供配电系统二次接线及自动化

1、第六章 供配电系统二次接线与自动化第一节 二次接线及其操作电源第二节 电气测量回路与绝缘监视第三节 高压断路器的控制回路和信号装置第四节 配电自动化概论第五节 变电所综合自动化系统第六节 微机自动控制装置第七节 负荷控制与用电管理自动化本章小结一、二次接线概念第一节 二次接线及其操作电源 供配电系统的二次接线用来对一次接线的运行进行控制、监测、指示和保护的辅助电路，亦称二次回路。 二次回路按其功能分有：操作电源回路、电气测量回路与绝缘监视装置、高压断路器的控制和信号回路、中央信号装置、继电保护回路以及自动化装置等。二次回路按电源性质分直流回路交流回路交流电流回路：由电流互感器供电交流电压回路：

2、由电压互感器供电 二次接线图是指用国家标准规定的电气设备图形符号与文字符号绘制的表示二次回路元件相互连接关系及其工作原理的电气简图，包括原理电路图和安装接线图。二、操作电源 操作电源是供高压断路器控制回路、继电保护回路、信号回路、监测装置及自动化装置等二次回路所需的工作电源。作用： 正常运行时操作电源应能保证断路器的合闸和跳闸； 事故状态下，在母线电压降低甚至消失时，操作电源应能保证继电保护系统可靠地工作。 性质：直流操作电源、交流操作电源要求：操作电源应充分可靠，容量足够并具有独立性。 目前在较重要的中、大型变配电所选用的直流操作电源大多为带阀控式密封铅酸蓄电池的高频开关电源成套装置。 （一

3、）直流操作电源高频开关直流电源原理框图1.直流操作电源的构成2.电源电压与容量的选择 变配电所的直流操作电源电压一般为220V或110V，可根据变配电所的规模大小及断路器配备的操动机构需要来选择。 用户变配电所多采用弹簧储能操动机构，其合闸功及合闸电流都比较小，选用直流110V作为操作电源，与选用直流220V相比，蓄电池组容量几乎相近，而蓄电池数量却减少一半，既减小直流屏的体积，又节省了投资。 蓄电池组容量的选择，应考虑交流系统或浮充电系统因故障停电时也能保证操动机构的分、合闸及各开关柜信号、继电保护等可靠工作，从而不影响变配电所的正常运行。 10kV及以下变配电所直流操作电源蓄电池组容量一般

4、为2040Ah为宜。 （二）交流操作电源1.交流操作电源的取得 断路器台数极少的小型10kV变电所继电保护也较简单，可以选用交流操作电源。交流操作电源可以从所用变压器或电压互感器取得220V电压源，从电流互感器取得电流源。 由电压互感器取得交流操作电源的电路图 中间变压器和电压转换开关中间变压器和电压转换开关2.交流操作电源的可靠性 用电压互感器作交流操作电源，因其电压受到一次系统的影响，只能作为断路器正常跳合闸以及预告信号的工作电源。 相反，电流互感器对于短路故障、过负荷都非常有效，可用它为操作电源来实现过电流保护，作用于断路器操动机构上的电流脱扣器“去分流跳闸”。 采用不间断电源UPS作为

5、交流操作电源的方案，可提高交流电压源的可靠性，可用于一次接线简单、断路器台数不多的变电所。 UPS电源装置应为在线式，电压AC220V，容量一般以不超过3kVA为宜。一、电气测量回路第二节 电气测量回路与绝缘监视 （一）电气测量的任务与要求任务： 监视供电系统的运行状态和计量一次系统消耗的电能， 保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行。 要求： 对电气测量仪表，要保证其测量范围和准确度满足变配 电设备运行监视和计量的要求，并力求外形美观，便于 观测，经济耐用等。（二）电气测量仪表的配置 供配电系统变配电装置中的各部分仪表按规定要求配置。（三）电气测量回路示例10kV线路电气测量仪表原理电

6、路图电能表接线电能表接线380V进线电气测量仪表原理电路图 多功能综合数字式智能表测量原理电路图 二、交流系统的绝缘监视 利用一次系统接地后出现的零序电压给出信号或跳闸。绝缘监视装置电路图 一、概述第三节 高压断路器的控制回路和信号装置 高压断路器的控制回路是指用控制开关或遥控命令操作断路器跳、合闸的回路。 信号回路是用来指示一次系统设备运行状态的二次回路。用来显示断路器正常工作的位置状态。用来显示断路器在事故情况下的工作状态。在系统出现不正常状态时或在故障初期发出的报警信号。信号按用途分位置信号：事故信号：预告信号：断路器的控制和信号回路要满足一定的基本要求。二、采用灯光监视就地操作的断路器

7、控制与信号回路 LW12型万能转换开关型万能转换开关 控制开关是开关柜就地控制断路器跳、合闸的操作元件。 这种控制开关有六个位置： 两个预备操作位置（“预备合闸”和“预备跳闸”）； 两个操作位置（“合闸”和“跳闸”）； 两个固定位置（“合闸后”和“跳闸后”）。LW1216D/49.4636.6开关接点图表开关接点图表 触点号触点号1234567891011121314151617181920 手手柄柄位位置置 跳跳 闸闸 后后预备预备合闸合闸合合 闸闸合合 闸闸 后后预备预备跳闸跳闸跳跳 闸闸T A 1 T A 3T A 2Q A断路器控制与信号回路分析：1.手动储能合闸 采用弹簧操动机构的断

8、路器在首次合闸前需先储足能量。 行程开关行程开关按钮旋钮指示灯按钮旋钮指示灯3412T A 1 T A 3T A 2Q A弹簧储弹簧储足能量足能量后，就后，就可进行可进行合闸操合闸操作。作。 3412T A 1 T A 3T A 2Q A 2.手动跳闸手动跳闸3412T A 1 T A 3T A 2Q A3412 断路器自动跳闸后，而控制开关SA仍处于“合闸后”位置，这种情况称为“不对应”关系。 事故跳闸信号回路接通，使中央信号装置发出事故音响信号。 事故信号的解除： 将SA转至“预备跳闸” “跳闸” “跳闸后”位，使其与断路器恢复对应关系。 4.电气防跳 利用SF的闭锁触点。3412三、采用

9、微机远方监控的断路器控制和信号回路远方远方就地就地防误操作防误操作联锁触点联锁触点合位继电器合位继电器合保继电器合保继电器跳保继电器跳保继电器跳位继电器跳位继电器四、中央信号装置 对中央事故信号装置的要求是： 在任一断路器事故跳闸时，能瞬时发出音响信号(电笛)，并在控制屏或配电装置上有表示事故跳闸的具体断路器位置的灯光指示信号。 中央信号: 事故信号和预告信号 有能重复动作和不能重复动作两种,并能手动或自动复归。 对中央预告信号装置的要求是： 当供电系统发生故障和不正常工作状态但不需立即跳闸的情况时，应及时发出音响信号（电铃），并有显示故障性质和地点的指示信号（光字牌指示）。 目前，在无人值班

10、的自动化变配电所中，传统的能重复动作中央事故信号与预告信号装置已被微机监控系统所取代。一、配电自动化的主要内容第四节 配电自动化概论 通常将变电所综合自动化、馈线自动化、用户管理自动化等三方面的内容称为配电自动化系统（DAS）。配电网SCADA系统 地理信息系统GIS需方管理DSM配电自动化 DAS进线监视10kV变电所自动化SA馈线自动化FA变压器巡检与无功补偿负荷监控与管理LCM远方抄表与电能计费自动化AMR配网管理工作站配网管理工作站配网调度工作站配网调度工作站 配网配网GIS/维护工作站维护工作站网网关关调度调度 MIS主主服服务务器器备备服服务务器器WEBWEB服服务务器器网网络络打

11、打印印机机100M以太网以太网通通信信前前置置机机通通信信前前置置机机变电所变电所B B变电所变电所A A配配电电子子站站配电线配电线通信线通信线控制控制LAN网网通通信信网网络络柱上真空开关柱上真空开关智能环网柜智能环网柜FTUFTUTTUTTUDTUDTU配电自动化系统配电自动化系统结构拓扑图结构拓扑图主站计算机系统二、配电自动化的主要功能 1. 配电网的实时监视与控制 2. 安全性控制 3. 经济性控制 4. 质量控制 5. 负荷控制 随时了解配电网内各重要母线电压，各配电线的有功功率的状况；反映系统结构变化后各种配电变压器、断路器及柱上开关的运行状态；重要用户负荷情况及其电力和电量表的

12、信息等。 自动识别故障自动消除故障(或隔离故障)自动恢复供电 由实时潮流计算选择确定配电网的最佳运行方式，使有功功率网损最小。 保证供电的电压和频率 采用对用户负荷进行远方控制的方式，以抑制高峰负荷和提高负荷率。 三、配电自动化的通信（一）配电自动化的通信方式 （二）配电自动化的通信规约（人工语言的语法规则及应答关系） RTUDTEDCERS- 232DCESCADADTERS- 232数据传输设备数据传输设备数据终端设备数据传输信道数据终端设备 有线方式包括：架空明线或电缆、配电线载波、邮电本地网、租用电话线、光纤、有线电视网（CATV）、现场总线和RS-485等； 无线方式包括：一点多址微

13、波、传统无线电通信、无线扩频、卫星通信、无线寻呼、数控电台等。 选用时综合考虑如下几点：（1）通信的可靠性，（2）通信技术的先进性，（3）可行性和使用维护的方便性，（4）配电通信的实时性，（5）通信系统的可扩充性。 一、概述第五节 变电所综合自动化系统 变电所综合自动化是将变电所的二次设备经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变配电所的主要设备和线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度中心通信等综合性的自动化功能。 优点： 功能综合化 所有二次回路功能综合为一体。 结构微机化 主要插件是全微机化的分布式结构，采用网络总线连接成

14、整体。 操作监视屏幕化 面对彩色大屏幕显示器进行全方位监视与操作。 运行管理智能化 具有在线自诊断功能和专家系统。二、变电所综合自动化系统的基本功能 （一）微机远动功能1“四遥”功能： 遥信、遥测 、遥控 、遥调 2事件顺序记录（SOE） 3系统对时 4电能采集（PA） 5自恢复和自检测功能 6与SCADA系统通信等 变电所综合自动化系统必须具有微机远动装置（RTU）的全部功能，应能集中收集变电站内的所有信息，同时可以接收上级控制调度中心的命令，输出开关控制信号，增减控制设备信号或调节设备的整定值，并返回已完成操作的信息，归纳起来有如下功能：（二）微机继电保护功能 微机继电保护是变电所综合自动

15、化系统中的关键环节。 （三）自动控制装置功能 变电所综合自动化系统必须具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。 三、变电所综合自动化系统的结构 变电所综合自动化系统的体系结构，可以分为集中式和分布式两大类；从组屏方式上，可分为集中组屏和分散布置两类。 根据结构上的不同，分布式系统又分为：功能分布式（集中组屏）：35110kV配电装置 结构分布式（分散布置）：10kV及以下配电装置 上级操作上级操作监控中心监控中心 当地监控主机（双机）当地监控主机（双机） 通信管理机通信管理机 打印机打印机 进线保护进线保护测控单元测控单元 馈线保护馈线保护测控单元测控单元 变压器保护变压器保护测控

16、单元测控单元 联络保护联络保护测控单元测控单元 进线进线测控单元测控单元 联络联络测控单元测控单元 出线出线测控单元测控单元 出线出线测控单元测控单元 变压器温度变压器温度保护测控单元保护测控单元 变压器温度变压器温度保护测控单元保护测控单元 直流屏监控单元直流屏监控单元 站站控控层层 通通信信层层 单单元元层层 RS485/422 结构分布式示例10kV变电站综合自动化系统配置方案功能分布式示例：35kV变电站综合自动化系统配置方案注：IED(Intelligent Electronic Device)，智能电子设备 功能分布式示例：110kV变电站综合自动化系统配置方案一、电源自动切换装置

17、第六节 微机自动控制装置 （一）电源自动投入装置的作用与类型 工作电源与备用电源的接线方式可分为两大类：明备用: 指在正常时，备用电源不投入工作，只有在工作电源发生故障时才投入工作。暗备用: 指在正常时，两电源都投入，互为备用。 作用：用于两路及以上电源进线的变配电所中，提高供电可靠性。 微机备用电源自动投入装置（自动切换装置automatic switching equipment；ASE）。 在正常情况下，QA1闭合，QA2断开，负荷由工作电源供电。 当工作电源故障时，ASE动作，将QA1断开，切除故障电源，然后将QA2闭合，使备用电源投入工作，恢复供电。 正常情况下，QA1,QA2闭合，

18、QA3断开，两个电源分别向两段母线供电。 若电源A(B)发生故障，ASE动作，将QF1(QA2)断开，随即将QA3闭合，此时全部负荷均由B(A)电源供电。（二）对备用电源自动投入装置的基本要求 应保证在工作电源断开后投入备用电源。工作电源故障或断路器被错误断开时，自动投入装置应延时动作。手动断开工作电源、电压互感器二次回路断线和备用电源无电压的情况下，不应起动自动投入装置。自动投入装置动作后，如备用电源投到故障上，应使保护加速动作并跳闸。应保证自动投入装置只动作一次，以免将备用电源重复投入永久性故障回路中。自动投入装置中，可设置工作电源的电流闭锁回路。 （三）微机备用电源自动投入装置的原理微机

19、备用电源自动投入装置的动作逻辑框图 二、自动重合闸装置（一）概述 运行经验表明，电力系统的故障特别是架空线路上的故障大多是暂时性的，多数能很快地自行消除。因此，采用自动重合闸装置（ARE），迅速恢复供电，从而大大提高供电可靠性。 对于架空线路来说，一次重合成功率可达6090 。（二）对自动重合闸装置的基本要求 自动重合闸装置可由保护装置或断路器控制状态与位置不对应来启动。手动或通过遥控装置将断路器断开或将断路器合闸投入故障线路上随即由保护跳闸将其断开时，自动重合闸装置均不应动作。自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定，如一次重合闸就只应实现重合一次。当断路器处于不正常状态不允许实现自动重合闸

20、时，应将重合闸装置闭锁。（三）微机自动重合闸装置的原理微机三相一次自动重合闸装置的动作逻辑框图 微机自动重合闸装置的加速段保护逻辑框图 一、负荷控制系统第七节 负荷控制与用电管理自动化电力负荷控制中心电力负荷控制终端 单向终端负荷控制终端 双向终端遥控开关遥控定量器双向控制终端双向三遥终端调制接口一次仪表8098微处理器I/O接口送话器调制发射收/发开关接受一个典型的双向控制终端的组成框图 二、用电管理中的自动抄表与远程电能计费系统 （一）多功能电子式电能表 1电子式电能表的性能及组成原理 （1）用电计测功能 2多功能电子式电能表的功能 （2）监视功能 （3）控制功能 （4）管理功能 （5）存贮功能 （6）自恢复与自检测 Ub、IbUc、IcUa、IaA/ DVFC时分割乘法器时分割乘法器时分割乘法器加法器分频器微处理器驱动显示（二）自动抄表技术本地自动抄表方式 移 动 式 自动抄表方式 预 付 费 电 能计费方式 远程自动抄表方式 （三）远程电能计费系统 本章小结 本章重点：电气测量回路与绝缘监视、高压断路器的控制和信号回路、变电所综合自动化。 本章难点：高压断路器的控制和信号回路、变电所综合自动化。 教学基本要求：了解变配电所常用操作电源、中央信号装置、配电自动化系统、变电所综合自动化系统和负荷控制与管理自动化；熟悉供配电系统的典型二次接线；掌握变配电所二次接线的设