第8章-变电所二次回路和自动装置

第8章变电所二次回路

和自动装置

学习目标8.1常规变电所二次回路概述8.2变电所综合自动化概述8.3变电所电压和无功综合控制子系统8.4变电所微机自动控制装置8.5变电站综合自动化的数据通信系统本章小结学习目标了解常规变电所二次回路的概况了解变电所综合自动化系统的基本功能和结构、理解自动重合闸和故障录波等自动控制装置的功能了解电压和无功综合控制子系统了解变电站综合自动化的数据通信系统的相关内容理解常规变电所二次回路各部分的作用及其接线并分析其工作原理理解备用电源自动投入等自动控制装置的接线并分析其工作原理。8.1常规变电所二次回路概述1.二次回路：指在电气系统中由互感器的次级绕组、测量监视仪器、继电器、自动装置等二次设备通过控制电缆联成的电路，也称二次接线，用以对一次回路进行监测、控制、保护和调节。2.二次设备：测量装置、控制装置、继电保护装置、自动控制装置、直流系统及必要的附属设备。3.二次回路和二次设备构成二次系统。8.1.1二次回路简介4.供配电系统的二次回路功能图对断路器进行通、断操作，线路发生短路故障时，相应继电保护动作，接通断路器控制回路中的跳闸回路，使断路器跳闸，起动信号回路发出灯光和声响信号。电压、电流互感器：向监测、电能计量回路提供电压和电流参数。操作电源：向二次回路提供所需的电源断路器控制回路的主要功能：5.二次回路的分类（1）操作电源：为控制、信号、测量回路及继电保护装置、自动装置和断路器的操作提供可靠的工作电源。（2）测量回路：计量测量与保护测量。（3）控制回路：就地手动合分闸、防跳联锁、试验、互投联锁、保护跳闸以及合分闸执行部分。（4）信号回路：光字牌回路和音响回路（警铃、电笛），又分为开关运行状态信号、事故跳闸信号与事故预告信号。6.二次回路图（1）原理接线图：用来表示二次回路中各元件的电气联系和工作原理的电气回路图，是按功能电路如控制回路、保护回路、信号回路来绘制的。①归总式原理接线图：集中表示方法来表示继电保护和自动装置、断路器控制和信号等回路的工作原理。②展开式原理接线图：将二次回路的设备展开表示，将交流电流回路、交流电压回路、直流操作回路和信号回路分开绘制。6.二次回路图（2）安装接线图根据施工安装的要求，表示二次设备的具体安装位置和控制电缆及二次回路的布线方式的图形，是按设备如开关柜、继电器屏、信号屏为对象绘制的。安装接线图包括屏面布置图、端子排图和屏后安装接线图，是现场施工安装、维护必不可少的图纸。8.1.2操作电源与所用电①应保证供电可靠性，最好装设独立的直流操作电源，以免交流系统故障时影响操作电源的正常供电；②应具有足够的容量，以保证正常运行时，操作电源母线电源波动范围小于±5%额定值，事故时母线电压不低于90%额定值；③纹波系数小于5%；④使用寿命、维护工作量、设备投资以及布置面积等应合理。对操作电源的基本要求如下：直流操作电源特点：属于独立电源，它不受交流电源的影响，即使在全所停电的情况下也能保证连续可靠地工作，同时保证事故照明用电。①酸性蓄电池——采用铅酸蓄电池（1）蓄电池组供电的直流操作电源额度电压是2V，充电后可达2.7V，放电后可降为1.95V。端电压较高、冲击放电电流大的优点适用于断路器跳、合闸的冲击负荷，但使用一段时间后电压下降，需用专门的充电装置来进行充电。因此，适用于大型发电厂和变电站，在一般工厂供电系统中现已不予采用。②碱性蓄电池——采用镉镍蓄电池端电压为1.2V，充电后可达1.75V，放电后端电压可降到1V，其充电可采用浮充电或强充电方式由硅整流设备进行充电。（1）蓄电池组供电的直流操作电源适用于中、小型发电厂和110KV以下的变电站，在工厂供电系统中应用较普遍。特点：大电流放电性能好、比功率大、强度高、寿命长、维护方便、腐蚀性小、体积小，不需专门的蓄电池室降低投资③蓄电池的容量（1）蓄电池组供电的直流操作电源定义：在指定放电条件下所放出的电量称为蓄电池的容量，单位用A•h表示。实际容量与放电电流、温度、电解液的密度及质量、充电程度等因素有关。蓄电池放电至终止电压的时间称放电率，单位为h（小时）。

额定容量是指充足电的蓄电池在25℃时，以10h放电率放出的电能。每一种蓄电池都有其允许的最大放电电流值，其允许的放电时间约为5秒。（2）整流装置供电的直流操作电源硅整流电容储能式直流电源非独立电源限流电阻R用来限制控制回路短路时通过VD3的电流，保护其不被烧毁。容量大容量小逆止元件VD3使WO只向WC供电，防止断路器合闸时U2向WO供电；绝缘监察装置用以监测正负母线或直流回路对地绝缘电阻，当某一母线对地绝缘电阻降低时，电桥不平衡，检测继电器中有足够的电流流过，继电器则动作发出信号。闪光装置主要提供灯光闪光电源。C1对高压线路的继电保护和跳闸回路供电；C2对其他元件的继电保护和跳闸回路供电。一是当直流电源电压因交流供电系统电压降低而降低时，使C1、C2所储能量仅用于补偿自身所在的保护回路，而不向其他元件放电；

VD1、VD2的主要功能：

二是限制C1、C2向各断路器的控制回路中的信号灯和重合闸继电器等放电，以保证其所供的继电保护和跳闸线圈可靠动作。

为方便使用操作电源，一般在屏顶设置（并排放置）操作电源小母线。屏顶小母线的直流电源由直流母线上的各回路提供优点：价格便宜，占地面积小，维护工作量小，体积小，不需充电装置。缺点：电源独立性差，电源可靠性受交流电源影响，需加装补偿电容和交流电源自动投切装置，二次回路较复杂。（2）整流装置供电的直流操作电源复式整流的直流操作电源由电流互感器供电，也经硅整流器供电给控制、保护等二次回路。由所有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；电压源电流源当稳压要求较高时，装设铁磁谐振稳压器。可靠供电,输出功率更大,电源稳定性更好。2.交流操作电源①取自所用电变压器；②当保护、控制、信号回路的容量不大时，可取自电流、电压互感器的二次侧。一般由电流互感器向断路器的跳闸回路供电；由所有变压器向断路器的合闸回路供电；由电压互感器向控制、信号回路供电。适用性：用于不重要的小型终端变电站中，用在中、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。优点：接线简单、投资低廉、维修方便。缺点：交流继电器的性能没有直流继电器完善，不能构成复杂的保护3.所用变压器变电所的用电变电所的负荷有室内外照明、生活区用电、事故照明、操作电源用电等互为备用进线断路器外侧，1号所用变变电所另一进线电源侧的高压或低压母线上，2号所用变一般应设置专门的变压器供电所用变压器的装设位置8.1.3高压断路器的控制和信号回路断路器控制回路的构成:（1）控制机构：发出分、合闸命令，如控制开关或控制按钮等。（2）操动机构：执行操作命令，一般，电磁操作机构采用直流操作电源，手动和弹簧操作机构可交直流两用，但常采用交流操作电源。（3）中间传送机构：传送命令到执行机构，如继电器、接触器的触点等构成的控制（操作）高压断路器分、合闸电路断路器控制回路高压断路器的控制方式:（1）远方控制：操作人员在变电所主控室或单元控制室内对断路器进行跳、合闸控制，控制屏上有相应的灯光信号反映出断路器的位置状态，控制机构与执行机构之间需通过控制电缆联络；（2）就地控制：在断路器附近对断路器进行跳、合闸控制，无需控制电缆。断路器控制回路：按监视方式可分为灯光监视的控制回路与音响监视的控制回路。断路器的信号回路定义：信号回路是用来指示一次电路设备运行状态的二次回路。信号分类：（1）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）亮表示断路器处在合闸位置；绿灯（符号GN）亮表示断路器处在分闸位置。（2）事故信号：用来显示断路器在一次系统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。（3）预告信号：预告信号是在一次系统出现不正常状态时或在故障初期发出的报警信号。1.高压断路器控制和信号回路的要求（1）能手动和自动合闸与跳闸；（2）应能监视控制回路保护装置（如熔断器）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；（3）应能指示断路器在正常运行时的分、合闸状态，并在自动分、合闸时有明显的指示信号。通常用红、绿灯的平光来指示断路器在正常运行时的分、合闸状态，用红、绿灯的闪来指示断路器的自动分、合闸；1.高压断路器控制和信号回路的要求（4）应具有防止断路器多次合、跳闸的“防跳”措施；（5）断路器的事故跳闸信号回路应按“不对应原理”接线。（6）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。2.灯光监视的断路器控制及信号回路（1）手动操动的断路器控制及信号回路WC―控制小母线WS―信号小母线GN―绿色指示灯

R1、R2―限流电阻

RD―红色指示灯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图8-5手动操作断路器的控制和信号回路工作原理：合闸时：QF3―4闭合，QF1―2断开，RD亮，指示QF已经合闸，同时还表明控制回路的熔断器FU1、FU2是完好的，即绿灯G表明YR回路及FU1、FU2是完好的，即红灯RD亮也起着监视跳闸回路完好性的作用。由于限流电阻R2，跳闸线圈YR虽有电流通过但很小，不会动作。分闸时：QF3―4断开，切断跳闸回路，QF1―2闭合，绿灯GN亮，指示QF已经分闸，同时还表明控制回路的熔断器FU1、FU2是完好的，即绿灯GN亮也起着监视控制回路完好性的作用。在断路器正常分、合闸时，由于QM与QF5―6是同时切换的，总是一开一合，所以事故信号回路总是不通的，不会发出事故信号。当一次电路发生短路故障时：继电保护装置动作，出口继电器KM触点闭合，接通YR的回路（QF3―4原已闭合），会使断路器跳闸。随后QF3―4断开，使红灯RD熄灭，并切断跳闸线圈YR的电源。与此同时，QF1―2闭合，使绿灯GN亮。这时黄色指示牌掉落，表示断路器自动跳闸。同时，事故信号回路接通，发出音响和灯光信号。事故信号回路是按“不对应原理”接线的，信号回路中QM闭合，而QF5―6也返回闭合，因此事故信号回路接通，发出事故音响信号。R1、R2的作用：防止指示灯灯座短路时造成控制回路短路或断路器误跳闸。（2）电磁操动机构断路器控制及信号回路图8-6电磁操动机构的断路器控制及信号回路WF―闪光信号小母线

WL―灯光信号小母线

WC―控制小母线

WS―信号小母线

WAS―信号音响小母线

WO―合闸小母线

SA―控制开关

KO―合闸接触器

YR―跳闸线圈

YO―电磁合闸线圈

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―分闸操作方向操作电源：硅整流电容储能的直流系统。控制开关：双向自复式并具有保持触点的LW5型万能转换开关，正常运行时其手柄为垂直位置（0º），合闸操作（ON）时顺时针扳转45º，手松开即自动返回（复位）并保持合闸状态。分闸操作（OFF）时逆时针扳转45º，手松开也自动返回（复位）并保持分闸状态。合闸时，将SA手柄顺时针扳转45º，触点SA1―2接通，KO通电，其主触点闭合，使O通电，断路器QF合闸。合闸后，控制开关SA自动返回，其触点SA1―2断开，QF1―2也断开切断合闸回路，同时QF3―4闭合，红灯RD亮，指示断路器已经合闸，并监视着跳闸线圈YR回路的完好性。分闸时，将SA手柄逆时针扳转45º，SA7―8接通，YR通电，使断路器QF分闸。分闸后，SA自动返回，其触点SA7-8断开，QF3―4也断开切断跳闸回路，同时SA3―4闭合，QF1―2也闭合，绿灯GN亮，指示断路器已经分闸，并监视着合闸线圈KO回路的完好性。注明：由于红、绿指示灯兼顾监视分、合闸回路完好性的作用，长时间运行耗能较多。为减少操作电源中储能电容器能量的过多损耗，一般另设灯光指示小母线WL（+）专给红、绿指示灯供电，而储能电容器的电能只供给控制小母线WC。当一次回路发生短路故障时，继电保护装置动作，KM触点闭合，接通YR回路，使QF跳闸。随后QF3―4断开，使红灯RD熄灭，并切断跳闸回路，同时QF1―2闭合，而SA在合闸位置，其触点SA5―6也闭合，从而接通闪光电源WF（+），使绿灯GN闪光，表示断路器QF自动跳闸。由于断路器自动跳闸，SA在合闸位置，其触点SA9―10闭合，而断路器已跳闸，其触点QF5―6也闭合，因此事故音响信号回路接通，发出音响信号。当值班员得知事故跳闸信号后，可将控制开关SA的操作手柄扳向分闸位置（逆时针扳转45º后松开），使SA的触点与QF的辅助触点恢复对应关系，事故信号解除。（3）弹簧操动机构断路器控制及信号回路WC―控制小母线

WS―信号小母线

WAS―信号音响小母线

SA―控制开关

SB―按钮

GN―绿色指示灯

RD―红色指示灯

YO―电磁合闸线圈

YR―跳闸线圈

QF1~6―断路器QF的辅助触点

SQ1、SQ2―储能位置开关

M―储能电机

KM―继电保护出口继电器触点

ON―合闸操作方向

OFF―分闸操作方向

FU―熔断器图8-7弹簧操作机构断路器控制和信号回路工作原理合闸时：先按下SB，M通电运转（SQ2原已闭合），使合闸弹簧储能。弹簧储能完毕后，SQ2自动断开，切断电动机M的回路，同时SQ1触点闭合，为合闸做好准备。然后将SA手柄扳向合闸，其触点SA3―4接通，YO通电，使弹簧释放，通过传动机构使断路器合闸。合闸后，点QF1―2断开，绿灯GN熄灭，并切断合闸回路，同时QF3―4闭合，红灯RD亮，指示断路器在合闸位置，并监视跳闸回路的完好性。分闸时：将SA的手柄扳向分闸位置，SA1―2接通，YR通电（QF3―4原已闭合），使断路器分闸。分闸后，QF3―4断开，红灯RD熄灭，并切断跳闸回路，同时QF1―2闭合，绿灯GN亮，指示断路器在分闸位置，并监视合闸回路的完好性。工作原理：当一次回路发生短路故障时，继电保护装置动作，其KM触点闭合，接通YR回路（QF3―4原已闭合），使断路器跳闸。随后QF3―4断开，红灯RD熄灭，并切断跳闸回路。由于断路器是自动跳闸，SA手柄仍在合闸位置，其触点SA9―10闭合，而断路器跳闸，QF5―6闭合，从而接通事故音响信号回路，发出事故跳闸音响信号。当值班员得知事故跳闸信号后，可将控制开关SA的操作手柄扳向分闸位置（OFF），使SA的触点与QF的辅助触点恢复对应关系，事故信号解除。断路器的跳跃：因控制开关或自动装置的合闸接点未能及时返回，例如操作人员未松开手柄,自动装置的合闸接点粘连等原因，而正好合闸在故障线路和设备上,造成断路器连续合切的现象称为跳跃。如断路器发生多次跳跃会使其毁坏，造成事故扩大，所以在控制回路中一般要设置电气防跳装置。储能机构的防跳功能：M由SB控制，从而保证断路器合在发生短路故障的一次电路上时，合闸回路已可靠断开，断路器自动跳闸后不致重合闸。但储能机构并不能防止因合闸接点粘连而造成的开关跳跃，也没有防止保护出口接点断弧烧毁的功能,所以也可加装电气防跳回路。灯光监视的断路器控制回路适用于中、小型发电厂和变电所。当用于大型变电所和发电厂时，由于信号灯太多，且某一控制回路失电时，灯光全暗就不易被发现，因此常用音响监视的断路器控制回路。3.音响监视的断路器控制及信号回路（1）断路器的位置信号只用一个装在控制开关手柄中的灯代替，利用灯光特征和手柄位置判断断路器的实际位置，从而减少了一半信号灯。当灯光为平光时，表示断路器的实际位置和控制开关手柄位置一致；当灯光为闪光时，表示断路器的实际位置和控制开关手柄位置不一致。（2）利用合闸位置继电器代替红灯RD、跳闸位置继电器代替绿灯GN，当控制回路熔断器熔断，合闸、跳闸位置继电器都失电返回，其常闭触点接通中央预告声响信号回路，发出声响信号，运行人员根据手柄内灯光的熄灭来判断哪一回路断线。（3）控制回路与信号回路完全分开，控制开关的一个接线盒是专为装信号灯的，无论手柄在哪个位置，信号回路总是和外边电路连通。（4）在事故音响回路中由于用跳闸位置继电器代替了QF常闭辅助触点，而跳闸位置继电器是安装在控制室内，从而省去了一个控制电缆芯线。其他部分音响与灯光监视的断路器控制回路类似。8.1.4电气测量仪表与绝缘监视装置电气仪表的配置应符合《电力装置的电测量仪表装置设计规范GBJ63―90》的规定，以满足电力系统和电气设备安全运行的需要。1.电测量仪表定义：对电力装置回路的电力运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表以及作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。分类：（1）常用测量仪表：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。（2）计量仪表：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，即各种电能表（电度表）。表8-1常用仪表准确度配置测量要求互感器准确度电度表准确度配置说明计费计量0.2级0.5级有功电度表0.5级专用电能计量仪表月平均电量在106kWh及以上0.5级1.0级有功电度表1.0级专用电能计量仪表2.0级无功电度表①月平均电量在106kWh以下②315kVA以上变压器高压侧计量点计费计量及一般计量1.0级2.0级有功电度表3.0级无功电度表①315kVA以下变压器低压侧计量点②75kW及以上电动机电能计量③企业内部技术经济考核（不计费）一般测量1.0级1.5级和0.5级测量仪表3.0级2.5级测量仪表非重要回路2.直流绝缘监视装置（1）直流系统装设绝缘监视装置的原因1）变电所的直流系统连接着继电保护、中央信号系统、控制系统、自动装置以及屋内、屋外配电装置的端子箱、事故照明系统等，既比较复杂又相当重要。2）直流系统中，正、负母线对地是悬空的，当发生一点接地时，不会引起任何危害，但若不能及时发现并排除，当另一点也接地时，会引起信号回路、控制回路、继电保护回路和自动装置回路的误动作，就会造成严重事故。A、B两点接地会造成高压断路器的误跳闸。在其他情况下，可能造成保护拒动或直流电源短路等严重故障。因此，直流系统中必须装设绝缘监视装置。图8-8两点接地引起误跳闸的情况KM―保护出口继电器QF―断路器辅助触点YR―跳闸线圈（2）直流绝缘监视装置回路图图8-9直流绝缘监视装置原理接线图KSE―接地信号继电器1SL―绝缘监视转换开关ST―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1V、2V―电压表

HL―光字牌信号灯利用电桥原理进行监测的，正、负母线对地绝缘电阻做电桥的两个臂KSE―接地信号继电器整个装置可分为信号部分和测量部分，由三只电阻（1R=2R=3R=1000Ω）、两只高内阻电压表1V、2V，一只信号继电器KSE以及母线电压表转换开关ST、绝缘监视转换开关1SL组成。工作原理：（1）正常状态下，直流母线正极和负极的对地绝缘良好，正极和负极等效对地绝缘，电阻R+和R-相等，继电器KSE线圈中只有微小的不平衡电流通过，继电器不动作。（2）当某一级的对地绝缘电阻（R+或R-）下降时，电桥失去平衡，流过继电器KSE线圈中的电流增大。当绝缘电阻下降到一定值时，流过继电器KSE线圈中的电流增大，继电器KSE动作，其常开触点KSE闭合，光字牌信号灯HL发出预告信号。工作原理：母线电压表转换开关ST有3个位置，即“母线”、“负对地“、“正对地”。正常时，其手柄在竖直的“母线”位置，触点⑨―⑪、②―①和⑤―⑧接通，电压表2V可测量正、负母线间电压。若将ST手柄逆时针方向旋转45º，置于“负对地”位置时，ST触点⑤―⑧、①―④接通，则2V接到负极与地之间；若将ST手柄顺时针方向旋转45º，置于“正对地”位置时，ST触点①―②、⑤―⑥接通，2V接到正极与地之间。利用转换开关ST和电压表2V可判断哪一极接地。若两极绝缘良好，则正极对地和负极对地时2V指示0V，因为电压表2V的线圈没有形成回路，如果正极接地，则正极对地电压为0V，而负极对地电压指示为220V，反之，当负极接地时，情况与之相似。工作原理：绝缘监视转换开关1SL也有三个位置，即“信号“、”测量位置1“、“测量位置2”。一般情况下，其手柄置于“信号”位置，1SL的触点⑤―⑦和⑨―⑪接通，使电阻3R被短接（ST应置于“母线”位置，ST接点⑨―⑪接通）。接地信号继电器KSE线圈在电桥的检流计位置上，当母线绝缘电阻下降造成电桥不平衡时，继电器KSE动作，其常开触点闭合，光字牌点亮，同时发出音响信号。工作原理：当正极绝缘电阻下降时，先将1SL转至“测量位置1”，将1V调至读数为零，记录此时3R上的数值X，再将1SL转至“测量位置2”，便可从1V上读得直流系统总的对地绝缘电阻RΣ，可用下式计算出每极对地绝缘电阻。工作原理：当负极绝缘电阻下降时，先将1SL转至“测量位置2”，将1V调至读数为零，记录此时3R上的数值X，再将1SL转至“测量位置1”，便可从1V上读得直流系统总的对地绝缘电阻RΣ，可用下式计算出每极对地绝缘电阻。8.1.5二次回路安装接线图定义：是用来表示成套装置或设备中二次回路的各元器件之间连接关系的一种图形，也简称二次回路接线图。特点：它是制造厂加工屏台和现场施工安装必不可少的图纸，也是试验、验收的主要参考图纸。安装接线图包括屏面布置图、端子排图和屏后安装接线图。1.二次回路接线的基本要求（1）二次回路的安装接线要求按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》规定按图施工，接线正确；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；盘、柜内的导线中间不应有接头，导线芯线应无损伤；电缆芯线和所配导线的端部均应正确标明其回路编号，字迹清晰且不易脱色；配线应整齐、清晰、美观，导线绝缘应良好、无损伤；每个接线端子的每侧接线宜为1根，不得超过2根；对于插接式端子，不同截面的两根导线不得接在同一端子上；对于螺栓连接端子，当接两根导线时，中间应加平垫片；二次回路接地应设专用螺栓；盘、柜内的二次回路配线：电流回路应采用电压不低于500V的铜芯绝缘导线，其截面不应小于2.5mm2；其它回路截面不应小于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截面的绝缘导线。直流回路中具有水银接点的电器，电源正极应接到水银侧接点的一端。在油污环境，应采用耐油的绝缘导线（如塑料绝缘导线）；在日光直射环境，橡胶或塑料绝缘导线应采取防护措施（如穿金属管、蛇皮管保护等）。

(2)二次回路的安装接线图的绘制要求必须遵循现行国家标准GB/T6988.3―1997《电气技术用文件的编制·第三部分：接线图和接线表》的有关规定图形符号应符合GB/T4728―1996~2005《电气简图用图形符号》的有关规定文字符号包括项目代号应符合GB/T5094―2002《工业系统、装置与设备以及工业产品结构原则与参照代号》系列标准和00DX001《建筑电气工程设计常用图形符号和文字符号》等的有关规定。2.屏面布置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、外形尺寸和中心线尺寸，并附有详细规格型号的设备表。基本要求如下：（1）凡需经常监视的仪表和继电器，都不应布置得太高；（2）操作元件，如控制开关、调节手轮、按钮等的高度要适中，以保证操作调节方便，并且它们之间应保持一定距离，操作时不致影响相邻设备；（3）经常要检查和试验的设备，应布置在屏的中部，而且同一类型的设备应布置在一起，方便检查和试验。此外，应力求布置紧凑美观。图8-1035kV变电所屏面设备布置图3.端子排图端子排通常垂直布置于屏后两侧。图8-11端子排编号表示方法图4.屏后接线图屏后接线图是制造厂生产屏的过程中配线的依据，也是现场安装施工时的重要参考图纸。它是以屏面布置图为基础，并以原理图为依据而绘制的接线图。图中所有设备都按顺序编号，设备接线柱上也加标号，同时还注有明确的去向，以使施工安装人员便于安装和检查。一般标出项目（如元件、器件、单元、组件或成套设备等）的相对位置、代号、端子号、导线号、类型、截面等内容。设备的左右方向正好与屏面布置图相反（背视图），看得见的项目用实线，看不见的项目用点画线表示其外部轮廓。图8-1210kV出线电流保护二次安装接线图最常用的接线表示方法是相对编号法，又叫中断线法，就是用编号来表示二次回路中各设备相互之间连接状态的一种方法。当两个设备的接线柱需要连接时，在一设备的接线柱旁标注接线的去向，即另一设备的接线柱标号，同时，对方设备的接线柱旁标注的是本设备的接线柱标号，即两个设备相连接的两个端子的编号互相对应，没有标号的接线柱表示空着不接。图8-1210kV出线电流保护二次安装接线图8.2变电所综合自动化概述变电所综合自动化将变电所的二次设备（包括继电保护装置、测量仪表、控制装置、信号装置等）经过功能的组合和优化设计综合为一体，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电所主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度中心通信等综合性的自动化功能。1．功能综合化（1）系统综合了变电站的所有二次设备；（2）综合了变电站的操作屏、仪表屏、模拟屏、变送器屏、中央信号系统、远动的RTU功能及电压和无功补偿自动调节功能；（3）综合了和监控系统一体的微机保护、故障录波、故障测距、小电流接地选线、自动低频减载、自动重合闸等自动装置的功能

（4）对于微机保护及一些重要的自动装置（例如备用电源自动投入）是接口功能综合，也就是在保证其独立的基础上，通过远方自动监视与控制实现的。2．分层、分布式微机化结构该系统各功能模块全部采用微机化的分层分布式结构。系统根据功能划分成若干个功能子单元，分层分级管理，然后通过网络总线将它们连接起来构成一个整体。3．操作监视屏幕化实时主接线图直接显示在彩色大屏幕上，操作人员可以通过鼠标点击和键盘操作完成断路器的分、合闸操作，光字牌报警被显示器屏面的文字画面显示和语音报警所取代。4．运行管理智能化运行管理智能化：表现在自动化功能上和在线自诊断功能和专家系统上综合自动化系统和专家系统相结合，不仅能检测供配电系统的一次设备，还能实现系统自身的自诊断、自闭锁和自恢复等功能。5.通信系统网络化、光缆化计算机局域网技术、现场总线技术及光纤通信技术在综合自动化系统中得到普遍应用。变电所综合自动化系统为变电所实现无人值班提供了可靠的技术条件。8.2.1变电所综合自动化系统的基本功能1．微机监控功能（1）数据采集功能：对变电站运行状态的监视和运行参数的实时采集。变电站运行参数包括模拟量、状态量和脉冲量。①模拟量：各段母线电压、线路电压、电流和功率值、馈线电流、电压及功率值、频率等；此外还有变压器油温、直流电源电压、所有电压和功率等。②状态量：断路器、隔离开关的分、合位置，变电站一次设备状态及报警信号、变压器分接头位置信号等。③脉冲量

:脉冲电能表输出的，以脉冲信号表示的电度量。1．微机监控功能（2）事件顺序记录功能断路器跳、合闸记录、保护动作顺序记录。微机监控子系统应有足够的内存，存放足够数量或足够长时间段的事故顺序记录，以确保当后台监控系统或远方集中控制主站通信中断时不丢失事件信息，并应记录事件发生的时间，应精确至毫秒级。

1．微机监控功能（3）故障记录、故障录波和测距功能

记录故障线路的电流、电压的参数和波形，也可计算出测量点与故障点的阻抗、电阻、距离和故障性质。故障记录是记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压，从而可判断保护动作是否正确，更好地分析和掌握情况。1．微机监控功能（4）操作闭锁与控制功能①断路器操作时，应闭锁自动重合闸；②当地与远方控制操作要相互闭锁，保证只有一处操作，以免互相干扰；③根据实时信息，自动实现断路器与隔离开关间的闭锁操作；④无论是当地还是远方操作，都应有防误操作的闭锁措施，即要收到返校信号后才执行下一步。1．微机监控功能（5）事件报警功能:当系统发生事件或运行设备工作异常时，进行音响、语言报警，推出事件画面，画面上相应的模块闪光报警，并给出事件的性质、异常参数，也可推出相应的事件处理指导。（6）人-机对话功能:通过键盘、鼠标、显示器CRT可以使全所运行工况和运行参数一目了然，可对全所断路器、电动隔离开关进行分合闸操作。另外，人-机联系还包括打印报表及图形和数据处理、开列典型的操作票等功能。（7）系统自诊断功能:具有在线自诊断功能，可诊断出通信通道、计算机外围设备、I/O模件、前置机电源等故障。（8）计算机监控系统功能:完成计算机监控系统的功能，如电压无功控制、小电流接地系统的接地选线、高压设备在线监测及谐波分析与监视功能。2．微机保护功能内容：包括线路保护、变压器保护、馈出线保护、母线保护、电容器保护、备用电源自动投入装置以及接地选线装置等，变压器及高压侧线路则包括主保护和后备保护。要求：(1)微机保护应保持与通信、测量的独立性，即通信与测量方面的故障不影响保护正常工作。(2)另外还要求保护的CPU及电源均保持独立。3.自动控制装置的功能（1）必须具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。（2）典型的变电所综合自动化系统都配置了相应的自动控制装置，例如备用电源自动投入控制装置、电压无功综合控制装置、小电流接地选线装置、自动低频低压减载装置等。4.微机通信功能内容：现场通信功能，即变电站层与间隔层之间的通信功能；综合自动化系统与上级调度之间的通信功能，即监控系统与调度之间的通信。通信功能兼具RTU的全部功能，在实现四遥（遥测、遥信、遥控、遥调）的基础上还增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传、遥视等功能。8.2.2变电所综合自动化系统的结构1.变电所综合自动化系统的硬件结构（1）集中式结构形式的综合自动化系统将所有二次设备按遥测、遥信、遥控、调度、保护功能，划分成不同的子系统集中组屏，安装在主控室内。硬件结构框图如图8-13所示。图8-13变电所集中式综合自动化系统的硬件结构框图特点（1）有利于观察信号，方便调试（2）耗费大量的二次电缆，因为各被保护设备的保护测量交流回路、控制直流回路都需要用电缆送至主控室。（3）容易产生数据传输瓶颈问题，其可扩展性及维护性较差。（4）对于电压低、出线少的小型化变电站仍具有一定的生命力，是传统的结构形式，它集保护功能、人-机接口、四遥功能及自检功能于一体，结构简单，价格相对较低。（2）分布式集中组屏结构形式的综合自动化系统图8-14变电所分布式集中组屏综合自动化系统的硬件结构框图结构特点：结构按功能划分成数据采集单元、控制单元和微机保护单元等若干子模块，然后分别集中安装在变电站控制室的数据采集屏、控制屏和微机保护屏上，通过网络于主控机相连。特点：按功能设计的模块结构的软件相对简单，调试维护方便，组态灵活；系统便于扩充和维护，整体可靠性高；但因采用集中组屏方式，所需的连接电缆和信号电缆较多。（3）分散分布式结构形式的综合自动化系统图8-15变电所分散分布式综合自动化系统的硬件结构框图结构特点：（1）分散分布式就是将变电所分为两个层次，即变电站层和间隔层。变电站层也叫站级主站层或站及工作站，是变电站自动化系统的核心层，可由多个工作站组成，负责管理整个变电站自动化系统。间隔层是指设备的继电保护、测控装置层，由若干个间隔单元组成，一条线路或一台变压器的保护、测控装置就是一个间隔单元，各单元基本上是相互独立、毫互不干扰的。结构特点：（2）分散分布式布置是以间隔为单元划分的，每一个间隔的测量、信号、控制、保护综合在一个或两个（保护与控制分开）单元上，分散安装在对应的开关柜或控制室上。现在的变电站综合自动化系统通常采用分散分布式布置。结构特点图8-15变电所分散分布式综合自动化系统的硬件结构框图各间隔单元数据采集和开关量I/O的测控部分及保护部分，分别就地分散安装在开关柜上及主控室和一次设备附近的小室内。数据采集和开关量I/O的测控部分与保护部分是相互独立的，并与变电所层的监控后台机通信。通常在间隔层内就能独立完成保护和监控功能，并不依赖于通信网络。

结构特点减少了变电站内的二次设备和电缆，也节省了土建投资；系统采用模块化配置，装置相互独立，系统中任一部分发生故障时只影响局部，因此提高了整个系统的可靠性，也增强了系统的可扩展性和运行的灵活性；统一时钟；检修维护方便。可用于各种电压等级的变电站，是目前国内外最为流行、结构最为合理、较先进的一种综合自动化系统。（4）完全分散式综合自动化系统定义：是指以变压器、断路器、母线等一次主设备为安装单位，将保护、控制、输入/输出、闭锁等单元就地分散安装在一次主设备的开关柜上，安装在主控室的主控单元通过现场总线与分散的单元进行通信，主控单元通过网络与监控主机联系图8-16变电所完全分散式综合自动化系统结构示意图图8-17传统变电所自动化改造系统硬件结构框图2变电所综合自动化的软件系统特点：综合自动化系统的软件采用独立的模块结构，各模块具有其独立的软件程序。例如：各保护单元就是一个具有特等功能的微机系统，能独立完成规定的保护功能，并能与主单元进行通信。优点：硬件和软件采用结构模块化设计，可以使各子程序互不干扰，提高了系统的可靠性。2变电所综合自动化的软件系统开发电力监控系统组态软件：智能化电气设备、现场总线和组态软件的紧密结合，能使具备通信功能的、传输信号全数字化的智能化电力监控系统的出现成为可能。典型的组态软件有：Fix组态软件、INtouch组态软件、Synall组态软件、组态王、世纪星、MCGS等。8.3变电所电压和功综合控制子系统变电所调压的主要手段，是采用有载调压变压器和补偿电容器。变电所电压和无功综合控制就是在变电所中利用有载调压变压器和补偿电容器组进行局部的电压和无功补偿的自动调节，以满足电压质量要求有载调压变压器可在带载情况下切换分接头，改变变压器变比，从而起到调整电压、降低损耗的作用，但调压本身并不产生无功功率，因此在整个系统无功不足时不能用来提高全系统的电压水平。无功功率补偿设备可产生无功功率，因此合理配置可弥补系统无功补偿容量、改变网络无功潮流分布、改善功率因数、减少网损和电压损耗，从而改善用户的电压质量，然而在系统无功充足但无功分布不合理而造成电压质量下降时却又无能为力。8.3.1电压和无功综合控制的实现方式1.采用独立的电压、无功综合控制装置采样有载调压变压器和并联补偿电容器的数据，通过控制和逻辑运算实现电压和无功自动调节。2.在就地监控主机上用软件模块控制方式来实现电压和无功自动调节在就地监控主机上利用现成的遥测、遥信信息，通过算法用软件模块控制方式来实现电压和无功自动调节。8.3.2电压和无功综合控制方式1.集中控制方式集中控制方式是指在调度中心对各个变电所的主变压器的分接头位置和无功补偿设备进行统一控制。这种控制方式在理论上是维持系统电压正常、无功优化控制、提高系统运行可靠性和经济性的最佳方案，但它要求调度中心须具备符合实际的电压和无功实时优化控制软件，且各变电所要有可靠的通信通道，最好具有智能执行单元。在我国目前各变电所的基础自动化水平层次不一的情况下，实现难度较大。2.分散控制方式分散控制方式是指在各变电所内自动调节有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备，以控制地区的电压和无功功率在规定范围内。可实现局部地区的优化，对提高变电所供电范围内的电压质量、降低局部网损很有意义。这是我国当前进行电压和无功调节控制的主要方式。3.关联分散控制方式关联分散控制是指电力系统正常运行时，由分散安装在各变电所的分散控制装置或控制软件进行自动调控，调控范围和定值是从整个系统的安全、稳定、经济运行出发，事先由电压和无功优化程序计算好的；而在系统系统运行方式变化较大或紧急情况下，由调度中心直接操作控制或由调度中心修改下属变电所电压和无功定值，以满足系统变化后的要求。为此，要求执行关联分散控制任务的装置除了要具有齐全的对受控站的分析、判断和控制功能外，还须具备较强的通信能力和手段。8.3.3电压和无功自动控制装置（VQC）VQC的特点：（1）VQC可以自动识别系统的一次接线方式、运行模式，并根据系统的运行方式和工况以及具体要求，采取对应的优化措施，使电压无功满足整定的范围（2）VQC具有丰富的闭锁功能，保证系统安全运行（3）用户可以根据需要配置相关遥信作为闭锁信号。（4）对于电容器组的投切，用户可以自行定义投切的顺序。8.3.3电压和无功自动控制装置（VQC）VQC的控制策略

VQC根据低压侧电压和无功（或功率因数）的越限情况，将控制策略划分为不同区域，在各个区域内采取相应的控制策略。

VQC的应用效果

（1）按“逆调压”进行电压调整，提高电压合格率；（2）平衡无功、使无功潮流合理，达到降损节能的目的；（3）大大减小了运行人员日常调整电压、投切电容器组的工作量。VQC的问题由于硬件问题、设备工艺、功能问题以及受系统运行方式的改变等问题，VQC有时会出现误动或者拒动，需要人工进行电压和无功的调节，有时甚至会影响正常的设备运行。8.4变电所微机自动控制装置

8.4.1备用电源自动投入装置1.对备用电源自动投入装置的基本要求（1）工作电源无论何种原因消失，APD均应动作；（2）应保证在工作电源断开后，且备用电源电压正常时，才投入备用电源；（3）备用电源自动投入的动作时间应尽量短，以便电动机自启动和缩短中断供电的时间；（4）APD只允许动作一次，以免将备用电源重复投入到永久性故障回路中；（5）电压互感器二次回路断线时，APD不应动作；（6）备用电源与备用设备的容量应足够大，如过负荷严重或不能保证电动机自启动，应在APD动作前自动减负荷。2.对备用电源自动投入装置的分类（1）按其操作电源可分为直流操作的和交流操作的APD；（2）按主电路的电压等级可分为高压APD和低压APD；（3）按备用方式可分为明备用和暗备用APD。3.备用电源自动投入装置的接线主电源和备用电源方式的APD接线图8-18备用电源自动投入原理接线图当主电源进线因故障断电时，失压保护动作，使1QF跳闸，其辅助常闭触点1QF1-2闭合，常开触点1QF3-4打开，时间继电器KT线圈失电，由于KT触点延时打开，故在其打开之前，合闸接触器KM得电，2QF的合闸线圈2YO通电合闸，2QF两侧面的隔离开关预先合，备用电源被投入。当母线WB短路引起1QF跳闸时，是不允许备用电源自动投入的，只要是1QF以下线路发生故障，引起1QF跳闸时，应加入备用电源闭锁装置，禁止APD投入。只有电源进线上方发生故障，而1QF以下部分没有故障时，才能投入备用电源。互为备用电源的APD接线当双电源进线互为备用时，要求任一主工作电源消失时，另一路备用电源自动投入3.微机备用电源自动投入装置硬件结构图8-20微机备用电源自动投入装置硬件结构示意图采样、逻辑功能及人机接口均由同一个CPU完成8.4.2自动重合闸装置（ARD）1.自动重合闸装置的分类和功能定义：就是当断路器跳闸后，自动将断路器重新合闸的装置。应用：（1）主要用于架空线路（2）在电缆线路（电缆与架空线混合的线路除外）中一般不用ARD，因为电缆线路中的大部分跳闸多因电缆、电缆头或中间接头绝缘破坏所致，这些故障一般不是短暂的（3）对电力变压器和母线，必要时也可装设自动重合闸装置。1.自动重合闸装置的分类和功能单侧电源三相自动重合闸装置的类型：（1）按动作方法，可分为机械式和电气式；（2）按启动方式，可分为不对应启动式和保护启动式；（3）按重合次数来分，有一次和多次重合闸；（4）按组成元件分，有机电型、晶体管型和微机型；（5）按复归原位的方式，有手动复归和自动复归；（6）按加速保护装置的时间，可分为重合闸前加速保护动作和重合闸后加速保护动作，2.对自动重合闸装置的基本要求（1）当值班人员手控或遥控使断路器跳闸及手动合闸于故障线路断路器跳闸后，ARD装置不应动作；（2）当保护装置动作或其他原因使断路器跳闸时，ARD装置均应动作，但需在故障点充分去游离后再重合闸；（3）自动重合次数应符合预先规定，对一次式ARD装置，应保证只重合一次，即使ARD装置中任一元件发生故障或接点粘住时，也应保证不能多次重合闸；2.对自动重合闸装置的基本要求（4）应优先采用控制开