变配电所二次回路的设计与施工

单元5.1变配电所布置方案的选择一、变配电所的设计要求：1.供电可靠，技术先进，保障人身安全，经济合理，维修方便；

2.根据工程特点、规模和发展规划，以近期为主，适当考虑发展，正确处理近期建设和远期发展的关系，进行远近结合；3.结合负荷性质、用电容量、工程特点、所址环境、地区供电条件和节约电能等因素，并征求建设单位的意见，综合考虑，合理确定设计方案；4.变配电所采用的设备和元件，应符合国家或行业的产品技术标准，并优先选用技术先进、经济适用和节能的成套设备及定型产品；5.地震基本强度为7度及以上的地区，变配电所的设计和电气设备的安装应采取必要的抗震措施。二、变电所的类型：工厂总降压变电所：用于电源电压为35KV及以上的大中型工厂。独立式高压配电所：用于高压电能（10KV或6KV及以上）的接受和分配。车间变电所车间附设变电所车间内变电所独立变电所杆上变电所露天或半露天变电所地下变电所楼层变电所箱式变电所三、变配电所的所址选择1.尽量接近或深入负荷中心；2.进出线方便；3.设备运输方便、吊装方便；4.不应设在邻近下列场所的地方：1）有剧烈振动或高温的场所2）有爆炸或火灾危险的场所正下方和正上方3）多尘、多水雾(如大型冷却塔)或有腐蚀性气体的场所，如无法远离时，要避免污染源的下风口．4）厕所、浴室、洗衣房、厨房、泵房的正下方及邻近地区和其他经常积水场所和低洼地区。5.高压配电所宜于和邻近的车间变电所合建理由：降低建筑费用，减少系统的运行维护费用。6.高层建筑地下变配电所的位置，宜选择在通风、散热条件较好的场所，且不宜设在最底层。当地下仅有一层时，应采取适当抬高变配电所地面等防水措施，并应避免有洪水或积水从其他渠道淹没变配电所的可能性。7.应考虑企业的发展，使变配电所有扩建的可能，尤其是独立式的变配电所

四、变配电所的总体布置方案1.35/10KV的总降压变电所的布置方案：2.10KV高压配电所和附设车间变电所的布置方案3、6~10/0.4KV的车间变电所的布置方案：五、变配电所的结构：1.变压器室和室外变压器台的结构:●变压器室的结构:注意:设备的防护等级用IPXX表示

第一位X为防尘指标

0：无防护

1：防50mm以上固体危害（偶然手接触）

2：防12mm以上固体危害（手指大小）

3：防2.5mm以上固体危害（细电线等）

4：防1.0mm以上固体危害（细电线等）

5：可防粉尘危害

6：完全防止粉尘危害第二位X为防水指标

0：无防护

1：可防竖直落水

2：防竖直15°以下直接喷水

3：防竖直60°以下直接喷水

4：防各方向直接喷水

5：防各方向低压水喷射

6：防各方向高压水喷射

7：防止15cm~1m的浸没危害

8：防在压力下长期浸没2)耐火等级:可燃油油浸式变压器室的耐火等级应为一级，非燃或难燃介质的电力变压器室的耐火等级不应低于二级。3）变压器室的结构要求：①变压器室的门要向外开；②室内只设通风窗，不设采光窗；③进风窗设在变压器室前门的下方，出风窗设在变压器室的上方，并应有防止雨、雪和蛇、鼠类小动物从门、窗及电缆沟等进入室内的设施；④通风窗的面积，根据变压器的容量、进风温度及变压器中心标高至出风窗中心标高的距离等因素确定；通风窗应采用非燃烧材料。⑤变压器室一般采用自然通风，夏季的排风温度不宜高于45℃，进风和排风的温差不宜大于15℃。4）变压器室的布置方式:按变压器推进方式，分为宽面推进式和窄面推进式两种。5）变压器室的地坪:按通风要求，分为地坪抬高和不抬高两种形式。变压器室的地坪抬高时，通风散热更好，但建筑费用较高。变压器容量在630kV·A及以下的变压器室地坪，一般不抬高。6）变压器室的布置油浸式电力变压器的结构布置图干式变压器的布置●室外变压器台的结构:1）围栏(或墙)的设置①露天或半露天变电所的变压器四周，应设不低于1.7m高的固定围栏(或墙)；②变压器外廓与围栏(墙)的净距不应小于0.8m。2）相邻变压器的距离设置①变压器底部距地面不应小于0.3m，相邻变压器外廓之间的净距不应小于1.5m；②当露天或半露天变压器供给一级负荷用电时，相邻的可燃油油浸式变压器的防火净距不应小于5m；③若小于5m，应设置防火墙，防火墙应高出油枕顶部，且墙两端应大于挡油设施两侧各0.5m。3）86D266图集中的一个露天变电所的变压器台结构图。2.高低压配电室的结构:单元5.2高压电力线路的继电保护

按GB50062-1992《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对3~66KV电力线路，应装相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护故障类型三相短路两相短路两相短路接地单相接地短路其他故障故障次数172891131932故障百分比1.14%1.88%6.12%88.7%2.16%2002年我国220kV电网输电线路故障统计表一、概述

作为线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护。相间短路保护动作于断路器的跳闸机构，使断路器跳闸，切除短路故障部分。

作为单相接地保护，一般有两种方式：1）绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号；2）有选择性的单相接地保护（零序电流保护），亦动作于信号，但当危及设备和人身安全时，则动作于跳闸。对可能经常过负荷的电缆线路，按GB50062-1992规定，应装设过负荷保护，动作于信号。二、带时限的过电流保护1.定时限过电流保护：与变压器的定时限过电流保护原理和整定完全相同2.反时限过电流保护：常开触点先闭合，常闭触点后断开，为何？1）动作电流的整定：取1.3，其它参数与定时限相同2）动作时间的整定：由于GL型电流继电器的时限调节机构是按10倍动作电流的动作时间来标度的，而实际通过继电器的电流一般不会恰恰为动作电流的10倍，因此，必须根据继电器的动作特性曲线来整定。3.定时限与反时限过电流保护的比较定时限过电流保护优点：动作时间较为准确，容易整定，误差小。缺点：所用继电器的数目较多，接线复杂，继电器触点容量小，需直流操作电源，投资大，且靠近电源处保护动作时间长，而此时的短路电流又较大，故对设备的危害较大。反时限过电流保护优点：继电器数量大为减少，故接线简单，只用一套GL系列继电器就可实现速断保护和过电流保护，且触点容量大，可直接接通断路器的跳闸线圈，适用于交流操作。缺点：动作时间的整定和配合比较麻烦，且误差大，尤其是瞬动部分，难配合，且短路电流小时，其动作时间可能很长，延长了故障持续时间。3.过电流保护的灵敏度及提高灵敏度的措施——低电压闭锁保护1)过电流保护的灵敏度：取被保护线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流当过电流保护作后备保护时，如满足上式有困难时，可取1.22)低电压闭锁的过电流保护：因其值比线路可能出现的最大冲击电流小，所以整定值小，故灵敏度大电压继电器的动作电压值整定：母线最低工作电压，取（0.85~0.95）UN保护装置的可靠系数，可取1.2低电压继电器的返回系数，可取1.25三、电流速断保护：与变压器的速断保护同四、中性点不接地系统的单相接地保护：绝缘监测装置有选择的单相接地保护装置适用于高压出线较多的供电系统中，但一般供电用户的高压线路不长，很少采用注意电缆头的接地线必须穿过电流互感器的铁芯单相接地保护动作电流的整定：对架空线路：可靠系数。保护装置不带时限时，其值取4~5；带时限时，其值取1.5~2.正常运行的不平衡负荷电流在零序电流互感器输出端反映的不平衡电流为其他线路接地时，在本线路的电容电流.线路额定电压（KV）线路长度（Km）对电缆线路：单相接地保护的灵敏度校验：与被保护电路有电气联系的总电网电容电流项目5.变配电所二次回路的设计与施工单元5.3二次回路的设计与施工一、二次回路及其操作电源

一）、概述

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，亦称二次系统，包括控制系统、信号系统、监测系统、继电保护和自动化系统等。

按电源性质分：直流回路、交流回路

按用途分：断路器控制(操作)回路、信号回路、测量和监视回路、继电保护和自动装置回路等。

二次回路的操作电源是供高压断路器分、合闸回路和继电保护和自动装置、信号回路、监测系统及其他二次回路所需的电源。因此对操作电源的可靠性要求很高，容量要求足够大，尽可能不受供电系统运行的影响。

二次回路功能示意图二）、直流操作电源

(a)由蓄电池组供电的直流操作电源1．铅酸蓄电池

采用铅酸蓄电池组作操作电源，工作可靠；但由于它充电时要排出氢和氧的混合气体，有爆炸危险，而且随着气体带出硫酸蒸气，有强腐蚀性，一般工厂供电系统中不予采用。

2．镉镍蓄电池

单独采用硅整流器来作直流操作电源，在交流供电系统电压降低或电压消失时，将严重影响直流系统的正常工作，因此宜采用有电容储能的硅整流电源，在交流供电系统电压降低或消失时，由储能电容器对继电保护和跳闸回路供电，使其正常动作，如下图所示。

硅整流电容储能式直流电源在工程中应用较广

(b)由整流装置供电的直流操作电源

采用镉镍蓄电池组作操作电源，除了工作可靠外，还有其大电流放电性能好，功率大，机械强度高，使用寿命长，腐蚀性小，无需专用房间来装设，应用比较普遍。

储能电容器C1、C2对继电保护供电三)、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，取自变压器或互感器。所有保护继电器、控制设备、信号装置及其他二次元件均应采用交流型式。

采用交流操作电源，可使二次回路简化，投资减少，维护方便，但是它不适于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工厂变配电所中断路器采用手动操作或弹簧操作及继电保护采用交流操作的场合。

四）．继电保护的交流操作方式(1)直接动作式直接利用断路器手动操作机构内的过流脱扣器（跳闸线圈）YR作为过电流继电器，正常运行时，流过YR的电流较小，YR不会动作，当线路发生短路时，流过YR的电流超过动作值，使断路器跳闸。

电流继电器的常闭触点将YR短路，正常运行时，YR中无电流通过，当线路发生故障时，KA动作，使YR的短路分流支路去掉。使YR动作于断路器跳闸。(2)去分流跳闸的操作方式

(3)速饱和变流器式

正常时，KA的常开触点断开，YR中无电流通过，当线路发生短路故障时，KA动作，常开触点闭合，YR通电，使QF跳闸。高压断路器控制回路：指控制(操作)高压断路器分、合闸的回路。电磁操作机构只能采用直流操作电源，弹簧操作机构和手动操作机构可交直流两用，但一般采用交流操作电源。

二、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。一般是红灯(符号RD)亮，表示断路器在合闸位置；绿灯(符号GN)亮，表示断路器在分闸位置。

事故信号用来显示断路器在事故情况下的工作状态。一般是红灯闪光，表示断路器自动合闸；绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。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的报警信号。值班员可根据预告信号及时处理。断路器控制回路的基本要求如下：高压断路器控制回路的要求1．能手动和自动合闸与跳闸。2．能监视控制回路操作电源及跳、合闸回路的完好性；应对二次回路短路或过负荷进行保护。3．断路器操作机构中的合、跳闸线圈是按短时通电设计的，在合闸或跳闸完成后，应能自动解除命令脉冲，切断合闸或跳闸电源。4．应具有防止断路器多次合、跳闸的“防跳”措施。5．应具有反映断路器状态的位置信号和手动或自动合、跳闸的显示信号，断路器的事故跳闸回路，应按“不对应原理”接线6．对于采用气压、液压和弹簧操动机构的断路器，应有压力是否正常、弹簧是否拉紧到位的监视和闭锁回路。一）、采用手动操作机构的断路器控制和信号回路

WC控制小母线,WS信号小母线,R1、R2限流电阻，QM手动操作机构辅助触点

断路器辅助触头二）、电磁操动机构的断路器控制回路

1.控制开关控制开关是断路器控制和信号回路的主要控制元件，由运行人员操作使断路器合、跳闸，在工厂变电所中常用的是LW2型系列自动复位控制开关。(1)LW2型控制开关的结构(2)LW2型控制开关触点图表

2.断路器的手动操作过程：1）合闸过程：①初始状态：断路器处于跳闸状态，控制开关SA处于跳闸后（TD）位置，触电10-11通，QF1闭合，HLG绿灯亮，表明断路器是断开状态，此时，因电阻R1限流，合闸线圈KM不足以使其触点闭合。②将控制开关SA顺时针旋转900，置于“预备合闸（PC）”位置，9-10通，将信号等接于闪光母线+WF上，绿灯HLG闪光，表明控制开关的位置与“CD”位置相同，但断路器仍处于跳闸后位置。③继续顺时针旋转450，将SA置于“合闸C”位置，此时，5-8通，使合闸线圈KM接通于+WC和-WC之间，没有经过限流电阻R1,KM动作，其触电KM1和KM2闭合使合闸线圈YO得电，断路器合闸。合闸后，QF1断开使绿灯熄灭，QF2闭合，由于13-14通，使红灯HLR闪光。④松开SA，在弹簧的作用下，自动回到“合闸后（CD）”位置，13-16接通，使红灯发出平光，表明断路器已合闸，同时9-10接通，为故障跳闸做好绿灯闪光准备。2）跳闸过程：①将SA逆时针旋转900置于“预备跳闸（PT）”位置，13-16断开，而13-14接通，使红灯HLR接于闪光母线+WF，使红灯闪光，表明SA的位置与跳闸后的位置相同，但断路器仍处于合闸状态。②继续逆时针旋转450而置于“跳闸（T）”位置，6-7通，使跳闸线圈YR得到够大的电流，断路器跳闸，QF2断开，红灯灭，YR失电，同时QF1闭合（因此时10-11闭合）绿灯亮。③松开SA，SA自动回到“跳闸后”位置，10-10通，绿灯发出平光，表明断路器已经跳开。3.断路器的自动控制1）断路器的自动合闸过程：初始，断路器分闸位置，SA处于“TD”位置，10-10通，QF1接通，绿灯亮，同时14-15通，为接通红灯闪光做准备，当自动装置的辅助触点K1闭合，则合闸线圈KM得到较大电流，合闸线圈YO得电，断路器合闸，同时QF断开，绿灯灭，QF2闭合，红灯闪光，表示断路器自动合闸。运行人员将SA放到“CD”位置后，红灯发出平光，合闸完成。2）断路器的自动分闸过程：断路器合闸状态，SA处于“CD”状态，13-16通，红灯发出平光，同时9-10通，为断路器跳闸后绿灯发出闪光做准备。当自动跳闸装置的辅助触点K2闭合，YR得到较大电流，断路器跳闸，QF2断开，红灯灭，同时QF1闭合，绿灯闪光，表明断路器已经自动跳闸。当运行人员将转换开关置于“TD”10-11接通，绿灯发出平光。4.断路器的故障跳闸：SA处于“CD”位置，13-16通，9-10通；当电路发生短路故障，其保护出口继电器K3闭合，因信号继电器KS是电流型线圈，电阻很小，所以YR获得较大电流（13-16、HLR及R2被短路），断路器跳闸，KS发出信号，绿灯闪，同时事故音响回路接通，发出声响。5.断路器的“防跳”：利用防跳继电器KLT，避免出现多次“跳闸-合闸”现象。三）弹簧操动机构的断路器控制回路三、中央信号回路

1）对中央信号回路的要求

1．中央事故信号装置应保证在任一个断路器事故跳闸时，能立即(不延时)发出音响信号和灯光信号或其他指示信号。2．中央事故音响信号与预告音响信号应有区别。一般事故音响信号为电笛或蜂鸣器，预告音响信号用电铃。3．中央预告信号装置应保证在任一个电路发生故障时，能按要求(瞬时或延时)准确发出信号，并能显示故障性质和地点。7．企业变配电所的中央信号一般采用能重复动作的信号装置；当变配电所主结线比较简单或一般企业配电所可采用不能重复动作的中央信号装置。6．对事故信号、预告信号及其光字牌应能进行是否完好的试验。5．接线应简单、可靠，对信号回路的完好性应能监视。4．中央信号装置在发出音响信号后，应能手动或自动复归(解除)音响，而灯光信号及其他指示信号应保持到消除故障为止。2）中央事故信号回路1．中央复归不重复动作的事故信号回路2．中央复归重复动作的事故信号回路

3）中央预告信号回路中央预告信号是指在供电系统中，发生故障和不正常工作状态而不需跳闸的情况下发出预告音响信号。常采用电铃发出声响，并利用灯光和光字牌来显示故障的性质和地点。

1．不能重复动作的中央复归式预告音响信号回路

2．能重复动作的中央复归式预告音响信号回路

四、测量和绝缘监测监视回路1．变配电装置中测量仪表的配置(1)在工厂供配电系统每一条电源进线上，必须装设计费用的有功电度表和无功电度表及反映电流大小的电流表。通常采用标准计量柜，计量柜内有专用电流、电压互感器。(2)在变配电所的每一段母线上(3～10kV)，必须装设电压表4只，其中一只测量线电压，其他三只测量相电压。(3)35／6～10kV变压器应在高压侧或低压侧装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电度表和无功电度表各一只，6kV～10kV／0.4kV的配电变压器，应在高压侧或低压侧装设一只电流表和一只有功电度表。

(5)低压动力线路上应装一只电流表。照明和动力混合供电的线路上照明负荷占总负荷15％～20％以上时，应在每相上装一只电流表。如需电能计量，一般应装设一只三相四线有功电度表。(4)3kV～10kV配电线路，应装设电流表，有功电度表，无功电度表各一只，当线路负荷大于5000kV·A及以上时，还应装设一只有功功率表。

(6)并联电容器总回路上，每相应装设一只电流表，并应装设一只无功电度表。2．仪表的准确度要求(1)交流电流、电压表、功率表可选用1.5～2.5级；直流电路中电流、电压表可选用1.5级；频率表0.5级。(3)仪表的测量范围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2／3处。3、直流绝缘监视回路

a．两点接地的危害

A、B两点接地会造成误跳闸情况。

KM—保护出口继电器QF—断路器辅助触点YR—跳闸线圈b．直流绝缘监视装置回路图(a)等效电路(b)原理接线图KSE—接地信号继电器1SL绝缘监视转换开关SL—母线电压表转换开关R+、R—母线绝缘电阻1R，2R—平衡电阻3R—电位器一、自动重合闸装置(ARD)

自动重合闸装置（auto-reclosingdevice），简称ARD装置。概念：当线路上发生短路故障时，由继电保护装置将其断开，延时（0.5s)后重新将故障线路自动投入的装置。作用：对临时性故障，合闸成功保证供电连续性，减少停电损失。单元5.4自动装置的设计与施工前加速是指在永久性故障时，第一次以瞬时加速跳闸，第二次则以定时限跳闸。类型1。按合闸方式分：机械式和电气式。2。按启动方式分：不对应启动式和保护启动式3。按重合次数分：一次重合闸和多次重合闸4。按复归原位的方式分：手动复归和自动复归5。按加速保护方式分：

前加速保护动作和后加速保护动作后加速是指在永久性故障时，第一次带时限跳闸，第二次以瞬时加速跳闸。对自动重合闸的要求1.手动或遥控操作断开断路器及手动合闸于故障而线路保护动作，断路器跳闸后，自动重合闸不应动作。2.除上述情况外，当断路器因继电保护动作或其他原因而跳闸时，自动重合闸装置均应动作。3.自动重合次数应符合预先规定，即使ARD装置中任一元件发生故障或接点粘接时，也应保证不多次重合。4.应优先采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来启动重合闸。同时也允许由保护装置来启动，但此时必须采取措施来保证自动重合闸能可靠动作。5.自动重合闸在完成动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作。有值班人员的10kV以下线路也可采用手动复归。6.自动重合闸应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电器保护的动作。一次自动重合闸的基本原理电路图。

工作过程1故障跳闸后的自动重合闸过程；a正常运行b瞬时故障C永久故障2手动跳闸时，ARD不动作；b.电气一次自动重合闸装置2SA—选择开关

1SA—断路器控制开关

KAR—重合闸继电器

KM—合闸继电器YR——跳闸线圈QF—断路器辅助触点

1KM一防跳继电器(DZB-115型中间继电器)2KM—后加速继电器(D6145型中间继电器)KS--DX-11型信号继电器KM限制电阻二、备用电源自动投入装置简称为APD装置当工作电源的电压消失时，备用电源由自动装置自动而迅速地投入工作，以保证供电连续性的自动装置。类型1。按其操作电源分：

直流操作的APD装置多采用电磁式操作机构交流操作的APD装置当前广泛采用弹簧操作机构2。按主电路的电压级分：

高压网路的APD装置均作用于高压断路器

低压的APD装置则作用于接触器或低压断路器3。按备用方式分：见下页图明备用（所用变）暗备用（分列运行）基本要求：（1）工作电源的电压无论何种原因消失时，APD装置均应动作。（2）必须保证工作电源断开后再投入备用电源，且备用电源应有足够高的电压时方允许投入。（3）备用电源自动投入的动作时间应尽量短，以利于电动机自启动和缩短中断供电的时间。（4）应保证APD装置只能动作一次。（5）电压互感器任一个熔断器熔断时，APD装置不应误动作。（6）备用电源与备用设备的容量应足够大。

主电源与备用电源方式的APD工作原理

双电源互为备用的APD原理接线a)一段母线电压回路b)二段母线电压回路c)APD控制电路（一）安装接线图的概念和分类（二）屏面布置图（三）端子排图（四）屏后接线图（五）二次接线图实例★

三、二次回路安装接线图

安装接线图的概念和分类根据施工安装的要求，表示二次设备的具体位置和布线方式的图形称为安装接线图。安装接线图包括屏面布置图、端子排图和屏后安装接线图。变电所常用的屏有：控制屏、继电保护屏、仪表屏和直流屏等；屏面布置图上按比例画出各设备的安装位置、外形尺寸和中心