台山煤矿35千伏变电站设计(二次部分) 精品.doc

题目：台山煤矿35千伏变电站设计（二次部分）前言本次我做的题目是台山煤矿35千伏变电站设计（二次部分），这个题目是经过王广老师精心挑选和研究后交给我的。台山矿为年产量150万吨，井筒为立井，深度为400米，开采面为水平开采，为轻瓦斯（沼气）矿，服务年限为100年。变电站现采用电源为煤矸石电厂两条双回路电源供电，电压等级为35千伏，采用铁构架空铁塔输入。系统电抗：最大运行方式为1.0248，最小运行方式为1.3458，选取基准容量为100MVA，系统出线过流保护动作时间为3秒。台山矿经两台主变压器，降压后为6KV，供给矿井主通风机、井下各综采及工业区生活用电以及洗煤厂等重要负荷用电。其主要用电在洗煤厂及井下生产用电。山台站设有35KV出线，主要是工业区6KV出线及井下6KV延伸系统，有6KV架空线路30Km，井下电站高压输电线长度为18Km。主变的保护主要有过流保护、过负荷保护、瓦斯保护、差动保护及超温报警等保护。主导风向西北方向最大风速20米/秒日最高温度41度日最低温度零下22度土壤温度25度地震等级7级本次设计任务是根据王老师提供的原始资料数据和继锋同学提供的一次部分供电系统图以及相关数据对台山煤矿35千伏变电站一次部分进行相应的继电保护设计和二次回路初步设计。由于本人专业知识和能力有限，设计中出现了不少问题和错误，恳请各位老师的指点和修正。1 一次部分的继电保护设计1.1 概述供电系统在运行中可能发生一些故障和不正常的运行状态。常见的主要故障是相间短路和接地短路，以及变压器、电动机和电力电容器等可能发生的匝间或层间局部短路故障。不正常的运行状态主要是指过负荷，一相断线、一相接地及漏电等不正常工作情况。短路故障往往造成严重后果，并伴随着强烈的电弧、发热和电动力，使回路内的电气设备遭受损坏。长期过负荷使设备绝缘老化；一相断线易引起电动机过负荷；对于中性点不接系统，一相接地可能形成电弧接地过电压，并使其它两相对地电压升高倍，两种过电压都可能引起相间短路。在煤矿井下，接地能引起火灾或瓦斯、煤尘爆炸。因此，当故障或不正常运行状态发生时必须及时消除。为了保证安全可靠地供电，供电系统的主要电气设备及线路都要装设继电保护装置。为了使继电保护装置能准确地及时完成上述保护任务，在设计和选择继电保护装置时，一般应满足以下四个基本要求。 选择性选择性是指当系统发生故障时，继电保护装置应该使离故障点最近的断路器首先跳闸，切除故障点的电源，使停电范围尽量缩小，从而保证非故障部分继续运行。 快速性快速切除故障可以减轻故障的危害程度，加速系统电压的恢复，为电动机自起动创造条件。 灵敏性灵敏性是指保护装置对保护范围内故障的反应能力，一般用灵敏系数K衡量，灵敏系数是以被保护设备或线路发生故障时，其故障参数和保护装置整定值来确定。 可靠性可靠性是指在保护范围内发生故障时，保护装置应正确动作，不应拒动；在不该动作时，不应误动。保护装置动作的可靠性是非常重要的，任何时候拒动都将使事故扩大，造成严重的后果。1.2 继电保护的优化配置及整定原则继电保护的设置与系统的运行方式密切相关，所以继电保护的优化配置要以系统的主要或经常采用的运行方式为主，并兼顾系统故障后或因停电检修时而转换成其它运行方式。为了保证可靠性，供电系统中任何一台设备，任何一段线路都必须具有双重及以上的保护。在保证选择性方面，以保证主保护的选择性为主，并兼顾后备保护的选择性，特殊情况下，可放弃后备保护的选择性，保证其可靠性。在保证快速性方面，以保证主保护的快速性为主，并兼顾后备保护的快速性，即使后备保护的快速性尽量提高。在保证灵敏性方面，以保证主保护和近后备保护的灵敏性为主，并兼顾远后备保护的灵敏度，若远后备保护的灵敏度过低，也可放弃远后备保护。一路运行、一路备用的典型供电系统如图1.1所示： 35KV电源进线的整定原则及配合动作电流：I =k 式（1.1）式中，k可靠系数，取1.21.3，6KV母线短路时（最大运行方式），流经保护装置的最大三相短路电流。动作时限：灵敏度按35KV母线上的最小三相短路电流来校验，即k1.52 式（1.2）式中，限时速断的动作电流，35KV母线上的最小三相短路电流。若灵敏度校验不合格，则动作电流可按35KV母线上的最小二相短路电流除以1.5来整定，且无须作灵敏度校验。 1#进线 2进线 QF1 QF2 QF3 35KV母线 QF4 QF5 1主变 2主变 QF6 QF7 QF8 6KV母线 短 长 电 低 井 井 低 电 长 短 出 出 容 压 下 下 压 容 出 出 线 线 器 变 变 器 线 线图1.1 一路运行一路备用的典型供电系统图 进线的过流保护的整定原则及配合由于进线的过流保护要作为变压器保护的近后备保护，又要作6KV出线的远后备保护，所以其动作电流和动作时限按以下原则整定。动作电流： 式（1.3）式中，可靠系数，一般取1.151.25， 电机自起动系数，可取1.5，干线取小值，支线取大值， 继电器的返回系数，对电磁式继电器取0.85， 线路的最大长时负荷电流。动作时间：+0.5s 式（1.4）式中，变压器过流保护的动作时间灵敏度校验：近后备： 式（1.5）式中，35KV母线上的最小二相短路电流。远后备： 式（1.6）式中，6KV母线上短路流过保护装置的最小二相短路电流。 35KV母联开关QF3：无须设保护。因为任何情况下只有一台主变运行，一趟电源线路运行，不存在选择性配合问题。 主变压器的开关QF4或QF5的保护设置，整定原则及配置在主变压器的开关QF4或QF5上设置常规的瓦斯保护，差动保护，过流保护和过负荷保护。其中瓦斯保护作为变压器内部故障的主保护；差动保护作为变压器内外部故障的主保护，过流保护作为变压器的后备保护，和6KV母线的主保护，同时兼作6KV出线的远后备保护。当过流保护的灵敏度不够时，可采用低电压连锁的过流保护。整定原则及配合同常规的一样。 6KV进线开关QF6或QF7的保护装置，整定原则及配合在QF6或QF7上与QF4一起设置差动保护，不再设其它保护。差动保护的整定原则及配合同常规的一样。 6KV母联开关QF8的保护设置、整定原则及配合1） 保护设置设置限时速断保护。它可作远离变压器的一段6KV母线的保护，也可作该段6KV母线上的所有出线的后备保护。但更主要的是有了这限时速断保护，当远离主变压器的一段母线发生故障时，6KV母联开关QF8跳闸，切除该段母线，而不影响另一段母线进的继续供电，提高了供电的可靠性。2） 整定原则及配合QF8上的限时速断主要是保护远离主变压器的一段6KV母线，又由于6KV出线都要设置速断保护或无时限的过流保护，所以，其动作电流按下式整定：动作电流： 式（1.7）式中，6KV母线的最小二相短路电流，1.5为灵敏系数。动作时间：=0.5s该整定方法称为“逆向整定”法。这种方法能保证6KV母线短路时，6KV母联保护能可靠地动作，且无须作灵敏度的校验。 6KV出线保护的设置，整定原则及配合1） 对井下，出线较长的线路（大于500m）和变电站附近的动力变压器。a. 保护装置通常设置速断保护，过流保护。速断保护作为主保护，主变的过流保护作为后备保护。b. 整定原则及配合速断保护因为速断保护要作为主保护，即要能保护线路的全长，所以速断保护的动作电流不能再按常规的方法进行整定（保护范围太小，速断基本上不起作用，等于虚设），可按保护范围末端（线路的末端）的最小相短路电流除以1.5来整定，且不再作灵敏度校验，即动作电流：保护低压变压器因为速断保护要作变压器的主保护，所以动作电流按躲过低压变压器二次侧的最大三相短路电流来整定，灵敏系数按低压变压器一次侧的最小二相短路电流来检验，且要求灵敏系数大于2，即动作电流： 灵敏系数校验：c. 过流保护 保护线路动作电流： 灵敏度校验： 动作时间：0.51s保护低压变压器动作电流： 式（1.8）式中，变压器可能出线的最大工作电流， 可靠系数，一般取1.21.3， 返回系数，一般取0.85。动作时间：1s灵敏度校验：当保护到变压器低压侧母线时，要求 1.52，在远后备保护范围末端短路时，要求1.2。2） 较短出线（小于500m）的保护设置、整定及配合对于出线长度小于500m的短线路，若主变过流保护能保和到该出线的末端，即主变过流保护的远后备保护灵敏度能达到1.5，而不是1.2，则该出线保护可仅设无时限的过流保护（即按过流保护整定，动作时间为0），不另设常规的速断保护。若主变保护不能保护到该线路的末端，即主变过流保护作远后备保护的灵敏度达不到1.5，则该出线保护仍需设速断和过流保护，其整定方法同长出线的一样，故不多述。3） 电容器的保护方案设置，整定原则及配合a. 保护设置由于电容器就在变电所的内部安装，其出线较短，主变的过流保护肯定能保护到电容器，故电容器的开关只设无时限的过流保护。b. 整定原则动作电流： 式（1.9）式中，可靠系数，一般取22.5， 电容器组的额定电流。 动作时间：0 s 灵敏度校验: 式中，保护安装处的最小二相短路电流。1.3 煤矿变电站继电保护的设计1.3.1 变电站继电保护的基本情况 有二趟35KV电源进线。 有二趟等容量同型号的主变压器，型号为SFL-12500/35，额定容量为12500KVA，电压比为35/6.3KV，电流比为132/733A。 总负荷：约10529KVA 现采用的运行方式：一路运行一路备用 最优运行方式：一路运行一路备用1.3.2 变电站继电保护方案的主要技术分析 35KV进线设置速断保护和过流保护这种设置是比较合适的，它可提高高压侧继电保护的选择性，快速性，和可靠性，防止越级跳闸，但速断保护易改成限时速断保护，由限时速断保护作为主变的差动保护的后备保护，这样当主变差动保护拒动时，线路限时速断动作要比主变过流保护动作快0.5s，可提高后备保护的快速性，同时也可以防差动和进线保护同时动作而无选择性的跳闸。 35KV母联开关无保护35KV母联开关不设保护是对的，因为一路运行一路备用的运行方式无须在35KV母联开关上设保护。 主变压器保护主变压器设差动保护，低电压闭锁的过电流保护，过负荷保护，均属常规保护，其中过电流保护采用低电压闭锁和采用Y型接线方式是比较好的，它可以提高过流保护的灵敏度。 6KV母联开关无保护6KV母联开关不设保护是不合适的。 6KV出线保护各出线侧均设速断和过流保护是合理的。1.3.3 变电站继电保护设计 35KV进线保护35KV进线设置限时速断和过流保护。1） 限时速断保护的整定计算a. 动作电流由提供原始资料的短路电流可知，6KV母线上最大三相短路电流为5.50KA，则一次动作电流为：=1.25.506.3/37=1123.78A二次动作电流= = =9.36Ab. 灵敏度校验由前面短路电流计算可知，35KV母线上的最小二相短路电流为1.325KA，则：=1010/1123.78 =0.8991.5 不合格即进线的限时速断保护的灵敏度不够，此时，限时速断的动作电流再改作下式整定，以保证限时速断能可靠地动作。即 =1010/1.5 =673.3Ac. 动作时限：0.5 s2） 过流保护的整定计算a. 动作电流该站的总负荷约为5300KVA，则进线的最大长时负荷电流为：= =87.4A一次动作电流 =87.4 =185.1A二次动作电流过流保护的接线方式是选用二相三继电器接线以提高远后备的灵敏度，则接线系数=1，选用电磁型电流继电器，返回系数=0.85，CT变比为600/5，则：= = =1.54A选用DL-31型电流继电器，电流整定范围为1.56Ab. 灵敏度校验近后备 由前面的短路电流计算可知，35KV母线上的最小二相短路电流=1.01A，则： =1010/185.1 =5.461.5 合格远后备 由前面的短路电流计算可知，6KV母线上的最小二相短路电流=4.01KA，则 = =4.261.2 合格c. 动作时间：2 s 35KV母联开关35KV母联开关不设保护。 主变保护主变保护设置瓦斯保护、温度保护、差动保护、过流保护、过负荷保护等5种保护。a. 瓦斯保护瓦斯保护仍按常规保护，即重瓦斯：0.8m/s时动作于跳闸轻瓦斯：300cm时动作于信号b. 温度保护温度保护仍按常规保护，即55时启动风冷，85时作用于信号。c. 差动保护（见第二章第一节）d. 过流保护（见第二章第二节）e. 过负荷保护（见第二章第二节） 6KV母联保护6KV母联保护设置限时速断保护1） 动作电流的整定计算a. 一次动作电流由短路电流计算可知，6KV母线上的最小二相短路电流=4.01A =4010/1.5 =2673.3Ab. 二次动作电流变电站6KV母联开关的CT变比为600/5，采用V型接线，接系数k=1,则二次动作电流为 = = =6.68A选用电磁式电流继电器DL-31，电流调节范围为2.510A。 各6KV出线保护出线为井下，变电站附近的低压变压器以及较长的线路设置速断保护和过流保护，过流保护的动作时限为1s；对出线较短的线路和电容器一般只设无时限的过流保护，整定计算见附录A。2 煤矿35千伏变电站主变压器的保护设计该煤矿35KV变电站主变压器选用的是两台同型号，同容量的变压器，容量均为12500KVA，连接组为Y/-d11，采用BCH-2差动继电器保护。网络参数：35KV母线归算至平均电压为37KV的最大运行方式三相短路电流为1.523KA，最小运行方式两相短路电流为1.01KA，6KV母线归算至平均电压为6.3KV的最大运行方式三相短路电流为5.50KA，最小运行方式两相短路电流为4.01KA。把6KV侧短路参数归算到35KV侧后，最大运行方式三相短路电流为5.506.3/37=0.9365KA，最小运行方式两相短路电流为4.016.3/37=0.683KA。2.1 差动保护整定计算 计算变压器各侧一次额定电流，选出电流互感器变比，并计算出各侧电流互感器二次回路额定电流，计算结果见表2.1。表2.1 电流互感器变比及二次回路额定电流的计算名称各侧数值35KV侧6KV侧变压器各侧额定电流(A)I=1145.54电流互感器接线方式Y电流互感器计算变比选择电流互感器变比二次回路额定电流(A)Iw1Iw2首先确定基本侧，基本侧是指继电器中差动线圈的首端（正极性）。一般情况下，将变压器各侧电流互感器中二次电流最大的侧直接接入基本侧。对于单侧电源的双卷变压器，将非电源侧（负荷侧）接入基本侧，可提高保护灵敏度。因此，以6KV侧为基本侧。 计算保护装置6KV侧一次动作电流，按以下三个条件计算，取其最大者。1） 躲过穿越性故障时的最大不平衡电流=（I+u+f） 式（2.1）=1.3(=1430A 式中，可靠系数，取1.3电流互感器同型系数，型号相同时取0.5，不同时取1I电流互感器允许最大相对误差，取0.1u变压器调压侧由于调压引起的相对误差，取5%f由于继电器整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差，初算时可取中间值0.05最大穿越性三相短路电流段整定值。2） 躲过变压器空载投入或故障切除后电压恢复时的励磁涌流A3） 躲过二次回路断线 式（2.2）式中， 正常运行时变压器最大负荷电流，在不确定时，可=。=1.3=1.3=1642A因此，应躲过外部故障不平衡电流的条件，选用6KV侧一次动作电流，=1430A。 确定线圈接线与匝数平衡线圈、分别接于6KV侧及35KV侧计算基本侧继电器动作电流I=A 式（2.3）式中，接线系数，Y型接线法为1，接法为6KV侧电流互感器变比计算本侧工作匝数=匝，根据的原则取=8匝，其中差动绕组实用匝数7匝，平衡线圈实用匝数=1匝。在实用匝数下，6KV侧继电器动作电流为：A 初步确定短路线圈抽头选取“cc”抽头，在保护装置投入运行时，通过变压器空载投入实验确定。 校验最小灵敏度按最小运行方式下，6kV侧两相短路电流校验K=2.712 合格 式（2.4）式中，流入继电器的故障电流。 基本侧整定匝数的继电器动作电流。差动保护整定计算结果见表2.2。 表2.2 差动保护整定计算数据名称保护方式短路线圈差动线圈接线方式平衡线圈变化定值1主变压器差动cc7匝6kV侧Y形平衡I，1匝2000/57.5A35kV侧形平衡II，1匝600/57.5A2主变压器差动保护整定计算同1变压器2.2 过流保护及过负荷保护整定计算2.2.1 35KV变电站主变的过流保护为了防止外部短路引起变压器线圈的过电流，并作为差动和瓦斯保护的后备保护，变压器还必须装设过电流保护，对于单侧电源的变压器，过电流保护安装在电源侧，保护动作时切断变压器各侧开关。过电流保护的动作应按躲过变压器的最大工作电流整定。一次动作电流为： 式（2.5） = =378.4A式中，变压器可能出线的最大工作电流，按变压器额定电流乘以1.3代替。可靠系数，一般取1.2， 返回系数，取0.85。继电器动作电流为：A为电流互感器变比，选用继电器DL-31，2.5-10A。灵敏系数校验 符合要求。其中683A为变压器二次侧最小运行方式下的两相短路电流折算到变压器一次侧的电流值。动作时间整定为2s。 图2.1 变压器单相过电流保护原理图2.2.2 35KV变电站主变压器的过负荷保护变压器过负荷大都是三相对称的，所以过负荷保护可采用单电流继电器接线方式，经过一定延时作用于信号，保护装置的动作电流按躲过变压器额定电流整定。图2.2 变压器过负荷保护原理接线图一次动作电流为A式中 可靠系数，取1.05， 返回系数，取0.85， 变压器额定电流。继电器的动作电流为A为电流互感器变比，动作时限整定为1s，选用继电器DL-31，1.5-6A。3 断路器、隔离开关的控制及其操作回路的设计3.1 断路器及其控制开关3.1.1 断路器概述 断路器是电力系统中最重要的开关设备，在正常运行时断路器可以接通和切断电器设备的负荷电流，在系统发生故障时则能可靠地切断短路电流。断路器一般有动触头，静触头，灭弧装置，操动机构及绝缘支架等构成。为实现断路器的自动控制，在操动机构中还有与断路器的传动轴联动的辅助触头。目前在电力系统中有数种不同类型的断路器在运行，常见的有以下几种： 少油断路器 多油断路器 空气断路器 六氟化硫（SF6）断路器 真空断路器。3.1.2 断路器的控制方式断路器的控制方式有多种，分述如下： 按控制地点分：1） 集中控制。在主控制室的控制台上，用控制开关或按钮通过控制电缆去接通或断开断路器的的跳，合闸线圈，对断路器进行控制。一般对发电机，主变压器，母线，断路器，厂用变压器，35KV以上电压线路等主要设备都采用集中控制。2） 就地（分散）控制。在断路器安装地点（配电现场）就地对断路器进行跳，合闸操作（可电动或手动）。一般对10KV线路以及厂用电动机等采用就地控制，可大大减少主控制室的占地面积和控制电缆。 按控制电源电压分断路器的控制方式按控制电源分为强电控制和弱电控制两种。1) 强电控制 从断路器的控制开关到其操作机构的工作电压均为直流110V或220V。2) 弱电控制 控制开关的工作电压是弱电（直流48V），而断路器的操动机构的电压是220V。目前在500KV变电所二次设备分散布置时，在主控制室采用弱电一对一控制。 按控制电源的性质分断路器的控制方式按控制电源的性质分为直流操作和交流操作两种。直流操作一般采用蓄电池组供电；交流操作一般由电流互感器，电压互感器或所用变压器提供电源。3.1.3 断路器的操动机构断路器的操动机构是用来进行合闸，跳闸和维持其闭合状态的传动装置，设置于断路器近旁的操作箱内。 操动机构的组成断路器的操动机构由合闸机构，分闸机构和维持机构组成。1) 合闸机构，合闸机构由合闸电磁铁及传动机构组成，电磁铁使断路器操动机构储能，以完成合闸动作。2) 分闸机构，分闸机构有分闸电磁铁及脱扣机构组成，使断路器在跳闸弹簧作用下跳闸。3) 维持机构，维持机构使断路器保持在合闸状态。 操动机构的分类断路器操动机构按合闸的动力来源不同分为：1) 手动操动机构2) 电磁操动机构3) 弹簧储能操动机构4) 液压操动机构5) 气动操动机构。 控制开关控制开关又称万能转化开关，是由运行人员手动操作，发出控制命令，使断路器进行跳，合闸的装置。发电厂和变电所常用的控制开关为LW系列自动复位的控制开关，有三种类型。1) LW2系列控制开关：是跳，合闸操动机构都分两步进行，手柄和触点盒有两个固定位置和两个操作位置的封闭式控制开关。此种开关常用于火电厂和有人值班的变电所中。2) LW1系列控制开关：是跳，合闸开关只用一步，其手柄和触点只有一个固定位置和两个操作位置的控制开关。此开关常用于无人值班的变电所和水电站中。3) LWX系列强电小型控制开关：其跳，合闸为一步进行，近年来在各种集控台的控制和300MW以上机组的分控室中已被广泛应用。3.2 断路器的基本控制回路3.2.1 断路器的基本跳，合闸控制回路断路器基本跳，合闸回路见图3.1所示，其工作原理简述如下：图3.1 断路器基本跳、合闸回路 合闸操作。手动合闸是将控制开关SA打至“合闸”位置，此时其58触点瞬时接通；而断路器在跳闸位置时，其动断触点QF2是接通的，所以合闸接触器KM线圈通电起动，其动合触点接通，断路器合闸线圈YC启动，断路器合闸，当合闸操作完成后，断路器之动断辅助触点QF2断开，合闸接触器KM线圈断电，在合闸回路中的两个动合触点断开，切断断路器合闸线圈YC的电路；同时断路器动合触点QF1接通，准备好跳闸回路。断路器的自动合闸是由其自动重合闸装置的出口触点K1闭合实现的。 跳闸操作。手动跳闸是将控制开关SA打至“跳闸”位置，此时其67触点接通，而断路器在合闸位置时其动合触点QF1是接通的，所以跳闸线圈YT通电，断路器进行跳闸。当跳闸操作完成后，断路器之动合触点QF1断开，而动断触点QF2接通，准备好合闸回路。断路器的自动跳闸是由保护装置出口继电器K2触点闭合来实现的。3.2.2 断路器的防跳（跳跃闭锁）控制回路 图3.2 断路器的防跳（跳跃闭锁）控制回路 断路器的跳跃现象及其危害：如果手动合闸后控制开关SA的手柄尚未松开（58触点仍在接通状态）或自动重合闸装置的出口触点K1烧结，若此时发生故障，则保护装置的其出口K2触点闭合，跳闸线圈YT通电启动，使断路器跳闸，则QF2接通，使接触器KM又带电，使断路器再次合闸，保护装置又动作，使断路器又跳闸断路器的这种多次跳，合现象称为跳跃。如果断路器发生跳跃，势必造成绝缘下降，油温上升，严重时会引起断路器发生爆炸事故，危及设备和人身的安全。 断路器的防跳控制回路在35KV及以上电压的断路器控制回路中，通常加装防跳中间继电器KCF，如图3.2所示。KCF常采用DZB型中间继电器，它有两个线圈：电流启动线圈KCF1，串接于跳闸回路中；电压（自保持）线圈KCF2，与自身的动合触点串联；再并接于合闸接触器KM的回路中。当手动合闸时SA的58触点尚未断开或自动装置K1触点烧结，此时发生故障，则继电保护装置发生动作，K2触点闭合，经KCF1的电流线圈，断路器动合触点QF1，跳闸线圈 启动，使断路器跳闸启动。同时，KCF1电流线圈启动，其动合触点闭合，使其经电压线圈KCF2自保持，而KCF的动断触点断开，可靠的切开KM线圈回路，即使SA的58触点接通，KM也不会通电，防止了断路器跳跃现象的发生。只有合闸命令解除（SA的58触点断开或K1断开），KCF2电压线圈断电才能恢复至正常状态。3.2.3 断路器的位置指示 双灯制接线。断路器的双灯制位置指示接线如图3.3所示，当断路器在跳闸位置时，其动断触点QF2接通，绿灯亮（HG）；当断路器在合闸位置时，其动断触点QF1接通，红灯（HR）亮。即红灯（HR）亮表示断路器在合闸状态，绿灯（HG）亮，表示断路器在跳闸状态。 单灯制控制接线。单灯制用于灯光和控制开关手柄位置来表示断路器手动跳，合闸位置。3.2.4 断路器自动跳，合闸的信号回路断路器是由自动装置驱动进行跳，合闸时，信号灯是闪光的，与手动跳，合闸时信号灯是平光的有所区别，具体分析如下：图3.3 断路器跳、合闸双灯制信号回路接线断路器跳，合闸双灯制信号回路（见图3.3所示） 断路器跳闸信号1） 手动跳闸 SA置“跳闸后”位置时，其触点1011通，绿灯HG经QF动断触点发平光，表示断路器手动跳闸。2） 自动跳闸 SA置跳闸后位置时，其触点910通，此时若发生故障，自动装置动作使断路器自动跳闸，QF2动断触点自动接通，绿灯HG经SA的910触点接至闪关小母线M100（+），则绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。3）绿光闪光解除 值班人员将SA打至“跳闸后”位置，其触点1011接通，910断开，绿灯接至“+”电源小母线，所以绿灯又发平光，闪光解除。 断路器合闸信号1) 手动合闸。SA置“合闸后”位置时，其触点1316接通，红灯HR经动合触点QF1发平光，表示断路器手动合闸。2) 自动合闸。断路器在“跳闸后“位置时，SA的1415触点通，此时若自动装置动作使断路器自动合闸，则QF的动合触点QF1自动接通，红灯HR经SA的1415触点接至闪光小母线M100（+），则红灯HR闪光，表示断路器自动合闸。3) 红灯闪光解除。值班人员将SA打至“合闸后“位置时，其触点1613接通，14-15断开，红灯接至“+”电源小母线，所以红灯又发平光，闪光解除。3.2.5 事故音响信号启动回路断路、器自动跳，合闸后，不仅指示灯要发出闪光，而且还要求发出事故音响信号（蜂鸣器HA）。事故音响信号是利用不对应原则实现的。全厂共用一套装置。图3.4 事故音响信号启动回路 事故音响信号何时发出？在电力系统发生的故障中，暂时性故障占70%以上，所以规定断路器因系统系统故障而自动跳闸后，应自动（或手动）重合闸一次，以判断故障的性质，如为暂时性故障，故障很快消除，则重合闸会成功；如为永久性故障，故障不会自动消除，当重合于故障线路上时，则断路器在保护装置的作用下即刻跳开，应发出音响。 手动重合闸的要求。在事故发生后，若需手动重合闸，则控制开关由原“合闸后”先打至水平位，然后打至“预备合闸”，“合闸”，“合闸后”，由于断路器已跳闸，为使控制开关转至“预备合闸”和“合闸”位置瞬间，不会因断路器触点与控制开关触点接通误发生事故音响信号，使值班人员难辨真假，故在接线中应采用只有在“合闸后”位置才接通的触点，所以采用13与1917两对触点串接的方法来实现只在“合闸后”才接通的要求。 用“不对应原则”启动事故音响回路。图3.4为事故音响信号启动回路。由图可见，要接通M708700回路，即SA的13与1917触点需与QF动断触点同时接通。SA的13与1917触点在“合闸后”通，而QF动断触点在跳闸后才闭合，这样利用控制开关SA的位置与断路器（辅助触点）位置不对应接通事故音响信号的原则，就叫做不对应原则。灯光信号也存在这种问题：在合闸操作过程中，由于不对应原则使信号灯闪光。因为，在图35中，原SA在“合闸后”位置，910触点接通；当断路器自动跳闸后，其动断触点闭合，绿灯HG经SA 的910接至M100（+），所以闪绿灯。此时手动SA，置“预备跳闸”绿灯平光，“预备合闸”绿灯闪光，“合闸”绿灯仍闪光，“合闸后”瞬间绿灯仍闪光，直至断路器合闸完成，其辅助触点同时切换完毕，绿灯灭，红灯经QF动合触点，SA的1316触点发平光，表明合闸操作过程的完成。3.3 断路器的控制回路与信号回路在发电厂和变电所中，常见的断路器控制可分为两种，即灯光监视的控制回路和音响监视的控制回路，本次设计采用音响监视断路器控制回路（见图3.5）。音响监视的断路器控制、信号电路如图3.5所示。操作机构为电磁操作。图中M709、M710为预告信号小母线；M7131为控制回路断线预告小母线；SA为LW2YZ1a、4、6a、40、20、20F1 型控制开关；KCC、KCT为合闸、跳闸位置继电器；KS为信号继电器；H为光字牌。电路的动作过程如下： 断路器的手动控制断路器手动合闸前，跳闸位置继电器KCT线圈带电，其常开触点 KCT闭合，由十700经 SA1415触点KCT常开触点SA13触点R1至一700形成通路。信号灯发平光。1） 手动合闸操作时，将控制开关SA置于“预备合闸”位置，此时，M100（十）经SA13一14KCTSA13R1至一700形成通路，信号灯闪光。接着将SA置于“合闸”位置，SA912触点接通，接触器KM带电，其常开触点闭合，合闸线圈YC带电，使断路器合闸。断路器合闸后，SA自动复归至“合闸后”位置。此时由于断路器合闸，合闸位置继电器KCC线圈带电，其常开触点闭合后，700经 SA1720触点KCCSA24R1至700形成通路，信号灯发平光。2） 手动跳闸操作时，先将SA置于“预备跳闸”位置，此时，M100（十）经SA1718KCCSA13R1至700形成通路，信号灯闪光。再将SA置于“跳闸”图3.5音响监视的断路器控制信号电路位置，SA1011触点接通，跳闸线圈YT带电，使断路器跳闸。断路器跳闸后，SA自动复归至“跳闸后”位置，KCT带电，常开触点闭合，此时SA1415触点通，信号灯发平光。 断路器的自动控制当自动装置动作后，K1触点闭合，短接SA912触点，合闸回路接通，断路器合闸。此时，SA位于“跳闸后”位置，M100（十）经SA1819KCC触点SA13R1至700形成通路，信号灯闪光。操作SA至“合闸后”位置使信号灯发平光。当继电保护动作、保护出口继电器KCO触点闭合接通跳闸回路，使跳闸线圈YT带电，断路器跳闸。此时，M100（十）经SA1314KCTSA24R1至700形成通路。信号灯闪光。同时SA57触点闭合接通光字牌H显示“电源消失”同时发出音响信号。 当断路器、SA均在合闸（或跳闸）位置，跳闸（或合闸）回路断线时，都会出现信号灯熄灭，光字牌点亮并延时发音响信号。如果控制电源正常，信号电源消失，则不发音响信号，只是信号灯熄灭。 音响监视的优点1） 由于跳闸和合闸位置继电器的存在，使控制回路和信号回路分开，这样可以防止当回路或熔断器断开时，由于寄生回路而使保护装置误动作。2） 利用音响监视回路的完好性，便于及时发现断线故障。3） 信号灯减半，对大型发电厂和变电所不但可以避免控制屏太拥挤，而且可以防止误操作。4） 减少了电缆芯数。（由四芯减少到三芯）但是，音响监视采用单灯制，增加了两个继电器（KCT和KCC），位置指示灯采用单灯不如双灯直观。目前只有大型发电厂、变电所宜采用音响监视方式。3.4 隔离开关及其控制3.4.1 隔离开关功能在10（或6）500KV高压电网中装设有大量的隔离开关，其主要作用如下： 隔离电源。 接通或断开小电流回路。 倒闸操作。 与接地刀闸互锁实现接地操作。3.4.2 隔离开关操作方式隔离开关的操作分就地操作和远方操作两做方式，就地操作又分手动操作和电动操作。通常，110KV及以下电压等级的隔离开关，一般采用就地操作；220KV的隔离开关一般采用就地操作，也有采用远方操作的；500KV的隔离开关为剪刀（旋转）式开，断操作的，都是远方电动操作。3.4.3 隔离开关的控制回路隔离开关的控制方式有就地控制和远方控制两种，隔离开关的操动机构有电动式，电动液压式和气动式等，本次设计选用气动操作的隔离开关控制回路。图3.7是气动操作的隔离开关控制回路。图中，SB1、SB2为合、跳闸按钮；YC、YT为合、跳闸线圈，QF为相应断路器辅助常闭触点，QSE为接地刀闸的辅助常闭触点；QS为隔离开关的辅助触点；S1、S2为隔离开关合、跳闸终端开关；P为隔离开关QS的位置指示器。图3.7 气动操作的隔离开关控制回路隔离开关合闸操作时，在具备合闸条件下，即相应的断路器QF在跳闸位置（其辅助常闭触点闭合）；接地刀闸QSE在断开位置（其辅助常闭触点闭合）；隔离开关QS在跳闸终端位置（其辅助常闭触点QS和跳闸终端开关S2闭合）时，按下合闸按钮SB1，合闸线圈YC带电，隔离开关进行合闸，并通过YC的常开触点自保持，使隔离开关合闸到位。隔离开关合闸后，跳闸终端开关S2断开（同时S1合上为跳闸作好准备），合闸线圈失电返回，自动解除合闸脉冲；隔离开关辅助常开触点闭合，使位置指示器P处于垂直的合闸位置。隔离开关跳闸操作与合闸操作过程类似，不再赘述。3.4.4 隔离开关操作闭锁回路为了避免带负载拉、合隔离开关，除了在隔离开关控制电路中串入相应断路器的辅助常闭触点外，还需要装设专门的闭锁装置。本设计采用单母线隔离开关闭锁回路（如图3.8）。图3.8 单母线隔离开关闭锁回路图中，1YEL、2YEL分别为隔离开关1QS、2QS电磁锁开关（钥匙操作）。闭锁电路由相应断路器QF合闸电源供电。断开线路时，首先应断开断路器QF，使其辅助常闭触点闭合，则负电源接至电磁锁开关1YEL和2YEL的下端。用电钥匙使电磁锁开关2YEL闭合，即打开了隔离开关2QS的电磁锁，拉断隔开开关2QS后取下电钥匙，使2QS锁在断开位置；再用电钥匙打开隔离开关1QS的电磁锁开关1YEL，拉断1QS后取下电钥匙，使1QS锁在断开位置。对于单母线馈线隔离开关，若采用气动、电动、电动液压操作的隔离开关，也可不必装设电磁锁，因为在图3.7的控制电路中，已经考虑了相应的闭锁回路。河南城建学院（） 信号系统4 信号系统在发电厂和变电所中，值班人员需利用测量表计对系统（设备）的运行状态进行监视和测量，但首先应借助灯光和音响装置来监视设备的运行状态道和非正常运行状态，以便更加及时地发现和处理。4.1 概述4.1.1 信号概述按照用途不同可分为事故信号，预告（故障）信号，位置信号，指挥与联络等。由于事故信号，预告（故障）信号全厂（所）共用一套，并设于中央控制室内，因此又称为中央信号系统。分述如下： 事故信号 电气设备发生事故，造成线路跳闸，设备停机或严重不正常状态时，信号装置发出较强的音响和灯光信号，指明事故设备及事故性质，以便值班人员及时进行处理。 预告（故障）信号 电气设备的原形出现不正常状态时，如过负荷，变压器轻瓦斯动作，绝缘降低等，虽然不会立即造成设备毁坏或危及人身安全，但若不及时处理，可能扩大为事故，则信号装置发出较弱的音响（警铃）和灯光（光字牌）信号。 位置信号。表明断路器，隔离开关，接触器等的跳，合闸位置的信号 ，通常用灯光或专用指示器表示。 指挥和联络信号。由主控制室向 各控制室（车间）发出操作命令或各控制室之间进行联络等的信号。4.1.2 对信号系统的基本要求信号系统的作用极为重要，必须满足以下基本要求： 断路器事故跳闸时，能及时发出音响信号，同时位置指示灯闪亮，并点亮相应的光字牌信号。 设备发生事故或故障时，能瞬时或延时发出相应的音响，灯光和光字牌信号。 音响信号应能重复动作，并能手动和自动复归，而表明故障地点和性质的光字牌能暂时保留，以便帮助查找和分析事故。 在信号继电器动作发出信号后，能及时将信号继电器手动复归，并设“掉牌未复归”光字牌信号。4.2 中央事故信号系统事故信号是指发电厂和变电所发生事故时断路器跳闸所发出的最紧急性信号。本次设计采用ZC-23型冲击继电器构成的中央事故信号系统。（见图4.1）：表4.1 K C图4.1 ZC-23型冲击继电器构成的中央事故信号电路图4.1中，SB1为试验按钮，SB3为音响解除按钮，K为冲击继电器，KC1、KC2为中间继电器，KT1为时间继电器，KVS1为熔断器监视继电电器。其动作过程如下： 事故信号的启动。当断路器发生事故跳闸时，对应事故单元的控制开关与断路器的位置不对应，信号电源-700接至事故音响信号小母线M708上，给出脉冲电流信号，经变流器U微分后，送入干簧继电器KRD的线圈中，器常开触点闭合，启动出口中间继电器KC，使冲击继电器K的端子6和端子14接通，启动蜂鸣器HAU，发出音响信号。当变流器二次侧感应电动势消失后，干簧继电器KRD线圈中的尖峰脉冲电流消失，KRD触点返回，而中间继电器KC经其常开触点自保持。 事故信号的复归。由出口中间继电器KC启动时间继电器KT1，其触点经延时后闭合，启动中间继电器KC1，KC1的常闭触点断开，使中间继电器KC线圈失电，其三对常开触点全部返回，音响信号停止，实现了音响信号的延时自动复归。此时，启动回路的电流虽没消失，但已到稳态，干簧继电器KRD不会再启动中间继电器KC，这样冲击继电器所以元件都复归，准备第二次动作。此外，按下音响解除按钮SB3，可实现音响信号的手动复归。当启动回路的脉冲电流信号中途突然消失时，由于变流器U的作用，在干簧继电器KRD的线圈上产生的反向脉冲被二极管V1旁路掉，则KRD及KC都不会动作。 事故信号的重复动作。事故信号的重复动作是必要的，因为在大型发电厂和变电站中断路器的数量较多，出现连续事故跳闸时可能的。当第二个事故信号来时，则在第一个稳定电流信号的基础上再叠加一个矩形的脉冲电流。在变流器一次侧电流突变的瞬间，其二次侧又感应出电动势，产生尖峰电流，使干簧继电器KRD启动。动作过程与第一次动作的相同，即实现了音响信号的重复动作。 音响信号的试验。为了确保中央事故信号经常处于完好的状态，在电路中装设了音响试验按钮SB