工厂供电课件章

第七章

工厂供电系统的二次回路和自动装置

第一节二次回路及其操作电源第二节高压断路器的控制和信号回路第三节变配电所的中央信号装置第四节电测量仪表与绝缘监视装置第五节自动重合闸与备用电源自动投入装置第六节供电系统自动化基本知识第七节二次回路的接线和接线图本章的要求

了解一些常用的二次回路和自动装置的原理第一节二次回路及其操作电源

在变电所中通常将电气设备分为:一次设备直接生产、输送和分配电能的设备，主电路中的变压器、高压断路器、隔离开关、电抗器、并联补偿电力电容器、电力电缆、送电线路以及母线等设备二次设备对一次设备的工作状态进行监视、测量、控制和保护的辅助电气设备。测量仪表、控制与信号回路、继电保护装置以及远动装置等。它们相互间所连接的电路称为二次回路或二次接线。按功用可分为控制回路、合闸回路、信号回路、测量回路、保护回路以及远动装置回路等；按电路类别分为直流回路、交流回路。供配电系统的二次回路功能示意图二次回路图

二次回路的接线图按用途可分为

原理接线图用来表示继电保护、监视测量和自动装置等二次设备或系统的工作原理，它以元件的整体形式表示各二次设备间的电气连接关系。展开接线图

按二次接线使用的电源分别画出各自的交流电流回路、交流电压回路、操作电源回路中各元件的线圈和触点。安装接线图反映的是二次回路中各电气元件的安装位置、内部接线及元件间的线路关系6～10kV线路的测量回路接线原理图6～10kV线路的测量回路展开接线图二次回路图的阅读方法

二次回路图在绘制时遵循着一定的规律，看图时首选应清楚电路图的工作原理、功能以及图纸上所标符号代表的设备名称，然后再看图纸看图的基本要领先交流，后直流交流看电源，直流找线圈查找继电器的线圈和相应触点，分析其逻辑关系先上后下，先左后右，针对端子排图和屏后安装图看图阅读展开图基本要领

直流母线或交流电压母线用粗线条表示，以区别于其它回路的联络线。继电器和每一个小的逻辑回路的作用都在展开图的右侧注明。

展开图中各元件用国家统一的标准图形符号和文字符号表示，继电器和各种电气元件的文字符号与相应原理图中的方案符号应一致。继电器的触点和电气元件之间的连接线段都有数字编号（回路编号），便于了解该回路的用途和性质，以及根据标号能进行正确的连接，以便安装、施工、运行和检修。

同一个继电器的文字符号与其本身触点的文字符号相同。按电源性质分：直流回路、交流回路

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。

操作电源直流操作电源(一)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

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，比功率大，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。

(二)由整流装置供电的直流操作电源1．硅整流电容储能式直流电源

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。

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。

硅整流器U1主要用作断路器合闸电源，并可向控制、信号和保护回路供电。硅整流器U2的容量较小，仅向控制、信号和保护回路供电（由二极管VD1、VD2、VD3起作用）。

2．复式整流的直流操作电源

复式整流是指提供直流操作电压的整流装置有两个：电压源由变压器或电压互感器供电，经硅整流器供电给控制等二次回路；电流源由电流互感器及硅整流器供电给控制等二次回路。

当稳压要求较高时装设铁磁谐振稳压器

复式整流装置有电压源和电流源，因此能保证供电系统在正常和短路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，复式整流装置的输出功率更大，电压稳定性更好。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。

第二节高压断路器的控制和信号回路

变电所在运行时，由于负荷的变化或系统运行方式的改变，经常需要操作切换断路器和隔离开关等设备。断路器的操作是通过它的操作机构来完成的，而控制电路就是用来控制操作机构动作的电气回路。控制电路按照控制地点的不同，

就地控制电路车间变电所和容量较小的总降压变电所的6～10kV断路器的操作，一般多在配电装置旁手动进行。

控制室集中控制电路总降压变电所的主变压器和电压为35kV以上的进出线断路器以及出线回路较多的6～10kV断路器，采用就地控制很不安全，容易引起误操作，故可采用由控制室远方集中控制。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。

信号回路：指示一次电路设备运行状态的二次回路。按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号等。

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。控制电路的基本要求

由于断路器操作机构的合闸与跳闸线圈都是按短时通过电流进行设计的，因此控制电路在操作过程中只允许短时通电，操作停止后即自动断电；能够准确指示断路器的分、合闸位置；断路器不仅能用控制开关及控制电路进行跳闸及合闸操作，而且能由继电器保护及自动装置实现跳闸及合闸操作；能够对控制电源及控制电路进行实时监视；断路器操作机构的控制电路要有机械“防跳”装置或电气“防跳”措施。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没有操作前合闸操作故障分闸操作读图的顺序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按“不对应原理”设计操作机构手柄在合闸位置而断路器分闸时，发出事故跳闸信号。采用电磁操作机构的断路器控制和信号回路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-信号音响小母线WO-合闸小母线

双向自复式并具有保持触点的万能转换开关手柄正常为垂直位置(0o)。顺时针扳转45o，为合闸(ON)操作，手松开即自动返回(复位)，保持合闸状态。反时针扳转45o，为分闸(OFF)操作，手松开也自动返回，保持分闸状态。采用电磁操作机构的断路器控制和信号回路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-信号音响小母线WO-合闸小母线

没有操作前合闸操作故障分闸操作读图的顺序根据“不对应原理”设计采用弹簧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YA-跳闸线圈QF1~6-断路器辅助触点M-储能电机采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路没有操作前合闸操作故障分闸操作读图的顺序：根据“不对应原理”设计注意按钮操作第三节变配电所的中央信号装置中央信号按用途分为：事故信号供电系统在运行中发生了某种故障而使继电保护动作。如高压断路器因线路发生短路而自动跳闸后给出的信号即为事故信号。

预告信号供电系统运行中发生了某种异常情况，但并不要求系统中断运行，只要求给出指示信号，通知值班人员及时处理即可。如变压器保护装置发出的变压器过负荷信号即为预告信号。

位置信号指示电气设备的工作状态，如断路器的合闸指示灯、跳闸指示灯均为位置信号。不能重复动作的中央复归式事故音响信号回路关于WAS小母线的说明不能重复动作的中央复归式事故音响信号回路不能重复动作的中央复归式事故音响信号回路实验按钮音响解除按钮以2台断路器的控制为例连接点不连接点1-预备分、合闸2–

分、合闸3–

分、合闸后箭头“→”指操作顺序母线正极母线负极平时不带电重复动作的中央复归式事故音响信号回路VD1、VD2–

续流二极管C-抗干扰电容器试验按钮手动解除音响按钮此处有误，应如图7-6所示RR不能重复动作的中央复归式预告音响信号回路学生练习读图母线正极母线负极平时不带电反映回路参数变化的继电器手动解除音响后，光字牌依旧是亮的。闪光信号装置平时不带电第四节电测量仪表与绝缘监视装置

变电所的电气测量仪表是保证电力系统安全经济运行的重要工具之一，测量仪表的连接回路则是变电所二次接线的重要组成部分。电气测量与电能计量仪表的配置，要保证运行值班人员能方便地掌握设备运行情况，方便事故及时正确地处理。电气测量与计量仪表应尽量安装在被测量设备的控制平台或控制工具箱柜上，以便操作时易于观察。6～10kV电气系统测量仪表的配置线路名称装设计量仪表的数量说

明电流表电压表有功无功有功无功功率表功率表电度表电度表6～10kV进线1

11

6～10kV出线1

11不单独经济核算的出线，不装无功电度表；线路负荷大于5000kW以上，装有功功率表6～10kV连接线1

1

2

电度表只装在线路一侧，应有逆变器双绕组变压器10(6)/3～6kV一次侧1

115000kVA以上，应装设有功功率表二次侧1

10(6)/0.4kV一次侧1

1

需单独经济核算，应装无功电度表同步电动机1

1111另需装设功率因数表异步电动机1

1

静电电容器3

1

母线（每段或每条）

4

其中一个通过转换开关检查三个相电压，其余三个作母线绝缘监察三相电路功率的测量1）三相有功功率的测量负载为三相四线制不对称负载，则可用三个单相功率表分别测量每相有功功率，三相功率为三个功率表读数之和，即：

负载为三相三线制对称或不对称负载，则可用两个单相功率表测量三相功率，两个功率表的读数之和为三相有功功率的总和。注意接线三相有功功率的测量三相负载对称时，无论是接成三相四线制还是三相三线制，都可用一表法进行测量，再将结果乘以3，便得到三相功率。三相有功电能表的接线6～10kV线路的测量回路接线原理图6～10kV线路的测量回路展开接线图三相电路功率的测量2）三相无功功率的测量一般常用kvar表，测量接线与三相有功功率表相同，采用间接法，先求得三相有功功率和视在功率，然后计算出无功功率，也可以通过测量电压、电流和相位计算求得。3）功率表使用注意事项测量交、直流电路的电功率，一般采用电动系仪表。仪表的固定绕组串接入被测电路；活动绕组并接入电路。使用功率表时，不但要注意功率表的功率量程，而且还要注意功率表的电流和电压量程。注意功率表的极性。测量时，将标有“*”的电流端钮接到电源侧，另一个端钮接到负载侧；标有“*”的电压端钮可接在电流端钮的任一侧，另一个端钮则跨接到负载的另一侧。

三相四线有功电能表接法三相三线电能表接法220/380V照明线路电测量仪表电路图

绝缘监察装置

绝缘监察装置主要用来监视小接地电流系统相对地的绝缘情况。这种系统发生一相接地时，线电压不变，因此对系统尚不至于引起危害，但这种情况不允许长期运行，否则当另一点再发生接地时，就会引起严重后果。可能造成继电保护、信号装置和控制回路的误动作，使高压断路器误跳闸或拒绝跳闸。为了防止这种危害，必须装设连续工作的高灵敏度的绝缘监察装置，以便及时发现系统中某点接地或绝缘降低。但不能判别是哪一条线路发生了接地故障。如果高压线路较多时，采用这种绝缘监察装置还不够。这种装置只适用于线路数目不多，并且只允许短时停电的供电系统中。绝缘监察装置及电压测量电路绝缘监察线电压测量转换开关零序电压互感器

第五节自动重合闸与备用电源自动投入装置

电力系统的故障大多是暂时性短路的，这些故障点导致电网暂时失去绝缘性能，引起断路器跳闸。线路电压消失后，故障点的绝缘便自行恢复。此时若使断路器重新合闸，便可立即恢复供电，从而大大提高供电可靠性，避免因停电给国民经济带来的巨大损失。

断路器因保护动作跳闸后能自动重新合闸的装置称为自动重合闸装置，简称ARD或ZCH。按照规程规定，电路在1kV以上的架空线路和电缆线路与架空的混合线路，当具有断路器时，一般均应装设自动重合闸装置；对电力变压器和母线，必要时可以装设自动重合闸装置。一、自动重合闸装置自动重合闸装置的分类

作用对象可分为线路、变压器和母线的重合闸按照动作方法可分为机械式重合闸（断路器采用弹簧式或重锤式操动机构）和电气式重合闸（断路器采用电磁式操动机构）。使用条件可分为单侧或双侧电源的重合闸。

ARD和继电器保护配合的方式可分为ARD前加速、ARD后加速和不加速。动作次数可分为一次重合闸、二次重合闸或三次重合闸，对于架空线路来说，一次重合成功率可达60%～90%，二次重合成功率只有15%左右，三次重合成功率仅3%左右。电气一次自动重合闸的基本原理跳闸按钮合闸按钮重合闸装置重合闸继电器自动重合闸继电器KAR的结构和工作原理

时间继电器KT调整从装置启动到发出接通断路器合闸线圈回路的脉冲为止的延时

中间继电器KM发出接通断路器合闸线圈回路的脉冲

电容器C保证KAR只动作一次

充电电阻R4限制电容器充电电流

附加电阻R5

保证KT线圈热稳定性

放电电阻R6

电容器经过它放电

信号灯HL监视中间继电器的触点

附加电阻R7

限制信号灯的电流对自动重合闸装置的基本要求

当手动投入断路器，由于线路上有故障随即由保护装置将其断开后，ARD装置也不应动作。当断路器因继电保护或其他原因而跳闸时，ARD均应动作，使断路器重新合闸。为了能够满足前两个要求，应优先从采用控制开关位置与断路器位置不对应原则来启动重合闸。无特殊要求时对架空线路只重合闸一次，当重合于永久性故障而再次跳闸后，就不应再动作。自动重合闸动作以后，应能自动复归准备好下一次再动作。自动重合闸装置应能够在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护动作，以便更好地和继电保护相配合，减少故障切除时间。自动重合闸装置动作应尽量快，以便减少工厂的停电时间。电气一次自动重合闸装置短接保护回路中的时间继