第7章工厂供电系统的二次回路和自动装置.ppt

第7章 工厂供电系统的二次回路和自动装置,工厂供电,天津理工大学中环信息学院 自动化工程系,2,本章首先讲述二次回路概念及其操作电源，接着依次讲述高压断路器的控制与信号回路、常用的电测量仪表和绝缘监视装置，最后介绍线路自动重合闸和备用电源自动投入装置，并简介工厂供电系统远动化，最后讲述二次回路的安装接线及接线图的绘制问题。,3,第7章 工厂供电系统的过电流保护,7.1 二次回路及其操作电源,7.2 高压断路器的控制和信号回路,7.3 电测量仪表与绝缘监视装置,7.4 供电系统的自动装置与远程化,7.5 二次回路的接线和接线图,4,7.1 二次回路及其操作电源,7.1.1 概述,一次设备(也称主设备)是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送、分配电能的电气设备。 二次设备是对一次设备进行控制、指示、监测和保护的电气设备。 一次回路指一次设备及其相互连接的回路 (又称主回路或主系统或主电路)。 二次回路指二次设备及其相互连接的回路。,5,二次回路作用：二次回路是电力系统安全生产、经济运行、可靠供电的重要保障，它是发电厂和变电站中不可缺少的重要组成部分。,电源性质,交流回路,直流回路,分类,交流电流回路,交流电压回路,电流互感器,供电,电压互感器,供电,用途,断路器控制回路,信号回路,测量回路,继电保护回路,自动装置回路,6,是供给全所开关电器的控制回路、继电保护回路、自动装置和中央信号系统的最重要的电源，在任何情况下都应保证供电的可靠性。,7.1.2 操作电源,（1）应保证供电的可靠性，最好有独立的直流操作电源。 （2）应具有足够的容量，以保证正常运行时，操作电源母线(以下简称母线)电压波动范围小于±5额定值；事故时的母线电压不低于90额定值。 （3）波纹系数小于5%。 （4）使用寿命、维护工作量、设备投资、等应合理。,对操作电源的基本要求,7,操作电源的分类 直流操作电源 （1）硅整流电容储能直流电源 硅整流电容储能直流电源是一种非独立式的直流电源。它是由硅整流设备和电容器组成的。 （2）蓄电池直流电源 蓄电池是一种独立可靠的直流电源，它不受交流电源的影响。它是发电厂和变电站常用的操作电源。,8,交流操作电源,交流操作电源直接使用交流电源。一般由电流互感器向断路器的跳闸回路供电；由厂(站)用变压器向断路器的合闸回路供电；由电压互感器(或厂用变压器)向控制、信号回路供电。 它只适用于不重要的终端变电站，或用于发电厂中远离主厂房的辅助设施。,9,7.2 高压断路器的控制和信号回路,7.2.1 概述,高压断路器的控制回路就是控制（操作）断路器分、合闸的回路。操作机构有手动式、电磁式、液压式和弹簧储能式。电磁式操作机构只能采用直流操作电源，手动式和弹簧储能式可交直流两用，但一般采用交流操作电源。,信号回路是用来指示一次电路设备运行状态的二次回路。信号按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号,10,断路器的位置信号用来显示断路器正常工作的位置状态。一般是红灯亮，表示断路器处在合闸位置；绿灯亮，表示断路器处在分闸位置。,事故信号用来显示断路器正常工作的位置状态，红灯闪光，表示断路器自动合闸；绿地闪光，表示断路器自动跳闸。,预警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。,对断路器的控制和信号回路的主要要求,引起值班人员注意,11,7.2.2 采用手动操作机构的断路器控制和信号回路,12,7.2.3 采用电磁操作机构的断路器控制和信号回路,13,7.2.3 采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路,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-事故信号小母线,SA-控制开关,SB-按钮,RD-红色指示灯,GN-绿色指示灯,YO-合闸线圈,YO-跳闸线圈,QF16-断路器辅助触点,SQ1、SQ2-触能位置开关,M-储能电机,14,7.3 电测量仪表与绝缘监视装置,7.3.1 电测量仪表,测量回路是变电所二次回路的重要组成部分。运行人员必须依靠测量仪表了解供配电系统的运行状态，监视电气设备的运行参数。 电气设备和线路的运行参数主要有：电流、电压、频率、电能、温度、绝缘电阻等。相应的仪表有：电流表(A)、电压表(V)、频率表(Hz)、同步表、有功功率表(W)、无功功率表(var)、有功电度表(Wh)、无功电度表(varh)等。,15,7.3.1 绝缘监视装置,绝缘监视装置用于小接地电流的系统中，以便及时发现单相接地故障，设法处理，以免故障发展为两相接地短路，造成停电事故。 绝缘监视装置可采用三个单相双绕组电压互感器和三只电压表，也可采用三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器，接成Y0的二次绕组，其中三只电压表均接各相的相电压。,16,TV电压互感器 QS高压隔离开关及其辅助触点 SA电压转换开关 PV电压表 KV电压继电器 KS信号继电器 WC控制小母线 WS信号小母线 WFS预告信号小母线 如图所示电路，还可以通过电压转换开关SA，测量一次电路的三个线电压。,17,必须指出：作为绝缘监视用的三相电压互感器不能是三芯柱的，而必须是五芯柱。由于单相接地而在电压互感器铁心中引起的三相零序磁通是相同的，不可能在三芯柱的铁芯内形成闭合回路，零序磁通只能经铁芯附近的气缝闭合。这零序磁通也就不可能与互感器的二次绕组及辅助二次绕组交链，因此在二次绕组及辅助二次绕内不会感生零序电压，从而无法反应一次侧的单相接地故障。而五芯柱电压互感器，由于单相接地而在其铁心中引起的三相零序磁通，可通过互感器的两个边柱形成闭合回路。因此可在互感器二次绕组内感生零序电压，使电压继电器KV动作，从而可实现一次系统的绝缘监视。,18,7.4 供电系统的自动装置与远动化,7.4.1 电力线路的自动重合闸装置,概述 运行经验表明，电力系统的故障特别是架空线路上的故障大多是暂时性的，这些故障在断路器跳闸后，多数能很快地自行消除。线路大多能恢复正常运行。因此，如采用自动重合闸装置（简称ARD），使断路器在跳闸后，经极短时间又自动重新合闸，从而可大大提高供电可靠性，避免因停电而给国民经济带来的巨大损失。 自动重合闸装置按其操作方式分，有机械式和电气式；按组成元件分，有机电型和晶体管型；按重合次数分，有一次重合式、二次重合式和三次重合式。,19,供配电系统中采用的ARD，一般是一次重合式，因为一次重合式，比较简单经济，而且基本上能满足供电可靠性要求。运行经验证明，ARD的重合功率随着重合次数的增加而显著降低。对架空线路来说，一次重合成功率可达60%90%，而二次重合成功率只有15%左右，三次重合成功率仅3%左右。因此，一般工矿企业的供配电系统中只采用一次重合闸。,电气一次ARD的基本原理和要求 （1）手动合闸 按下合闸按钮SB1，使合闸接触器KO通电动作，从而使合闸线圈YO动作，使断路器合闸。 （2）手动跳闸 按下跳闸按钮SB2，接通跳闸线圈YR的回路，使断路器跳闸,20,（3）自动重合闸 当线路上发生短路故障时，保护装置动作，其出口继电器触点KM闭合，接通跳闸线圈YR的回路，使断路器跳闸。断路器跳闸后，其辅助触点QF3-4闭合，同时重合闸继电器KAR起动，经短延时接通合闸接触器KO回路，接触器KO又接通合闸线圈YO回路，使断路器重新合闸，恢复供电。,21,不论哪一种ARD电路，都应满足以下基本要求： （1）用控制开关或遥控装置将短路器断开时，ARD不应该动作。 （2）如一次电路出现故障使断路器跳闸时，ARD应该动作。但一次ARD，只应重合一次，因此应有防止断路器多次重合于发生永久性故障的一次电路上的“防跳”措施。 （3）ARD动作后，应能自动返回，为下一次动作做好准备。 （4）ARD动作后，应能自动返回，为下一次动作做好准备。,22,7.4.2 备用电源自动投入装置,概述 在要求供电可靠性较高的企业变配电所中，通常设有两路及以上的电源进线，或设有厂用自备电源。在车间变电所低压侧，大多设有与相邻车间变电所相连的低压联络线。如果在作为备用电源的线路上装设备用电源自动投入装置（简称APD），则在工作电源线路突然断电时，利用失压保护装置使该线路的断路器跳闸，而备用电源线路的断路器则在APD作用下迅速合闸，使备用电源投入运行，从而大大提高供电可靠性。 APD的基本原理 高压双电源互为备用的APD电路示例,23,24,注：“×”表示触点接通。,25,7.4.3 工厂供电系统远动化简介,概述 随着工业生产的发展和科学技术的进步，有的企业特别大型企业供配电系统的控制、信号和监测工作，已开由人工管理、就地监控发展为运动化，实现遥控、遥信、遥测，即所谓“三遥”；如加上遥调，即所谓“四遥”。 供配电系统的运动装置，现在多采用微机（微型电子计算机）来实现。 微机控制的供电系统运动装置简介 微机控制的供电系统运动装置，由调度端 、执行端及联系两端的信号通道等三部分组成 。,26,27,1 调度端 调度端由操纵台和数据处理用微机组成。 操纵台包括：供电系统模拟盘，其上绘有供电系统主电路图，主电路图上每台断路器都装有跳、合闸状态指示灯。数据采集和监倥用计算机系统一套，包括：主机一台，用以发出各项指令进行操作；打印机一台，可根据指令随时打印出所需要的数据资料；彩色CRT（显示器）一台，用以显示系统全部或局部的工作状态和有关数据以及各种操作命令和事故状态等。若干路就地常测入口，通过数字表，将信号输入计算机，并用以随时显示全厂电源进线的电压和功率。通信接口，用以完成与数据处理用微机之间的通信联络。,28,数据处理用微机的功能主要有： 根据所记录的全天小时平均负荷绘出全厂用电负荷曲线； 按全厂有功电能、功率因数及最大需电量等计算每月总电费； 统计全厂高峰负荷时间的用电量； 根据需要，统计各配电线路的用电情况； 统计和分析系统的运行情况及事故情况等。 2 信号通道 信号通道是用来传递调度端操纵台与执行端控制箱之间往返的信号用的通道，一般采用带屏蔽的电话电缆，控制距离小于1km时，也可才用控制电缆或塑料绝缘导体线。通道的敷设一般采用树干式，各车间变电所通过分线盒与之相联。,29,3 执行端 执行端是用逻辑电路和继电保护装置而组成的成套装置。它的主要功能是：控制箱。每一被控制点至少要装设一台。 （1）遥控 （2）遥信 （3）遥测 （4）遥调,4 电能遥测,遥测有功和无功电能,30,7.5 二次回路的接线和接线图,7.5.1 二次回路的接线要求,按GB501711992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，二次回路的接线应符合下列要求： （1）按图施工，接线正确。 （2）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。 （3）盘、柜内的导线不应有接头，导体芯线应无损伤。 （4）电缆芯线和所配导线的端部均应标明其回路编号，编号正确，字迹清晰且不易脱色。 （5）配线应整齐、清晰、美观、导体绝缘应良好，无损伤。 （6）每个接线端子的每侧接线应为1根，不得超过2根。 （7）二次回路接地应设专用螺栓。,31,（8）盘、柜内的配线，电流回路应采用电压不低于500V的铜芯绝缘导体，其截面不应小于2.5mm2；其他回路截面积不应小于1.5 mm2；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0.5 mm2截面的绝缘导体。 用于连接门上的电器、控制台板等可动部分的导体，还应符合下列要求： （1）采用多股软导线，敷设长度应有适当裕度。 （2）线束应有外套塑料管等加强绝缘层。 （3）与电器连接时，端部应绞紧，并应加终端附或搪锡，不得松动、断股。 （4）在可动部位两端应用卡子固定。,32,引入盘、柜内的电缆及其芯线应符合下列要求： （1）引入盘、柜的电缆应排列整齐，编号清晰，避免交叉，并应固定牢固，不得使所接的端子排受到机械应力。 （2）铠装电缆在进入盘、柜后，应将钢带切断，切断处的端部应扎紧，并应将钢带接地。 （3）使用于静态保护、控制等逻辑回路的控制电缆，应采用屏蔽电缆，其屏蔽层应按设计要求的接地方式予以接地。 （4）橡胶绝缘的芯线应外套绝缘管保护。 （5）盘、柜内的电缆芯线，应按垂直或水平有规律地配置，不得任意歪斜交叉连接。备用芯长应留有适当余量。 （6）强、弱电回路不应使用同一根电缆，并应分别成束分开排列。,33,7.5.2 二次回路接线图的绘制, 接线图的绘制要求 应遵循GB6988.51996电气制图·接线图和接线表的规定，其图形符号应符合GB47281954.85电气图用图形符号的有关规定，其文字符号包括项目代号应符合GB50941985电气技术中的项目代号及GB71591987电气技术中的文字符号制订通则的有关规定。 接线图的绘制方法 1、二次设备的表示方法 二次设备都必须按GB50941985标明其项目种类代号。 2、接端子的表示方法 盘（柜）外的导线或设备与盘上的二次设备相连时，必须经过端子排。端子排由专门的接线端子板组合而成。,34,接线端子板分为普通端子、连接端子、实验端子和终端端子等形式。,在二次回路接线图中，端子排中各种形式端子板的符号标志如上图所示。 端子（板）的文字符号为X，端子的前缀符号为“：”。,实验端子板的结构和应用,35,3 连接导线的表示方法 二次回路接线图中端子之间的连接导线有以下两种表示方法： 1） 连续表示法 如图a)所示。 中断线表示法。如图b)所示。,a) 连续线表示法 b)中断线表示法,36,是通过硅整流设备，将交流电源变换为直流电源，作为发电厂和变电所的直流操作电源。,一、硅整流电容储能直流系统 储能电容器组为了保证在交流系统发生短路故障时，仍然能使控制、保护及断路器可靠动作。 两组整流器 U1和 U2。 U1容量大，供给合闸电源； U2容量小，供给控制、保护电源。 V3保证只能由U1 向U2供电。 V1、V2保证储能电容器组不向直流母线供电。,整流操作的直流系统,37,38,二、复式整流的直流操作电源,电压源,电流源,返 回,输出功率更大，电压稳定性更好,39,蓄电池的电解液不同，可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两种。 酸性蓄电池常采用铅酸蓄电池。酸性蓄电池一般适用于大型发电厂和变电站。 碱性蓄电池适用于中、小型发电厂和 110kV以下的变电站。碱性蓄电池有铁镍、镉镍等几种。发电厂和变电站常采用镉镍碱性蓄电池。,蓄电池直流系统,返 回,