《供配电技术》课件第9章

第9章供配电系统的二次回路 与自动装置9.1二次回路的基本知识9.2二次回路的操作电源9.3高压断路器的控制回路9.4中央信号回路9.5电测量仪表与绝缘监视回路9.6二次回路的安装接线图9.7电力线路的自动重合闸装置(ARD)9.8备用电源自动投入装置(APD)9.9变电所综合自动化基本技能训练二次接线图的识图思考题与习题9.1二次回路的基本知识二次回路也称二次接线或二次系统。二次回路在供配电系统中虽是对应于一次电路的辅助系统，但它对一次系统的安全、可靠、优质、经济的运行有着十分重要的作用。二次回路按电源的性质可分为直流回路和交流回路。按其用途可分为断路器控制回路、信号回路、测量回路、继电保护回路和自动装置回路等。二次回路的功能示意图如图9-1所示。图9-1二次回路的功能示意图在图9-1中，断路器控制回路的主要功能是对断路器进行通、断操作。当线路发生短路故障时，电流互感器二次回路有较大的电流，相应继电保护的电流继电器动作，保护回路做出相应的动作。一方面，保护回路中的出口(中间)继电器接通断路器控制回路中的跳闸回路，使断路器跳闸，断路器的辅助触点启动信号系统回路将发出声响和灯光信号；另一方面，保护回路中相应的故障动作回路的信号继电器将向信号回路发出信号，如光字牌和信号掉牌等。操作电源主要向二次回路提供所需的电源。电压、电流互感器还向监测及电能计量回路提供主回路的电流和电压参数。就二次回路接线图而言，主要有二次回路原理接线图、二次回路展开接线图和二次回路安装接线图。二次回路原理接线图用来表示继电保护、断路器控制、监测等回路的工作原理，在原理图中继电器和其触点画在一起，由于导线交叉太多，因此这种接线图的应用受到了一定的限制。而二次回路展开接线图的应用较广泛。本章所介绍的断路器控制回路、信号回路等均采用原理展开图。二次回路安装接线图是在原理图或其展开图的基础上绘制的，为安装、维护时提供导线连接位置。原理图或展开图通常是按功能电路(如控制回路、保护回路、信号回路)来绘制的，而安装接线图是以设备(如开关柜、仪表盘中的设备)为对象来绘制的。9.2.1直流操作电源

1.带镉镍电池的硅整流直流系统变配电所常用的镉镍电池直流系统一般由镉镍电池组、硅整流设备和直流配电设备组成，其接线如图9-2(a)所示。该系统带有一组镉镍电池和两套硅整流装置。9.2二次回路的操作电源镉镍电池组接线如图9-2(b)所示。运行时S6开关投入，如无连锁接线时，X1、X2端子短接，电压继电器KV线圈接在硅整流器Ⅱ与二极管V1之间。正常情况下，硅整流器Ⅱ有直流电压输出，电池组接入直流母线以浮充方式工作。当硅整流器Ⅱ失去直流电压时，KV动断触点闭合，中间继电器KM动作，并接通时间继电器KT，经一定延时后使直流接触器KM1动作，其动断触头断开蓄电池组，以防止过度放电。回路中电压表指示电池组端电压，电流表指示浮充电流。通过调节RW电阻可改变浮充电流，以保证电池组端电压不超过允许值。图9-2镉镍电池直流系统原理图(a)镉镍电池及硅整流直流系统；(b)镉镍电池组接线在直流母线上还接有绝缘监察装置和闪光装置，绝缘监察装置采用电桥结构，用来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，继电器动作并发出信号。闪光装置主要提供灯光闪光电源。带镉镍电池的硅整流直流系统不受供电系统运行情况的影响，其可靠性高，使用寿命长，大电流放电性好，但投资相对较大。这种形式的直流操作电源一般用于重要用户的变配电所。

2.带电容储能装置的硅整流直流系统带电容储能装置的硅整流直流系统在正常运行时，直流系统由硅整流器供电。当系统故障，即交流电源电压降低或消失时，由电容储能装置放电从而使得保护跳闸。这种系统的优点是投资少，运行维护方便；缺点是可靠性不如蓄电池。如图9-3所示为电容储能的硅整流直流系统原理图。硅整流的电源来自所用变低压母线，一般设一路电源进线，但为了保证直流操作电源的可靠性，可以采用两路电源和两台硅整流装置。硅整流器U1主要用作断路器合闸电源，并可向控制、保护、信号等回路供电，其容量较大。硅整流器U2仅向操作母线供电，容量较小。图9-3电容储能的硅整流直流系统原理图两组硅整流器之间用电阻R和二极管V3隔开，V3起逆止阀的作用，它只允许从合闸母线向控制母线供电而不能反向供电，以防在断路器合闸或合闸母线侧发生短路时，引起控制母线的电压严重降低，进而影响控制和保护回路供电的可靠性。电阻R用于限制在控制母线侧发生短路时流过硅整流器U1的电流，起保护V3的作用。在硅整流器U1和U2前，也可以用整流变压器来实现电压调节。整流电路一般采用三相桥式整流电路。在这种系统的直流操作电源的母线上引出若干条线路，分别向各回路供电，如合闸回路、信号回路、保护回路等。在保护供电回路中，C1、C2为储能电容器组，电容器所储存的电能仅在事故情况下用作继电保护回路和跳闸回路的操作电源。逆止元件V1、V2的主要作用是在事故情况下，当交流电源电压降低引起操作母线电压降低时，禁止向操作母线供电，而只向保护回路放电。在变电所中，控制、保护和信号系统设备都安装在各自的控制柜中，为了方便使用操作电源，一般在屏顶设置(并排放置)操作电源小母线。屏顶小母线的电源由直流母线上的各回路提供。9.2.2交流操作电源交流操作的断路器应采用交流操作电源，相应地断路器的保护继电器、控制设备、信号装置及其他二次元件均应采用交流形式。交流操作电源可分为电流源和电压源两种。电流源取自电流互感器，主要供电给继电保护和跳闸回路。电压源取自变配电所的所用变压器或电压互感器，通常前者作为正常工作电源，后者因其容量小，只用作保护油浸式变压器内部故障的瓦斯保护的交流操作电源。交流操作电源供电给高压断路器跳闸线圈的供电方式，可分为直接动作式(见图9-4(a))、中间电流互感器动作式(见图9-4(b))和去分流跳闸式(见图9-4(c))。采用交流操作电源可使二次回路简化，投资减小，维护更为方便，因此在中小型变电所中应用广泛。但交流操作电源不适用于比较复杂的二次系统。图9-4交流操作电源供电的过电流保护电路(a)直接动作式；(b)中间电流互感器动作式；(c)去分流跳闸式9.3高压断路器的控制回路9.3.1高压断路器控制回路的基本要求对断路器控制回路的基本要求如下所述。

(1)应能监视电源及跳、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常工作。

(2)跳、合闸完成后，应能自动解除跳、合闸命令脉冲。由于合闸线圈和跳闸线圈都是按通过短时工作电流设计的，因此分、合断路器后应立即自动断开，以免烧坏线圈。

(3)应能指示断路器正常合闸和跳闸的位置状态，并在自动合闸和自动跳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的位置状态，用闪光来指示断路器的自动跳、合闸。红灯发平光表示断路器处在正常合闸位置；绿灯发平光表示断路器处在正常跳闸位置；红灯闪光表示断路器处在自动合闸位置；绿灯闪光表示断路器处在自动跳闸位置。

(4)当断路器事故跳闸时，应能自动发出事故跳闸信号。断路器事故跳闸信号的启动回路应按不对应原则接线。当断路器采用电磁操动机构或弹簧操动机构时，可利用控制开关的触点与断路器的辅助触点构成不对应关系，即控制开关在合闸位置而断路器已跳闸时，启动事故跳闸信号。

(5)应能够防止断路器短时间内连续多次分、合闸的跳跃现象发生。高压断路器控制回路的直接控制对象为断路器的操动机构。具有不同操动机构的断路器其控制回路有很大的区别，该控制回路的构成取决于断路器操动机构的形式和操作电源的类别。由于电磁操动机构只能采用直流操作电源，弹簧操动机构可交、直流两用，而手动操动机构一般采用交流操作电源，因此断路器控制回路的构成形式是不同的。9.3.2手动控制的断路器控制回路图9-5是手动操作的断路器控制回路的原理图。合闸时，推上操动机构手柄使断路器合闸。这时断路器的辅助触点QF3-4闭合，红灯HR亮，指示断路器已经合闸。由于有限流电阻R2，因此跳闸线圈YR虽有电流通过，但电流很小，不会动作。红灯HR亮，还表明跳闸线圈YR回路及控制回路的熔断器FU1～FU2是完好的，即红灯HR同时起着监视跳闸回路完好性的作用。图9-5手动操作的断路器控制回路

跳闸时，扳下操动机构手柄使断路器跳闸。断路器的辅助触点QF3-4断开，切断跳闸回路，同时辅助触点QF1-2闭合，绿灯HG亮，表示断路器已经跳闸。绿灯HG亮，还表明控制回路的熔断器FU1～FU2是完好的，即绿灯HG同时起着监视控制回路完好性的作用。在断路器正常操作跳、合闸时，由于操动机构辅助触点QM与断路器辅助触点QF5-6都是同时切换的，总是一开一合，因此事故信号回路总是不通的，并且不会错误地发出事故信号。当一次电路发生短路故障时，继电保护装置KA动作，其出口继电器触点闭合，接通跳闸线圈YR的回路，使断路器跳闸。随后QF3-4断开，使红灯HR灭，并切断YR的跳闸电源。与此同时，QF1-2闭合，使绿灯HG亮。这时操动机构的操作手柄虽然仍在合闸位置，但其黄色指示牌掉落，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，由于操动机构仍在合闸位置，其辅助触点QM闭合，而断路器已因事故跳闸，其辅助触点QF5-6也返回闭合，因此事故信号回路接通。当值班员得知事故跳闸信号后，可将操作手柄扳下至跳闸位置，这时黄色指示牌随之返回，事故信号也随之消除。控制回路中分别与指示灯HR和HG串联的电阻R1和R2，主要用来防止由于指示灯灯座短路而造成控制回路短路或断路器误跳闸。9.3.3电磁操动机构的断路器控制回路

1.控制开关控制开关是发出跳、合闸命令的主令开关。目前，通常采用LW2系列组合式万能转换开关。

LW2系列控制开关的结构如图9-6所示。控制开关共有6个位置，在各种操作位置时触点的通断情况见表9-1。表9-1中“＋”表示接通，“－”表示断开。图9-6LW2系列控制开关的结构图在断路器控制回路中，控制开关的通断情况除可采用如表9-1所示的图表法表示以外，在实际展开接线图中，一般还可采用触点通断的图形符号来表示。如图9-7中控制开关SA所示，图中水平线是开关的接线端子引线，6条垂直虚线表示手柄6个不同的操作挡位：PC—预备合闸，C—合闸，CD—合闸后，PT—预备跳闸，T－跳闸，TD－跳闸后，水平线下面的黑点表示在此位置时该对触点是闭合的。图9-7电磁操动机构的断路器控制及信号回路

2.电磁操动机构的断路器控制及信号回路如图9-7所示为电磁操动机构的断路器控制及信号回路。

1)断路器的手动控制

(1)手动合闸。设断路器处于跳闸状态，此时控制开关SA处于“跳闸后”(TD)位置，其触点⑩-B11接通，QF1闭合，绿灯HG亮，表明断路器为断开状态。在此通路中因电阻R1存在，故流过合闸接触器KO的电流很小，不足以使其动作。将控制开关SA顺时针旋转90°至“预备合闸”(PC)位置，⑨-⑩接通，将信号灯接于闪光小母线(+)WF上，绿灯HG闪光，表明控制开关的位置与“合闸后”的位置相同，但断路器仍处于跳闸后状态，这是利用了不对应原理接线，同时提醒运行人员核对操作对象是否有误。如无误，再将SA置于“合闸”(C)位置，继续顺时针旋转45°，SA的⑤-⑧接通，使合闸接触器KO接通于+WC和—WC之间，KO动作，其触点KO1和KO2闭合，合闸线圈YO通电，断路器合闸。断路器合闸后，QF1断开使绿灯熄灭，QF2闭合，由于B13-B16接通，因此红灯亮。当松开SA后，在弹簧作用下，SA自动回到“合闸后”位置，B13-B16接通，使红灯发出平光，表明断路器手动合闸，同时表明跳闸回路及控制回路的熔断器FU1和FU2均完好。在此通路中，因电阻R2存在，故流过跳闸线圈YR的电流很小，不足以使其动作。

(2)手动跳闸。将控制开关SA逆时针旋转90°置于“预备跳闸”(PT)位置，B13-B16断开，而B13-B14接通闪光母线，使红灯HR发出闪光，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。将SA继续旋转45°置于“跳闸”位置(T)，⑥-⑦接通，使跳闸线圈YR接通，此回路中的(KTL线圈为防跳继电器KTL的电流线圈)YR通电跳闸，QFl合上，QF2断开，红灯熄灭。当松开SA后，SA自动回到“跳闸后”位置，⑩-B11接通，绿灯发出平光，表明断路器手动跳闸，合闸回路完好。

2)断路器的自动控制断路器的自动控制通过自动装置的继电器触点，如图9-7中的K1和K2(分别与⑤-⑧和⑥-⑦并联)的闭合分别实现合、跳闸的自动控制。自动控制完成后，信号灯HR或HG将出现闪光，表示断路器自动合闸或跳闸，且表明跳闸回路或合闸回路完好，运行人员将SA旋转到相应的位置上，相应的信号灯将发出平光。当断路器因故障跳闸时，保护出口继电器触点K3闭合，SA的⑥-⑦触点被短接，YR通电，断路器跳闸，HG发出闪光，表明断路器因故障跳闸。与K3串联的KS为信号继电器电流型线圈，电阻很小。KS通电后将发出信号，同时由于QF3闭合(12支路)且SA置于“合闸后”(CD)位置，因此①-③和B17-B19接通，事故音响小母线WAS与信号回路中负电源接通(成为负电源)，启动事故音响装置将发出事故音响信号，如电笛或蜂鸣器发出的声响。

3)断路器的防跳若没有防跳继电器KTL，则在合闸后，控制开关SA的触点⑤-⑧或自动装置触点K1将被卡死；而此时又遇到一次系统永久性故障，继电保护使断路器跳闸，QF1闭合，合闸回路又被接通，如此将出现多次“跳闸—合闸”现象，这种现象称为跳跃。如果断路器发生多次跳跃现象，则会使其毁坏，从而造成事故扩大。所以在控制回路中要增设防跳继电器KTL。防跳继电器KTL有两个线圈，一个是电流启动线圈，串联于跳闸回路；另一个是电压自保持线圈，经自身的常开触点与合闸回路并联，其常闭触点则串入合闸回路中。当用控制开关SA合闸(⑤-⑧通)或自动装置触点K1合闸时，如合在短路故障上，则继电保护将动作，其触点K2将闭合，从而使得断路器跳闸。跳闸电流流过防跳继电器KTL的电流线圈，使其启动，常开触点KTL1闭合(自锁)，常闭触点KTL2打开，其KTL电压线圈也动作，自保持。断路器跳开后，QF1闭合，如果此时合闸脉冲未解除，即控制开关SA的触点⑤-⑧或自动装置触点K1被卡死，则由于常闭触点KTL2已断开，因此断路器不会合闸。只有当触点⑤-⑧或K1断开后并且防跳继电器KTL电压线圈失电后，常闭触点才闭合，这样就防止了跳跃现象。9.3.4弹簧操动机构的断路器控制回路弹簧操动机构有使用交流操作电源的弹簧操动机构和使用直流操作电源的弹簧操动机构两种。使用直流操作电源的弹簧操动机构的断路器控制及信号回路如图9-8所示。图9-8中，M为储能电动机，Q1～Q4为弹簧操动机构的辅助触点，其余设备与图9-7相同。由于弹簧操动机构储能耗用功率小，因此合闸电流小，在断路器控制回路中，合闸回路可用控制开关直接接通合闸线圈YO。图9-8使用直流操作电源的弹簧操动机构的断路器控制及信号回路当弹簧操动机构的弹簧未拉紧时，辅助触点Q1打开，不能合闸；Q2和Q3闭合，使电动机接通电源储能。当弹簧拉紧时，Q1闭合，而Q2和Q3断开，电动机停止储能。断路器是利用弹簧存储的能量来进行合闸的，合闸后，弹簧释放，电动机接通后可储能，为下次动作(合闸)作准备。如图9-9所示为使用交流操作电源的弹簧操动机构的断路器控制信号回路，其工作原理与使用直流操作电源的弹簧操动机构的断路器控制信号回路的原理相似。图9-9使用交流操作电源的弹簧操动机构的断路器控制信号回路9.4中央信号回路9.4.1中央事故信号回路中央事故信号回路应保证在任一断路器事故跳闸后立即(不延时)发出音响信号和灯光信号或其他指示信号，事故音响信号用电笛或蜂鸣器来表示。中央事故信号回路按事故音响的动作特征可分为不能重复动作的和能重复动作的两种。

1)中央复归不能重复动作的事故信号回路图9-10是中央复归不能重复动作的事故信号回路。这种信号回路适用于高压出线较少的中小型变配电所。当任一台断路器自动跳闸后，断路器的辅助触点将接通事故音响信号。在值班员听到事故信号后，按下SB2按钮即可解除事故音响信号，但控制屏上断路器的闪光信号却继续保留着。图9-10中，SB1为音响信号的试验按钮。这种信号回路不能重复动作，即第一台断路器自动跳闸后，值班人员虽已解除事故音响信号，但控制屏上的闪光信号依然存在。假设这时又有一台断路器自动跳闸，则事故音响信号将不会动作，因为中间继电器触点KM(3-4)已将KM线圈自保持，KM(1-2)是断开的，所以音响信号不会重复动作。只有将第一个断路器的控制开关SA1的手柄旋至对应的跳闸后位置时，另一断路器在自动跳闸时才会发出事故音响信号。图9-10中央复归不能重复动作的事故信号回路

2)中央复归能重复动作的事故信号回路图9-11是中央复归能重复动作的事故信号回路。图9-11中，KU为ZC-23型信号脉冲继电器，KRD为干簧继电器，脉冲变流器TA一次侧并联的二极管V1和电容C用于抗干扰，TA二次侧并联的二极管V2起单向旁路作用。当TA的一次电流突然减小时，在二次侧感应的反向电流经V2旁路，不流过干簧继电器KRD的线圈。例如，当某台断路器(如QF1)自动跳闸时，会因其辅助触点与控制开关SA1不对应而使事故音响信号小母线WAS与信号小母线-WS接通，从而使脉冲变流器TA的一次电流突增，其二次侧感应电动势则使得干簧继电器KRD动作。KRD的动合触点闭合使中间继电器KM1动作，其动合触点KM1(1-2)闭合使KM1自保持；其动合触点KM1(3-4)闭合使蜂鸣器HB发出音响信号；其动合触点KM1(5-6)闭合则启动时间继电器KT。KT达到整定的时限后触点闭合，接通中间继电器KM2，其动断触点断开可使KM1失电，从而解除了HB的音响信号。当另一台断路器(如QF2)又自动跳闸时，脉冲变流器TA的一次电流会产生一个增量，其二次侧又感应一个电动势使干簧继电器KRD再次动作，从而使HB再次发出事故音响信号，因此这种回路称为重复动作的音响信号回路。图9-11中央复量能重复动作的事故信号回路9.4.2中央预告信号回路图9-12是中央复归不能重复动作的预告信号回路。当系统中发生不正常工作状态时，相应继电器触点KA闭合，同时启动预告音响信号电铃HA和光字牌HL，值班人员得知预告信号后，按下按钮SB2，中间继电器KM动作，其触点KM(1-2)断开，解除电铃HA的音响信号，KM(3-4)闭合，使KM自保持，KM(5-6)闭合，黄色信号灯HY亮，提醒值班人员发生了不正常工作状态，而且尚未解除。当不正常工作状态消除后，继电器触点KA返回，光字牌HL的灯光和黄色信号灯HY也同时熄灭。但在头一个不正常工作状态未消除时，如果出现另一个不正常工作状态，则电铃HA不会重复动作。至于中央复归能重复动作的预告信号回路，其基本工作原理与图9-11所示的中央复归能重复动作的事故信号回路相似，此处从略。图9-12中央复归不能重复动作的预告信号回路9.5.1仪表的准确度要求

(1)交流电流、电压表和功率表可选用1.5～2.5级；直流电路中电流表和电压表可选用1.5级；频率表选用0.5级。

(2)电能表及互感器准确度配置如表9-2所示。9.5电测量仪表与绝缘监视回路

(3)仪表的测量范围(量限)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。对有可能过负荷运行的电力装置回路，仪表的测量范围宜留有适当的过负荷裕度。对重载启动的电动机和运行中有可能出现短时冲击电流的电力装置回路，宜采用具有过负荷标度尺的电流表。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。9.5.2互感器和测量仪表的配置

1.电流互感器的配置凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。未装断路器的变压器中性点以及变压器的出口等回路中，也应装设电流互感器。装设电流互感器的数量应满足测量仪表、继电保护和自动装置的要求。在中性点直接接地的三相电网中，电流互感器按三相配置；在中性点非直接接地的三相电网中，电流互感器按两相配置，变压器回路按三相配置。用作继电保护的电流互感器应尽可能减小或消除不保护区。同一网络中各线路的电流互感器均应配置在同名相上。

2.电压互感器的配置电压互感器的配置除应满足测量仪表、继电保护和自动装置的要求外，还应考虑绝缘监察装置的要求。每段母线都必须装设电压互感器，以供测量、保护之用。6～10kV母线装设一只三相五柱式或三只单相电压互感器，35kV以上母线一般装设三只单相电压互感器。

3.电气测量仪表的配置变配电所中各部分仪表的一般配置如下所述。

(1)在电源进线上或经供电部门同意的电能计量点，必须装设计费的有功电能表和无功电能表，而且宜采用全国统一标准的电能计量柜。为指示负荷电流，进线上还应装设一只电流表。

(2)变配电所的每段母线上必须装设电压表测量电压。在中性点非有效接地的系统中，各段母线上还应装设绝缘监视装置。

(3)(35～110)／(6～10)kV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。(6～10)／0.4kV的电力变压器在高压侧应装设电流表和有功电能表各一只，如为单独经济核算单位的变压器，还应装设一只无功电能表。

(4)3～10kV的配电线路应装设电流表、有功电能表和无功电能表各一只。如不是送往单独经济核算单位，则可不装无功电能表。当线路负荷在5000kV·A及5000kV·A以上时，可再装设一只有功功率表。380V的电源进线或变压器低压侧各相应装一只电流表。如果变压器高压侧未装电能表，则低压侧还应装设一只有功电能表。低压动力线路上应装设一只电流表。低压照明线路及三相负荷不平衡率大于15％的线路上应装设三只电流表来分别测量三相电流。如需计量电能，一般应装设一只三相四线有功电能表。

(5)在并联电力电容器组的总回路上应装设三只电流表，分别测量三相电流，并应装设一只无功电能表。9.5.3测量回路与绝缘监视回路

1.电气测量回路图9-13是6～10kV线路电气测量仪表接线图，共配置了一只电流表、一只三相有功电能表和一只三相无功电能表。二次测量仪表装置的额定电流一般为5A，额定电压一般为100V，因此，仪表的电流和电压均通过互感器接入。图9-136~10kV线路电气测量仪表接线图(a)总归式原理接线图；(b)展开式原理接线图

2.绝缘监视回路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。当这种系统发生一相接地时，线电压不变，因此对系统运行尚不至于造成危害，但这种情况不允许长期运行，否则当另一点再发生接地时，故障就发展为两相接地短路，将造成停电事故。为了防止这种情况的发生，必须装设连续工作的绝缘监察装置，以便及时发现系统中某点接地或绝缘降低。图9-14是6～35kV母线的电压测量和绝缘监视电路。该电路采用三个单相三绕组电压互感器或者一个三相五芯柱三绕组电压互感器。电压互感器二次侧有两组线圈，一组接成Y形，在其引出线上的三只电压表均接各相的相电压。当一次电路某一相发生接地故障时，电压互感器二次侧的对应相的电压表指示为零，其他两相的电压表读数则升高到线电压。通过零电压表的所在相即可得知该相发生了单相接地故障。图9-14中，另一组二次线圈接成开口三角形，构成零序电压过滤器，供电给一个过电压继电器。在系统正常运行时，开口三角形的开口处电压接近于零，继电器不动作。当一次电路发生单相接地故障时，将在开口三角形的开口处出现近100V的零序电压，使电压继电器动作，发出报警的灯光信号和音响信号。图9-146~35kV母线的电压测量和绝缘监视电路这种绝缘监视电路只能判别哪一相发生了故障，不能判别是哪一条线路发生了故障，因此这种绝缘监视装置是无选择性的，只适用于出线不多的系统。9.6二次回路的安装接线图9.6.1屏面布置图屏面布置图是二次设备在屏上安装的依据。屏面布置图中的设备尺寸及设备间距都要按比例准确地绘出，屏面设备的排列布置一般应满足下列要求。

(1)便于观察。在运行中需经常监视的仪表一般布置在离地面1.8m上下；属于同一电路的相同性质的仪表在布置时应互相靠近；信号设备的布置要显而易辨。

(2)便于操作和调整。控制开关、调节手轮、按钮的高度一般距地0.8～1.5m。

(3)检修试验安全、方便。

(4)设备布置要紧凑合理、协调美观。图9-15为线路控制屏的屏面布置图。电流表、功率表位于最上几排，距地面高度为1.5～2.2m左右；下面为光字牌、转换开关、同期开关等；再下面为模拟母线、隔离开关位置指示器、信号灯具以及控制开关等。为了便于运行管理和设计，通常将二次设备及其接线划分为不同的安装单位(或称为安装单元)。一般将属于可独立运行的一个一次电路的二次设备划分为一个安装单元。如图9-15所示，线路的控制屏有两个安装单元。图9-15线路控制屏的屏面布置图图9-16为继电保护屏的屏面布置图。图9-16中一些不需经常观察的继电器都布置在屏的上部，而运行中需要监视和检查的继电器，则应位于屏的中部，离地面高度约为1.5m。通常按电流继电器、电压继电器、中间继电器的顺序，由上而下依次排列。下面放置较大的继电器和信号继电器，最下面布置连接片和试验部件。图9-16继电保护屏的屏面布置图9.6.2接线端子及端子排图在各种控制、保护、信号等二次屏屏后的左右两侧均装设有接线端子排。接线端子排由各种形式的接线端子组合而成，是二次接线中专用来接线的配件，凡屏内设备与屏外设备及屏顶小母线连接时，必须经过端子排；同一屏内不同安装单位的设备互相连接时，也要经过端子排；而同一屏内同一安装单位的设备互相连接时，则不需要经过端子排。根据结构形式和用途，接线端子可以分成下列几种类型。

(1)一般端子。一般端子又称普通端子，用于同一个回路导线的直接连接，为用量最多的端子。其外形如图9-17(a)所示。

(2)连接端子。通过绝缘座上部的中间缺口，用导电片把相邻的端子连在一起，即形成了连接端子，这种端子用于连接有分支的二次回路导线，其外形如图9-17(b)所示。

(3)试验端子。这种端子用于运行试验时不允许断开的电流互感器回路，如图9-17(c)。试验端子的接线如图9-17(d)。

(4)连接型试验端子。这种端子同时具有试验端子和连接端子的作用，与试验端子相似。所不同的是，其绝缘座上部的中间有一个缺口。这种端子应用在彼此连接的电流试验回路中。

(5)特殊端子。特殊端子用于需要很方便断开的二次回路中。

(6)终端端子。终端端子用于固定或分离不同安装单元的端子。图9-17端子外形图(a)一般端子；(b)连接端子；(c)试验端子；(d)试验端子的接线图9-18为端子排的表示方法。在端子排中，每个端子要按一定的规律进行排列，同时还要按排列顺序进行编号。端子排的排列应遵照如下原则：①不同安装单位的端子应分别排列，不得混杂在一起；②端子排一般采用竖向排列，且应排列在靠近本安装单位设备的那一侧；③每一个安装单位端子排的端子应按一定次序排列，以便于寻找端子，其排列次序为：交流电流回路、交流电压回路、信号回路、控制回路、其他回路。图9-18端子排的表示方法9.6.3屏后接线图屏后接线图标明了屏上设备引出端子之间的连接情况，以及设备与端子排之间的连接情况。屏后接线图是二次屏组装过程中配线的依据，也是现场安装施工、调试试验和运行时的重要参考图纸。它是以展开图、屏面布置图和端子排图为依据绘制的。绘制屏后接线图的基本原则和方法如下所述。

(1)屏后接线图是背视图，看图者的位置应在屏后，因此左右方向正好与屏面布置图相反。

(2)屏上各设备的实际尺寸已由平面布置图决定，因此画屏后接线图时，设备外形可采用简化外形(如方形、圆形、矩形等)表示，必要时也可采用规定的图形符号表示。图形不要按比例绘制，但要保证设备间的相对位置正确。各设备的引出端子应注明编号，并按实际排列顺序画出。设备内部接线一般不必画出，或只画出有关的线圈和触点即可。从屏后看不见的设备轮廓其边框应用虚线表示。

(3)设备与设备、设备与端子排之间，连接导线的表示方法有两种。①连续线表示法。该法表示两端子之间的导线是连续的，如图9-19(a)所示。这种表示法导线较多，只适用于较简单接线的情况。②中断线表示法。该法表示两端子之间的导线是中断的，在中断处采用相对编号法。如甲乙两端子相连，则在甲处标乙，在乙处标甲。由图9-19(b)可见，端子排X1的2号端子与仪表P3的4号端子连接，X1的4号端子与P3的3号端子连接等。中断线表示法省略了部分导线，使得接线图清晰易辨，故在工程实际中得到了广泛应用。图9-19连接导线的表示方法(a)连续线表示法；(b)中断线表示法9.7电力线路的自动重合闸装置(ARD)9.7.1对自动重合闸装置的基本要求

(1)手动或通过遥控操作将断路器断开，或手动合闸于故障，随即由保护装置动作，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)自动重合闸的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，也应保证不多次重合闸。

(4)应优先采用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地动作。

(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。有值班人员看守的10kV以下的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。9.7.2电气一次自动重合闸装置图9-20为采用DH-2型重合闸继电器的自动重合闸原理图，图中所画为合闸后的位置。SA1为断路器的控制开关，SA2为自动重合闸装置的选择开关，用于投入和解除ARD装置。图9-20电气一次自动重合闸原理接线图

1.故障跳闸后的自动重合闸过程当线路正常运行时，SA1和SA2都在合闸的位置，图9-20中，除①-③、B21-B23接通之外，其余接点均不接通，ARD投入工作，QF(1-2)是断开的。重合闸继电器KAR中电容器C经R4充电，其充电回路是+WC→SA2→R4→C→-WC，同时指示灯HL亮，表示母线电压正常，电容器已在充电状态。当线路发生故障时，由继电保护(速断或过电流)动作，使跳闸回路通电跳闸，KTL的电流线圈启动，KTL(1-2)闭合，但因SA1⑤-⑧不通，KTL的电压线圈不能自保持，故跳闸后，KTL的电流电压线圈将断电。由于QF(1-2)闭合，KAR中的KT通电动作，KT(1-2)打开，使R5串入KT回路，以限制KT线圈中的电流，仍使KT保持动作状态，KT(3-4)经延时后闭合，电容器C对KM(I)线圈放电，使KM动作，KM(1-2)打开使HL熄灭，表示KAR动作。KM(3-4)、KM(5-6)和KM(7-8)闭合，合闸接触器KO经+WC→SA2→KM(3-4)、KM(5-6)→KM电流线圈→KS→XB→KTL(3-4)→QF(3-4)接通，使断路器重新合闸。同时，后加速继电器KAc也因KM(7-8)闭合而启动，KAc闭合。若故障为瞬时性的，且此时故障应已消失，继电器保护不会再动作，则认为重合闸合闸成功。QF(1-2)断开，KAR内继电器均返回，但后加速继电器KAc触点延时打开。若故障为永久性的，则继电保护动作(速断或至少为过电流动作)，KT1常开触点闭合，经KAc的延时打开触点，跳闸回路接通跳闸，QF(1-2)闭合，KT重新动作。由于电容器还来不及充足电，KO不能动作，即使时间很长，但电容器C与KO线圈已经并联，电容C将不会充电至电源电压，因此，自动重合闸只重合一次。

2.手动跳闸时，重合闸不应重合因为人为操作断路器跳闸是运行的需要，无需重合闸，因此可利用SA1的B21-B23和②-④来实现。当操作控制开关跳闸时，在“预备跳”和“跳闸后”②-④接通，使电容器与R6并联，充电不到电源电压而不能重合闸。此外在跳闸操作的过程中，SA1的B21-B23均不通(参见SA1选用表9-1的型号),相当于把ARD解除。

3.防跳功能当ARD重合闸于永久性故障时，断路器将再一次跳闸，当KAR中KM的触点被粘住时，KTL的电流线圈将因跳闸而被启动，KTL(1-2)闭合并能自锁，KTL电压线圈通电保持，KTL(3-4)断开，切断合闸回路，从而防止跳跃现象。9.8备用电源自动投入装置(APD)9.8.1对备用电源自动投入装置的要求对备用电源自动投入装置的要求如下所述。

(1)当工作电源不论何种原因消失(故障或误操作)时，APD应动作；

(2)应保证在工作电源断开后备用电源电压正常，才投入备用电源；

(3)备用电源自动投入装置只允许动作一次；

(4)电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作；

(5)在采用APD的情况下，应检验备用电源的过负荷情况和电动机的自启动情况。如过负荷严重或不能保证电动机自启动，则应在APD动作前自动减负荷。9.8.2备用电源自动投入装置的接线由于变电所电源进线及主接线不同，因此对所采用的APD的要求和接线也不同，如APD有采用直流操作电源的，也有采用交流操作电源的。

1.主电源与备用电源方式的APD接线如图9-21所示为采用直流操作电源的备用电源自动投入原理接线图。图9-21备用电源自动投入原理接线图(a)对应的主接线图；(b)备用电源自动投入装置接线图当工作电源进线因故障断电时，失压保护动作，使QF1跳闸，其辅助常闭触点QF1(1-2)闭合，常开触点QF1(3-4)打开，时间继电器KT线圈失电，由于KT触点延时打开，因此在其打开前，合闸接触器KO通电，QF2的合闸线圈YO2通电合闸，由于QF2两侧的隔离开关处于预先合闸的位置，因此备用电源被投入。应当注意，这个接线比较简单，有些未画出，如母线WB短路会引起QF1跳闸，也会引起备用电源自投入，这是不允许的。所以，只有当电源进线上方发生故障，而QF1以下部分没有发生故障时，才能投入备用电源。只要是QF1以下的线路发生故障并引起QF1跳闸时，应加入备用电源闭锁装置，以禁止APD投入。

2.互为备用电源的APD接线当双电源进线互为备用电源时，要求在任一路工作电源消失时，另一路备用电源自动投入装置动作。双电源进线的两个APD接线是相似的，如图9-22所示，该图为断路器采用交流操作的弹簧操动机构，其主电路一次接线如图9-21所示，只不过进线电源均为工作电源。图9-22双电源互为备用电源的APD原理接线图(a)APD控制电路；(b)两路电源进线二次电压回路当WL1工作时，WL2为备用。QF1在合闸位置，SA1的⑤-⑧、⑥-⑦不通，B16-B13通。QF1的辅助触点中常闭打开，常开闭合。QF2在跳闸位置，SA2的⑤-⑧、⑥-⑦、B13-B16均断开。当WL1电源侧因故障而断电时，电压继电器KV1、KV2常闭触点闭合，KT1动作，其延时闭合触点延时闭合，使QF1的跳闸线圈YR1通电，则QF1跳闸。QF1(1-2)闭合，则QF2的合闸线圈YO2经SA1B16-B13→QF1(1-2)→KS4→KM2常闭触点→QF2(7-8)→WC(b)而通电，将QF2合上，从而使备用电源WL2自动投入，变配电所恢复供电。同样，当WL2为主电源时发生上述现象后，WL1也能自动投入。在合闸电路中，虚框内的触点为对方断路器保护回路的出口继电器触点，用于闭锁APD。当QF1因故障跳闸时，WL2线路中的APD合闸回路便被断开，从而保证变配电所内部故障跳闸时，APD不被投入。9.9变电所综合自动化9.9.1变电所实现综合自动化的优越性与常规变电所的二次系统相比，变电所实现综合自动化可以在以下几个方面体现出独特的优越性。

(1)供电质量高。变电所综合自动化系统中包括电压、无功自动控制功能，对于具备有载调压变压器和无功补偿电容器的变电所，可根据实际运行情况进行实时调整与控制，从而大大提高了电压合格率，使无功潮流更为合理，并降低了电能损耗。

(2)变电所运行管理的自动化水平高。变电所实现综合自动化后，监视、测量、记录等工作都由计算机自动进行，避免人为主观干预，从而提高了测量精度。

(3)在线运行的可靠性高。变电所综合自动化系统一般是由各个微机子系统组成的，可以利用软件实现在线自检，具有故障诊断功能，从而提高了变电所综合自动化系统的运行水平。

(4)缩小占地面积，减少控制电缆。变电所实现综合自动化以后，获得的所有数据和信号可以由各个部分分享，同时由于硬件电路多采用大规模集成电路，结构紧凑、体积小、功能强，从而大大缩小了变电所的占地面积，节省了大量的控制电缆。

(5)促进无人值班变电所管理模式的实行。变电所综合自动化系统可以收集到非常齐全的数据信息。该系统还具有强大的计算能力和逻辑判断功能，可以很方便地监视和控制变电所的各种设备。如监控系统的抄表、记录实现自动化后，值班人员可不必定期抄表、记录，从而可实现少人值班，如果配置了与上级调度的通信功能，能实现遥测、遥信、遥控和遥调，则可实现无人值班变电所管理模式。

(6)专业综合，易于发现问题，恢复供电快。变电所综合自动化系统装备有先进的计算机，可以收集需要的数据和信号，利用计算机高速计算和正确处理的能力将数据和信号进行处理后，将综合结果反映给值班人员。这样可以很快发现并处理事故，及早恢复供电。9.9.2变电所综合自动化系统的基本功能

1.微机保护功能微机保护是综合自动化系统的关键环节。变电所综合自动化系统中的微机保护主要包括输电线路保护(保护功能包括小电流接地系统自动选线、自动重合闸等)、电力变压器保护、母线保护和电容器保护。

2.监视控制的功能监控系统应能够：①取代常规的测量系统，取代指针式仪表；②改变常规的操动机构和模拟盘，取代常规的告警、报警、中央信号、光字牌等；③取代常规的远动装置等。因此，监控系统一般包括以下几部分功能。

(1)数据采集与处理。其内容包括模拟量、开关量和电能量的采集，并将采集到的数据去伪存真，供计算机处理之用。

(2)事件顺序记录。其内容包括断路器跳、合闸记录，保护动作顺序记录。

(3)故障记录、故障录波和测距。35kV、10kV、6kV的配电线路很少专门设置故障录波器，为了分析故障方便，可设置简单的故障记录功能。故障记录用来记录继电保护动作前后、与故障有关的电流量和母线电压。

(4)操作控制功能。操作人员可通过CRT屏幕对断路器和隔离开关(如果允许电动操作的话)进行分、合操作，对变压器分接开关位置进行调节控制，对电容器进行投、切控制，同时还要能接受遥控操作命令，进行远方操作。为防止计算机系统故障时无法操作被控设备，故在设计时，应保留人工直接跳、合闸手段。

(5)安全监视功能。在运行过程中，监控系统要对采集的电流、电压、主变压器温度、频率等量不断地进行越限监视，如发现越限，立刻发出报警信号，同时记录和显示越限时间和越限值。另外，还要监视保护装置是否失电，自控装置工作是否正常等。

(6)人机联系功能。操作人员或调度员只要面对CRT显示器的屏幕，通过操作鼠标或键盘，就可对全站的运行情况和运行参数一目了然，并可对全站的断路器和隔离开关等进行分、合操作，从而改变了传统的依靠指针式仪表和依靠模拟屏或操作屏等手段的操作方式。

(7)打印功能。对于有人值班的变电所，监控系统可以配备打印机，完成以下打印记录功能：定时打印报表和运行日志，开关操作记录打印，事件顺序记录打印，越限打印，召唤打印，抄屏打印和事故追忆打印。

(8)数据处理与记录功能。其内容包括：主变压器和输电线路有功功率和无功功率每天的最大值和最小值以及相应的时间，母线电压每天定时记录的最高值和最低值以及相应的时间，计算配电电能平衡率，统计断路器动作次数，断路器切除故障电流和跳闸次数。

3.自动控制装置的功能变电所综合自动化系统必须具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。为此，应配置相应的自动控制装置，如电压、无功综合控制装置、低频率减负荷控制装置、备用电源自投控制装置、小电流接地选线装置等。

4.远动及数据通信功能变电所综合自动化的通信功能包括系统内部的现场级间的通信和自动化系统与上级调度间的通信两部分。现场级间的通信主要解决系统内部各子系统间或与上位机(监控主机)间的数据和信息交换问题，其通信范围是变电站内部；综合自动化系统必须具备RTU的功能，即应该能够将所采集的模拟量和状态量信息，以及时间顺序记录等远传至调度端，同时应该能够接受调度端下达的各种操作、控制、修改定值等命令。9.9.3变电所综合自动化系统的结构形式变电所综合自动化系统的结构形式大致可分为集中式、分层分布式、分散与集中相结合和全分散式等几种。目前供电系统应用较多的是分层分布式以及分散与集中相结合的结构。

1.中小型变电所的分层分布式集中组屏结构所谓分布式结构，是指在结构上采用主从CPU协同的工作方式，各功能模块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信；所谓分层式，是将变电所信息的采集和控制分为变电所层、单元层和设备层三个级分层布置。分层分布式系统集中组屏的结构是把整套综合自动化系统按其不同的功能组装成多个屏(或柜)，如主变压器保护屏、线路保护屏、数据采集屏、出口屏等。一般这些屏都集中安装在主控制室内，这种结构简称为分布集中式结构，如图9-23所示。图9-23分层分布式集中组屏的变电所综合自动化系统结构框图图9-23中，保护单元用的微机大多数为16位或32位单片机，保护单元是按对象来划分的，即一回线或一组电容器各用一台单片机，再把各保护单元和数据采集单元分别安装于各保护屏和数据采集屏上，由监控主机集中对各屏(柜)进行管理，然后通过调制解调器与调度中心联系。为了提高综合自动化系统整体的可靠性，系统采用按功能划分的分布式多CPU系统。每个功能单元基本上由一个CPU组成，多数采用单片机，也有一个功能单元由多个CPU组成的，例如，主变压器保护有主保护和多种后备保护，往往由2个或2个以上CPU完成不同的保护功能。这种按功能设计的分散模块化结构具有软件简单，调试维护方便，组态灵活等优点。变电所的监控主机(也称上位机)通过局部网络与保护管理机和数采控制机以及控制处理机通信。监控主机的作用为在无人值班的变电所负责与调度中心的通信，使变电所综合自动化系统具有RTU的功能，完成“四遥”的任务；在有人值班的变电所，除了仍然负责与调度中心的通信外，还负责人机联系，使综合自动化系统通过监控机完成当地显示、制表打印、开关操作等功能。

2.分散与集中相结合的综合自动化系统结构这是目前国内外较为流行并受到广大用户欢迎的一种综合自动化系统。这种结构采用“面向对象”，即面向电气一次回路或电气间隔(如一条出线、一台变压器、一组电容器等)的方法进行设计，将单元层中各数据采集单元、监控单元和保护单元做在一起，将其设计在同一机箱中，并将这种机箱就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近。这样各间隔单元的设备相互独立，仅通过光纤或电缆网络即可由变电所对它们进行管理和交换信息。这是将功能分布和物理分散两者有机结合的结果。通常，能在单元层内完成的功能一般不依赖于通信网络，如保护功能本身不依赖于通信网络，这就是分散式结构。这种组态模式集中了分布式的全部优点，此外还最大限度地压缩了二次设备及其繁杂的二次电缆，节省了土地投资。这种结构形式其本身配置灵活，在安装配置上除了能分散安装在间隔开关柜上以外，还可以实现在控制室内集中组屏或分层组屏。这种将配电线路的保护和监控单元分散安装在开关柜内，而高压线路保护和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构称为分散和集中相结合的结构，如图9-24所示。这种结构是目前国内外变电所综合自动化结构中最热门而且也是比较先进的模式之一，它适用于各种电压等级的变电所。图9-24分散与集中相结合的变电所综合自动化系统结构框图

基本技能训练二次接线图的识图

1.原理接线图原理接线图是用于表示继电保护、测量仪表和自动装置等工作原理的图纸。在原理接线图中，通常将二次接线和一次接线中的有关部分画在一起。在原理接线图上，所有仪表、继电器和其他电器都是以整体形式表示的，其相互联系的电流回路、电压回路和直流回路都综合在一起。这种接线图能够使看图者对整个装置的构成及工作原理有一个明确的整体概念。如图9-25所示为某6~10kV线路的过电流保护原理接线图。图9-25蕴含的原理是：当线路发生短路或过负荷时，至少流经A相和C相电流互感器之一的二次侧电流将显著增大，当超过电流继电器KA1或KA2的定值时，KA1或KA2(有时二者同时)将动作，致使其常开触点闭合，从而导致时间继电器KT线圈通电。在经历KT所整定的延时动作时间后，KT的常开延时闭合触点将合上，又因断路器现处于合闸位置，故其常开辅助触点在合位，这样KS和YR将动作，从而引起QF跳闸，并由KS发出跳闸信号，以便于值班人员确认保护已动作。图9-256~10kV线路过电流保护原理接线图由于原理接线图上各元件之间的联系是以元件的整体连接来表示的，没有给出元件的内部接线，没有元件引出端子的编号和回路的编号，因此，对于复杂的回路，这种接线图难以分析和找出问题。仅有原理图还不能对二次回路进行检查、维修和安装配线。

2.展开接线图展开接线图的特点是按供电给二次接线的每个独立电源来划分的，一般分成交流电流回路、交流电压回路、直流操作回路和信号回路等几个主要部分，每一部分又分成许多行。交流回路为A、B、C相序，直流回路按继电器的动作顺序从上往下排列。属于同一个仪表或继电器的电流线圈和电压线圈或触点要分开画在不同的回路里，为了避免混淆，属于同一个元件的线圈和触点采用相同的文字标号。在每一回路的右侧通常有文字说明，以便于阅读。如图9-25所示的6~10kV线路过电流保护原理接线图可用展开图表示为图9-26。由图9-26可见，元件的线圈、触点分散在交流回路和直流回路中，故分别叫做交流回路展开图(包括交流电流回路展开图和交流电压回路展开图)和直流回路展开图。通过图9-26同样能说明，当10kV线路短路或过负荷时，过电流保护动作跳闸的过程。由于展开图条理清晰，能一条一条地检查和分析，因此在实际中应用得最多。图9-266~10kV线路过电流保护展开接线图展开图具有如下优点：

(1)容易跟踪回路的动作顺序；

(2)在同一个图中可清楚地表示某一次设备的多套保护和自动装置的二次接线回路，这是原理图难以做到的；

(3)易于阅读，容易发现施工中的接线错误。

3.安装接线图安装接线图是制造厂加工制造屏(屏台)和现场施工安装时必不可少的图纸，也是运行试验、检修等的主要参考图纸。安装接线图包括屏面布置图、屏后接线图和端子排图。除典型的成套装置外，订货单位向制造厂订购屏(屏台)时，必须提供展开接线图、屏面布置图和端子排图，作为厂家生产屏时的依据