电气工程基础(第十四章)

1、主讲主讲: 吴吴 军军 Tel:Email:电气工程基础（下册）电气工程基础（下册） 第第14章章 发电厂变电所的控制与信号发电厂变电所的控制与信号系统系统 14.1 电气二次回路电气二次回路 14.2 控制回路和信号回路常用低压电器控制回路和信号回路常用低压电器 14.3 高压断路器的控制回路高压断路器的控制回路 14.4 高压隔离开关的电动操作与闭锁高压隔离开关的电动操作与闭锁 14.5 信号及测量回路信号及测量回路 14.6 发电厂变电所的操作电源发电厂变电所的操作电源 控制与信号系统控制与信号系统 主要内容及重难点 主要内容：熟悉一次系统和二次系统的基本概念；

2、看懂主要内容：熟悉一次系统和二次系统的基本概念；看懂二次接线图，熟悉其常用的文字及图形符号；了解控制二次接线图，熟悉其常用的文字及图形符号；了解控制和信号回路常用的低压电气；熟悉高压断路器的控制回和信号回路常用的低压电气；熟悉高压断路器的控制回路；熟悉高压隔离开关的电动操作与闭锁回路；了解发路；熟悉高压隔离开关的电动操作与闭锁回路；了解发电厂和变电所的操作电源；电厂和变电所的操作电源； 重点：熟悉一次系统和二次系统的基本概念；看懂二次重点：熟悉一次系统和二次系统的基本概念；看懂二次接线图，熟悉其常用的文字及图形符号；了解控制和信接线图，熟悉其常用的文字及图形符号；了解控制和信号回路常用的低压电

3、气；熟悉高压断路器的控制回路；号回路常用的低压电气；熟悉高压断路器的控制回路；熟悉高压隔离开关的电动操作与闭锁回路；了解发电厂熟悉高压隔离开关的电动操作与闭锁回路；了解发电厂和变电所的操作电源和变电所的操作电源 ； 难点：高压断路器的控制回路；高压隔离开关的电动操难点：高压断路器的控制回路；高压隔离开关的电动操作与闭锁回路作与闭锁回路 。14.1 电气二次回路电气二次回路 二次回路定义一次设备一次设备：直接用于生产、输送和分配电能二次设备二次设备：对一次设备进行监视、控制、测量和保护 二次电气设备一般包括控制和信号设备、测量表计、继电保护装置及各种自动装置等，它们构成了发电厂和变电所的二次系统

4、二次系统.14.1 电气二次回路电气二次回路 二次接线二次接线二次接线:将二次设备按照工作要求，互相连接组合在一起所形成的电路二次回路(二次接线)操作控制回路测量回路信号回路保护回路操作电源回路自动装置回路14.1 电气二次回路电气二次回路 二次接线图将二次设备按照工作要求连接在一起的图称为将二次设备按照工作要求连接在一起的图称为二次接线图 按用途分原理接线图 展开接线图 安装接线图 14.1 电气二次回路电气二次回路 电气设备常用基本文字符号名称新符号旧符号名称新符号旧符号单字母双字母单字母双字母发电机GF接触器KKMC电动机MD电压继电器KKVYJ绕 组WQ电流继电器KKALJ变压器TB时

5、间继电器KKTSJ电流互感器TTALH信号继电器KKSXJ电压互感器TTVYH功率方向继电器KKPGJ避雷器FBL差动继电器KKDCJ低压断路器QQAZK母线WM刀开关QQKDK电抗器LDK行程开关SSQCK熔断器FFURD控制开关SSAKK指示灯HHLSD14.1 电气二次回路电气二次回路 展开图中常用的图形符号14.1 电气二次回路电气二次回路 展开图中常用的图形符号注注:规定元件不带电（或断路器未合闸）时的状态为“常”态 常闭触点,元件不带电时触点处于闭合状态常开触点,元件不带电时触点处于断开状态14.1 电气二次回路电气二次回路 展开图中常用的图形符号注注:规定元件不带电（或断路器未合

6、闸）时的状态为“常”态 常闭触点,元件不带电时触点处于闭合状态常开触点,元件不带电时触点处于断开状态14.1 电气二次回路电气二次回路 二次接线图的种类二次接线图的种类 原理接线图原理接线图: 图中元件设备以整体形式表示，一次设备和图中元件设备以整体形式表示，一次设备和二次设备、交流和直流回路均绘在一起。二次设备、交流和直流回路均绘在一起。 特点：便于了解设备的整体工作概况，给人特点：便于了解设备的整体工作概况，给人以形象、明显、直观的感觉。以形象、明显、直观的感觉。 缺点：在较复杂的接线中，不便阅读和施工，缺点：在较复杂的接线中，不便阅读和施工，不易查找错误。不易查找错误。 10kV线路的过

7、流保护和测量回路原理接线图 14.1 电气二次回路电气二次回路 二次接线图的种类二次接线图的种类 展开接线图：展开接线图： 将二次回路有关设备解体，按供电电源不将二次回路有关设备解体，按供电电源不同分为交流电流回路、交流电压回路、直流操同分为交流电流回路、交流电压回路、直流操作回路和信号回路等几部分。各元件的线圈和作回路和信号回路等几部分。各元件的线圈和接点则按动作顺序分别绘在接点则按动作顺序分别绘在不同回路不同回路中。中。 特点：展开接线图接线简单、结构清晰、特点：展开接线图接线简单、结构清晰、层次分明、阅图和查找错误方便层次分明、阅图和查找错误方便 14.1 电气二次回路电气二次回路 二次

8、接线图的种类二次接线图的种类 10kV线路线路过流保护和过流保护和测量展开接测量展开接线图线图 14.1 电气二次回路电气二次回路 二次接线图的种类二次接线图的种类 安装接线图：安装接线图： 根据安装施工的要求，表示出二次设备具根据安装施工的要求，表示出二次设备具体位置和布线方式的图形。安装接线图包括屏体位置和布线方式的图形。安装接线图包括屏面布置图、屏背面接线图、端子排图和电缆配面布置图、屏背面接线图、端子排图和电缆配置图等。置图等。 端子排图：端子排图：是表明屏是表明屏(柜柜)内设备与屏内设备与屏(柜柜)外设备连接情况以及屏外设备连接情况以及屏(柜柜)上需要装设的端子上需要装设的端子类型、

9、数目以及排列顺序的图。类型、数目以及排列顺序的图。 14.1 电气二次回路电气二次回路 二次接线图的种类二次接线图的种类端子排图表示方法示意图 14.1 电气二次回路电气二次回路 二次接线图的种类二次接线图的种类14.2 控制回路和信号回路常用低压电器控制回路和信号回路常用低压电器低压电器配电电器控制电器低压断路器低压熔断器刀开关接触器控制按钮控制开关指示灯行程开关14.2 控制回路和信号回路常用低压电器控制回路和信号回路常用低压电器低压断路器低压熔断器刀开关一、低压配电电器14.2 控制回路和信号回路常用低压电器控制回路和信号回路常用低压电器特点: 1)其操动部分可与开关本体结合为一体，不需

10、设置专门的操动机构 2)断路器本身具有一些保护功能（如过电流、过载、欠电压等），不需通过互感器和继电器来实现 低压断路器又称自动空气开关，主要装在变电所变压器的低压侧和各种低压配电屏中，也常用来对控制回路供电 。低压断路器工作原理图14.2 控制回路和信号回路常用低压电器控制回路和信号回路常用低压电器二、控制电器 主令电器:用于发送和转换指令，控制容量不大的电路。 v主令电器控制按钮指示灯控制开关v接触器14.2 控制回路和信号回路常用低压电器控制回路和信号回路常用低压电器14.2 控制回路和信号回路常用低压电器控制回路和信号回路常用低压电器控制按钮接触器控制开关指示灯行程开关 控制按钮:自动

11、控制回路中靠手动发出控制信号的电器。为标明各按钮的作用、避免误操作，通常按钮帽要做成红、绿、蓝、白等颜色以便区别。 14.2 控制回路和信号回路常用低压电器控制回路和信号回路常用低压电器2. 指示灯：在控制回路和信号回路中用作电源工作状态、事故信号、预告信号、电器设备位置信号、指挥信号、联络信号和其它信号的指示。 3. 控制开关：操作手柄在不同的转换角度时，有不同的触头通断状态，能对多个回路进行控制 。1-触头盒； 2-面板； 3-操动手柄 14.2 控制回路和信号回路常用低压电器控制回路和信号回路常用低压电器接触器:是一种能频繁操作交直流电路及大容量控制电路的自动控制开关电器，可作远距离控制

12、用。其中用得最多的是电磁接触器。 开机控制过程:按下按钮SB2 接触器线圈K通电，K1闭合 接通主电路 电动机M启动；K2闭合起自保持作用 停机控制过程:按下按钮SB1 K失电 K1断开 主电路断开 K2断开，准备好下次动作 14.2 控制回路和信号回路常用低压电器控制回路和信号回路常用低压电器14.3 高压断路器的控制回路高压断路器的控制回路 概述概述控制方式集中控制(距离控制):就地控制:610kV配电装置断路器控制回路应满足下述基本要求：（1）断路器跳、合闸后，应能迅速自动切换对应的操作电路，以避免因跳、合闸线圈长时间通电而烧毁。（2）应能指示断路器跳、合闸状态。（3）应有防止断路器多次

13、跳闸、合闸的防“跳跃”闭锁功 能。（4）应能监视控制回路电源和断路器跳闸、合闸回路的完好性。（5）应能实现闭锁要求，对于气动和液压操动机构，当压力不正常时，除有信号反应外，还应进行操作闭锁。（6）控制回路接线应简单、可靠、使用电缆少。断路器的操作 就地就地 :控制开关S的手柄旋至“就地”位置、遥控压板XB2打开的情况下，由操作人员在开关柜上按动控制开关SA的操作 远方远方 远方手动:S旋至“远方”位置、遥控压板XB2合上 远方自动:无人值班的情况，则可由上一级调度值班人员发出指令，按照预先编好的操作程序通过计算机自动操作 14.3 高压断路器的控制回路高压断路器的控制回路 断路器典型控制回路断

14、路器典型控制回路就地手动合闸步骤:控制开关S旋至“就地”位置、遥控压板XB2打开 1. 按下控制开关“SA合”， (+W)SSA合KCFV2K3QF2YC（-W）接通,断路器合闸 3. QF1闭合、触点QF2断开（+W）K7HRQF1YT（-W）接通，于是红灯发光，表明断路器处于合闸状态，5. 同时合闸位置继电器K7也励磁动作，发出合闸信息。14.3 高压断路器的控制回路高压断路器的控制回路 断路器典型控制回路断路器典型控制回路远方遥控合闸步骤:控制开关S旋至“远方”位置、遥控压板XB2接通 ,（+W）SXB2 K2 R（-W）接通 2. K2励磁并动作，发出可进行操作信息，通过远方合闸继电器

15、K5动作，使其常开触点K5闭合 3. (+W)SXB2K5 KCFV2K3QF2 YC（-W）接通，断 路器合闸以下与就地手 动合闸相同. 14.3 高压断路器的控制回路高压断路器的控制回路 断路器典型控制回路断路器典型控制回路就地手动跳闸步骤:控制开关S旋至“就地”位置、遥控压板XB2打开 ,按下控制开关“SA跳” ，（W）SSA跳K1(-W)接通 2. K1励磁并动作，其常开触点闭合，（+W）K1KCF1QF1YT（-W）接通，断路器跳闸 QF1断开 ，切断跳闸线 圈YT的电源；QF2闭合，绿灯HG发光，表明断路器处于跳闸状态，跳闸位置继电器K6动作发出跳闸信息。 14.3 高压断路器的控

16、制回路高压断路器的控制回路 断路器典型控制回路断路器典型控制回路远方自动跳闸步骤:控制开关S旋至“远方”位置、遥控压板XB2接通 , （+W）SXB2K2R（-W） 接通 K2动作，发出可进行操作 信息，通过远方跳闸继电器K4动作，使其常开触点K4闭合K1励磁并动作，其常开触点 闭 合，（+W）K1KCF1 QF1YT（-W）接通，断路器跳闸 4. QF1断开 ，切断跳闸线 圈YT的电源；QF2闭合，绿灯HG发光，表明断路器处于跳闸状态，跳闸位置继电器K6动作发出跳闸信息。 14.3 高压断路器的控制回路高压断路器的控制回路 断路器典型控制回路断路器典型控制回路3. 防“跳跃”闭锁 按下控制开

17、关“SA合”后，断路器就合闸。如果是合闸于有预伏性故障的线路上，则在继电保护作用下，断路器会自动事故跳闸。假若控制开关“SA合”接触时间过长，或触点被焊住或机械被卡住不能复归，即“SA合”一直在发合闸信号，则断路器在事故跳闸后会再次合闸。由于是永久性故障，在继电保护作用下，断路器又会跳闸，造成断路器多次合闸、跳闸，即出现断路器“跳跃”现象，这极易造成断路器损坏，必须加以防止。 方法:控制回路中设有防跳闭锁继电器KCF,电流线圈KCFI串联在跳闸回路中，电压线圈KCFV串联在合闸回路中 14.3 高压断路器的控制回路高压断路器的控制回路 断路器典型控制回路断路器典型控制回路防“跳跃”闭锁 机理:

18、1. 当操作断路器跳闸时，电流线圈KCF励磁，其常开触点KCFI1和KCFI2闭合 当合闸于有预伏性故障的线路并出现控制开关“SA合” 被卡住时, 电压线圈KCFV启动，其常闭触点KCFV2断开，切断了合闸回路，避免断路器的再次合闸。 14.3 高压断路器的控制回路高压断路器的控制回路 断路器典型控制回路断路器典型控制回路4. 控制回路的监视 跳闸回路完好，跳位继电器和绿灯HG接通，合闸回路完好，合位继电器K7以及红灯HR接通。当断路器合闸(或跳闸)后，断路器辅助触点QF1和QF2切换。 14.3 高压断路器的控制回路高压断路器的控制回路 断路器典型控制回路断路器典型控制回路14.4 隔离开关

19、的操作与闭锁隔离开关的操作与闭锁操作方式“就地”操作“远方自动”操作:110kV及以上电压等级及无人值班变电站采用 操动机构电动操作式液压操作式气动操作式14.4 隔离开关的操作与闭锁隔离开关的操作与闭锁 防误闭锁防误闭锁隔离开关必须是在断路器断开及接地刀闸断开的情况下，才能进行操作。为避免误操作，隔离开关与断路器、接地刀闸的操作之间必须按规定的操作顺序，加以闭锁。 隔离开关操作的条件相应断路器断开相应接地刀闸断开隔离开关1QS的控制回路中应采用接地刀闸1QS1的常闭触点作闭锁，隔离开关2QS的控制回路中应同时采用接地刀闸2QS1和2QS2的常闭触点作闭锁，隔离开关1QS和2QS控制回路与断路

20、器的闭锁可共同由断路器的常闭辅助触点QF来实现。14.4 隔离开关的操作与闭锁隔离开关的操作与闭锁 防误闭锁防误闭锁合闸前状态:QF和1QS1均处于断开位置，其常闭触点QF和1QS1均闭合，SB和1SB的常闭触点闭合、常闭触点1KH也闭合. 合闸时:按动合闸按钮1SB1，使电路ASBQF1QS11SB1KH1SB11KM11KM21SQ1B接通，1KM1通电，电动机M1正转，隔离开关1QS合闸。 合闸完毕:行程开关1SQ1断开，切断合闸回路，1KM1失电，电动机停止正转。 14.4 隔离开关的操作与闭锁隔离开关的操作与闭锁 合闸操作合闸操作分闸前状态:QF和1QS1均处于断开位置，其常闭触点Q

21、F和1QS1均闭合，SB和1SB的常闭触点闭合、常闭触点1KH也闭合 分闸时:按动分闸按钮1SB2，使电路ASBQF1QS11SB1KH1SB21KM21KM11SQ2B接通，1KM2通电，电动机M1反转，隔离开关1QS分闸。 合闸完毕:行程开关1SQ2断开，切断合闸回路，1KM2失电，电动机停止反转。 14.4 隔离开关的操作与闭锁隔离开关的操作与闭锁 分闸操作分闸操作14.5 信号及测量回路信号及测量回路 信号回路信号回路 由信号电源、信号装置及连接线组成的回路称由信号电源、信号装置及连接线组成的回路称信号回路信号回路。 1. 位置信号位置信号 反映出电气设备工作状态，例如可利用红灯、绿灯

22、(或者位置继电器)来反映断路器合闸、跳闸状态；隔离开关多用本身带有的位置指示器来指示其工作状态；发电机运行中的调相状态和发电状态可用灯光表示；有载调压变压器设有与调压开关相配套的位置指示器来反映其分接头位置等。 2. 事故信号事故信号 断路器跳闸发出的事故信号，包括音响信号(高音电笛声,全厂公用)和灯光信号(各断路器专用)。 3. 预告信号预告信号 预告信号是在某些电气设备出现了不正常运行状态时发出的信号，通知运行人员尽快采取措施加以消除。例如变压器过负荷、变压器油温过高、轻瓦斯保护动作、变压器风扇故障、电压互感器二次回路断线、直流回路绝缘损坏、中性点不接地系统单相接地和控制回路断线等都应发出

23、预告信号。为了与事故信号相区别，预告信号的音响采用电铃声响，传统的预告灯光信号都设计成光字牌。 事故信号和预告信号统称为中央信号。 14.5 信号及测量回路信号及测量回路 信号回路信号回路14.5 信号及测量回路信号及测量回路 信号回路信号回路14.5 信号及测量回路信号及测量回路 信号回路信号回路由测量仪表和连接线组成的回路就是测量回路 发电厂变电所中用得较多的电气测量仪表是：电流表、电压表、频率表、同步表、有功功率表、有功电能表、无功电能表； 非电量仪表有温度表、水位表、压力表、流量表、真空表等。14.5 信号及测量回路信号及测量回路 测量回路测量回路 要求:（1）在任何情况下都能不间断供

24、电;（2）电源能量和电压质量均应能在最严重事故情况下保证用电设备可靠工作。 直流操作电源可用来供电给直流控制负荷和直流动力负荷。 （一）蓄电池组操作电源（一）蓄电池组操作电源 蓄电池是一种独立的可靠电源。在发电厂内发生任何事故时，甚至在全厂电源全部停电的情况下，蓄电池都应能保证直流系统中的用电设备可靠而连续地工作，同时还可以作为全厂事故照明电源蓄电池分类密封型 (免维护 ):具有使用方便、寿命长的特点 敞开式14.6 发电厂变电所的操作电源发电厂变电所的操作电源 分类分类电解液：硫酸溶液负极板：二氧化铅负极板：海绵状金属铅优点：容量大，可供大电流短时放电14.6 发电厂变电所的操作电源发电厂变

25、电所的操作电源 分类分类铅酸蓄电池镍镉蓄电池电解液：氢氧化钾溶液负极板：氢氧化镍负极板：氢氧化镉优点：体积小，寿命长维护方便，产生腐蚀性气体少1. 酸性蓄电池酸性蓄电池: :常用铅酸蓄电池。容量大,多用于大、中型发电厂和变电所。蓄电池由正极板、负极板、电解液和容器构成。 放电过程:正常工作充电过程:当端电压由2.4V(最大电压)降至1.81.75V后，需充电后才能放电. 蓄电池容量Q表示蓄电池充满电后，从放电开始，直至放电到某一终止放电电压为止的全过程中所释放的能量，其计算公式为： Q=Ih单位：A.h核对方法：放电。如600 A.h ：300A2h 14.6 发电厂变电所的操作电源发电厂变电

26、所的操作电源 分类分类2. 碱性蓄电池碱性蓄电池: :常用镉镍蓄电池，多用于中、小型发电厂和变电所。（二）硅整流电容储能直流操作电源（二）硅整流电容储能直流操作电源硅整流电容储能直流操作电源由硅整流设备和储能电容器两部分并联构成。 硅整流电容储能直流操作电源的优点是投资省、设备少、维护简单、占地面积小，它的主要缺点是储能容量有限而且电容放电电压按指数曲线衰减，不能保证对负荷长期连续供电，因此只能用作小型变电所的直流操作电源。 14.6 发电厂变电所的操作电源发电厂变电所的操作电源 分类分类（三）复式整流直流操作电源（三）复式整流直流操作电源 复式整流直流操作电源是通过电压互感器（电压源）和电流

27、互感器（电流源）两种方式获得交流电源，经整流后供电的直流电源。 在故障后仍能保证有一定时间继续供电，使断路器能可靠跳闸。 特点特点: 设备少、投资省、维护简单和占地小等优点；但是整个装置结构复杂、整流系统设置和调试困难，其可靠性受系统运行方式影响较大，仅适用于中小变电站或小型水电站。（四）交流操作电源（四）交流操作电源 直接使用交流电源供电，采用所用变压器和互感器供电。 只适用于偏远的小型变电所。14.6 发电厂变电所的操作电源发电厂变电所的操作电源 分类分类以蓄电池为例来介绍直流系统的运行。以蓄电池为例来介绍直流系统的运行。1.电压等级电压等级: 基本单元为基本单元为2V 蓄电池直流系统是由多个蓄电池串联而成的，其个数和组数应根据使用场所和直流系统的电压等级确定。直流系统的电压等级有220V、110V、48V和24V等。 大型火电厂采用220V和110V两种电压等级，将动力负荷和控制、信号、保护电源用蓄电池组分开，前者采用220V、后者采用110V。14.6 发电厂变电所的操作电源发电厂变电所的操作电源 直流系统的运行直流系统的运行2. 浮充电运行方