工厂供电课件：二次回路和自动装置

二次回路和自动装置

变电所二次回路和自动装置第一节

二次回路概述第二节

操作电源第三节

高压断路器控制回路第四节

中央信号回路第五节

测量和绝缘监视回路

第六节

自动重合闸装置(ARD)第七节

备用电源自动投入装置(APD)第八节

变电所综合自动化2023/12/15

2EXIT第一节

二次回路概述1、定义和分类：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。二次回路按功能可分为断路器控制回路、信号回路、保护回路、监测回路、自动装置回路和操作电源回路等。2、二次回路图的种类二次回路图主要有二次回路原理图、二次回路原理展开图、二次回路安装接线图。二次回路原理图主要是用来表示继电保护、断路器控制、信号等回路的工作原理原理展开图将二次回路中的交流回路与直流回路分开来画。2023/12/15

3

EXIT

二次回路安装接线图画出了二次回路中各设备的安装位置及控制电缆和二次回路的连接方式，是现场施工安装、维护必不可少的图纸。原理图或原理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，而安装接线图是按设备如开关柜、继电器屏、信号屏为对象绘制的。供配电系统的二次

回路功能示意图2023/12/15

4EXIT第二节

操作电源

二次回路的操作电源主要有直流和交流两大类；

直流操作电源主要有蓄电池和硅整流直流操作电源。一、直流操作电源1.蓄电池组供电的直流操作电源蓄电池主要有铅酸蓄电池和镉镍蓄电池两种。(1)铅酸蓄电池铅酸蓄电池是由二氧化铅(PbO2

)的正极板、铅的负极板和密度为1.2~1.3g/cm3

的稀硫酸电解液

组成。它在放电和充电时的化学反应式为2023/12/15

5

EXIT

优点：工作性能可靠缺点：危险、腐蚀、维护量大和占用空间等(2)镉镍蓄电池镉镍蓄电池由正极板、负极板、电解液组成。正极板为氢氧化镍[Ni(OH)3]或三氧化镍(Ni2O3

)，负极板为镉 (Cd)，电解液为氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠 (NaOH)等碱溶液。它在放电和充电时的化学反应式为优点：工作可靠、腐蚀性小、大电流放电性能好、体积小和维护简单等。2023/12/15

6

EXIT

(3)蓄电池的运行方式蓄电池的运行方式有两种：充电－放电运行方式和浮充电运行方式2.硅整流直流操作电源:硅整流电容储能直流操作电源优点:价格便宜,与铅酸蓄电池比较占地面积小、维护工作量小、体积小、不需充电装置。缺点:电源独立性差,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；二次回路复杂。2023/12/15

7EXIT二、交流操作电源交流操作电源可有两种途径获得：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，可取自电流互感器、电压互感器的二次侧。优点：接线简单、投资低廉、维修方便。缺点：交流继电器性能没有直流继电器完善，不能构成复杂的保护。使用场合：在小型变配电所中应用较广，而对保护要求较高的中小型变配电所采用直流操作电源。2023/12/15

8EXIT

第三节

高压断路器控制回路

一、高压断路控制回路的要求

断路器控制回路是指控制(操作)高压断路器跳、合闸的回路。

断路器控制回路的直接控制对象为断路器的操动

簧操动机构(CT)、液压操动机构(CY)等。

断路器控制回路的基本要求如下：

1.能手动和自动合闸与跳闸；

2.应能监视控制回路操作电源及跳、合闸回路的完好性；

3.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；

2023/12/15

9

EXIT

(作)机构。操动机构主要有电磁操动机构(CD)、

弹二、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。在变电所中常用的是LW2型系列自动复位控制开关。

控制开关有六个位置：2023/12/15

10

EXIT

4.应有反应断路器手动和自动跳、合闸的位置信号；5.应具有防止断路器多次合、跳闸的“防跳”措施；6.断路器的事故跳闸回路，应按“不对应原理”接线；7.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。

“跳闸后”、“预备合闸”、“合闸”、“合闸后”、

“预备跳闸”、“跳闸”、“跳闸后”，其中“跳闸

后”和“合闸后”为固定位置，其它为操作时的过渡图8-7LW2型控制开关外形结构图2023/12/15

11EXIT位置。2023/12/15

122.电磁操动机构的断路器控制回路EXIT2023/12/15

13三、弹簧操动机构的断路器控制回路EXIT第四节

中央信号回路供配电系统中，保护装置或监测装置动作后都要通过信号系统发出相应的信号提示运行人员。这个信号系统称为中央信号系统。中央信号系统有以下几种类型：1.事故信号断路器发生事故跳闸时，启动蜂鸣器(或电笛)发出声响，同时断路器的位置指示灯发出闪光，事故类型光字牌亮，指示故障的位置和类型。2.预告信号当电气设备出现不正常运行状态时，启动警铃发出声响信号，同时标有故障性质的光字牌点亮，指示不正常运行状态的类型，如变压器过负荷、控制回路断线等。2023/12/15

14

EXIT

3.位置信号位置信号包括断路器位置(如灯光指示或操动机构分合闸位置指示器)和隔离开关位置信号等。4.指挥信号和联系信号用于主控制室向其它控制室发出操作命令和控制室之间的联系。一、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断路器事故跳闸后，立即发出音响信号和灯光信号；2.中央预告信号装置应保证在任一电路发生故障时，能按要求(瞬时或延时)发出音响信号和灯光信号；3.中央事故音响信号与预告音响信号应有区别。一般事故音响信号电笛或蜂鸣器，预告音响信号用电铃；2023/12/15

15

EXIT

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，而灯光信号及其它指示信号应保持到消除故障为止；5.接线应简单、可靠，应能监视信号回路的完好性；6.应能对事故信号、预告信号及其光字牌是否完好进行试验；7.中央信号一般采用重复动作的信号装置。2023/12/15

16EXIT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)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。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。2023/12/15

17就地复归的事故音响信号装置接线图图7-8EXIT

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

续保留。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。中央复归不能重复动作的事故音响信号装置接线图EXIT2023/12/15

18图7-9

中央复归能重复动作的的事故音响信号装置(图7-10)2023/12/15

19EXIT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。2023/12/15

20EXIT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EXIT2023/12/15

21第五节

测量和绝缘监视回路一、测量仪表配置电气测量的目的:(1)计费测量。(2)对供电系统中运行状态、技术经济分析所进行的测量，如电压、电流、有功功率、无功功率、及有功电能、无功电能测量等。(3)对交、直流系统的安全状况如绝缘电阻、三相电压是否平衡等进行监测。2023/12/15

22EXIT1．变配电装置中测量仪表的配置(1)在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，计量柜内有计算专用电流、电压互感器。(2)在变配电所的每一段母线上，应装设电压表4只。(3)35/6~10kV变压器应在高压侧或低压侧装设电流表,有功、无功功率表,有功、无功电度表各一只。(4)3~10kV配电线路上，装设电流表、有功、无功电度表各一只。(5)低压动力线上应装一只电流表。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2023/12/15

23

EXIT

(6)并联电容器总回路上，每相装设一只电流表，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。(2)电度表及互感器准确度配置见表8-2。(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。2023/12/15

24EXIT二、

直流绝缘监视回路1.两点接地的危害在直流系统中，正、负母线对地是悬空的，当发生一点接地时，并不会引起任何危害，但必须及时消除，否则当另一点接地时，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，如图所示。2023/12/15

25EXIT2.直流绝缘监视装置回路图它是利用电桥原理进行监测的，整个装置可分为信号部分和测量部分。当绝缘电阻下降到一定值时，流过继电器KE线圈中的电流增大，继电器KE动作，其常开触点闭合，发出预告信号，光字牌亮，同时发出音响信号。利用转换开关ST和电压表2V，可判别哪一极接地。利用转换开关1SL和电压表1V，读直流系统总的绝缘电阻，计算每极对地绝缘电阻。2023/12/15

26EXIT直流绝缘监视装置原理接线图2023/12/15

27EXIT第六节

自动重合闸装置

(ARD)一、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线路，

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它原因而跳闸时，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起动重合闸。同时也允许由保护装置来起动，

但此时必须采取措施来保证自动重合闸能可靠动作。2023/12/15

28EXIT5.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。二、电气一次自动重合闸装置1SA为断路器控制开关；2SA为自动重合闸装置选择

开关,用于投入和解除ARD；KAR为重合闸继电器。1.故障跳闸后的自动重合闸过程(1)正常时：+WC→2SA→R4→C→-WC，电容器C经4R充电。指示灯HL亮,表示母线电压正常,电容器已在充电状态。2023/12/15

29

EXIT

2023/12/15

30EXIT(2)发生故障时：继电保护(速断或过电流)动作,断路器跳闸；KT通电动作,KT

(3-4)经延时后闭合,电容器C对KM线圈放电,使KM动作；合闸接触器1KM动作，使断路器重新合闸，若故障为瞬时性的，重合闸合闸成功；后加速继电器2KM也起动，若故障为永久性的,则继电保护动作接通跳闸回路跳闸；电容器C与KM线圈已经并联,电容C将不会充电至电源电压值,自动重合闸只重合一次。2023/12/15

31EXIT2.手动跳闸时，重合闸不应重合电容器与6R并联，C充电不到电源电压而不能重合闸。3.防跳功能当ARD重合于永久性故障时，断路器将再一次跳闸，

KTL的电流线圈因跳闸而被起动，KTL电压线圈通电保

持，切断合闸回路，防止跳跃现象。4.ARD与继电保护的配合方式ARD与继电保护配合的主要方式目前在供配电系统为重合闸后加速保护方式。重合闸后加速保护就是当线路上发生故障时，保护首先按有选择性的方式动作跳闸。断路器重合后，若重合于永久性故障，则加速保护动作，切除故障。2023/12/15

32

EXIT

第七节

备用电源自动投入装置

(APD)一、对备用电源自动投入装置的要求1.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，备用电源电压正常时，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.采用APD的情况下，应检验备用电源过负荷情况和电动机自起动情况。如过负荷严重或不能保证电动机自起动，应在APD动作前自动减负荷。2023/12/15

33

EXIT

二、备用电源自动投入装置电源进线运行方式：主电源和备用电源方式；互为备用电源方式。1.主电源与备用电源方式的APD接线当主(工作)电源进线因故障断电时，失压保护动作，使1QF跳闸，时间继电器KT失电,其触点延时打开，故在其打开前，合闸接触器KM得电2QF的合闸线圈YO通电，备用电源被投入。2.互为备用电源的APD接线当1WL工作时，2WL为备用,1QF在合闸位置，2QF在跳闸位置。当1WL电源侧因故障而断电时，电压继电器1KV、2KV常闭触点闭合，1KT动作，其延时闭合2023/12/15

34

EXIT

触点延时闭合，使1QF的跳闸线圈1YR通电,则1QF跳闸。

2QF的合闸线圈2Y2QF合上，从而使备用电源2WL自动投入，变配电所恢复供电。反之亦然。2023/12/15

35EXIT2023/12/15

36EXIT第八节

变电所综合自动化一、变电站综合自动化系统概述1．变电站综合自动化的产生

常规变电站的缺点：安全可靠性不高、电能质量可控性不高、实时计算控制性不高、占地面积大、维护工作量

大。

微机化变电站(包括微机保护、微机监控、微机远动和微机录波装置)

的缺点：设备重复、数据不共享、通道

不共用、模板种类多、电缆依旧错综复杂等。

变电站综合自动化：从技术管理的综合自动化将微机化变电站的二次系统进行优化设计，合理共享、硬件资源。2023/12/15

37

EXIT

2．变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)

经

过功能的组合和优化设计，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

站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动

控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功

能。或者说，变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术

和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。2023/12/15

38

EXIT

3．变电站实现综合自动化的优越性

在线运行的可靠性高。

供电质量高。

占地面积小。

变电站运行管理的自动化水平高。二、变电站综合自动化系统的基本特征

功能综合化：综合了变电站内除一次设备和交、直流电源以外的全部二次设备。

结构分层、分布化：综合自动化系统中微机保护、数据采

集和控制以及其他智能设备等子系统都是按分布式结构设计

的，而综合自动化系统的总体结构又按分层原则来组成。2023/12/15

39

EXIT

操作监视屏幕化：通过计算机上的显示器，可以监视全变电站的实时运行情况和对各开关设备进行操作

控制。

通信局域网络化、光缆化：计算机局域网络技术和光纤通信技术在综合自动化系统中得到普遍应用。

运行管理智能自动化：除了可以实现常规变电站的

自动报警、自动报表、电压无功自动调节、小电流接

地选线、故障录波、事故判别与处理等自动化功能外，

还可实现本身的在线故障自诊断、自闭锁、自调节和

自恢复等功能，大大提高了变电站的运行管理水平和

安全可靠性。2023/12/15

40

EXIT

三、变电站综合自动化系统的基本功能1．监控系统功能监控系统取代常规的控制盘、仪表盘、模拟盘、中央信

号系统、电压无功调节装置等，具体包括以下内容：令实时数据采集与处理

模拟量的采集：包括各段母线电压；线路电流、电压、

和功率值；主变压器电流和功率值；馈线电流、电压和功

率值；电容器的电流、无功功率及频率、相位、功率因数

等。此外，还有主变压器的油温、直流电源电压、站用变

压器电压等。2023/12/15

41

EXIT

状态量的采集：包括断路器的状态、隔离开关状态、有载调压变压器分接头的位置、同期检查状态、继电保护

动作信号、运行告警信号等。

电度量的采集：主要是脉冲电度表输出的电能量。令运行监视和报警功能

状态量的变位监视：包括变电站各种断路器、隔离开关、

接地开关、变压器分接头的位置和动作情况、继电保护

和自动装置的动作情况以及它们的动作顺序等。

模拟量的监视：包括正常的测量和超过限定值的报警。2023/12/15

42EXIT

令事件顺序记录(SOE)

与事故追忆功能

事件顺序记录：对变电站内的继电保护、自动装置、断路

器等在事故时动作的先后顺序自动记录。

事故追忆：对变电站内的一些主要模拟量，如线路、主变压器各侧的电流、有功功率、主要母线电压等，在事故前后一段时间内作连续测量记录。

令故障录波和故障测距功能

用微机保护装置兼作故障记录和测距，再将记录和测距的

结果送监控机存储及打印输出或直接送调度主站。

采用专用的微机故障录波器，并且录波器应具有串行通信

功能，可以与监控系统通信。

2023/12/15

43

EXIT

令控制和操作功能

对断路器、隔离开关进行分、合闸操作；

对变压器分接头进行调节控制；

对电容器组进行投、切控制，同时要能接受遥控操作命令

进行远方操作。令人机联系功能人机联系的桥梁，包括显示器、鼠标和键盘。令数据处理与记录功能

计算有功功率、无功功率、功率因数、有功和无功电能；

计算出日、月、年最大、最小值及出现的时间

；

电能量的累计值和分时统计；2023/12/15

44

EXIT

母线电压运行参数不合格时间及合格率统计；

功率总加；

变电站送入、送出负荷及电量平衡率；

主变压器的负荷率及损耗统计；

断路器的正常及事故跳闸次数统计；

主要设备运行小时数统计；

变压器、电容器、电抗器的停用时间及次数；

所用电率计算统计；

安全运行天数累计等。2023/12/15

45EXIT令制表打印功能

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；

事故追忆打印；

设备运行状态变位打印、召唤打印等。令自诊断和自恢复功能

自诊断：对监控系统的全部硬件和软件故障的自动诊断，并给出自诊断信息供维护人员及时检修和更换。

自恢复：当系统停机时，能自动产生恢复信号，对外围

接口重新初始化，保留历史数据，实现软、硬件自恢复。2023/12/15

46

EXIT

2．远动系统功能

远动的概念：应用远程通信技术，对远方的运行设备进

行监视和控制，以实现远程测量、远程信号、远程控制和

远程调节等各项功能。

远动的任务：

将表征电力系统运行状态的各发电厂和变电所的有关实

时信息采集到调度控制中心；

把调度控制中心的命令发往发电厂和变电所，对设备进行控制和调节。2023/12/15

47EXIT令“四遥”功能

遥测(YC)

：即远程测量，将采集到的被监控变电站的

主要参数传送给调度中心。

遥信(YX)

：即远程信号，将用采集到的被监控变电站设备状态信号传送给调度中心。

遥控(YK)

：即远程命令，从调度中心发出改变运行设

备状况的命令。

遥调(YT)

：即远程调节，从调度中心发出命令实现远方调整变电站的运行参数。令事件顺序记录功能：按顺序记录断路器事故跳闸的时间。令时钟同步功能：远动系统应具备对时功能。2023/12/15

48

EXIT

令自检和自调功能：远动系统在受到某种干扰影响而使程序

“跑飞”时，能够自行恢复正常运行。3．微机保护系统功能

通信功能；

远方整定功能；

远方投切保护功能；

信号与复归；

界面显示、存储和打印功能；

自动校时功能；

自诊断、自闭锁和自恢复功能。

2023/12/15

49

EXIT

4.

电压、无功综合控制系统功能变电站的电压、无功综合控制是利用有载调压变压器和无功补偿电容器的自动调节。

电压和无功综合调控的目标

如下：

维持供电电压在规定的范围内；

保持电力系统的稳定和合适的无功平衡；

保证在电压合格的前提下使电能损耗最小。5.

小电流接地选线功能6.

低频减载功能7.

备用电源自投功能2023/12/15

50EXIT四、变电站综合自动化系统的结构1．集中式综合自动化系统集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中

进行计算与处理后，再分别完成微机监控、微机保护和一

些自动控制等功能，结构框图如图7-24所示。特点：结构紧凑，体积小，

占地面积小，造价低，但运行可靠性较差，组态不灵活。2．分层分布式综合自动化系统

分布式结构：是在结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块(通常是各个从CPU)

之间采用网络技术或

串行方式实现数据通信。2023/12/15

51

EXIT

2023/12/15

52图7-24

集中式变电站综合自动化系统结构框图EXIT

分层式结构：是将变电站的一、二次设备分为三层，即变电站层、间隔层(或单元层)

和设备层。图7-25为分层分布式集中组屏综合自动化系统结构框图。

特点：软件相对简单、调试维修方便、组态灵活、系统

整体可靠性高。3．分散与集中相结合的综合自动化系统分散与集中相结合的综合自动化系统是按