电气工程基础第7章1变电所的监控系统和自动装置

12/27/20231第7章变电所的监控系统和自动装置7.1变电所的操作电源7.2变电所的控制回路7.3变电所的信号回路7.4绝缘监察装置和测量仪表7.5变电所常用自动装置7.6变电站综合自动化简介12/27/202327.1变电所的操作电源

操作电源是用来对断路器的分、合闸回路，继电保护装置以及其它信号回路供电的电源。一、概述可分为直流操作电源和交流操作电源两大类。二、直流操作电源1.由蓄电池供电的直流操作电源优点：蓄电池的电压与被保护的网络电压无关。缺点：需修建有特殊要求的蓄电池室，购置大量的充电设备和蓄电池组，辅助设备多，投资大，运行复杂，维护工作量大，可靠性低。12/27/202332.由硅整流器供电的操作电源硅整流电容储能式直流操作电源〔图7-1〕硅整流器U1：采用三相桥式整流。硅整流器U2：采用单相桥式整流。正常运行时由整流器供电，当系统发生故障时，交流电源电压大大降低，利用电容器C1和C2的储能使断路器跳闸。复式整流装置〔图7-2〕正常运行时由整流器供电，当系统发生故障时，利用短路故障电流经过整流作为操作电源。整流装置既可由“电压源〞〔所用变压器或电压互感器〕供电，也可由“电流源〞〔电流互感器〕供电。12/27/20234图7-1硅整流电容储能式直流操作电源12/27/20235三、交流操作电源图7-2复式整流装置接线示意图直接动作式〔见图7-3〕利用继电器常闭触点去分流跳闸线圈方式〔图7-4〕图7-3直接动作式的交流操作保护接线图图7-4去分流跳闸方式的交流操作保护接线图12/27/20236图7-5利用速饱和变流器的交流操作保护接线图思考：速饱和变流器与电流互感器的区别是什么?电流互感器的二次侧不允许开路；速饱和变流器可以在开路下使用。Why?采用速饱和变流器的目的：当短路时限制流入跳闸线圈的电流；减小电流互感器的二次负荷阻抗。优点：投资小、接线简单可靠、运行维护方便。缺点：不适用于较复杂的继电保护、自动装置及其它二次回路等。利用速饱和变流器的接线方式〔图7-5〕交流操作电源的优缺点：12/27/202377.2变电所的控制回路一、概述控制回路是由控制开关和控制对象〔断路器、隔离开关〕的传送机构及执行〔或操作〕机构组成的。其作用是对一次开关设备进行“跳〞、“合〞闸操作。集中控制〔远方控制〕：在控制室内用控制开关对断路器进行操作，用于35kV及以上的变电所中。就地控制：在各个断路器安装处就地操作，用于6～10kV的变电所中。断路器的控制分为集中控制和就地控制两类：12/27/20238对断路器控制回路的根本要求既可由控制开关进行手动跳、合闸，又可由继电保护和自动装置自动跳、合闸；断路器跳闸或合闸完成后，应能自动切断跳闸或合闸回路，防止因通电时间过长而烧坏线圈；应有指示断路器状态的位置信号，而且能够区分自动跳、合闸与手动跳、合闸的位置信号；应有防止断路器屡次连续跳、合闸的跳跃闭锁装置；应有指示断路器控制回路完好性的监视信号；在满足以上根本要求的前提下，应力求简单、可靠。12/27/20239二、控制开关控制开关又称为“万能转换开关〞，是电气工作人员对断路器进行分、合闸控制的操作元件。目前变电所多采用LW2型控制开关，它共有六个位置：

预备操作位置：“预备合闸〞和“预备跳闸〞操作位置：“合闸〞和“跳闸〞固定位置：“合闸后〞和“跳闸后〞合闸操作顺序：预备合闸→合闸→合闸后跳闸操作顺序：预跳备闸→跳闸→跳闸后LW2型控制开关的触点图表:见表7-1。

12/27/202310三、灯光监视的断路器控制回路和信号回路图7-6为灯光监视的断路器控制回路和信号回路原理图。1.合闸过程手动合闸：手动合闸前，断路器QF处于跳闸状态，控制开关手柄处于“跳闸后〞位置，由表7-1知，SA10-11接通，那么+WC→SA10-11→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC绿灯亮既说明断路器正处于跳闸位置，也说明断路器的合闸回路是完好的。绿灯HLG亮“预备合闸〞：由表7-1知，触点SA9-10与SA13-14接通，此时+WF→SA9-10→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC绿灯闪光绿灯闪光说明该断路器准备合闸，以提醒运行人员核对操作的对象是否正确。12/27/202311“合闸〞〔不松手〕：由表7-1知，SA5-8、SA17-19和SA16-13接通，那么+WC→SA5-8→KLB2→QF1-2→KO→-WCQF合闸+WC→SA16-13→HLR→R2→KLB〔I〕→QF3-4→YR→-WC红灯HLR亮红灯亮既说明断路器正处于合闸位置，也说明断路器的跳闸回路是完好的。松开手柄，SA自动回到“合闸后〞的位置，红灯继续发光。自动合闸：自动合闸时，QF在合闸位置，SA在“跳闸后〞位置，二者不对应，触点SA14-15接通，那么+WF→SA14-15→HLR→R2→KLB〔I〕→QF3-4→YR→-WC红灯闪光控制台上，红灯在闪光，说明断路器是自动合闸的，只有将SA手柄转到“合闸后〞位置，红灯才变为平光。12/27/2023122.跳闸过程手动跳闸：“预备跳闸〞：由表7-1知，触点SA13-14接通，此时+WF→SA13-14→HLR→R2→KLB〔I〕→QF3-4→YR→-WC红灯闪光红灯闪光说明该断路器准备跳闸，以提醒运行人员核对操作的对象是否正确。“跳闸〞〔不松手〕：由表7-1知，SA6-7、SA10-11接通，那么+WC→SA6-7→KLB〔I〕→QF3-4→YR→-WCQF跳闸+WC→SA10-11→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC

松开手柄，SA自动回到“跳闸后〞的位置，绿灯继续发光。绿灯亮12/27/202313自动跳闸：自动跳闸时，QF在跳闸位置，SA在“合闸后〞位置，二者不对应，触点SA9-10接通，那么+WF→SA9-10→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC绿灯闪光+WS→HA→R3→SA1-3→SA19-17→QF5-6→-WS发出音响信号控制台上，绿灯在闪光，事故信号装置发出音响，说明断路器是自动跳闸的。只有将SA手柄转到“跳闸后〞位置，绿灯才变为平光，事故音响信号才停止。3.防跳回路作用：防止运行人员手动合闸断路器于故障线路上，断路器又被继电保护装置动作于跳闸后，断路器会出现屡次连续跳、合闸的跳跃现象。12/27/202314图中：SA：控制开关

HLG：绿灯HLR：红灯KLB：防跳继电器KM1：自动重合闸出口中间继电器的常开触点KM0：继电保护出口中间继电器的常开触点HA：蜂鸣器右侧“1〞、“2〞、“3〞分别表示操作手柄在“预备合闸〞、“合闸〞和“合闸后〞位置左侧“1〞、“2〞、“3〞分别表示操作手柄在“预备跳闸〞、“跳闸〞和“跳闸后〞位置12/27/202315四、闪光电源的构成DX-3型闪光继电器的内部结构与接线如图7-7所示。图7-7由DX-3型闪光继电器构成的闪光电源图中，KF为闪光继电器，其触点时开时闭，使闪光母线+WF上呈现断续的正电压；SB为试验按钮，按下时闪光装置动作，白色信号灯HLW亮，表示本装置工作正常。12/27/2023167.3变电所的信号回路一、概述1．信号装置的分类断路器位置信号：用来指示断路器正常工作的位置状态，一般用红灯亮表示断路器处于合闸位置；绿灯亮表示断路器处于跳闸位置。事故信号：用来指示断路器事故跳闸时的状态，包括灯光信号〔绿灯闪光〕和音响信号〔蜂鸣器〕。预告信号：用来指示运行设备出现不正常运行时的报警信号包括音响信号〔电铃〕和光字牌。其中，事故信号和预告信号是电气设备各信号的中心局部，通常称为中央信号，它们集中装设在中央信号屏上。12/27/2023172．对中央信号回路的根本要求所有有人值班的变电所，都应在控制室内装设中央事故信号和预告信号装置；断路器事故跳闸时，能及时发出音响信号〔蜂鸣器〕，并使相应的位置指示灯闪光，亮“掉牌未复归〞光字牌。发生不正常工作状态时，能及时发出区别于事故音响的另一种音响〔警铃〕，并使显示故障性质的光字牌点亮。中央事故信号与预告音响信号应有区别，一般事故信号用蜂鸣器〔电笛〕，预告信号用电铃；音响信号应能重复动作，并能手动或自动复归，而故障性质的指示灯仍保存。12/27/202318二、事故信号装置1．简单的事故信号装置就地复归的事故音响信号装置〔图7-8〕缺点：在解除事故音响信号的同时，闪光信号也被解除了，不利于值班人员处理事故。任一台断路器自动跳闸后，蜂鸣器HA发出音响。将SA手柄将转到“跳闸后〞位置，即可解除事故音响信号。图7-8就地复归的事故音响信号装置接线图可见：就地复归是通过解除断路器不对应起动回路来解除音响信号。12/27/202319中央复归不能重复动作的的事故音响信号装置〔图7-9〕任一台断路器自动跳闸时，即会发出事故音响信号。按一下SB2按钮，便会解除音响信号，但控制屏上的闪光信号却继续保存。缺点：不能重复动作。即当一断路器启动事故信号并中央复归后，又一断路器自动跳闸，音响不能再次启动。图7-9中央复归不能重复动作的事故音响信号装置接线图12/27/202320中央复归能重复动作的的事故音响信号装置〔图7-10〕12/27/202321工作原理：音响启动过程：一台断路器事故跳闸时，TA的一次侧电流突增，其二次侧感应电势使KR动作→起动KM1→KM11-2闭合实现自保持→KM13-4闭合→起动蜂鸣器HA，发出音响。

复归过程：触点KM15-6闭合→起动KT→

经KT整定的时间后自动解除事故音响信号，将整套信号装置复归。重复动作原理：第二台断路器跳闸时，由于在每一个并联支路中都有串联电阻R，每多并联一个支路，都将引起TA一次绕组中的电流产生变化，在二次绕组中感应电势，使干簧继电器KR再次动作并启动音响信号装置。

可见：中央复归是在主控台上通过按钮或自动解除音响信号。12/27/202322三、预告信号装置图7-11为中央复归不能重复动作的预告音响信号装置接线图。发生不正常运行时，其相应的继电器K动作，音响信号HA〔警铃〕和光字牌HL同时动作。按一下SB2，警铃即被解除，同时黄色信号灯HLY发亮。

缺点：不能重复动作。图7-11中央复归不能重复动作的预告音响信号装置接线图12/27/2023237.4绝缘监察装置和测量仪表

一、绝缘监察装置1.直流系统的绝缘监察装置〔图7-13〕

直流系统发生一点接地时，没有短路电流流过，熔断器不会熔断，仍能继续运行。直流系统为何设置绝缘监察装置？但这种接地故障必须及早发现并处理，否那么当出现两点接地时〔图7-12〕，可能引起信号回路、控制回路、继电保护及自动装置回路不正确动作。图7-12直流系统两点接地示意图12/27/202324R1=R2=R3=

1000ΩSA1：母线电压表转换开关，有三个位置；SA2：绝缘监察转换开关，有三个位置；PV2：母线电压表；PV1：用于测量系统总的绝缘电阻，表盘上有欧姆刻度。图中：即“母线〞、“正对地〞和“负对地。平时，其手柄置于“母线〞位置，触点1-2、5-8、9-11接通，PV2可测量正、负母线电压，指示为220V。即“信号〞、“测量位置I〞和“测量位置II〞。平时，其手柄置于“信号〞位置，触点5-7和9-11接通，使电阻R3被短接。此时SA1的9-11也是接通的，信号继电器KS投入工作。图7-13直流系统绝缘监察装置接线图12/27/202325工作原理当正极绝缘电阻降低时，先将SA2置于“测量位置I〞，此时其触点1-3和13-14接通，调节电位计R3使电桥平衡〔PV1指示为零〕，记下R3的位置刻度百分数x；再将SA2置于“测量位置II〞，由PV1的电阻指示数读出总的对地绝缘电阻值R∑。将代入上式得：；12/27/202326当负极绝缘电阻降低时，先将SA2置于“测量位置II〞，此时其触点2-4和15-14接通，调节电位计R3使电桥平衡，记下R3的位置刻度百分x；再将SA2置于“测量位置I〞，由PV1的电阻指示数读出总的对地绝缘电阻值R∑。将代入上式得：；12/27/2023272.交流系统的绝缘监察装置〔图7-14〕缺点：只能判明发生接地故障的相别，不能判明是哪条线路故障。可采“顺序拉闸法〞来寻找故障线路。图7-14交流系统绝缘监察装置接线图正常运行时，电压表读数均为相电压，开口三角形两端电压为零，继电器不动作。发生单相接地时，故障相电压表为零，另两相电压升高到线电压，开口三角形两端出现100V的零序电压，继电器动作，发出信号。12/27/202328二、电气测量仪表1.对电气测量仪表的一般要求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。交流电流表、电压表、功率表可选用2.5级，直流电路中的电流表、电压表可选用1.5级，频率表可选用0.5级。电度表及互感器的准确度配置见表7-2。

仪表的测量范围和互感器变比的选择，应使正常运行情况下仪表指针指示在满标度的2/3左右，并留有过负荷指示裕度。对有可能双向运行的电力装置回路，应采用具有双向标度尺的仪表。12/27/202329电源进线：为了解负荷情况，需装设一只电流表。当需要计量电能时，还应装设有功电能表和无功电能表各一只。母线：每条或每段母线上必须装设一只电压表，以检查各个线电压。在小电流接地系统中中，每条或每段母线上还需加装三个绝缘监视电压表〔图7-15〕。降压变压器：对35～110kV/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。高压配电线路：应装设电流表、有功电能表和无功电能表各一只〔图7-16〕。2.变配电装置中各局部仪表的配置12/27/202330图7-156～10kV母线电压测量和绝缘监视的原理图12/27/202331说明：图中无功电度表为60°接线，其特点是在电压线圈中人为地串联了一个附加电阻，使电压线圈的阻抗角由原来的90°减小为60°，即电压线圈中的电流滞后电压60°。图7-166～10kV高压线路电气测量仪表的接线原理图12/27/202332低压配电线路：静电电容器：为了监视三相负荷是否平衡，需装设三只电流表。如需计量其无功电能，还应加装一只无功电能表。对三相负荷平衡的低压动力线路，可只装设一只电流表；对三相负荷长期不平衡的低压照明线路及动力和照明混合电路，应装设三只电流表。如需计量电能，还应加装一只三相四线制的有功电能表；对三相负荷平衡的动力线路，可只装设一只单相有功电能表〔实际电能为其计度的3倍〕。12/27/2023337.5变电所常用自动装置一、三相自动重合闸装置1．概述自动重合闸的概念：当架空线路上发生故障时，由继电保护装置将其迅速断开，延时〔0.5〕后重新将故障线路自动投入的装置，简称ARD。装设ARD的好处：对暂时性故障，合闸成功后可保证供电的可靠性，减少停电损失。对三相一次自动重合闸装置的根本要求：除遥控变电所外，应采用控制开关手柄位置与断路器位置“不对应原那么〞起动ARD；ARD的起动条件为：SA在“合闸后〞位置，QF在“跳闸〞位置。12/27/202334手动跳闸时不应重合；手动合闸于故障线路不重合；ARD只能动作一次；ARD动作后应能自动复归，准备再次动作；ARD的动作时间应尽可能短，一般为0.5～1.5s；ARD应能实现重合闸“后加速〞或“前加速〞，以便与继电保护配合。2．三相一次自动重合闸的根本工作原理〔图7-17〕前加速：是指自动重合闸前加速保护动作，即当线路上发生永久性故障时，第一次以瞬时加速跳闸，第二次那么以定时限跳闸。后加速：是指自动重合闸后加速保护动作，即当线路上发生永久性故障时，第一次带时限跳闸，第二次以瞬时加速跳闸。12/27/202335图中：KT：用于建立ARD的动作时间KM：执行元件R4：充电电阻，可控制电容C的充电速度R5：KT的热稳定电阻R6

：电容C的放电电阻R7

：信号灯降压电阻HL：信号灯KLB：防跳继电器KM1：跳闸位置继电器KAC：加速继电器图7-17三相一次自动重合闸原理接线图12/27/202336正常工作时：QF处于合闸位置，SA1处于“合闸后〞位置，其触点SA121-23接通，SA2处于合闸位置，电容C经电阻R4而充满电压，电容C两端电压等于电源电压，信号灯HL亮。线路短路，保护动作时：QF跳闸，QF3-4翻开，QF1-2闭合→KM1起动→KT线圈得电→其触点KT延时闭合→电容C向KM线圈放电→KM动作。KM动作后KM1-2翻开→信号灯HL灭；KM3-4、KM5-6闭合→KO得电→QF合闸。假设合闸成功，所有继电器复位，电容C经10～15s再次充满电压，准备再次动作；假设合闸不成功，保护再次跳闸，尽管KM1和KT又起动，但因电容C两端电压太低，不能使KM动作，保证只重合一次。12/27/202337手动跳闸时：触点SA16-7接通→YR得电→QF跳开。此时由于触点SA121-23翻开，SA12-4接通，重合闸回路失去正电源，不可能动作；SA12-4接通后，电容C经R6放电，电容C上的电压迅速降低。手动合闸时：触点SA15-8接通→

YO得电→

QF合闸，同时SA121-23与SA121-22接通，SA12-4断开，重合闸回路获得正电源，正电源经电阻R4向电容C充电，但需经电压经10～15s才能充到操作电源电压。触点SA121-22接通后，使加速继电器KAC动作，假设线路上有故障，那么QF合闸后，继电保护随即动作，使QF瞬时动作。这时电容两端的电压还比较低，不能使KM动作，故QF不能重合。12/27/202338防跳继电器KLB的作用：防止触点SA5-8被粘住或KM动作后其常开触点KM3-4、KM5-6被粘住时，且线路上发生永久性故障，出现断路器屡次重合闸现象。3．自动重合闸与继电保护的配合ARD前加速保护方式〔图7-18〕优点：只需装设一套ARD装置，设备投资少。缺点：合闸不成功会扩大事故范围，主要用于