第7章 二次回路与自动装置 10.20

第七章

供电系统的二次回路与自动装置

一、介绍二次回路的基本概念及其操作电源。二、讲述高压断路器的控制和信号回路、电测量仪表和绝缘监视装置。三、介绍供配电系统的自动装置。四、讲述二次回路的接线和接线图知识。

主要内容：

供配电系统或变电所的二次回路，是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，亦称

“二次电路”或“二次系统”，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动装置等。

第一节供配电系统的二次回路及其操作电源二次回路按电源性质分，有直流回路和交流回路。交流回路又分交流电流回路和交流电压回路。交流电流回路由电流互感器供电，交流电压回路由电压互感器供电。二次回路按其用途分，有断路控制（操作）回路、信号回路、测量回路、继电保护回路和自动装置回路等。第一节供配电系统的二次回路及其操作电源二次回路的操作电源：是供给高压断路器跳、合闸回路和继电保护装置、信号回路、监测系统及其他二次设备所需的电源。因此对二次回路操作电源的供电可靠性要求很高，也要求具有足够大的容量，且要求尽可能不受供电系统运行的影响。二次回路的操作电流：分直流和交流两大类。直流操作电源有由蓄电池组供电的电源和由整流装置供电的电源两种。第一节供配电系统的二次回路及其操作电源一、由蓄电池组供电的直流操作电源蓄电池主要有铅酸蓄电池和镉镍蓄电池两种。㈠铅酸蓄电池。采用铅酸蓄电池组作为操作电源，不受供电系统运行情况的影响，工作可靠；但它充电时要排出氢和氧的混合气体（水的电解所致），有爆炸危险，而且随着气体带出硫酸蒸气，有强腐蚀性，对人身健康和设备安全都有很大影响。因此铅酸蓄电池组要求单独装设在专用房间内，而且要考虑防腐防爆，从而投资很大，现在一般企业供电系统中不予采用。第一节供配电系统的二次回路及其操作电源一、由蓄电池组供电的直流操作电源㈡镉镍蓄电池。

采用镉镍蓄电池组作操作电源，除不受供电系统运行情况的影响、工作可靠外，还有大电流放电性能好，比功率大，机械强度高，使用寿命长，腐蚀性小，无需专用房间等优点，从而大大降低了投资，因此在企业供电系统中应用比较普遍。第一节供配电系统的二次回路及其操作电源二、由整流装置供电的直流操作电源整流电源主要有硅整流电容储能形式和复式整流两种。㈠硅整流电容储能式直流电源为了避免受交流供电系统运行的影响，因此不单独采用硅整流器来作直流操作电源，而配合以电容器储能。下图是一种硅整流电容储能式直流操作电源系统的结线图。为了保证其直流操作电源的可靠性，采用两个交流电源和两台硅整流器。第一节供配电系统的二次回路及其操作电源图7-1硅整流电容储能式直流操作电源系统接线C1、C2-储能电容器WC-控制小母线WF-闪光信号小母线WO-合闸小母线第一节供配电系统的二次回路及其操作电源图7-2复式整流装置的接线示意图TA-电流互感器TV-电压互感器U1、U2-硅整流器㈡复式整流的直流操作电源第一节供配电系统的二次回路及其操作电源复式整流器是指提供直流操作电压的整流器电源有两个。

㈡复式整流的直流操作电源①电压源—由变配电所的所用变压器或电压互感器供电，经铁磁谐振稳压器（当稳压要求较高时装设）和硅整流器供电给二次回路。②电流源—由电流互感器供电，同样经铁磁谐振稳压器（亦当稳压要求较高时装设）和硅整流器供电给二次回路。由于复式整流装置有电压源和电流源，因此保证交流供电需要在正常或故障情况下直流系统均能可靠地供电。与上述电容储能式相比，复式整流装置能输出较大功率，电压的稳定性好。

第一节供配电系统的二次回路及其操作电源三、交流操作电源对采用交流操作的断路器，应采用交流操作电源。所有保护继电器、控制设备、信号装置及其他二次元件均采用交流型式。交流操作电源分电流源和电压源两种。电流源取自电流互感器，主要供电给继电保护和跳闸回路。电压源取自变配电所的所用变压器或电压互感器，通常所用变压器作为正常工作电源，而电压互感器容量小，只作为油浸式变压器瓦斯保护的交流操作电源。采用交流操作电源，可以使二次回路大大简化，投资大大减少，而且工作可靠，维护方便，但是不适用比较复杂的继电保护、自动装置及其他二次回路。交流操作电源广泛用于中小变配电所中断路器采用手动或弹簧储能操作及继电保护采用交流操作的场合。第一节供配电系统的二次回路及其操作电源交流接触器中短路环交流接触器短路环的作用是：在交变电流过零时，维持动静铁芯之间具有一定的吸力，以清除动、静铁芯之间的振动。交流电的特性是电流方向成周期性的变化,也就会成在一个过零的问题,在过零时,铁芯中的磁通量急巨减小.因为会在这个铜环中产生很在感应电流.从而阻止磁通量的减小.从而维持铁芯中的磁场强度.可以保证静铁心内还有足够大的磁性吸住动铁心。第一节供配电系统的二次回路及其操作电源

一、概述高压断路器控制回路，就是控制（操作）高压断路器跳、合闸的回路。电磁操动机构只能采用直流操作电源，弹簧储能操动机构和手力操动机构可交直流两用，但一般采用交流操作电源。信号回路是指用来指示一次电路运行状态的二次回路。信号按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号。第二节高压断路器的控制和信号回路断路器位置信号:用来显示断路器正常工作的位置状态。红灯亮，表示断路器处在合闸通电状态；绿灯辆，表示断路器处在跳闸断电状态。事故信号:用来显示断路器在事故情况下的工作状态。红灯闪光，表示断路器自动合闸通电；绿灯闪光，表示断路器自动跳闸断电。此外还有事故音响信号和光字牌等。

预告信号:

是在一次设备出现不正常状态时或在故障初期发出报警信号。

第二节高压断路器的控制和信号回路第二节高压断路器的控制和信号回路对断路器的控制和信号回路有下列主要要求：

（1）应能监视控制回路保护装置（熔断器）及其跳、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常工作，通常采用灯光监视的方式。

（2）合闸或跳闸完成后，应能使命令脉冲解除，即能切断合闸或跳闸的电源。

（3）应能指示断路器正常合闸和跳闸的位置状态，并在自动合闸和自动跳闸时有明显的指示信号。

（4）断路器的事故跳闸信号回路，应按“不对应原理”结线。

（5）对有可能出现不正常工作状态或故障的设备，应装设预告信号。

二采用手动操作的断路器控制和信号回路第二节高压断路器的控制和信号回路WC-控制小母线WS-信号小母线GN-绿色指示灯RD-红色指示灯R-限流电阻YR-跳闸线圈(脱扣器)KM-继电保护出口继电器触点QF1～6-断路器QF的辅助触点QM-手动操作机构辅助触点第二节高压断路器的控制和信号回路WC-控制小母线WL-灯光信号小母线WF-闪光信号小母线WS-信号小母线WAS-事故音响信号小母线WO-合闸小母线SA-控制开关KO-合闸接触器YO-电磁合闸线圈YR-跳闸线圈KM-继电保护出口继电器触点QF1～6-断路器QF的辅助触点GN-绿色指示灯RD-红色指示灯ON-合闸操作方向OFF-分闸操作方向三采用电磁操动机构的断路器控制和信号回路三采用电磁操动机构的断路器控制和信号回路其操作电流采的硅整流电容储能电容的直流系统，控制开关采用双向自复式并具有保持触点的LW5型万能转换开关，其手柄正常为垂直位置（00）。顺时针扳转450为合闸操作（ON），松手开即自动返回（复位），保持合闸状态。下表是如图所示控制开关SA的触点图表，可供参考。第二节高压断路器的控制和信号回路

SA触点编号1－23－45－67－89－10

SA手柄位置跳闸后↑

×

合闸操作↗×

×

合闸后↑

×

×跳闸操作↖

×

×

表如图所示控制开关SA的触点图表注：表中标

“×”，表示该触点接通。

WC-控制小母线WS-信号小母线WAS-事故音响信号小母线SA-控制开关SB-按钮SQ-储能位置开关YO-电磁合闸线圈YR-跳闸线圈QF1～6-断路器辅助触点M-储能电动机GN-绿色指示灯RD-红色指示灯KM-继电保护出口继电器触点第二节高压断路器的控制和信号回路采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路

一、电测量仪表

电测量仪表按其用途分:

有常用测量仪表和电能计量仪表两类，

前者是对一次电路的电力运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表，后者是对一次电路进行供用电的技术经济考核分析和对电力用户用电量进行测量、计量的仪表，即各种类型的电能表（又称“电度表”）。第三节电测量仪表与绝缘监视装置㈠对常用仪表的一般要求:按GBJ63—1990《电力装置的电测量仪表装置设计规范》规定，对常用测量仪表及其选择有下列要求：

（1）常用测量仪表应能正确反映电力装置的运行参数，能随时监测电力装置回路的绝缘状况。（2）交流回路仪表的精确度等级，除谐波测量仪表外，不应低于2.5级；直流回路仪表的精确度等级，不应低于1.5级。（3）1.5级和2.5级的常用测量仪表，应配用不低于1.0级的互感器。（4）仪表的测量范围（量限）和电流互感器变流比的选择，宜满足当电力装置回路以额定值运行时，仪表的指示在标度尺的70%～100%处。

第三节电测量仪表与绝缘监视装置

㈡对电力计量表的一般要求按GBJ63—1990规定，对电能计量仪表（电能表）及其选择有下列要求：（1）月平均用电量在1×106kW·h及以上的电力用户电能计量点，应采用0.5级的有功电能表。月平均用电量小于1×106kW·h、在315kV·A及以上的变压器高压侧计费的电力用户电能计量点，应采用1.0级的有功电能表。在315kV·A以下的变压器低压侧计费的电力用户电能计量点、75kW及以上的电动机以及仅作为企业内部技术经济考核而不计费的线路和电力装置，均应采用2.0级有功电能表。（2）在315kV·A及以上的变压器高压侧计费的电力用户电能计量点和并联电力电容器组，均应采用2.0级的无功电能表。315kV·A及以下的变压器低压侧计费的电力用户电能计量点及仅作为企业内部技术经济考核而不计费的电力用户电能计量点，均应采用3.0级的无功电能表。第三节电测量仪表与绝缘监视装置（3）0.5级的有功电能表，应配用0.2级的互感器。1.0级的有功电能表、1.0级的专用电能计量仪表、2.0级计费用的有功电能表及2.0级的无电能表，应配用不低于0.5级的互感器。仅作为企业内部技术经济考核而不计费的2.0级有功电能表及3.0级的无功电能表，宜应配用不低于1.0级的互感器。第三节电测量仪表与绝缘监视装置

供电系统变配电装置中各部分仪表的配置要求如下：

（1）在企业的电源进线上，或经供电部门同意的电能计量点，必须装设计费的有功电能表和无功电能表，而且采用全国统一标准的电能计量柜。为了解负荷电流，进线上还安装一只电流表。（2）变配电所用的每段母线上，必须装设电压表测量电压。在中性点非有效接地系统（即小接地电流系统）中，各段母线上还应装设绝缘监视装置。如出线很少时，绝缘监视电压表可不装设。

第三节电测量仪表与绝缘监视装置（3）

35～110／6～10kV的电力变压器，应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表和无功电能表各一只，装在哪一侧视具体情况而定。6～10／3～6kV的电力变压器，在其一侧装设电流表、有功和无功电能表各一只。6～10／0.4kV的电力变压器，在高压侧装设电流表和有功电能表各一只；如为单独经济核算单位的电力变压器，还应装设一只无功电能表。（4）3～10kV的配电线路应装设电流表、有功和无功电能表各一只。如不是送往单独经济核算单位时，可不装无功电能表。当线路负荷在5000kV·A及以上时，可再装设一只有功功率表。（5）380V的电源进线或变压器低压侧，各相应装一只电流表。如果变压器高压侧未装电能表时，低压侧还应装设有功电能表一只。第三节电测量仪表与绝缘监视装置（6）低压动力线路上，应装设一只电流表。低压照明线路及三相负荷不平衡率大于15%的线路上，应装设三只电流表以分别测量各相电流。如需计量电能，一般应装设一只三相四线有功电能表。对三相负荷平衡的动力路线，可只装设一只单相有功电能表。实际电能按其计度的3倍计。（7）并联电力电容器组的总回路上，应装设三只电流表，分别测量各相电流，并应装设一只无功电能表。第三节电测量仪表与绝缘监视装置

a)结线图b)展开图TA2—电流互感器TV—电压互感器PA—电流表PJ1—三相有功电能表PJ2—三相无功电能表WV—电压小母线TA1～TA3—电流互感器PA1～PA3—电流表PJ—三相四线有功电能表6～10kV高压线路上装设的电测量仪表电路图第三节电测量仪表与绝缘监视装置二、绝缘监视装置绝缘监视装置用于小接地电流的系统中，以便及时发现单相接地故障，设法处理，以免故障发展为两相接地短路，造成停电事故。绝缘监视装置可采用三个单相双绕组电压互感器和三只电压表，采用三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器，接成Y0的二次绕组，其中三只电压表均接各相的相电压。

第三节电测量仪表与绝缘监视装置TV—电压互感器 QS—高压隔离开关及其辅助触点SA—电压转换开关PV—电压表KV—电压继电器KS—信号继电器WC—控制小母线WS—信号小母线WFS—预告信号小母线如图所示电路，还可以通过电压转换开关SA，测量一次电路的三个线电压。第三节电测量仪表与绝缘监视装置必须指出：作为绝缘监视用的三相电压互感器不能是三芯柱的，而必须是五芯柱。由于单相接地而在电压互感器铁心中引起的三相零序磁通是相同的，不可能在三芯柱的铁芯内形成闭合回路，零序磁通只能经铁芯附近的气缝闭合，如图所示。这零序磁通也就不可能与互感器的二次绕组及辅助二次绕组交链，因此在二次绕组及辅助二次绕内不会感生零序电压，从而无法反应一次侧的单相接地故障。而五芯柱电压互感器，由于单相接地而在其铁心中引起的三相零序磁通，可通过互感器的两个边柱形成闭合回路。因此可在互感器二次绕组内感生零序电压，使电压继电器KV动作，从而可实现一次系统的绝缘监视。第三节电测量仪表与绝缘监视装置一、电力线路的自动重合闸装置㈠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，这些故障在断路器跳闸后，多数能很快地自行消除。线路大多能恢复正常运行。因此，如采用自动重合闸装置（简称ARD），使断路器在跳闸后，经极短时间又自动重新合闸，从而可大大提高供电可靠性，避免因停电而给国民经济带来的巨大损失。自动重合闸装置按其操作方式分，有机械式和电气式；按组成元件分，有机电型和晶体管型；按重合次数分，有一次重合式、二次重合式和三次重合式。第四节供配电系统的自动装置供配电系统中采用的ARD，一般是一次重合式，因为一次重合式，比较简单经济，而且基本上能满足供电可靠性要求。运行经验证明，ARD的重合成功率随着重合次数的增加而显著降低。对架空线路来说，一次重合成功率可达60%～90%，而二次重合成功率只有15%左右，三次重合成功率仅3%左右。因此，一般工矿企业的供配电系统中只采用一次重合闸。㈡电气一次ARD的基本原理和要求（1）手动合闸按下合闸按钮SB1，使合闸接触器KO通电动作，按通合闸线圈YO的回路，使断路器合闸。（2）手动跳闸按下跳闸按钮SB2，接通跳闸线圈YR的回路，使断路器跳闸第四节供配电系统的自动装置（3）自动重合闸当线路上发生短路故障时，保护装置动作，其出口继电器触点KM闭合，接通跳闸线圈YR的回路，使断路器跳闸。断路器跳闸后，其辅助触点QF3—4闭合，同时重合闸继电器KAR起动，经短延时接通合闸接触器KO回路，接触器KO又接通合闸线圈YO回路，使断路器重新合闸，恢复供电。图7-10电气一次自动重合闸装置基本原理说明简图QF-断路器YR-跳闸线圈YO-合闸线圈KO-合闸接触器KAR-重合闸继电器KM-继电保护出口继电器触点SB1-合闸按钮SB2-跳闸按钮第四节供配电系统的自动装置

不论哪一种ARD电路，都应满足以下基本要求：（1）用控制开关或遥控装置将短路器断开时，ARD不应该动作。（2）如一次电路出现故障使断路器跳闸时，ARD应该动作。但一次ARD，只应重合一次，因此应有防止断路器多次重合于发生永久性故障的一次电路上的“防跳”措施。（3）ARD动作后，应能自动返回，为下一次动作做好准备。第四节供配电系统的自动装置WC-控制小母线SA1-控制开关SA2-选择开关KAR-DH-2型重合闸继电器(内含KT-时间继电器、KM-中间继电器、HL-指示灯及电阻R、电容器C等)KM1-防跳继电器(DZB-115型中间继电器)KM2-后加速继电器(DZS-145型中间继电器)KS-DX-11型信号继电器KO-合闸接触器YR-跳闸线圈XB-连接片QF-断路器辅助触点第四节供配电系统的自动装置注：“×”表示触点接通。

二、备用电源自动投入装置㈠概述在要求供电可靠性较高的企业变配电所中，通常设有两路及以上的电源进线，或设有厂用自备电源。在车间变电所低压侧，大多设有与相邻车间变电所相连的低压联络线。如果在作为备用电源的线路上装设备用电源自动投入装置（简称APD），则在工作电源线路突然断电时，利用失压保护装置使该线路的断路器跳闸，而备用电源线路的断路器则在APD作用下迅速合闸，使备用电源投入运行，从而大大提高供电可靠性。㈡APD的基本原理㈢高压双电源互为备用的APD电路示例图7-12备用电源自动投入装置基本原理说明简图QF1-工作电源进线WL1上的断路器QF2-备用电源进线WL2上的断路器KT-时间继电器KO-合闸接触器YO-断路器QF2的合闸线圈三、供配电系统的运动装置㈠概述随着工业生产的发展和科学技术的进步，有的企业特别大型企业供配电系统的控制、信号和监测工作，已开由人工管理、就地监控发展为运动化，实现遥控、遥信、遥测，即所谓“三遥”；如加上遥调，即所谓“四遥”。供配电系统的运动装置，现在多采用微机（微型电子计算机）来实现。㈡微机控制的供电系统运动装置简介微机控制的供电系统运动装置，由调度端、执行端及联系两端的信号通道等三部分组成。1调度端调度端由操纵台和数据处理用微机组成。操纵台包括：①供电系统模拟盘，其上绘有供电系统主电路图，主电路图上每台断路器都装有跳、合闸状态指示灯。②数据采集和监倥用计算机系统一套，包括：主机一台，用以发出各项指令进行操作；打印机一台，可根据指令随时打印出所需要的数据资料；彩色CRT（显示器）一台，用以显示系统全部或局部的工作状态和有关数据以及各种操作命令和事故状态等。③若干路就地常测入口，通过数字表，将信号输入计算机，并用以随时显示全厂电源进线的电压和功率。④通信接口，用以完成与数据处理用微机之间的通信联络。

数据处理用微机的功能主要有：①根据所记录的全天小时平均负荷绘出全厂用电负荷曲线；②按全厂有功电能、功率因数及最大需电量等计算每月总电费；③统计全厂高峰负荷时间的用电量；④根据需要，统计各配电线路的用电情况；⑤统计和分析系统的运行情况及事故情况等。2信号通道信号通道是用来传递调度端操纵台与执行端控制箱之间往返的信号用的通道，一般采用带屏蔽的电话电缆，控制距离小于1km时，也可才用控制电缆或塑料绝缘导体线。通道的敷设一般采用树干式，各车间变电所通过分线盒与之相联。3执行端

执行端是用逻辑电路和继电保护装置而组成的成套装置。它的主要功能是：控制箱。每一被控制点至少要装设一台。

（1）遥控

（2）遥信

（3）遥测

（4）遥调

第五节二次回路的接线和接线图一、二次回路的接线要求按GB50171—1992《电气装置安装工程·盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》规定，二次回路的接线应符合下列要求：（1）按图施工，接线正确。（2）导线与电气元件间采用螺栓连接、插接、焊接或压接等，均应牢固可靠。（3）盘、柜内的导线不应有接头，导体芯线应无损伤。（4）电缆芯线和所配导线的端部均应标明其回路编号，编号正确，字迹清晰且不易脱色。（5）配线应整齐、清晰、美观、导体绝缘应良好，无损伤。（6）每个接线端子的每侧接线应为1根，不得超过2根。（7）二次回路接地应设专用螺栓。（8）盘、柜内的配线，电流回路应采用电压不低于500V的铜芯绝缘导体，其截面不应小于2.5mm2；其他回路截面积不应小于1.5mm2；对电子元件回路、弱电回路采用锡焊连接时，在满足载流量和电压降及有足够机械强度的情况下，可采用不小于0.5mm2截面的绝缘导体。用于连接门上的电器、控制台板等可动部分的导体，还应符合下列要求：（1）采用多股软导线，敷设长度应有适当裕度。（2）线束应有外套塑料