時：QF跳閘，QF3-4翻開，QF1-2閉合→KM1起動→KT線圈得電→其觸點KT延時閉合→電容C向KM線圈放電→KM動作。KM動作后KM1-2翻開→信號燈HL滅；KM3-4、KM5-6閉合→KO得電→QF合閘。假設(shè)合閘成功，所有繼電器復(fù)位，電容C經(jīng)10～15s再次充滿電壓，準(zhǔn)備再次動作；假設(shè)合閘不成功，保護再次跳閘，盡管KM1和KT又起動，但因電容C兩端電壓太低，不能使KM動作，保證只重合一次。12/27/202337手動跳閘時：觸點SA16-7接通→YR得電→QF跳開。此時由于觸點SA121-23翻開，SA12-4接通，重合閘回路失去正電源，不可能動作；SA12-4接通后，電容C經(jīng)R6放電，電容C上的電壓迅速降低。手動合閘時：觸點SA15-8接通→

YO得電→

QF合閘，同時SA121-23與SA121-22接通，SA12-4斷開，重合閘回路獲得正電源，正電源經(jīng)電阻R4向電容C充電，但需經(jīng)電壓經(jīng)10～15s才能充到操作電源電壓。觸點SA121-22接通后，使加速繼電器KAC動作，假設(shè)線路上有故障，那么QF合閘后，繼電保護隨即動作，使QF瞬時動作。這時電容兩端的電壓還比較低，不能使KM動作，故QF不能重合。12/27/202338防跳繼電器KLB的作用：防止觸點SA5-8被粘住或KM動作后其常開觸點KM3-4、KM5-6被粘住時，且線路上發(fā)生永久性故障，出現(xiàn)斷路器屢次重合閘現(xiàn)象。3．自動重合閘與繼電保護的配合ARD前加速保護方式〔圖7-18〕優(yōu)點：只需裝設(shè)一套ARD裝置，設(shè)備投資少。缺點：合閘不成功會擴大事故范圍，主要用于