供配電技術(shù) 課件 第9章 供電系統(tǒng)的二次回路及自動(dòng)裝置

第9章

供配電系統(tǒng)的二次回路

及自動(dòng)裝置供配電系統(tǒng)的二次回路是對(duì)一次系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制、指示、監(jiān)測(cè)和保護(hù)的電路。二次電路對(duì)保障一次電路安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行起著十分重要的作用。二次回路基本知識(shí)操作電源電氣測(cè)量回路與絕緣監(jiān)視高壓斷路器的控制和信號(hào)回路中央信號(hào)裝置電測(cè)量?jī)x表和測(cè)量回路供配電電系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量裝置變電站綜合自動(dòng)化主要內(nèi)容：9.1二次回路的基本知識(shí)供電系統(tǒng)的二次接線是指用來(lái)對(duì)一次接線的運(yùn)行進(jìn)行控制、監(jiān)測(cè)、指示和保護(hù)的電路，亦稱二次回路。

二次回路按其功能分有：操作電源回路、電氣測(cè)量回路與絕緣監(jiān)視裝置、高壓斷路器的控制和信號(hào)回路、中央信號(hào)裝置、繼電保護(hù)回路以及自動(dòng)化裝置等。二次回路功能示意圖9-1所示。二次回路按電源性質(zhì)分直流回路交流回路交流電流回路：由電流互感器供電交流電壓回路：由電壓互感器供電一、二次接線概念圖9-1二次回路功能示意圖二、二次接線圖分類(lèi)分原理電路圖和安裝接線圖(包括屏背面接線圖、端子接線圖等）。續(xù)上頁(yè)端子接線圖原理電路圖屏背面接線圖9.2二次回路的操作電源作用：正常運(yùn)行時(shí)操作電源應(yīng)能保證斷路器的合閘和跳閘；事故狀態(tài)下，在母線電壓降低甚至消失時(shí)，操作電源應(yīng)能保證繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠地工作。性質(zhì)：直流（可靠性高）交流（可靠性不高）操作電源是供高壓斷路器控制回路、繼電保護(hù)回路、信號(hào)回路、監(jiān)測(cè)裝置及自動(dòng)化裝置等二次回路所需的工作電源。一、操作電源概念要求：操作電源應(yīng)充分可靠，容量足夠并具有獨(dú)立性。目前在較重要的中、大型變配電所選用的直流操作電源大多為帶免維護(hù)鉛酸蓄電池高頻開(kāi)關(guān)電源成套裝置。二、直流操作電源充電模塊監(jiān)控模塊直流饋電柜交流配電單元電池室絕緣監(jiān)測(cè)模塊小型分屏柜小型一體柜續(xù)上頁(yè)高頻開(kāi)關(guān)直流電源原理框圖續(xù)上頁(yè)一種直流電源系統(tǒng)圖三、交流操作電源小型10kV配變電所一般選用交流操作電源，可以從所用變壓器或電壓互感器取得220V電壓源。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中間變壓器電壓繼電器續(xù)上頁(yè)用電壓互感器作交流操作電源，可靠性差，只能作為斷路器正常跳合閘以及油浸式變壓器瓦斯保護(hù)或干式變壓器溫度保護(hù)的工作電源。去分流跳閘方式過(guò)電流保護(hù)的操作方式：①采用電流互感器作為操作電源，作用于電流脫扣器跳閘。②采用整流儲(chǔ)能裝置，將電流轉(zhuǎn)換成電壓，作用于電壓脫扣器，使斷路器跳閘。③采用不間斷電源UPS。作用于電壓脫扣器跳閘，使斷路器跳閘。9.3高壓斷路器的控制和信號(hào)回路

高壓斷路器的控制回路是指用控制開(kāi)關(guān)或遙控命令操作斷路器跳、合閘的回路。信號(hào)回路是用來(lái)指示一次系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的二次回路。用來(lái)顯示斷路器正常工作的位置狀態(tài)。用來(lái)顯示斷路器在事故情況下的工作狀態(tài)。在系統(tǒng)出現(xiàn)不正常狀態(tài)時(shí)或在故障初期發(fā)出的報(bào)警信號(hào)。信號(hào)按用途分位置信號(hào)：事故信號(hào)：預(yù)告信號(hào)：斷路器的控制和信號(hào)回路要滿足一定的基本要求。一、概述對(duì)斷路器控制回路的基本要求如下：（1）應(yīng)能監(jiān)視電源及跳、合閘回路的完好性，以保證斷路器的正常工作。

(2)跳合閘完成后，應(yīng)能自動(dòng)解除跳合閘命令脈沖。

(3)應(yīng)能指示斷路器正常合閘和跳閘的位置狀態(tài)，并在自動(dòng)合閘和自動(dòng)跳閘時(shí)有明顯的指示信號(hào)。

(4)斷路器事故跳閘信號(hào)的啟動(dòng)回路，應(yīng)按不對(duì)應(yīng)原則接線。

(5)能夠防止斷路器短時(shí)間內(nèi)連續(xù)多次分合閘的跳躍現(xiàn)象發(fā)生。二、采用燈光監(jiān)視就地操作的斷路器控制與信號(hào)回路控制開(kāi)關(guān)是開(kāi)關(guān)柜就地控制斷路器跳、合閘的操作元件。這種控制開(kāi)關(guān)有六個(gè)位置：兩個(gè)預(yù)備操作位置（“預(yù)備合閘”和“預(yù)備跳閘”）；兩個(gè)操作位置（“合閘”和“跳閘”）；兩個(gè)固定位置（“合閘后”和“跳閘后”）。LW12型萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)外形圖續(xù)上頁(yè)LW12－16D/49.4636.6開(kāi)關(guān)接點(diǎn)圖表

觸點(diǎn)號(hào)1－23－45－67－89－1011－1213－1415－1617－1819－20

手柄位置

跳

閘

后－×－－－－×－－×預(yù)備合閘×－－－×－－－×－合

閘－－×－－×－×－－合

閘

后×－－－×－－×－－預(yù)備跳閘－×－－－－×－×－跳

閘－－－×－－×－－×續(xù)上頁(yè)斷路器控制與信號(hào)回路分析：1.手動(dòng)儲(chǔ)能合閘采用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的斷路器在首次合閘前需先儲(chǔ)足能量。按鈕旋鈕指示燈行程開(kāi)關(guān)3412續(xù)上頁(yè)儲(chǔ)足能量后，就可進(jìn)行合閘操作。3412續(xù)上頁(yè)2.手動(dòng)跳閘3412續(xù)上頁(yè)3.自動(dòng)跳閘3412續(xù)上頁(yè)斷路器自動(dòng)跳閘后，而控制開(kāi)關(guān)SA仍處于“合閘后”位置，這種情況稱為“不對(duì)應(yīng)”關(guān)系。事故跳閘信號(hào)回路接通，使中央信號(hào)裝置發(fā)出事故音響信號(hào)。事故信號(hào)的解除：將SA轉(zhuǎn)至“預(yù)備跳閘”→“跳閘”→“跳閘后”位，使其與斷路器恢復(fù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。4.電氣防跳利用SA的閉鎖觸點(diǎn)。3412三、采用微機(jī)遠(yuǎn)方監(jiān)控的斷路器控制和信號(hào)回路

“遠(yuǎn)方/就地”選擇開(kāi)關(guān)SA2，它有三個(gè)位置:“1”為就地操作位置，當(dāng)選擇在“就地”位置時(shí),斷路器只能由控制開(kāi)關(guān)SA1控制跳、合閘?！?”為遠(yuǎn)方操作位置，當(dāng)選擇在“遠(yuǎn)方”位置時(shí)，斷路器只能由遙控命令控制跳、合閘?！?”為斷開(kāi)位置。(1)斷路器的遠(yuǎn)方控制(2)控制回路的完好性監(jiān)視(3)電氣防跳電路的工作特點(diǎn)分析：遠(yuǎn)方就地防誤操作聯(lián)鎖觸點(diǎn)合位繼電器合保繼電器跳保繼電器跳位繼電器續(xù)上頁(yè)9.4

中央信號(hào)裝置

對(duì)中央事故信號(hào)裝置的要求是：在任一斷路器事故跳閘時(shí)，能瞬時(shí)發(fā)出音響信號(hào)(電笛)，并在控制屏或配電裝置上有表示事故跳閘的具體斷路器位置的燈光指示信號(hào)。中央信號(hào):事故信號(hào)和預(yù)告信號(hào)有能重復(fù)動(dòng)作和不能重復(fù)動(dòng)作兩種,并能手動(dòng)或自動(dòng)復(fù)歸。

對(duì)中央預(yù)告信號(hào)裝置的要求是：當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)但不需立即跳閘的情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)發(fā)出音響信號(hào)（電鈴），并有顯示故障性質(zhì)和地點(diǎn)的指示信號(hào)（光字牌指示）。續(xù)上頁(yè)下圖是不能重復(fù)動(dòng)作的中央事故信號(hào)裝置回路圖，為便于分析其工作原理，將變配電所的所有斷路器事故跳閘信號(hào)回路繪在一起列于圖右。

續(xù)上頁(yè)下圖是不能重復(fù)動(dòng)作的中央預(yù)告信號(hào)裝置回路圖，為便于分析其工作原理，將配電裝置的預(yù)告信號(hào)回路列于圖右。9.5電測(cè)量?jī)x表與測(cè)量回路9.5.1儀表的準(zhǔn)確度要求測(cè)量要求互感器準(zhǔn)確度電度表準(zhǔn)確度配置說(shuō)明計(jì)費(fèi)計(jì)量0.2級(jí)0.5級(jí)有功電度表0.5級(jí)專用電能計(jì)量?jī)x表月平均用電量在1×106kWh及以上的計(jì)量點(diǎn)0.5級(jí)1.0級(jí)有功電度表1.0級(jí)專用電能計(jì)量?jī)x表2.0級(jí)無(wú)功電度表①月平均用電量在1×106kWh及以下的計(jì)量點(diǎn)；②315kVA及以上的變壓器高壓側(cè)計(jì)量點(diǎn)；

計(jì)費(fèi)計(jì)量及一般計(jì)量1.0級(jí)2.0級(jí)有功電度表3.0級(jí)無(wú)功電度表①315kVA及以下的變壓器低壓側(cè)計(jì)量點(diǎn)；②75kW及以上電動(dòng)機(jī)電能計(jì)量；③企業(yè)內(nèi)部技術(shù)經(jīng)濟(jì)考核而不計(jì)費(fèi)的計(jì)量點(diǎn)一般測(cè)量1.01.5級(jí)和0.5級(jí)測(cè)量?jī)x表

3.02.5級(jí)測(cè)量?jī)x表非重要用戶9.5.2互感器和測(cè)量?jī)x表的配置1．電流互感器的配置凡裝有斷路器的回路均應(yīng)裝設(shè)電流互感器。未裝斷路器的變壓器中性點(diǎn)以及變壓器的出口等回路中，也應(yīng)裝設(shè)電流互感器。在中性點(diǎn)直接接地的三相電網(wǎng)中，電流互感器按三相配置；在中性點(diǎn)非直接接地的三相電網(wǎng)中，電流互感器按二相配置。變壓器回路按三相配置。繼電保護(hù)用電流互感器，應(yīng)盡可能減小或消除不保護(hù)區(qū)。2．電壓互感器的配置每段母線都必須裝設(shè)電壓互感器，供測(cè)量、保護(hù)等用。6～10kV母線裝設(shè)一只三相五柱式或三只單相電壓互感器。35kV以上母線一般裝設(shè)三只單相電壓互感器。3．電氣測(cè)量?jī)x表的配置(1)在電源進(jìn)線上，或經(jīng)供電部門(mén)同意的電能計(jì)量點(diǎn)，必須裝設(shè)計(jì)費(fèi)的有功電能表和無(wú)功電能表，而且宜采用全國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電能計(jì)量柜。為指示負(fù)荷電流，進(jìn)線上還應(yīng)裝設(shè)一只電流表。(2)變配電所的每段母線上，必須裝設(shè)電壓表測(cè)量電壓。在中性點(diǎn)非有效接地的系統(tǒng)中，各段母線上還應(yīng)裝設(shè)絕緣監(jiān)視裝置。(3)35～110／6～10kV的電力變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流表、有功功率表、無(wú)功功率表、有功電能表和無(wú)功電能表各一只。(4)3～10kV的配電線路，應(yīng)裝設(shè)電流表、有功和無(wú)功電能表各一只。如不是送往單獨(dú)經(jīng)濟(jì)核算單位時(shí)，可不裝無(wú)功電能表。(5)380V的電源進(jìn)線或變壓器低壓側(cè)，各相應(yīng)裝一只電流表。低壓動(dòng)力線路上，應(yīng)裝設(shè)一只電流表。低壓照明線路及三相負(fù)荷不平衡率大于15％的線路上，應(yīng)裝設(shè)三只電流表分別測(cè)量三相電流。如需計(jì)量電能，一般應(yīng)裝設(shè)一只三相四線有功電能表。(6)并聯(lián)電力電容器組的總回路上，應(yīng)裝設(shè)三只電流表，分別測(cè)量三相電流，并應(yīng)裝設(shè)一只無(wú)功電能表。測(cè)量?jī)x表單相電子式多費(fèi)率電能表三相電子式多費(fèi)率電能表普通機(jī)械表多功能數(shù)字表9.5.3電氣測(cè)量回路與絕緣監(jiān)視任務(wù)：監(jiān)視供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和計(jì)量一次系統(tǒng)消耗的電能，保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)合理地運(yùn)行。要求：對(duì)電氣測(cè)量?jī)x表，要保證其測(cè)量范圍和準(zhǔn)確度滿足變配電設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視和計(jì)量的要求，并力求外形美觀，便于觀測(cè)，經(jīng)濟(jì)耐用等。（一）電氣測(cè)量的任務(wù)與要求

續(xù)上頁(yè)（二）電氣測(cè)量回路示例10kV線路電氣測(cè)量原理電路圖電能表接線續(xù)上頁(yè)380V電源進(jìn)線回路電氣測(cè)量原理電路圖。續(xù)上頁(yè)基于先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理和單片機(jī)技術(shù)的新型數(shù)字式智能表，集測(cè)量、顯示、報(bào)警輸出、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為一體，已逐步在重要的變配電所及其自動(dòng)化工程中得到應(yīng)用。下圖是多功能綜合數(shù)字式智能表的測(cè)量原理電路圖。交流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)視利用一次系統(tǒng)接地后出現(xiàn)的零序電壓給出信號(hào)或跳閘。一、電源自動(dòng)切換裝置9.6供配電系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置

（一）電源自動(dòng)投入裝置的作用與類(lèi)型

工作電源與備用電源的接線方式可分為兩大類(lèi)：明備用:指在正常時(shí)，備用電源不投入工作，只有在工作電源發(fā)生故障時(shí)才投入工作。暗備用:指在正常時(shí)，兩電源都投入，互為備用。

作用：用于兩路及以上電源進(jìn)線的變配電所中，提高供電可靠性。

微機(jī)備用電源自動(dòng)投入裝置（Auto-PowerswitchDevice，簡(jiǎn)稱APD）。

在正常情況下，QF1閉合，QF2斷開(kāi)，負(fù)荷由工作電源供電。

當(dāng)工作電源故障時(shí)，APD動(dòng)作，將QF1斷開(kāi)，切除故障電源，然后將QF2閉合，使備用電源投入工作，恢復(fù)供電。

正常情況下，QF1,QF2閉合，QF3斷開(kāi)，兩個(gè)電源分別向兩段母線供電。

若電源A(B)發(fā)生故障，APD動(dòng)作，將QF1(QF2)斷開(kāi)，隨即將QF3閉合，此時(shí)全部負(fù)荷均由B(A)電源供電。（二）對(duì)備用電源自動(dòng)投入裝置的基本要求應(yīng)保證在工作電源斷開(kāi)后投入備用電源。工作電源故障或斷路器被錯(cuò)誤斷開(kāi)時(shí)，自動(dòng)投入裝置應(yīng)延時(shí)動(dòng)作。手動(dòng)斷開(kāi)工作電源、電壓互感器二次回路斷線和備用電源無(wú)電壓的情況下，不應(yīng)起動(dòng)自動(dòng)投入裝置。自動(dòng)投入裝置動(dòng)作后，如備用電源投到故障上，應(yīng)使保護(hù)加速動(dòng)作并跳閘。應(yīng)保證自動(dòng)投入裝置只動(dòng)作一次，以免將備用電源重復(fù)投入永久性故障回路中。自動(dòng)投入裝置中，可設(shè)置工作電源的電流閉鎖回路。（三）微機(jī)備用電源自動(dòng)投入裝置的原理微機(jī)備用電源自動(dòng)投入裝置的動(dòng)作邏輯框圖二、自動(dòng)重合閘裝置（一）概述

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電力系統(tǒng)的故障特別是架空線路上的故障大多是暫時(shí)性的，多數(shù)能很快地自行消除。因此，采用自動(dòng)重合閘裝置（ARE），迅速恢復(fù)供電，從而大大提高供電可靠性。

對(duì)于架空線路來(lái)說(shuō)，一次重合成功率可達(dá)60％～90％。（二）對(duì)自動(dòng)重合閘裝置的基本要求

自動(dòng)重合閘裝置可由保護(hù)裝置或斷路器控制狀態(tài)與位置不對(duì)應(yīng)來(lái)啟動(dòng)。手動(dòng)或通過(guò)遙控裝置將斷路器斷開(kāi)或?qū)嗦菲骱祥l投入故障線路上隨即由保護(hù)跳閘將其斷開(kāi)時(shí)，自動(dòng)重合閘裝置均不應(yīng)動(dòng)作。自動(dòng)重合閘裝置的動(dòng)作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先的規(guī)定，如一次重合閘就只應(yīng)實(shí)現(xiàn)重合一次。當(dāng)斷路器處于不正常狀態(tài)不允許實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘時(shí)，應(yīng)將重合閘裝置閉鎖。（三）微機(jī)自動(dòng)重合閘裝置的原理微機(jī)三相一次自動(dòng)重合閘裝置的動(dòng)作邏輯框圖微機(jī)自動(dòng)重合閘裝置的加速段保護(hù)邏輯框圖9.7變電所綜合自動(dòng)化分層分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分層分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)9.7變電所綜合自動(dòng)化10kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分布式配置方案9.7變電所綜合自動(dòng)化35kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分布式配置方案變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的配置與組屏實(shí)例1.系統(tǒng)主接線圖變電站的一次系統(tǒng)接線圖如下圖所示。它有兩個(gè)電壓等級(jí)，分別是110kV和10kV。其中110kV采用內(nèi)橋接線，通過(guò)主變壓器降壓為10kV后，供變電站周?chē)?fù)荷用電。圖9-21某變電站的一次系統(tǒng)接線圖變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的配置與組屏實(shí)例2.配置方案

對(duì)于已知的變電站一次系統(tǒng)情況，可以采用分層分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，可以按一次設(shè)備間隔配置，滿足各個(gè)一次設(shè)備間隔的測(cè)量、監(jiān)視、保護(hù)、控制、通信功能；同時(shí)，滿足變電站的監(jiān)控功能、AVQC、接地選線功能、遠(yuǎn)動(dòng)等功能。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)組屏方案示意圖本章小結(jié)本章是本課程的重點(diǎn)，也是從事供電工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行必備的基礎(chǔ)知識(shí)。本章首先講述了供電系統(tǒng)一次接線的概念、變配電所的操作電源

；其次重點(diǎn)討論了電氣測(cè)量回路與絕緣監(jiān)視裝置、高壓斷路器的控制和信號(hào)回路

；最后簡(jiǎn)要介紹了中央信號(hào)裝置

。本章重點(diǎn)：電氣測(cè)量回路與絕緣監(jiān)視、高壓斷路器的控制和信號(hào)回路。

本章難點(diǎn)：高壓斷路器的控制和信號(hào)回路。

教學(xué)基本要求：了解變配電所常用操作電源、中央信號(hào)裝置；理解供電系統(tǒng)的典型二次接線；靈活運(yùn)用10kV及以下變配電所二次接線的設(shè)計(jì)。

自測(cè)題一、填空題1．變電所的信號(hào)裝置按用途可分為

、

、

三種。

2．二次接線按功能分有操作電源回路

、

、

、

以及自動(dòng)化裝置等。

3.小型變電所交流操作電源可從

取得，但其可靠性受一次系統(tǒng)影響，一般不能直接作為

保護(hù)的電源，對(duì)這種保護(hù)通常采用

操作方式。

二、簡(jiǎn)答題