工廠供電課件章

第七章

工廠供電系統(tǒng)的二次回路和自動(dòng)裝置

第一節(jié)二次回路及其操作電源第二節(jié)高壓斷路器的控制和信號(hào)回路第三節(jié)變配電所的中央信號(hào)裝置第四節(jié)電測(cè)量?jī)x表與絕緣監(jiān)視裝置第五節(jié)自動(dòng)重合閘與備用電源自動(dòng)投入裝置第六節(jié)供電系統(tǒng)自動(dòng)化基本知識(shí)第七節(jié)二次回路的接線和接線圖本章的要求

了解一些常用的二次回路和自動(dòng)裝置的原理第一節(jié)二次回路及其操作電源

在變電所中通常將電氣設(shè)備分為:一次設(shè)備直接生產(chǎn)、輸送和分配電能的設(shè)備，主電路中的變壓器、高壓斷路器、隔離開關(guān)、電抗器、并聯(lián)補(bǔ)償電力電容器、電力電纜、送電線路以及母線等設(shè)備二次設(shè)備對(duì)一次設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和保護(hù)的輔助電氣設(shè)備。測(cè)量?jī)x表、控制與信號(hào)回路、繼電保護(hù)裝置以及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等。它們相互間所連接的電路稱為二次回路或二次接線。按功用可分為控制回路、合閘回路、信號(hào)回路、測(cè)量回路、保護(hù)回路以及遠(yuǎn)動(dòng)裝置回路等；按電路類別分為直流回路、交流回路。供配電系統(tǒng)的二次回路功能示意圖二次回路圖

二次回路的接線圖按用途可分為

原理接線圖用來表示繼電保護(hù)、監(jiān)視測(cè)量和自動(dòng)裝置等二次設(shè)備或系統(tǒng)的工作原理，它以元件的整體形式表示各二次設(shè)備間的電氣連接關(guān)系。展開接線圖

按二次接線使用的電源分別畫出各自的交流電流回路、交流電壓回路、操作電源回路中各元件的線圈和觸點(diǎn)。安裝接線圖反映的是二次回路中各電氣元件的安裝位置、內(nèi)部接線及元件間的線路關(guān)系6～10kV線路的測(cè)量回路接線原理圖6～10kV線路的測(cè)量回路展開接線圖二次回路圖的閱讀方法

二次回路圖在繪制時(shí)遵循著一定的規(guī)律，看圖時(shí)首選應(yīng)清楚電路圖的工作原理、功能以及圖紙上所標(biāo)符號(hào)代表的設(shè)備名稱，然后再看圖紙看圖的基本要領(lǐng)先交流，后直流交流看電源，直流找線圈查找繼電器的線圈和相應(yīng)觸點(diǎn)，分析其邏輯關(guān)系先上后下，先左后右，針對(duì)端子排圖和屏后安裝圖看圖閱讀展開圖基本要領(lǐng)

直流母線或交流電壓母線用粗線條表示，以區(qū)別于其它回路的聯(lián)絡(luò)線。繼電器和每一個(gè)小的邏輯回路的作用都在展開圖的右側(cè)注明。

展開圖中各元件用國(guó)家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)圖形符號(hào)和文字符號(hào)表示，繼電器和各種電氣元件的文字符號(hào)與相應(yīng)原理圖中的方案符號(hào)應(yīng)一致。繼電器的觸點(diǎn)和電氣元件之間的連接線段都有數(shù)字編號(hào)（回路編號(hào)），便于了解該回路的用途和性質(zhì)，以及根據(jù)標(biāo)號(hào)能進(jìn)行正確的連接，以便安裝、施工、運(yùn)行和檢修。

同一個(gè)繼電器的文字符號(hào)與其本身觸點(diǎn)的文字符號(hào)相同。按電源性質(zhì)分：直流回路、交流回路

二次回路的操作電源是供高壓斷路器分、合閘回路和繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置、信號(hào)回路、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其他二次回路所需的電源。因此對(duì)操作電源的可靠性要求很高，容量要求足夠大，盡可能不受供電系統(tǒng)運(yùn)行的影響。

操作電源直流操作電源(一)由蓄電池組供電的直流操作電源1．鉛酸蓄電池

采用鉛酸蓄電池組作操作電源，工作可靠；但由于它充電時(shí)要排出氫和氧的混合氣體，有爆炸危險(xiǎn)，而且隨著氣體帶出硫酸蒸氣，有強(qiáng)腐蝕性，一般工廠供電系統(tǒng)中不予采用。

2．鎘鎳蓄電池

采用鎘鎳蓄電池組作操作電源，除了工作可靠外，還有其大電流放電性能好，比功率大，機(jī)械強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，腐蝕性小，無需專用房間來裝設(shè)，應(yīng)用比較普遍。

(二)由整流裝置供電的直流操作電源1．硅整流電容儲(chǔ)能式直流電源

單獨(dú)采用硅整流器來作直流操作電源，在交流供電系統(tǒng)電壓降低或電壓消失時(shí)，將嚴(yán)重影響直流系統(tǒng)的正常工作，因此宜采用有電容儲(chǔ)能的硅整流電源，在交流供電系統(tǒng)電壓降低或消失時(shí)，由儲(chǔ)能電容器對(duì)繼電保護(hù)和跳閘回路供電，使其正常動(dòng)作，如下圖所示。

C1、C2儲(chǔ)能電容器,WC控制小母線,WF閃光信號(hào)小母線,WO合閘小母線。

硅整流器U1主要用作斷路器合閘電源，并可向控制、信號(hào)和保護(hù)回路供電。硅整流器U2的容量較小，僅向控制、信號(hào)和保護(hù)回路供電（由二極管VD1、VD2、VD3起作用）。

2．復(fù)式整流的直流操作電源

復(fù)式整流是指提供直流操作電壓的整流裝置有兩個(gè)：電壓源由變壓器或電壓互感器供電，經(jīng)硅整流器供電給控制等二次回路；電流源由電流互感器及硅整流器供電給控制等二次回路。

當(dāng)穩(wěn)壓要求較高時(shí)裝設(shè)鐵磁諧振穩(wěn)壓器

復(fù)式整流裝置有電壓源和電流源，因此能保證供電系統(tǒng)在正常和短路故障情況下直流系統(tǒng)均能可靠地供電。與上述電容儲(chǔ)能式相比，復(fù)式整流裝置的輸出功率更大，電壓穩(wěn)定性更好。三、交流操作電源

對(duì)采用交流操作的斷路器，應(yīng)采用交流操作電源，所有保護(hù)繼電器、控制設(shè)備、信號(hào)裝置及其他二次元件均應(yīng)采用交流型式。

采用交流操作電源，可使二次回路簡(jiǎn)化，投資減少，維護(hù)方便，但是它不適于比較復(fù)雜的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置及其他二次回路。交流操作電源廣泛用于中小工廠變配電所中斷路器采用手動(dòng)操作或彈簧操作及繼電保護(hù)采用交流操作的場(chǎng)合。

第二節(jié)高壓斷路器的控制和信號(hào)回路

變電所在運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)荷的變化或系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變，經(jīng)常需要操作切換斷路器和隔離開關(guān)等設(shè)備。斷路器的操作是通過它的操作機(jī)構(gòu)來完成的，而控制電路就是用來控制操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作的電氣回路?？刂齐娐钒凑湛刂频攸c(diǎn)的不同，

就地控制電路車間變電所和容量較小的總降壓變電所的6～10kV斷路器的操作，一般多在配電裝置旁手動(dòng)進(jìn)行。

控制室集中控制電路總降壓變電所的主變壓器和電壓為35kV以上的進(jìn)出線斷路器以及出線回路較多的6～10kV斷路器，采用就地控制很不安全，容易引起誤操作，故可采用由控制室遠(yuǎn)方集中控制?？刂苹芈罚褐缚刂?操作)高壓斷路器分、合閘的回路。電磁操作機(jī)構(gòu)只能采用直流操作電源，彈簧操作機(jī)構(gòu)和手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)可交直流兩用，但一般采用交流操作電源。

信號(hào)回路：指示一次電路設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的二次回路。按用途分，有斷路器位置信號(hào)、事故信號(hào)和預(yù)告信號(hào)等。

位置信號(hào)：用來顯示斷路器正常工作的位置狀態(tài)。一般是紅燈(符號(hào)RD)亮，表示斷路器在合閘位置；綠燈(符號(hào)GN)亮，表示斷路器在分閘位置。

事故信號(hào)：用來顯示斷路器在事故情況下的工作狀態(tài)。一般是紅燈閃光，表示斷路器自動(dòng)合閘；綠燈閃光，表示斷路器自動(dòng)跳閘。此外還有事故音響信號(hào)和光字牌等。

預(yù)告信號(hào)是在一次設(shè)備出現(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)。值班員可根據(jù)預(yù)告信號(hào)及時(shí)處理?？刂齐娐返幕疽?/p>

由于斷路器操作機(jī)構(gòu)的合閘與跳閘線圈都是按短時(shí)通過電流進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此控制電路在操作過程中只允許短時(shí)通電，操作停止后即自動(dòng)斷電；能夠準(zhǔn)確指示斷路器的分、合閘位置；斷路器不僅能用控制開關(guān)及控制電路進(jìn)行跳閘及合閘操作，而且能由繼電器保護(hù)及自動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)跳閘及合閘操作；能夠?qū)刂齐娫醇翱刂齐娐愤M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視；斷路器操作機(jī)構(gòu)的控制電路要有機(jī)械“防跳”裝置或電氣“防跳”措施。采用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制和信號(hào)回路WC-控制小母線WS-信號(hào)小母線R1、R2-限流電阻QM-手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)輔助觸點(diǎn)沒有操作前合閘操作故障分閘操作讀圖的順序采用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制和信號(hào)回路WC-控制小母線WS-信號(hào)小母線R1、R2-限流電阻QM-手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)輔助觸點(diǎn)按“不對(duì)應(yīng)原理”設(shè)計(jì)操作機(jī)構(gòu)手柄在合閘位置而斷路器分閘時(shí)，發(fā)出事故跳閘信號(hào)。采用電磁操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制和信號(hào)回路WC-控制小母線WL-燈光信號(hào)小母線WF-閃光信號(hào)小母線WS-信號(hào)小母線WAS-信號(hào)音響小母線WO-合閘小母線

雙向自復(fù)式并具有保持觸點(diǎn)的萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)手柄正常為垂直位置(0o)。順時(shí)針扳轉(zhuǎn)45o，為合閘(ON)操作，手松開即自動(dòng)返回(復(fù)位)，保持合閘狀態(tài)。反時(shí)針扳轉(zhuǎn)45o，為分閘(OFF)操作，手松開也自動(dòng)返回，保持分閘狀態(tài)。采用電磁操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制和信號(hào)回路WC-控制小母線WL-燈光信號(hào)小母線WF-閃光信號(hào)小母線WS-信號(hào)小母線WAS-信號(hào)音響小母線WO-合閘小母線

沒有操作前合閘操作故障分閘操作讀圖的順序根據(jù)“不對(duì)應(yīng)原理”設(shè)計(jì)采用彈簧操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制和信號(hào)回路WC-控制小母線WS-信號(hào)小母線WAS-事故音響信號(hào)小母線SA-控制開關(guān)SB-按鈕SQ-儲(chǔ)能位置開關(guān)YO-電磁合閘線圈YA-跳閘線圈QF1~6-斷路器輔助觸點(diǎn)M-儲(chǔ)能電機(jī)采用彈簧操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制和信號(hào)回路沒有操作前合閘操作故障分閘操作讀圖的順序：根據(jù)“不對(duì)應(yīng)原理”設(shè)計(jì)注意按鈕操作第三節(jié)變配電所的中央信號(hào)裝置中央信號(hào)按用途分為：事故信號(hào)供電系統(tǒng)在運(yùn)行中發(fā)生了某種故障而使繼電保護(hù)動(dòng)作。如高壓斷路器因線路發(fā)生短路而自動(dòng)跳閘后給出的信號(hào)即為事故信號(hào)。

預(yù)告信號(hào)供電系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)生了某種異常情況，但并不要求系統(tǒng)中斷運(yùn)行，只要求給出指示信號(hào)，通知值班人員及時(shí)處理即可。如變壓器保護(hù)裝置發(fā)出的變壓器過負(fù)荷信號(hào)即為預(yù)告信號(hào)。

位置信號(hào)指示電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，如斷路器的合閘指示燈、跳閘指示燈均為位置信號(hào)。不能重復(fù)動(dòng)作的中央復(fù)歸式事故音響信號(hào)回路關(guān)于WAS小母線的說明不能重復(fù)動(dòng)作的中央復(fù)歸式事故音響信號(hào)回路不能重復(fù)動(dòng)作的中央復(fù)歸式事故音響信號(hào)回路實(shí)驗(yàn)按鈕音響解除按鈕以2臺(tái)斷路器的控制為例連接點(diǎn)不連接點(diǎn)1-預(yù)備分、合閘2–

分、合閘3–

分、合閘后箭頭“→”指操作順序母線正極母線負(fù)極平時(shí)不帶電重復(fù)動(dòng)作的中央復(fù)歸式事故音響信號(hào)回路VD1、VD2–

續(xù)流二極管C-抗干擾電容器試驗(yàn)按鈕手動(dòng)解除音響按鈕此處有誤，應(yīng)如圖7-6所示RR不能重復(fù)動(dòng)作的中央復(fù)歸式預(yù)告音響信號(hào)回路學(xué)生練習(xí)讀圖母線正極母線負(fù)極平時(shí)不帶電反映回路參數(shù)變化的繼電器手動(dòng)解除音響后，光字牌依舊是亮的。閃光信號(hào)裝置平時(shí)不帶電第四節(jié)電測(cè)量?jī)x表與絕緣監(jiān)視裝置

變電所的電氣測(cè)量?jī)x表是保證電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要工具之一，測(cè)量?jī)x表的連接回路則是變電所二次接線的重要組成部分。電氣測(cè)量與電能計(jì)量?jī)x表的配置，要保證運(yùn)行值班人員能方便地掌握設(shè)備運(yùn)行情況，方便事故及時(shí)正確地處理。電氣測(cè)量與計(jì)量?jī)x表應(yīng)盡量安裝在被測(cè)量設(shè)備的控制平臺(tái)或控制工具箱柜上，以便操作時(shí)易于觀察。6～10kV電氣系統(tǒng)測(cè)量?jī)x表的配置線路名稱裝設(shè)計(jì)量?jī)x表的數(shù)量說

明電流表電壓表有功無功有功無功功率表功率表電度表電度表6～10kV進(jìn)線1

11

6～10kV出線1

11不單獨(dú)經(jīng)濟(jì)核算的出線，不裝無功電度表；線路負(fù)荷大于5000kW以上，裝有功功率表6～10kV連接線1

1

2

電度表只裝在線路一側(cè)，應(yīng)有逆變器雙繞組變壓器10(6)/3～6kV一次側(cè)1

115000kVA以上，應(yīng)裝設(shè)有功功率表二次側(cè)1

10(6)/0.4kV一次側(cè)1

1

需單獨(dú)經(jīng)濟(jì)核算，應(yīng)裝無功電度表同步電動(dòng)機(jī)1

1111另需裝設(shè)功率因數(shù)表異步電動(dòng)機(jī)1

1

靜電電容器3

1

母線（每段或每條）

4

其中一個(gè)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)檢查三個(gè)相電壓，其余三個(gè)作母線絕緣監(jiān)察三相電路功率的測(cè)量1）三相有功功率的測(cè)量負(fù)載為三相四線制不對(duì)稱負(fù)載，則可用三個(gè)單相功率表分別測(cè)量每相有功功率，三相功率為三個(gè)功率表讀數(shù)之和，即：

負(fù)載為三相三線制對(duì)稱或不對(duì)稱負(fù)載，則可用兩個(gè)單相功率表測(cè)量三相功率，兩個(gè)功率表的讀數(shù)之和為三相有功功率的總和。注意接線三相有功功率的測(cè)量三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，無論是接成三相四線制還是三相三線制，都可用一表法進(jìn)行測(cè)量，再將結(jié)果乘以3，便得到三相功率。三相有功電能表的接線6～10kV線路的測(cè)量回路接線原理圖6～10kV線路的測(cè)量回路展開接線圖三相電路功率的測(cè)量2）三相無功功率的測(cè)量一般常用kvar表，測(cè)量接線與三相有功功率表相同，采用間接法，先求得三相有功功率和視在功率，然后計(jì)算出無功功率，也可以通過測(cè)量電壓、電流和相位計(jì)算求得。3）功率表使用注意事項(xiàng)測(cè)量交、直流電路的電功率，一般采用電動(dòng)系儀表。儀表的固定繞組串接入被測(cè)電路；活動(dòng)繞組并接入電路。使用功率表時(shí)，不但要注意功率表的功率量程，而且還要注意功率表的電流和電壓量程。注意功率表的極性。測(cè)量時(shí)，將標(biāo)有“*”的電流端鈕接到電源側(cè)，另一個(gè)端鈕接到負(fù)載側(cè)；標(biāo)有“*”的電壓端鈕可接在電流端鈕的任一側(cè)，另一個(gè)端鈕則跨接到負(fù)載的另一側(cè)。

三相四線有功電能表接法三相三線電能表接法220/380V照明線路電測(cè)量?jī)x表電路圖

絕緣監(jiān)察裝置

絕緣監(jiān)察裝置主要用來監(jiān)視小接地電流系統(tǒng)相對(duì)地的絕緣情況。這種系統(tǒng)發(fā)生一相接地時(shí)，線電壓不變，因此對(duì)系統(tǒng)尚不至于引起危害，但這種情況不允許長(zhǎng)期運(yùn)行，否則當(dāng)另一點(diǎn)再發(fā)生接地時(shí)，就會(huì)引起嚴(yán)重后果?？赡茉斐衫^電保護(hù)、信號(hào)裝置和控制回路的誤動(dòng)作，使高壓斷路器誤跳閘或拒絕跳閘。為了防止這種危害，必須裝設(shè)連續(xù)工作的高靈敏度的絕緣監(jiān)察裝置，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中某點(diǎn)接地或絕緣降低。但不能判別是哪一條線路發(fā)生了接地故障。如果高壓線路較多時(shí)，采用這種絕緣監(jiān)察裝置還不夠。這種裝置只適用于線路數(shù)目不多，并且只允許短時(shí)停電的供電系統(tǒng)中。絕緣監(jiān)察裝置及電壓測(cè)量電路絕緣監(jiān)察線電壓測(cè)量轉(zhuǎn)換開關(guān)零序電壓互感器

第五節(jié)自動(dòng)重合閘與備用電源自動(dòng)投入裝置

電力系統(tǒng)的故障大多是暫時(shí)性短路的，這些故障點(diǎn)導(dǎo)致電網(wǎng)暫時(shí)失去絕緣性能，引起斷路器跳閘。線路電壓消失后，故障點(diǎn)的絕緣便自行恢復(fù)。此時(shí)若使斷路器重新合閘，便可立即恢復(fù)供電，從而大大提高供電可靠性，避免因停電給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來的巨大損失。

斷路器因保護(hù)動(dòng)作跳閘后能自動(dòng)重新合閘的裝置稱為自動(dòng)重合閘裝置，簡(jiǎn)稱ARD或ZCH。按照規(guī)程規(guī)定，電路在1kV以上的架空線路和電纜線路與架空的混合線路，當(dāng)具有斷路器時(shí)，一般均應(yīng)裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置；對(duì)電力變壓器和母線，必要時(shí)可以裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置。一、自動(dòng)重合閘裝置自動(dòng)重合閘裝置的分類

作用對(duì)象可分為線路、變壓器和母線的重合閘按照動(dòng)作方法可分為機(jī)械式重合閘（斷路器采用彈簧式或重錘式操動(dòng)機(jī)構(gòu)）和電氣式重合閘（斷路器采用電磁式操動(dòng)機(jī)構(gòu)）。使用條件可分為單側(cè)或雙側(cè)電源的重合閘。

ARD和繼電器保護(hù)配合的方式可分為ARD前加速、ARD后加速和不加速。動(dòng)作次數(shù)可分為一次重合閘、二次重合閘或三次重合閘，對(duì)于架空線路來說，一次重合成功率可達(dá)60%～90%，二次重合成功率只有15%左右，三次重合成功率僅3%左右。電氣一次自動(dòng)重合閘的基本原理跳閘按鈕合閘按鈕重合閘裝置重合閘繼電器自動(dòng)重合閘繼電器KAR的結(jié)構(gòu)和工作原理

時(shí)間繼電器KT調(diào)整從裝置啟動(dòng)到發(fā)出接通斷路器合閘線圈回路的脈沖為止的延時(shí)

中間繼電器KM發(fā)出接通斷路器合閘線圈回路的脈沖

電容器C保證KAR只動(dòng)作一次

充電電阻R4限制電容器充電電流

附加電阻R5

保證KT線圈熱穩(wěn)定性

放電電阻R6

電容器經(jīng)過它放電

信號(hào)燈HL監(jiān)視中間繼電器的觸點(diǎn)

附加電阻R7

限制信號(hào)燈的電流對(duì)自動(dòng)重合閘裝置的基本要求

當(dāng)手動(dòng)投入斷路器，由于線路上有故障隨即由保護(hù)裝置將其斷開后，ARD裝置也不應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)斷路器因繼電保護(hù)或其他原因而跳閘時(shí)，ARD均應(yīng)動(dòng)作，使斷路器重新合閘。為了能夠滿足前兩個(gè)要求，應(yīng)優(yōu)先從采用控制開關(guān)位置與斷路器位置不對(duì)應(yīng)原則來啟動(dòng)重合閘。無特殊要求時(shí)對(duì)架空線路只重合閘一次，當(dāng)重合于永久性故障而再次跳閘后，就不應(yīng)再動(dòng)作。自動(dòng)重合閘動(dòng)作以后，應(yīng)能自動(dòng)復(fù)歸準(zhǔn)備好下一次再動(dòng)作。自動(dòng)重合閘裝置應(yīng)能夠在重合閘以前或重合閘以后加速繼電保護(hù)動(dòng)作，以便更好地和繼電保護(hù)相配合，減少故障切除時(shí)間。自動(dòng)重合閘裝置動(dòng)作應(yīng)盡量快，以便減少工廠的停電時(shí)間。電氣一次自動(dòng)重合閘裝置短接保護(hù)回路中的時(shí)間繼