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1,书名：工厂供电 第2版 ISBN： 978-7-111-48339-1 作者：刘介才 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件,2,本章首先讲述工厂供电系统二次回路的概念然后介绍二次回路的操作电源，接着分别讲述高压断路器的控制和信号回路、电测量仪表与绝缘监视装置、自动重合闸与备用电源自动投入装置及及供电系统远动化的基本知识，最后讲述二次回路的安装接线和接线图。本章和上一章内容都是为保证供电一次系统安全可靠运行的基本技术知识。,工厂供电,第七章 工厂供电系统的二次回路 和自动装置,3,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,工厂供电,4,工厂供电系统或变配电所的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，亦称二次系统。 包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动化系统等。 二次回路按其电源性质分： 有直流回路和交流回路。 按其用途分：有断路器控制（操作）回路、信号回路、测量和监视回路、继电保护和自动装置回路等。,5,二次回路的操作电源，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，且要求尽可能不受供电系统运行的影响。 二次回路的操作电源，分直流和交流两大类。,6,(一)由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 铅酸蓄电池在放电和充电时的化学反应式为：,PbO2+Pb+2H2SO 4 2PbSO4+2H2O,铅酸蓄电池的额定端电压（单个）为2V。蓄电池充电终了时，端电压可达2.7V；放电后,端电压可下降到1.95V。为获得220V的操作电压，需蓄电池的个数为n =2301.95118个。考虑到充电终了时端电压的升高，因此长期接入操作电源母线的蓄电池个数为n1 =2302.788个，而其他n2 nn1 1188830个蓄电池则用于调节电压，接于专门的调节开关上。,7,现在在工厂供电系统中广泛使用免维护铅酸蓄电池，其极板的栅架采用铅钙合金制造，充电时产生的水分解量少，加之其外壳采用密封结构，释放出来的硫酸蒸气也少。因此免维护铅酸蓄电池较之传统的铅酸蓄电池，具有不需添加电解液、对接线和触头等的腐蚀小、充电后蓄电的时间长、安全可靠、不污染环境等突出优点。,8,2、镉镍蓄电池 镉镍蓄电池在放电和充电时的化学反应式为:,Cd+2Ni(OH)3 Cd(OH)2+2Ni(OH)2,镉镍蓄电池的额定端电压（单个）为1.2V。充电终了时端电压可达1.75V；放电后端电压为1V。,镉镍蓄电池组作操作电源，不受供电系统运行情况的影响、工作可靠，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、无须专用房间从而大大降低投资等优点。,9,（二）由整流装置供电的直流操作电源 整流装置主要有硅整流电容储能式和复式整流两种。 1、硅整流电容储能式直流电源 硅整流器供给直流操作电源；同时通过电容器储能，在交流供电系统电压降低或电压消失时，由储能电容器对继电器和跳闸回路放电，使其正常动作。,10,1、硅整流电容储能式直流电源,储能电容器C1用于对高压线路的继电保护和跳闸回路供电，而储能电容器C2用于对其他元件的继电保护和跳闸回路供电。储能电容器多采用容量大的电解电容器，其容量应能保证继电保护和跳闸回路可靠地动作。,第一节 二次回路及其操作电源,11,2、复式整流的直流操作电源 硅整流器供给直流操作电源；同时通过电容器储能，在交流供电系统电压降低或电压消失时，由储能电容器对继电器和跳闸回路放电，使其正常动作。,复式整流器是指提供直流操作电压的整流器电源有两个： （1）电压源由所用变压器或电压互感器供电，经铁磁谐振稳压器（当稳压要求较高时装设）和硅整流器供电给控制、保护等二次回路。 （2）电流源由电流互感器供电，同样经铁磁谐振稳压器（也是稳压要求较高时装设）和硅整流器供电给控制、保护等二次回路。,12,3、由微机控制的高频开关直流操作电源,微机控制的高频开关直流操作电源，主要由交流输入单元、充电单元、微机监控单元、电压调整单元、绝缘监察单元、直流馈电单元、蓄电池组、电池巡检单元、通信系统等部分组成，分为充电柜、馈电柜和蓄电池柜。,高频开关直流电源屏具有稳压和稳流的精度高、输出波形的失真小、体积小、重量轻、效率高、可靠性和自动化程度高等优点，因此在需要直流操作电源的场所得到推广应用。,13,采用交流操作的断路器，应采用交流操作电源。相应地，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，可使二次回路大大简化，投资大大减少，工作可靠，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型工厂变配电所中采用手动操作或弹簧储能操作及继电保护采用交流操作的场合。,14,第七章 工厂供电系统的 二次回路和自动装置,第二节 高压断路器的控制和信号回路,工厂供电,15,高压断路器的控制回路，是指控制（操作）高压断路器分、合闸的回路。它取决于断路器操作机构的型式和操作电源的类别。,16,信号回路是用来指示一次系统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等。,17,位置信号：用来显示断路器正常工作的位置状态。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：用来显示断路器在一次系统事故情况下的工作状态。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：是在一次系统出现不正常工作状态时或在故障初期发出的报警信号。,18,对断路器的控制和信号回路的要求：,1)应能监视控制回路的保护装置及其分、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常工作。,2)合闸或分闸完成后，应能使命令脉冲解除，即能切断合闸或分闸的电源。,3)应能指示断路器正常合闸和分闸的位置状态，并在自动合闸和自动跳闸时有明显的指示信号。,4)断路器的事故跳闸信号回路，应按“不对应原理”接线。,5)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。,中央信号装置发出音响或灯光信号,19,合闸时的状态：,分闸时的状态：,一次电路发生短路故障时的状态：,一WC-控制小母线 WS-信号小母线 GN-绿色指示灯 RD-红色指示灯 R-限流电阻 YR-跳闸线圈(脱扣器) KM-继电保护出口继电器触点 QF16-断路器QF的辅助触点 QM-手动操作机构辅助触点：,20,电磁操作机构的断路器控制和信号回路原理图,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-事故音响信号小母线 WO-合闸小母线 SA-控制开关 KO-合闸接触器 YO-电磁合闸线圈 YR-跳闸线圈 KM-继电保护出口继电器触点 QF16-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,21,合闸时的状态：,分闸时的状态：,一次电路发生短路故障时的状态：,22,CT7型弹簧操作机构的断路器控制和信号回路原理图,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 YR-跳闸线圈 QF16-断路器辅助触点 M-储能电动机 GN-绿色指示灯 RD-红色指示灯 KM-继电保护出口继电器触点,合闸时的状态：,分闸时的状态：,一次电路发生短路故障时的状态：,23,第七章 工厂供电系统的 二次回路和自动装置,第三节 电测量仪表与 绝缘监视装置,工厂供电,24,电测量仪表是指对电力装置回路的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或技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。 电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类。,25,(一)对常用测量仪表的一般要求,1)能正确反映电力装置的运行参数，监测电力装置回路的绝缘状况。,2)交流回路仪表的精确度等级，除谐波测量仪表外，不应低于2.5级；直流回路仪表的精确度等级，不应低于1.5级。,3)1.5级和2.5级的常测仪表,应配用不低于1.0级的互感器。,4)仪表的测量范围（量限）和电流互感器电流比的选择，宜满足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。,26,(二)对电能计量仪表的一般要求,符合GB/T50063-2008电力装置的电测量仪表设计规范的规定，电能计量仪表有下列要求：,1)月平均用电量在1000MWh及以上或变压器容量为2000kVA及以上高压侧计费的电力用户电能计量点，应采用0.5级的有功电能表。 月平均用电量小于1000MWh而大于100MWh或变压器容量为315kVA及以上高压侧计费的电力用户电能计量点，应采用1.0级的有功电能表。,2)在315kVA及以上的变压器高压侧计费的电力用户电能计量点和并联电力电容器组，均应采用2.0级的无功电能表。,3)0.5级的有功电能表，应配用0.2级的互感器。1.0级的有功电能表，1.0级的专用电能计量仪表，2.0级计费用的有功电能表及2.0级的无功电能表，应配用不低于0.5级的互感器。,27,(三)变配电装置中各部分仪表的配置要求,1)在工厂的电源进线上，必须装设计费的有功电能表和无功电能表，应采用标准的电能计量柜。,2)每段母线上，必须装设电压表测量电压。在中性点非直接接地的电力系统中，各段母线上还应装设绝缘监视装置。,3)35110/610kV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、无功电能表各一只。610/310kV的电力变压器，在其一侧装设电流表、有功和无功电能表各一只。610/0.4kV的电力变压器，在高压侧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。,28,4)310kV的配电线路，应装设电流表、有功和无功电能表各一只。,5)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时，低压侧还应装设一只有功电能表。,6)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。对负荷平衡的三相动力线路，可只装设一只单相有功电能表，实际电能按其计量的3倍计。,7)并联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。,(三)变配电装置中各部分仪表的配置要求,29,610kV高压线路上装设的电测量仪表电路图,a)接线图 b)展开图 TA-电流互感器 TV-电压互感器 PA-电流表 PJ1-三相有功电能表 PJ2-三相无功电能表 WV-电压小母线,30,低压220/380V照明线路上装设的电测量仪表电路图,TA-电流互感器 PA-电流表 PJ-三相四线有功电能表,31,近年来，我国国家电网公司已推广应用新型电子式智能电能表，并于2009年发布了一系列智能电能表的技术标准，以规范智能电能表的制造和使用，并用以支撑智能电网的建设。 智能电能表由测量单元、数据处理单元和通信单元等几部分组成，具有电能测量、信息存储和处理、实时监测、自动控制等功能。,32,绝缘监视装置用于非直接接地的电力系统中，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。,635kV系统的绝缘监视装置，可采用三个单相双绕组的电压互感器和三只电压表，接成如图的接线，,33,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，接成如图接线。,34,图中电压互感器接成开口三角的辅助二次绕组，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。,35,必须注意：三相三芯柱的电压互感器不能用来作绝缘监视装置。如图a所示，如果互感器采用如图b所示的三相五芯柱铁心，则零序磁通可经两个边芯柱闭合，这样零序磁通就能与二次绕组和辅助二次绕组交链，并在其中感应出零序电压，从而可实现绝缘监视功能。,36,610kV母线的电压测量和绝缘监视电路图。图中电压转换开关SA用于转换测量三相母线的各个相间电压（线电压）。,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,37,第七章 工厂供电系统的 二次回路和自动装置,第四节 供电系统的自动装置与远动化,工厂供电,38,(一) 概述 自动重合闸装置（Auto-reclosing device,简称ARD），能使断路器在自动跳闸后又自动重合闸，恢复供电，大大提高供电可靠性，避免因停电而给国民经济带来的重大损失。,39,(一) 概述,自动重合闸有机械式ARD和电气式ARD。 按重合次数分，有一次重合式、二次重合式和三次重合式等。 机械式ARD，适于采用弹簧操作机构的断路器，可在具有交流操作电源或虽有直流跳闸电源但没有直流合闸电源的变配电所中使用。 电气式ARD，适于采用电磁操作机构的断路器，可在具有直流操作电源的变配电所中使用。 工厂供电系统一般都是一次重合式，因为一次重合式ARD比较简单经济，而且基本上能满足供电可靠性的要求。,40,(二) 电气一次自动重合闸装置的基本原理,手动合闸时,手动跳闸时,一次电路发生短路故障时,41,QF-断路器 YR-跳闸线圈 YO-合闸线圈 KO-合闸接触器 KAR-重合闸继电器 KM-继电保护出口继电器触点 SB1-合闸按钮 SB2-跳闸按钮,(二) 电气一次自动重合闸装置的基本原理,电气一次自动重合闸装置基本原理的简图,42,(三) 电气一次自动重合闸装置示例 采用DH-2型重合闸继电器的电气一次自动重合闸装置（ARD）展开式原理电路图,43,1.一次自动重合闸装置（ARD）的工作原理,44,2. 一次自动重合闸装置（ARD）的基本要求,(1)一次ARD只重合一次,(2)用控制开关操作断路器分闸时，ARD不应动作,(3)ARD的“防跳” 措施,45,3. ARD与继电保护装置的配合,(1)一次ARD只重合一次,46,(一)概述 电源自动投入装置（auto-put-into device of reserve-source，简称APD）。,在工作电源线路突然停电时，利用失压保护装置使该线路的断路器跳闸，并在APD作用下，使备用电源线路的断路器迅速合闸，投入备用电源，恢复供电，从而大大提高供电可靠性。,47,(二) 备用电源自动投入的基本原理,备用电源自动投入基本原理的电气简图,QF1-工作电源进线WL1上的断路器 QF2-备用电源进线WL2上的断路器 KT-时间继电器 KO-合闸接触器 YO-断路器QF2的合闸线圈,48,(三) 高压双电源互为备用的APD电路示例,高压双电源互为备用的APD电路,WL1、WL2-电源进线 QF1、QF2-断路器 TV1、TV2-电压互感器(其二次侧相序为a、b、c) SA1、SA2-控制开关 KV1KV4-电压继电器 KT1、KT2-时间继电器 KM1、KM2-中间继电器 KS1KS4-信号继电器 YR1、YR2-跳闸线圈 YO1、YO2-合闸线圈 RD1、RD2-红色指示灯 GN1、GN2-绿色指示灯,49,高压双电源互为备用的APD电路-原理分析,50,(一) 概 述 工厂供电系统的远动化，就是由工厂的动力中心调度室对本系统所属各变配电所或其他动力设施的运行实现遥控、遥信和遥测。 工厂供电系统的远动化，可提高工厂供电系统管理的自动化水平，实现工厂供电系统的优化运行，能够及时处理事故，减少事故停电的时间，更好地保证工厂供电系统的安全经济运行。 工厂供电系统的远动装置，采用计算机来实现。,51,(二)微机控制的供电系统三遥装置简介 微机控制的供电系统三遥装置，由调度端、执行端及联系两端的信号通道等三部分组成。,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： (1)供电系统模拟盘一块。 (2)数据采集和控制用计算机系统一套。 (3)若干路就地常测入口。 (4)通信接口。,52,(二)微机控制的供电系统三遥装置简介,数据处理用微机的功能： (1)根据所记录的全天半小时平均负荷绘出全厂用电负荷曲线； (2)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； (3)统计全厂高峰负荷时间的用电量； (4)根据需要，统计各配电线路的用电情况； (5)统计和分析运行和事故情况等。,53,2. 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。,3. 执行端 主要功能： (1) 遥控 对断路器进行远距离分、合闸操作。 (2) 遥信 反应被控断路器的分、合闸状态以及事故跳闸的报警；以及事故预告信号，可实现过负荷、过电压、变压器瓦斯保护及超温等的报警。 (3) 遥测 电流、电压等参数的遥测。 (4) 电能遥测 分别遥测有功和无功电能。,(二)微机控制的供电系统三遥装置简介,54,第七章 工厂供电系统的 二次回路和自动装置,第五节 二次回路的安装接线和接线图,工厂供电,55,按GB50071-2012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，二次回路的安装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、柜内的导线中间不应有接头，导线芯线应无损伤。 4) 电缆芯线和所配导线的端部均应标明其回路编号，编号应正确，字迹清楚，且不脱色。 5) 配线应整齐、清晰、美观，导线绝缘应良好、无损伤。 6) 每个接线端子的每侧接线宜为一根，不得超过2根；对于插接式端子，不同截面的两根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。 7) 二次回路接地应设专用螺栓。 8) 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 ；其他回路截面不应小于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，可采用截面不小于 0.5mm2 的铜芯绝缘导线。,56,用于连接盘、柜门上的电器及控制台板等可动部位的导线，还应符合下列要求： 1) 应采用多股铜芯软导线，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，导线端部应绞紧，并应加终端附件或搪锡，不得松散、断股。 4) 在可动部位两端导线应用卡子固定。,57,引入盘、柜内的电缆及其芯线应符合下列要求： 1）电缆、导线不应有中间接头。必要时，接头应接触良好、牢固，不承受机械拉力，并应保证原有的绝缘水平；屏蔽电缆应保证其原有的屏蔽电气连接作用。 2）引入盘、柜的电缆应排列整齐，编号清晰，避免交叉，固定牢固，不得使所接的端子承受机械应力。 3）铠装电缆进入盘、柜后，应将钢带切断，切断处应扎紧，并应将钢带接地。 4）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。其屏蔽层应接地良好。 5）橡胶绝缘芯线应外套绝缘管保护。 6）盘、柜内的电缆芯线接线应牢固，排列整齐，并应留有适当裕度；备用芯线应引至盘、柜顶部或线槽末端，并应标明备用标识，芯线导体不得外露。 7）强电与弱电回路不能使用同一根电缆，并应分别成束分开排列。 8）电缆芯线及其绝缘不应有损伤；单股芯线不应因弯曲半径过小而损坏线芯及绝缘。单股芯线弯圆接线时，其弯线方向应与螺栓紧固方向一致；多股软线与端子连接时，应压接相应规格的终端附件。,58,在油污环境中的二次回路应采用耐油的绝缘导线，如塑料绝缘导线。在日光直照环境中的橡胶或塑料绝缘导线均应采取保护措施，如穿金属管、蛇皮管保护。,59,二次回路安装接线图，简称二次回路接线图，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简图。,接线图和接线表一般都应表示出各个项目（指元件、器件、部件、组件和成套设备等）的相对位置、项目代号、端子号、导线号、导线类型和导线截