小型热电厂电气二次部分设计

小型热电厂电气二次部分设计摘要在当今社会中，电能对国家经济发展和人们生活起着很大的作用，电能供应的中断或不足，不仅将直接影响生产，造成人们生活秩序混乱，甚至可能造成社会性灾难。因此，电力系统的可靠性与稳定性不能疏忽。对于提高电力系统的可靠性，必须选择可靠、合适的一次设备，而只有一次设备是远远不够的，对电气一次设备进行监控的二次系统是提高可靠性的重点，为了更好完善监控的功能，现在很多电站实现了电气自动化系统，可靠性又提高了一个台阶。本论文先介绍了电气一次设备的选型，接着讲述了电气二次系统的设计以及保护装置，最后讲述了电气自动化的实现。完善的电气二次监控设计和保护，再加上电气自动化的实现，不但提高了电能生产的可靠性和质量，而且还减少了电站的人力资源，提高了电站的效率。关键词：电气一次设备，电气二次系统设计，保护装置，电气自动化Author:ZengQiang

Tutor:GuGuang

AbstractInmodernindustrialproductionprocesses,italwayneedtomaintaintheflowofthetwomaterialstomaintainacertainratio,iftheratioloseit'sbalanceonce,itwillaffectthequalityoftheproduct,orevencauseseriousproductionaccidents.Thereforetheactualproductionprocessisneededtoautomaticallymaintaintwoormoreparametersofrelationsbetweentheproportionofsuchcontrolsystem,anditistheratioofcontrolsystems,aprocesscontroliswidelyusedininmodernindustrial.Thispaperfirstintroducedthecharacteristicsandprincipleoftheratioofopen-loopcontrolsystem,theratioofsingle-loopcontrolsystem,theratioofdouble-loopcontrolsystem,variableratiocontrolsystem.thecalculationoftheratiocoefficient,andwhichratiocontrolsystemandmainmaterialsweshoulechoice.Thendetaileddescribedesignoftheratioofsingle-loopcontrolsystem,theratioofdouble-loopcontrolsystem,variableratiocontrolsystem,thesettingofthecontrollerparameters,aswellastheirsimulationinMatlab/Simulink.Finally,describetheconcept,features,applicationsandwebpublishingofthethevirtuallaboratoryonnetwork(theInternetlab).Throughsimulationoftheratiocontrolsystem,wecanadjustsomecomplicatedPIDcontrolmoreeasily,whichcanmeettheproductionprecision,andreducecontrollingcosts.Keywords:Theratioofcontrol,Matlab,NetworkexperimentTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".绪论 1\o"CurrentDocument"课题的背景及目的 1\o"CurrentDocument"满足三大要求的条件 1\o"CurrentDocument"论文构成及研究内容 3\o"CurrentDocument"2电气一次系统设备的选型 4\o"CurrentDocument"高压开关柜的选择 4短路电流计算 5\o"CurrentDocument"短路电流计算的目的： 5\o"CurrentDocument"短路电流计算的一般规定： 5\o"CurrentDocument"发电机功率与负荷统计： 5短路计算结果： 6一次电气设备的选择 6\o"CurrentDocument"电气设备选型的原则与规定 6高压电气设备选择计算 7电气设备选型结果 9\o"CurrentDocument"3电气二次系统设计及微机保护装置 10\o"CurrentDocument"电气二次系统设计 10测量回路的设计 10操作电源系统的设计 11控制保护回路的设计 12信号回路的设计 13同期系统的设计 14\o"CurrentDocument"微机保护装置 15\o"CurrentDocument"微机保护装置硬件结构 16\o"CurrentDocument"微机保护装置软件配置 16\o"CurrentDocument"微机保护装置数据采集系统及开关量的输入输出 17微机保护装置的通讯 17\o"CurrentDocument"微机保护装置的选型与功能 18\o"CurrentDocument"4发电厂电气自动化系统的实现 19\o"CurrentDocument"系统总体方案设计 19硬件总体方案配置 19软件总体方案配置 20\o"CurrentDocument"硬件的工程实现 20\o"CurrentDocument"软件的工程实现 22\o"CurrentDocument"结 论 25\o"CurrentDocument"参考文献 26\o"CurrentDocument"致 谢 27附图1张小型热电厂电气二次部分设计.绪论课题的背景及目的电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行产业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其它各部门快速、稳定地发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发达程度的重要标志。随着经济建设的发展，我国电力系统的规模日益扩大，发电设备的容量也相应增加，系统运行方式的变化越来越频繁。为了更好地保证电力系统的安全、经济运行并保证电能质量，电力系统的自动控制得到广泛应用并日益发展，同时也促进电力系统自动控制技术的不断提高。与其它产品不同，电能的生产、传输、分配和消耗在同一时刻完成，遵循功率平衡原则。所以发电厂、变电所、输配电线路和用户构成的电力系统是一个有机的整体，它的可靠性、稳定性与经济性都会影响我们的日常生活和经济发展。所谓电力系统的可靠性是指确保用户能够随时得到供电。这就要求从发电到输电以及配电，每个环节都必须保证安全可靠，不发生故障，以保证连续地为用户提供电能。然而电力系统在运行过程中不可避免地会发生短路事故，如果电力系统的稳定性较差时，局部事故的干扰有可能导致整个系统的全面瓦解，而且需要长时间才能恢复，严重时会造成大面积、长时间停电。在满足了电力系统的可靠性和稳定性时，还要考虑电力系统的经济性，节省能源消耗和生产成本等。综上所述，电力系统运行必须满足可靠性、稳定性和经济性三大要求。满足三大要求的条件为了达到以上三个要求，电气设备的选择是重要的，它是电能生产、变压、输送、分配的承载者，它的选择直接关系到电力系统的可靠性、稳定性和经济性。正确地选择设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前1小型热电厂电气二次部分设计提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对他们的基本要求却是相同的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。电气设备的种类和型式是设备选择的重要内容之一，选择时可根据设备安装地点，使用条件、配电装置的型式、运行和检修经验，以及人们的习惯等多种因素综合确定。然而只有电气一次设备是不够的，电气的二次设计和完善的自动控制系统也是保证电力系统安全可靠生产必要条件，而且它是一次设备可靠运行的承载者。它是附属于某一次接线或一次设备的，是对一次设备进行控制操作、测量监察和保护的有效手段，间接控制电能的生产与运行。电气一次设备如果没有二次系统监控，就好像没有方向盘的汽车，没有办法对它进行控制，这样对于电力系统的运行就不可能有可靠性，所以它是电力系统中提高可靠性的重点部分。电气二次系统的设计包括：测量回路、操作电源系统、控制保护回路、信号回路、同期系统等内容。要根据变电站规模的大小、在电网中的地位、要求自动化程度的高低以及设备供货的可能性和运行维护人员的素质等方面因素、结合选定的主接线方案，经过分析比较后确定出能够满足安全、可靠运行、既先进又经济可行、符合电站实际水平的各种合理方案，并用二次系统单线，图表示出整个电站的同期方式、测量表计、继电保护和自动装置的配置方案。近年来，由于控制理论、信息论等方面的成就，大规模、超大规模集成电子器件不断推出；计算机技术和数据通信技术的发展，自动控制技术正发生着日新月异的变化，使自动控制技术更加成熟、更加可靠，为实现电站的电气自动化系统创造了良好的条件。电站实现电气自动化系统不但更加完善了原有的二次监控回路，而且把电能生产与输送的可靠性、稳定性和经济性更好的优化了，更加方便运行人员的监视和操作，更加快捷的了解和处理事故或故障，减少电站以及用户的经济损失。小型热电厂电气二次部分设计论文构成及研究内容本文的主要研究内容是电气一次设备的选择和电气二次的监控设计及自动化系统实现，着重讲解电气二次的控制设计及自动化系统实现。首先简要介绍电气一次设备的选择；再次重点讲解如何设计电气二次系统监控和介绍微机保护装置原理，最后讲解如何实现自动化系统。小型热电厂电气二次部分设计2电气一次系统设备的选型电气一次设备是直接参与生产、输送和分配电能的电气设备，它的重要性可想而知。用户能否不间断的得到充足、优质而经济的电力，跟电气一次设备的选择有很大的关系，电力一次主要设备的任何一个环节出了问题都会引起停电，甚至可能使电网崩溃，所以电气设备的选择要按照一定的规程进行选择。本章将讲述开关柜和一次设备的选型以及选型应该注意的问题。高压开关柜的选择高压开关是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用，电压等级在3.6kV-550kV的电器产品，主要包括高压断路器、高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关等。而高压开关柜就是用来装置这些高压电器的柜体，它可以使操作人员安全操作，保护电气设备和人身安全的功能。不管哪种型号的开关柜都具备五防，分别为：①防止带负荷合闸②防止带接地线合闸③防止误入带电间隔④防止带电挂接地线⑤防止带负荷拉刀闸。高压开关柜主要分固定式和手车式两种；就结构而言又分开启式、半封闭式、封闭式；就使用环境而言又有户内、户外之分；就操作方式而言有电磁操作机构、弹簧操作机构和手动操作机构。选用高压开关柜，要根据使用环境决定选用户内型还是户外型，根据开关柜数量的多少和对可靠性要求，确定使用固定式还是手车式开关柜。固定式开关柜价格便宜些，但灵活性不如手车式。对可靠性要求不过高，开关柜台数又较少的电厂，尽量选用固定式开关柜以降低投资。要结合高接线设计确定开关柜的一次方案，开关柜的一次方案可查阅相关电气手册。结合控制、计量、保护、信号等方面的要求，选择或自行设计二次接线。选定开关柜之后柜中主要部件要按使用条件 （海拔高度、环境温度、相对温度、日照、风速、日温差等等）及短路情况进行校验。高压开关柜型号有很多种，有KYN、XGN、GG-1A等，然而当今10KV以下的配电系统大部分是采用KYN户内手车式金属封闭开关柜或XGN户内固定式金属封闭开关柜，两种金属封闭开关设备都是适用于 3.6〜12kV4小型热电厂电气二次部分设计三相交流50Hz电网，作为接受和分配电能，并对电路实行控制、监测和保护之用。KYN、XGN开关柜符合IEC298《额定电压1kV以上52kV及以下交流金属封开关设备和控制设备》、IEC694《高压开关和控制设备共用条款》及我国GB3906《3-35kV交流金属封闭开关设备》等标准的要求。并且具有完善、可靠的防误操作功能。根据实际情况及综以上开关柜的优缺点，选择KYN-28中置式开关柜。短路电流计算短路电流计算的目的：在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其目的是：①在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等。②在选择载流导体及电器元件时，为了保证设备在正常运行和短路情况下都能安全，可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需对有关短路电流值进行动稳定、热稳定和开断能力的检验。③为选择继电保护方式和进行整定计算提供依据。④接地装置的设计，也需用短路电流。短路电流计算的一般规定：①电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；②所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；③短路发生在短路电流为最大值的瞬间；④就考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，是在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。发电机功率与负荷统计：①发电机 S=6000/0.8=7500KVA②馈线（2路）S=2000X2=4000KVA③站用变 S=1600KVA小型热电厂电气二次部分设计④引风机 S=630/0.8=787.5KVA⑤一次风机 S=500/0.8=625KVA短路计算结果:结果如表2.1回路发电机馈线站用变引风机一次风机联络线短路电流（KA）2.0620.550.4390.2160.1722.0622.3一次电气设备的选择电气设备选型的原则与规定1、电气设备及载流导体的选择设计，同样必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。据原水电部86年颁布的《导体和电器选择设计技术规定SDGJ14—86》，对于导体和电器选择的规定如下：（1）、一般原则：①应力求技术先进、安全适用、经济合理；②应满足正常运行，检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；③应按当地环境条件校核；④应与整个工程的建设标准协调一致；⑤选择的导体品种不宜太多；⑥选用新产品应积极慎重。新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。（2）、有关的几项规定：导体和电气设备应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动、热稳定和开断能力（如QF）,并按环境条件校核电器的基本使用条件。①选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压；②选用导体的长期允许电流不得小于该回路的最大持续电流 /gmax③验算导体和电气设备动、热稳定及电气设备开断电流所用的短路电6小型热电厂电气二次部分设计流，应按具体工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景规划，确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。④导体和电气设备的动、热稳定及电器开断电流，可按三相短路计算，若发电机出口的两相短路、或中性点直接接地系统、自藕变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。⑤用熔断器保护的导体和电气设备可不验算热稳定；除用有限流作用的熔断器保护者外；裸导体和电气设备的动稳定仍应验算。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。⑥验算裸体短路热效应的计算时间，宜采用主保护动作时间加相应的断路器全分闸时间，如主保护的死区时，则采用能对该死区作用的后备保护时间，并采用相应的短路电流值；电气设备的短路热效应计算时间，宜采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。高压电气设备选择计算.断路器的选择正常工作时，10KV的工作电压范围在10±5%,即9.5KV〜10.5KV范围。最高持续工作电流按发电机额定电流计算，设备应选择户内型的。根据短路电流表的短路电流和冲击电流值，选定 10KV侧的断路器，选择结果如表2.2、表2.3：表2.2回路发电机馈线站用变名称断路器计算数据断路器计算数据断路器计算数据型号VS1-12VS1-12VS1-12额定电压 （KV）101010101010额定电流 （A）1250329.91250220.2125087.9额定短路开断电（KA）31.51.6531.50.5531.50.439额定动稳定电流（KA）1004.21001.40251001.12额定热稳定电流（KA）31.5(3s)15.2831.5(3s)5.0931.5(3s)4.07额定关合电流峰（KA）100100100固有分闸时间 （ms）<30<30<30分闸时间 （ms）<90<90<907

表2.3小型热电厂电气二次部分设计回路引风机一次风机联络线名称断路器计算数据断路器计算数据断路器计算数据型号VS1-12VS1-12VS1-12额定电压 （KV）101010101010额定电流 （A）63043.363034.371250329.9额定短路开断电（KA）250.217250.17231.51.65额定动稳定电流（KA）500.55500.4391004.2额定热稳定电流（KA）25(3s)2.0025(3s)1.5931.5(3s)15.28额定关合电流峰（KA）5050100固有分闸时间 （ms）<30<30<30分闸时间 （ms）<90<90<90.互感器的选择（1）电流互感器的选择电磁式电流互感器应按一次回路额定电压和电流选择，选择的电流互感器的一次额定电压和电流都应该大于或等于系统一次回路的额定电压和最大工作电流。在选择变比时，应尽量使额定电流在其电流互感器的量程的2/3左右。选择的电流互感器还要经过热稳和动稳的校验。根据各回路的额定电流和电压选择的电流互感器，结果如表 2.4：表2.4回路发电机馈线站用变引风机一次风机联络线额定电流329.6A220.2A87.9A43.3A34.37A329.6A型号LZZJB9LZZJB9LZZJB9LZZJB9LZZJB9LZZJB9变比600/5400/5150/575/550/5600/5而零序电流互感器一般都不会超过 100mA,所以按电缆的截面来选择，选择结果见电气设备选型结果。（2）电压互感器的选择电压互感器选择：因10KV电压互感器除供测量仪表外，还要用来作交流绝缘监视，故选定三个JDZJ-10型电压互感器接成Y0/Y0/△接法，其额定电压比为^d/^d/O.lKV。为了测量和同期用，还在发电机小室也设置小型热电厂电气二次部分设计一组Y0/Y0/△和一组Y0/Y0电压互感器，型号是采用JDZJ-10和JDZ-10。.其它主要电气设备的选择避雷器的选择一般按保护的设备来选择，有保护旋转电机的、电容的等，这里主要是保护发电机的，所以选择 HY5WS2-17/50；而高压熔断器是按它的额定电压和额定电流来选择的，由于是保护电压互感器的，它的电流很小，一般选择0.5A的熔芯就可以了，所以选择RN2-10/0.5A。2.3.3 电气设备选型结果根据以上电气设备的选择，电气一次主要设备的选择汇总如下 表：表2.5断路器电流互感器零序电流互感器电压互感器避雷器熔断器发电机出线柜VS1-12/1250LZZJB9-1A1600/5LJ-0185HY5WS2-17/50馈线柜VS1-12/1250LZZJB9-1A1400/5LJ-0120引风机VS1-12/630LZZJB9-1A175/5LJ-0120一次风机VS1-12/630LZZJB9-1A150/5LJ-0120站用变VS1-12/1250LZZJB9-1A1150/5LJ-0120联络线VS1-12/1250LZZJB9-1A1600/5LJ-0185PT柜JDZJ-1010/0.1KVHY5WS2-17/50RN2-100.5A发电机小室JDZJ-10JDZ-1010/0.1KVRN2-100.5A小型热电厂电气二次部分设计3电气二次系统设计及微机保护装置由于一次设备都是高压强电的，直接对其操作和监视是非常危险的，所以必须采用二次设备对它进行监控。电气二次设备是指对一次设备进行监察、控制、测量、调整和保护的低压设备，它虽然不直接参与电能的生产和分配过程，但对保证主体设备正常、有序地工作和发挥其运行经济效益起着十分重要的作用。既然这么重要，那应该如何设计呢？设计要注意些什么问题呢？还有当今受广大运行人员的欢迎的微机保护，它的硬件原理与及软件系统配置是怎样的呢？本章就这些问题进行讲述。电气二次系统设计电气二次系统的设计包括：测量回路、操作电源系统、控制保护回路、信号回路、同期系统等内容。每个部分都不可缺少，每一部分的设计都应该按照设计的要求和原则来进行，不能随意。二次设备能否正常运行也直接关系到电力系统的安全，如果某部分出现问题，不能及时发现、处理故障或事故，可能使整个系统停电，造成重大损失。下面具体讲解电气二次设计的原则和一些要注意的问题。测量回路的设计为了保证发电厂一次设备的安全和经济运行，电路中应装设电气测量仪表。所装测量仪表应满足下列要求：（1）应能正确反映电气设备及系统的运行状态。（2）能监视绝缘状态。（3）在发生事故时，能使运行人员迅速判别事故的设备、性质及原因。测量仪表的准确度等级因被测量设备的重要与否有关，比较重要的设备（比如发电机，主变）配置的仪表准确度等级应该高。在选择仪表和互感器的测量范围时，应尽量保证发电机、变压器、电机等设备在正常运行情况下，其仪表指示在标尺工作部分上量限的 2/3以上，并考虑过负荷运行时有适当指示。测量的参数一般都是电流、电压和功率。在设计测量回路时，不应该把电流回路并联，把电压回路串联，并特别要注意电流回路不能开路，电10小型热电厂电气二次部分设计压回路不能短路，否则会危及人身或电气设备的安全。操作电源系统的设计.操作电源十分重要，必须保证不间断地供电，作用主要是：(1)在发电厂正常运行时，对断路器的控制回路、信号设备、自动装置等设备供电。(2)在一次电路故障时，给继电保护、信号设备、断路器的控制回路供电，以保证他们能可靠地动作。(3)在交流厂用电源中断时，给事故照明、直流油泵及交流不停电电源等负荷供电，以保证事故保安负荷的工作。.操作电源类型作为变电站的操作电源系统设计，包括确定电源类型、供电电源和电压等级三个方面。由于交流操作系统的适应性较差、电流互感器的负担较大、且受操作机构和保护装置等设备的限制极少采用。故广泛采用的是直流操作系统。直流系统从供电电源区分，有蓄电池组、复式整流装置和硅整流电容储能置三种方案，从额定电压区分，有220伏、110伏、和48伏几种等级。直流额定电压的选定，既与操作电源方案有关，又与继电保护装置所采用的元件设备控制操作方式有关。采用硅整流电容储有方案时，为了减少电容器的容量，应选为220伏。为了使合闸电流值较小，单独设置的合闸硅整装装置，也应以220伏为额定电压。复式整流方案则可视操作、控制设备情况选定；断路器合闸电流较大或合闸电流较大或合闸电缆较长时一般采用220伏。.操作电源设备选择与推荐采用的方案相对应的操作电源设备：(1)采用蓄电池组方案时，应选定蓄电池组的容量、型号、电池数目，用于充电和浮充电的硅整流装置容量和型号。如果另设单独合闸整装置。也应选定其容量和型号。(2)采用复式整流方案时，应确定电压源和电流源的数目和接法、跳闸功率、铁磁谐振、稳压器的容量、可靠动作区和稳压式电流互感器的输出功率。(3)采用硅整电流储能方案时，应选定合闸硅整流装置的容量和型号，确11小型热电厂电气二次部分设计定出储能电容器的组数、容量和型号。选择结果：操作电源不但是作为二次回路继电器控制和操作，还作为事故时的事故照明电源，而且直流蓄电池不受一次电网事故的影响，其运行可靠性相当高，故本设计方案采用蓄电池组作为本厂电气的操作电源，其电压选择直流220伏。控制保护回路的设计变压器、线路等的投入、切除都要用断路器进行操作。根据对断路器控制保护回路的基本要求，对发电厂的控制系统进行设计。控制方式其实就是对断路器的分、合闸的方式，发电厂对断路器分闸、合闸的控制是通过断路器的控制回路以及操作机构来实现的。断路器的控制又可分为强电控制和弱电控制。强电控制电压一般为 110V或220V，弱电控制电压为48V及以下。断路器的控制回路应满足一些要求：① 应满足跳、合闸线圈短时通电，避免线圈长时间带电而烧毁。（一般用断路器的辅助触点来实现）②有防跳功能③控制应有手动控制和自动控制 ④断路器的控制回路应有短路保护和过负荷保护，同时能监视回路的完整性而为了快速、自动处理故障或事故，发电厂都有一套保护装置。保护装置是一种能反映电力系统中电气元件发生的故障或异常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的主要作用是：① 当电力系统的被保护元件发生故障时，继电保护装置应能自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，并保证无故障部分迅速恢复正常运行。②当电力系统被保护元件出现异常运行状态时，继电保护应能及时反应，并根据运行维护条件，动作于发出信号、减负荷或跳闸。.控制回路的设计一般的配电就用按钮或控制开关就可以直接操作断路器的分、合闸，但一些就不行，当断路器两侧有两个不同的独立电源时，就应该采用同期合闸（如发电机出口断路器和联络线断路器）；又有些是采用连锁控制（如引风机和一次风机），逻辑要求是启动了引风机之后才能开启一次风机，而停机的时候是反过来；有的要设置就地控制、远方控制和中控室集中控制，所以在设计的时候要考虑到这些信号的分配与采集， 由于有这些要求，12小型热电厂电气二次部分设计控制回路就应该要根据具体要求来设计。若对断路器进行手动合闸时，合闸回路长时间带电或继电器触点发生粘连，而此时一次系统又发生永久性故障，继电保护肯定动作跳开断路器，然而合闸回路此时是通的，断路器又会合在故障设备上，而继电保护又会跳开断路器，如此反复。这种现象称“跳跃”。 为了防止此现象，控制回路必须要设置防“跳跃”闭锁回路，有的断路器内部就有设置的，如果选择的断路器是不带防“跳跃”闭锁回路的，必须在外部自行设计。路的设计继电保护的基本原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。继电保护的构成原理虽然很多，但是在一般情况下，整套继电保护装置是由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。在设计继电保护时要根据被保护的设备有选择的设计，就像发电机要应该要设置纵联差动保护，转子接地保护等，而一般的馈线设置速断和过流保护就可以了。一些重要的设备还应该设置后备保护，因为主保护有拒绝动作的可能性，这时就要后备保护使断路器动作，切除故障回路。保护装置是二次系统的核心，保护装置的好坏直接关系到整个电力系统的安全，总之，对于电力系统保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。信号回路的设计在发电厂中，值班人员仅利用测量表计对设备和系统的运行状态进行监视是不够的，为了及时发现与分析故障，迅速消除和处理事故，还必须借助灯光和音响信号装置来反映设备状况正常与否。信号回路按照用途可分为：① 事故信号。在电气设备和机组发生故障或严重不正常时，事故信号装置发出音响（蜂鸣器）及灯光信号，指明事故设备及性质，以引起运行人员注意并及时进行分析处理。② 预告信号。在电气设备和机组发生异常运行情况时，预告信号装置发出音响（铃声）及灯光信号，帮助运行人员发现故障和隐患，以便及时处理。设计时事故信号和预告信号应均由掉牌信号、光字信号和音响信号三种信号形式组成。只用其中的一种或两种都不能清晰的反映事故或故障的13小型热电厂电气二次部分设计完整信息，只有把三种信号形式组合起来，才能详尽、及时、可靠地向运行人员提供电气设备和机组的故障或异常情况。同期系统的设计将同步发电机或某一电源投入到电力系统并列运行的操作过程，称为同期并列。两个独立电源并列运行在一起，必须具备下列条件：（1）电压（大小）相等。（2）频率相等。（3）电压的相位差不超过允许值。（4）相序相同同期并列是一重要的操作，如果发生非同期并列，则会出现很大的冲击电流，机组转子受到较大的扭力矩并发生剧烈振动，系统电压下降，严重时甚至导致机组损坏，系统振荡并失去稳定，造成严重后果。同期并列的方法分为自同期并列和准同期并列两种。.自同期方式自同期并列就是将待并发电机转速升至接近同期转速（正常并列时转差率S等于±（1〜2）%；事故并列时允许转差率为±5%，甚至更大些）时，就把待并发电机投入系统，然后再给发电机加励磁，使发电机自行拉入同期。优点：①并列过程快，特别是在事故情况下能使机组迅速投入系统；②操作简单，不会造成非同期合闸；③ 接线简单，易于实现自动化。缺点：①并列瞬间冲击电流大，对系统和机组产生不利影响；②并列瞬间引起系统电压短时严重下降。因为发电机并列前未加励磁，将从电网中吸取很大的无功电流；③两个系统之间不能采用自同期并列。.准同期方式准同期并列操作是将待并发电机转速升至接近同期转速后加励磁，当发电机（待并系统）频率、电压相角、电压大小分别与运行系统频率、电压相角、电压大小接近相同时，把待并发电机投入系统，即合上相应的断路器。优点：并列合闸时冲击电流小，不会对系统带来大的影响。缺点：①并列操作时间较长；②操作要求高，容易引起不同期合闸；14小型热电厂电气二次部分设计③操作系统复杂，要求严格。综以上优缺点，发电站一般都采用准同期操作方式。在同期系统中需要把同期点两侧的电压的引入、设置同期测量表计和闭锁回路。同期电压是经过电压互感器引入，一般在发电机小室装一个电压互感器作为待并发电机的电压引入，另一个电压互感器就在发电机出口断路器的另一侧，作为系统电压引入。在发电厂可能有多个同期点，为了共用一套同期装置，在同期系统图中设置同期小母线，全部电压都引入小母线上，一般采用三相准同期系统，它有待并A相，公共B相，待并C相，系统A相，还有两条同期闭锁小母线。当满足同期条件时，同期闭锁小母线接通，此时再操作控制开关，发出合闸脉冲便可使断路器合闸。为方便操作人员直观的观察待并系统与运行系统的频率和电压是否相同，一般都设置频差表、压差表和同期表。频差是表明待并发电机与系统的频率的差值，可以通过调节发电机转速使其频率与系统相等；压差是表明待并发电机与系统的电压的差值，可以通过调节发电机励磁电流使其机端电压与系统电压相同。当两个表计都满足要求时就观察同期表，当相位差满足条件就可以操作同期并列（前提相序要相同）。在手动准同期并列操作过程中，为了防止运行人员误操作而造成非同期并列，必须采取闭锁回路。为了避免同期电压回路混乱而引起非同期并列，在并列操作的时间内，同期电压小母线只能存在待并断路器两侧的同期电压，所以每个同期点都设置一个同期开关，并公用一个可抽出的手柄。手动准同期与自动准同期在同一时间只能用其一种，所以要用选择开关来切换。为了防止在不允许的相角差下误合闸，通常在手动准同期合闸回路中装设闭锁误合闸的同期检查继电器。3.2微机保护装置传统保护的实现是利用硬件电路，如电流继电器、时间继电器等组成，它的可靠性低，维护不方便。随着计算机技术的发展，计算机控制理论的成熟，微型计算机保护也随之发展起来，近来广受电力系统运行人员欢迎，已经成为继电保护装置的主要型式，成为电力系统保护、控制、运行调度及事故处理的综合自动化系统的组成部分。它具有巨大的计算、分析和逻15小型热电厂电气二次部分设计辑判断能力，有很强的存储记忆功能，因而可用以实现和完善各种复杂的保护功能；它不断的自检，可靠性很高；运行维护工作量小，现场调试方便等优势。微机保护装置硬件结构微机继电保护装置的主要部分是微机，除此之外还有一些接口。微机系统用来分析计算电力系统的有关电量和判定系统是否发生故障，然后决定是否发出跳闸信号。它是微机保护装置的核心。接口是微机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口和人机接口。外部设备的各种信息通过输入接口送到微机里，而微机经过处理通过输出接口送到外部设备。在微机保护装置里，输入的大部分是模拟量，像电压、电流等，而输出的大部分是开关量，对设备进行控制或发报警信号。人机接口主要是通过键盘和显示器完成人机对话任务、时钟校队及个保护CPU插件和巡检任务。微机保护装置软件配置微机保护的硬件分为人机接口和保护两大部分，因此相应的软件也就分为接口软件和保护软件两大部分。接口软件是指人机接口部分的软件，其程序可分为监控程序和运行程序。调试方式下执行监控程序，运行方式下执行运行程序。而运行程序由主程序和定时中断服务程序构成。主程序主要完成巡检、键盘扫描和处理及故障信息的排列和打印。定时中断服务程序主要用于定时采样和同步各CPU插件的软时钟。保护软件配置为主程序和中断服务程序。主程序通常有三个基本模块：初始化和自检循环模块、保护逻辑判断模块和跳闸处理模块。中断服务程序一般包括定时采样中断服务程序和串行口通信中断服务程序。微机继电保护是用数学运算方法实现故障量的测量、分析和判断的。它的一个基本问题是寻找适当的离散运算方法，使运算结果的精确度能满足工程要求。微机保护装置根据模数转换器提供的输入电气量的采样数据进行分析、运算和判断，以实现各种继电保护的功能的方法称为算法。算法有很多种，但按算法的目标可分为两大类：一类是根据输入电气量的若16小型热电厂电气二次部分设计干点采样值通过数学式或方程式计算出保护所反映的量值，然后与给定值进行比较；另一类是直接模仿模拟型保护的实现方法，根据动作方程来判断是否在动作区内，而不计算出具体的数值。继电保护的类型很多，然而，不论哪一类保护的算法，其核心问题归根结底是算出可表征被保护对象运行特点的物理量。利用这些基本的电气量的计算值，就可以很容易地构成各种不同的原理的保护。微机保护装置数据采集系统及开关量的输入输出微机的输入大部分是模拟量，数据采集系统也可以称为模拟量输入系统。它是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，然后送给微机的核心CPU进行数据处理的过程。它主要由电压形成、模拟滤波器、采样保持、多路转换开关与模数转换器组成。首先它把互感器二次回路的数值经过降低和变换，把它转换成微机保护装置适用的电压，一般采用中间变换来实现；然后就对电压信号进行低通滤波，把fs/2以上的分量滤掉，以消除频率混叠，在进行低通滤波的同时也进行采样保持，把模拟量变为离散量，进行量化；接着利用多路转换开关轮流切换各通路，达到分时转换的目的；最后是进行模数转换，把输入的已经离散化的模拟量变成与它成正比的数字量，以便微机进行处理、存储、控制和显示。开关量的输出、输入系统的主要作用是输出跳闸、信号等信息；发电厂的开关量有断路器、隔离开关的状态，继电器和按键触点的通断等。断路器器和隔离开关的状态一般通过辅助触点给出信号，继电器和按键则由本身的触点直接给出信号。为了防止干扰的侵入，通常经过光电隔离电路将开关量输出、输入回路与微机保护的主系统进行严格的隔离，使两者不存在电的直接联系。微机保护装置的通讯电厂中有很多不同设备的数据需要进行收集或转发，不同设备的互相通讯是解决这些问题的最好方法。由于网络技术的发展以及标准协议的制定，使各中设备间的通讯不是一个难解决的问题。微机保护装置也有一个专门的通讯管理机，它负责各保护装置的数据收集及数据调度转发，它还可以通过CAN总线与计算机连接，进行集中操作监控，此外还设有 RS23217小型热电厂电气二次部分设计和RS485通讯接口，方便接入其它智能设备。微机保护拥有通讯功能又使电厂自动化系统的实现更加容易，为电厂实现集中操作监控提供了必要条件。微机保护装置的选型与功能根据不同的保护原理，微机保护装置也有很多种，像有速断、距离、差动等。本设计采用的北恒自动化有限公司的产品，根据发电厂的各个回路和被保护的设备选择不同的保护，具体的微机保护装置选型如下表：表3.1回路发电机馈电站用变引风机一次风机联络线型号BHE-387BHE-377BHE-361BHE-361BHE-336BHE-336BHE-361BHE-387是发电机差动保护装置，它的主要功能有：比率制动的差动保护；差动速断保护；差流过大告警；定子过负荷，分两段，每段一时限；突变量启动故障录波。它是发电机的主保护，由于发电机是整个电力系统最重要的设备之一，有时主保护可能有拒动作的可能，所以还要设置一个BHE-377发电机后备保护装置。它的主要功能有：复合电压闭锁过流保护；过压保护；负序过流保护；负序过负荷保护；定子接地保护；横差过流保护；CT断线及PT断线告警；四路非电量保护；突变量启动故障录波。它还有遥控和遥信的功能。BHE-316是微机线路保护装置，它适用于66kV及以下电压等级的线路保护，装置自带操作回路。它的主要功能有：三段式方向过电流保护；零序电流保护；小电流接地选线；三相一次重合闸（检无压或检同期可选）和后加速；低频减载；PT断线检测及PT断线闭锁方向或保护；突变量启动故障录波；遥控和遥信。由于引风机和一次风机是高压电机，所以要设置 BHE-336微机电动机保护装置，主要功能有：速断、过流保护（自动区分电动机启动状态和运行状态）；启动时间过长保护；两段负序电流保护；反时限过流保护；电动机过热保护；两段零序电流保护；过负荷告警；零序电压保护；过电压保护；欠电压保护；小电流接地选线； PT断线检测及PT断线闭锁低电压保护；四路非电量保护。18小型热电厂电气二次部分设计4发电厂电气自动化系统的实现现在很多电站或变电所都实现了无人值班或少人值班，是什么原因节省了这么多的人力呢？那因为很多电厂或变电所实现了自动化系统，完全由计算机来监控或操作，不再完全依靠人来监控或操作。随着计算机技术与配套软件的发展，自动化系统不但仅仅节省人力，而且可以完成常规技术无法完成的任务，达到常规技术无法达到的性能指标。电气自动化系统有这么多优势，那我们应该怎样来实现呢？本章就电气自动化系统的实现进行讨论。系统总体方案设计整个热电站系统电气部分有一台发电机、一台厂用变、两回馈线和两路高压电机和一路联络线路。热电站实现电气自动化的目的主要是集中对这些回路的设备进行控制以及进行在线监视，当发生故障或事故时，自动处理事故或故障，而且发报警信号并记录当前的报警数据。实现集中管理，分散控制的功能。设计一个性能优良的自动化系统，需要了解一些设备以及设备控制逻辑，根据工程应该配置什么样的硬件设备以及开发出符合工程要求的软件，提出切实可行的系统总体设计方案。硬件总体方案配置要实现自动化系统，计算机是必不可少，它主要是用来收集、处理各个设备的上传的数据以及发命令进行操作。要实现自动化系统，必须把很多分散的开关量和模拟量收集起来，并通过通讯的形式传给计算机，而这过程的中间环节是用可编程控制器（PLC）实现；发电厂有很多设备是需要监控它的温度的，例如发电机定子、转子线圈的温度等，这些就需要热电偶或热电阻来测量，然后输给带通讯功能的仪表，仪表就利用通讯功能传给计算机；微机保护装置不但能对设备进行保护，而且能让中控室运行人员快速的了解事故或故障，它通过通讯把事故或故障信息交给计算机并在显示屏上显示出来；热电站中大部分是强电，为了采集电流或电压，就需要把强电信号变为适用计算机的弱点信号，因此变送器也是必不可少的设备。综上可知，要实现电气自动化系统必须有计算机、可编程控制器、19小型热电厂电气二次部分设计带通讯的仪表、带通讯的微机保护装置以及变送器等。软件总体方案配置以往计算机监控的软件功能（如图形画面的生成、实时数据库、历史数据库、报表等）是靠软件人员通过编程实现的，工作量大的惊人，而且设计出来的通用性极差。近几年来，工业控制组态软件得到很大的发展。它是标准化、规模化、商品化的通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。控制工程师在不必了解计算机的硬件和程序的情况下，用填表的办法，对输入、输出信号进行软联接。采用组态软件开发电站监控工程，可以极大地增强电站的控制能力、提高电站的生产力和效率。因此，组态软件是性能优良的软件产品，是合适实现电气自动化系统的软件。硬件的工程实现采用总线式进行系统的硬件设计，可以解决工业控制的众多问题。由于总线式工业控制机的高度模块化和插板结构，因此可以采用组合方式来大大简化计算机控制系统的设计。在计算机控制系统中，一些控制功能既能用硬件实现，亦能用软件实现，故在系统设计时，硬件、软件功能的划分要综合考虑。.计算机的配置在实现电气自动化系统中计算机是用来收集各处分散的数据并下达操作的命令。因此用一般日常用的计算机就可以了，配上显示器以及输入设备（例如键盘、鼠标等）。由于计算机要跟外部设备连接，所以也需要配置一些想适应的接口。.模拟量、开关量的输入、输出实现整个热点站中有很多开关量及模拟量（例如断路器的分、合闸，发电机的功率、电流等），而且各个开关量和模拟量都是在不同的位置。因此，需要一个设备把这些量都集中起来送给计算机，而 PLC是最好的设备，它不但有编程的功能，而且可以把多个不同位置的开关量和模拟量收集起来并通过以太网的形式上传给计算机。开关量都是一些干触点，一般是设备20小型热电厂电气二次部分设计的辅助触点或是一些继电器的触头，所以这些开关量的都是从设备上采集的，通过屏蔽电缆把它连到PLC的I/O输入点；而模拟量一般都是电流或电压，这些都是强电信号，因此需要变送器把这些强电信号转换成 4〜20mA的弱电信号传给PLC，PLC也是通过同一条以太网线跟计算机通讯链接。一些模拟量（像温度）是利用热电阻或热点偶进行采集，然后用屏蔽电缆把它传到仪表上进行显示，这些仪表一般都带有通讯功能（串口 RS-232或RS-485），仪表也可以通过通讯把数据上传到计算机里显示，为运行人员方便集中监视。.保护装置信息显示的实现当电气设备发生事故或故障时，电站的运行人员必须尽快了解事故或故障的数据或图形，进行相应的处理。而这些数据或图形都是从微机保护装置中获取的。当发生事故或故障时，微机保护装置会执行跳闸或报警，并保存发生事故或故障时的一些数据，而这些数据都可以通过 CAN总线上传给计算机，告诉运行人员什么设备发生了什么样的情况，以便运行人员及时发现并做相应的处理。.远程操作的实现以上实现的都是进行在线实时的集中监视功能， 还不能进行远程操作。在电气这一部分，对设备的远程操作一般是对断路器的分、合闸操作或是对一些电磁阀的开关以及开度控制。对断路器的分、合闸可以通过微机保护装置进行操作，一般的微机保护装置都有自动分、合闸的功能，只要给它一个命令，它就通过软接点接通分闸或合闸回路，实现远程分、合闸；或用一个继电器触点并接到设备的分、合闸回路，而继电器的线圈连接到PLC上，然后远程通过计算机发命令给 PLC使继电器动作来控制。一般电站都用后一种方式。而电磁阀的控制是利用反馈的形式来控制，计算机发送一个命令使电磁阀动作，而电磁阀的开度经过变送器回传给计算机，让操作人员知道电磁阀的开度，如果开度不够就继续开阀，如果开度过大就执行开阀操作。.系统通讯模式的实现以上功能如果没有通讯是不可能的实现，各个设备之间没有联系，特备是计算机与下面的设备没有连接，实现电气自动化是空讲。多种方式的21小型热电厂电气二次部分设计通讯能力是现代先进工业自动化系统最重要的功能之一，信息化与工业化的结合正是借助信息技术构建了连接离散控制器的各种通讯网络使得生产信息融入全厂信息平台。整个电站用了三种通讯方式：串行通讯； CAN总线；以太网通讯。整个电站实行三种通讯方式是因设备的选型有关的，因为下面设备的通讯方式不同，以至于采用三种通讯方式。仪表是采用串行口RS-485来通讯的；微机保护装置是支持CAN总线通讯的；而PLC是采用以太网通讯的。各个通讯方式不同，以至于跟计算机连接的接口也不同，因此计算机也需要配置一些接口插板，方便通讯。4.3软件的工程实现实现自动化系统单单硬件是不够的，只有硬件也够不成自动化系统，实现自动化系统软件也是非常重要的。就好像一台裸机作用非常有限，如果给它一些系统软件和应用软件它的功能就变的非常强大。实现电气自动化系统应用的是组态软件，软件组态是生成整个自动化监控系统的重要技术。开发电气自动化监控工程，首先需要生成电站的一次系统图，方便运行人员进行监控；然后定义工程中的 I/O设备，并通过变量的定义实现与I/O设备的通讯关联；接着建立数据库和趋势曲线；最后进行运行调试。.图形的生成图形画面主要是用来监视电站中电气设备的运行状况，并可通过对画面上对象的操作，实现对各个电气设备惊醒控制。图形画面一般有两种即静态画面（或背景画面）和动态画面。静态画面一般用以反映被监视对象的环境和相互关系，它的显示是不随时间的变化的。动态画面一般用来反映被监视对象和被控对象的状态和数值等，它在显示过程中是随现场被监控对象的变化而变化的。在生成图形画面时，不但要有静态画面，而且还要有“活”的部分即动态画面。在电站中生成的静态画面主要是一次系统图中不需要控制的，像母线，电流、电压互感器等，它的构成是使运行人员直观的了解电站的整个系统和画面的美观；而动态画面是那些需要控制或监视的部分（如断路器、隔离开关和电量的显示），