发电厂电气二次回路.ppt

第1章绪论 教学目的 掌握二次接线图中的原理接线图 展开接线图 安装接线图的原理 特点及作用 复习旧课 一次设备 主接线 二次设备 二次回路 重点 二次接线图中的原理接线图 展开接线图 安装接线图的原理 特点及作用 难点 二次接线图中的原理接线图 展开接线图 安装接线图的原理 特点及作用 引入新课 发电厂及变电站的电气设备 按其作用的不同一般分为一次设备和二次设备 一次设备是直接生产 输送和分配电能的设备 如发电机 变压器 断路器 隔离开关 电力电缆 母线 输电线 电抗器 避雷器 高压熔断器 电流互感器 电压互感器等 一次设备及其相互间的连接电路称为一次接线或主接线 是构成电力系统的主体 对一次设备起控制 保护 调节 测量等作用的设备称为二次设备 如控制与信号器具 继电保护及安全自动装置 电气测量仪表 操作电源等 二次设备及其相互间的连接电路称为二次接线或二次回路 二次接线是电力系统安全 经济 稳定运行的重要保障 是发电厂及变电站电气系统的重要组成部分 发电厂及变电站的二次接线图数量很多 常见的二次接线图有三种形式 即为原理接线图 展开接线图 安装接线图 1 1原理接线图原理接线图是用来表示二次接线各元件 仪表 继电器 信号装置 自动装置及控制开关等设备 的电气联系及工作原理的电气回路图 原理接线图在表示二次回路的工作原理时 主要有以下特点 1 二次接线和一次接线的相关部分画在一起 且电气元件以整体的形式表示 线圈与触点画在一起 能表明各二次设备的构成 数量及电气连接情况 图形直观形象 便于设计构思和记忆 2 接线图中的全部仪表 继电器等设备以整体的形式来表示 3 接线图将交流电压 电流回路和直流电源之间的联系综合的表达在一起 其缺点是不能表明元件的内部接线 端子标号及导线连接方法等 因此不能作为施工图纸 图1 110kV线路过电流保护原理接线图 图1 110kV线路过电流保护原理接线图下面以图1 l所示的6 10kV线路的过电流保护原理接线图为例 说明这种接线图的特点 由图1 l可见 电流继电器KA经电流互感器TA的二次统组接入系统的A C相线路 当A相或C相发生短路时 电流互感器一次绕组流过短路电流I1 其二次绕组感应出I2流经电流继电器KA线圈 KA起动 其动合触点闭合 将直流操作电源正母线经时间继电器KT线圈接至负母线 KT起动 经一定时限后其延时动合触点闭合 正电源经KT触点 信号继电器KS的线圈 断路器的动合辅助触点QF以及断路器的跳闸线圈YT接至负电源 信号继电器KS和断路器QF同时起动 使断路器跳闸 并经信号继电器KS的动合触点发出信号 1 2展开接线图展开接线图是根据原理接线图绘制的 展开接线图是将二次设备按其线圈和触点的接线回路展开分别画出 组成多个独立回路 是安装 调试和检修的重要技术图纸 也是绘制安装接线图的主要依据 展开接线图的特点如下 1 按不同电源回路划分成多个独立回路 例如 交流回路 又分电流回路和电压回路 都是按A B C N相序分行排列的 直流回路 又分控制回路 合闸回路 测量回路 保护回路和信号回路等 在这些回路中 各继电器 装置 的动作顺序是自上而下 自左至右排列的 2 在图形的上方有对应的文字说明 回路名称 用途等 便于读图和分析 3 各导线 端子都有统一规定的回路编号和标号 便于分类查线 施工和维修 下面以6 10kV线路过电流保护为例说明展开接线图的特点 图l 2是根据图1 1所示的原理接线图绘制的相应展开接线图 由图1 2分析如下 1 图中右侧为与二次接线有关的一次接线图 左边为保护回路展开图 其上为交流回路 下为直流操作回路和信号回路 2 在交流回路中 电流互感器TA1的二次统组为该回路的电源 在A C相各接入一只电流继电器线圈KA1 KA2 由公共线N411连成交流回路 构成不完全星形接线 3 在直流回路中 正电源在上 负电源在下 其回路分别用101和102标出 左列上端为电流继电器的动合触点KA1 KA2 两者并接起动下端的时间继电器KT的线圈 第二列为断路器跳闸回路 第三列是信号回路 M703 M716为 掉牌未复归 光字牌小母线 4 整套保护装置动作分析如下 当线路发生短路时 电流互感器TA1的一次侧有短路电流流过 其二次侧绕组流过相应电流入 电流继电器KA1或KA2动作 在直流回路中 短路相电流继电器KA1或KA2的动合触点闭合 接通时间继电器KT的线圈回路 KT延时闭合的动合触点经一定时限后闭合 接通断路器跳闸回路 断路器动合辅助触点在断路器QF合闸时是闭合的 断路器跳闸线圈YT和信号继电器KS线圈中有电流流过 使断路器跳闸 切断故障线路 同时信号继电器KS动作发出信号并掉牌 在信号回路中的带自保持的动合触点闭合 光字牌点亮 显示 掉牌未复归 灯光信号 1 2展开接线图3 安装接线图安装接线图是控制 保护等屏 台 制造厂生产加工和现场安装施工用的图纸 也是运行试验 检修等的主要参考图纸 是根据展开接线图绘制的 安装接线图包括屏面布置图 屏背面接线图和端子排图几个组成部分 简单介绍如下 1 屏面布置图屏面布置图是指从屏的正面看将各安装设备和仪表的实际安装位置按比例画出的正视图 它是屏背面接线图的依据 2 屏背面接线图屏背面接线图是指从屏的背面看的 表明屏内设备在屏背面的引出端子之间的连接情况以及端子与端子排之间连接关系的图 屏背面接线图是以屏面布置图为基础 以展开接线图为依据绘制的接线图 3 端子排图端子排图是指从屏背后看 表明屏内设备连接和屏内设备与屏外设备连接关系的图 端子排图需表明端子类型 数量以及排列顺序 安装接线图中各种设备 仪表 继电器 开关 指示灯等元器件以及连接导线 都是按照它们的实际位置和连接关系绘制的 为了施工和运行检修的方便 所有设备的端子和连线都按 相对编号法 的原则标注编号 安装接线图是最具体 最详细的施工图 是照图施工 接线 的工程图 小结新课 二次接线图中的原理接线图 展开接线图 安装接线图的原理 特点及作用 布置作业 第3章测量回路 教学目的 掌握测量回路的仪表配置原则 工作原理 复习旧课 电流互感器 电压互感器的结构原理 特点 接线方式及准确级 重点 掌握测量回路的仪表配置原则 工作原理 难点 测量回路的仪表配置原则 引入新课 电测量仪表是测量电力系统中主要电气设备运行参数的二次设备 发电厂及变电站的运行人员要通过测量仪表和监察装置掌握主系统和主设备的运行情况 分析电能质量和计算经济指标 所以测量仪表和监察装置又称为电力 值班人员的眼睛 发电厂及变电站电测量仪表的配置 要充分考虑运行监视的需要 做到技术先进 经济合理 使用方便 电测量回路的种类很多 按被测电气参数性质的不同分为交流测量回路和直流测量回路 按测量方式的不同分为连续测量和选线测量 按测量参数的不同分为电流测量 电压测量 功率测量等 3 1测量回路仪表的配置原则 在发电厂及变电所中 仪表的配置种类与数量要符合 电气仪表设计技术规程 的规定 该规程明确规定了对常用仪表和电能计量仪表的技术要求和配置方式 一 测量仪表的配置原则发电厂及变电站电测量仪表的配置要符合SDJg 87 电测量仪表装置设计技术规程 的要求 该规程明确规定了对常测仪表和电能计量仪表等的技术要求和配置方式 例如规定了在下列回路应装设交流电流表 l 发电机和同步调相机的定子回路 2 双绕组主变压器的一侧 三绕组主变压器的各侧 有可能过负荷运行的自耦变压器的公共绕组回路 3 厂 所 用变压器的一侧 厂 所 用电源线路 4 电压为1200V及以上的送配电线路和用户线路 5 母线联络断路器 分段断路器 旁路断路器和桥断路器回路 6 消弧线圈和中性点采用配电变压器 二次侧带电阻 接地的发电机 装设电流记录表 7 容量为40kW及以上的厂 所 用电动机 8 容量为50kVA及以上的照明变压器 9 电压为1200V以下供电 配电 用电网络的总干线回路 10 根据生产工艺的要求 需要监视交流电流的其它回路 按GBJ71 84 小型水力发电站设计规范 要求 水电站常备电气测量仪表配置如表3 1所示 二 仪表准确度等级和量限的选择 安装在控制屏上的电气测量仪表之准确度和量限应满足下列要求 1 发电机 发电机变压器组 主变压器 输配电线路等重要电力设备和电路的交流仪表 其综合准确度不应低于1 5级 2 直流回路的仪表综合准确度不应低于1 5级 3 记录仪表的准确度应符合测量对象和仪表类型所要求的准确度 4 一般频率测量 宜采用测量范围为45 55HZ的指针式频率表 其测量基本误差的绝对值不应大于0 25Hz 监视电力系统频率变化的频率表 应采用测量范围为45 55Hz的数字频率表 其测量基本误差的绝对值不应大于0 02Hz 表3 2仪表附件和配件的准确度等级 5 与仪表连接的分流器 互感器 中间互感器的准确度等级 不应低于表3 2的要求 6 仪表的量限一般按一次设备以额定值运行时仪表指示在最大标度的2 3以上选择 对于有可能过负荷运行的回路 测量仪表宜留有适当的余度 7 对于重载起动的电动机以及有可能出现短时冲击电流的电力设备和回路 宜采用具有过负荷标度尺的电流表 8 对于双向电流的直流回路和双向功率的交流回路 应采用具有双向标度的电流表和功率表 对电度表准确度等级的要求有 1 以下回路应采用0 5级有功电度表和2 0级无功电度表 1 100MW及以上的同步发电机 2 扩大单元接线的发电机变压器组和容量为50MW及以上的水轮发电机 3 电力系统间的联络线路和月平均负荷2000kVA及以上的用户线路 2 下列回路应采用1 0级有功电度表和2 0级无功电度表 1 100MW以下的同步发电机 2 12 5MW及以上的主变压器 3 电力系统内的联络线路和输配电线路 4 根据供电部门对电能管理和合理计费有具体要求的用户线路 3 同步调相机和无功补偿装置应采用2 0级无功电度表 4 厂用高压电源回路应采用1 0级有功电度表 5 仅作为企业内部技术分析 考核而非记费回路 可采用2 0级有功电度表和3 0级无功电度表 6 最大需电度表和多费率电度表的准确度等级 可按所接入回路的一般电度表准确度等级确定 3 2测量回路实例 电测量回路与其他二次回路一样是以主设备为安装单位绘制的 并应满足以下要求 1 当测量仪表与继电保护装置共用一组电流互感器时 仪表与保护应分别接于互感器不同的二次绕组 若受条件限制只能接在同一个二次绕组时 应来取措施防止校验仪表时影响保护装置的正常工作 2 直接接于电流互感器二次绕组的仪表 不宜采用切换方式检测三相电流 3 常测仪表 电能计量仪表和应与故障录波装置共用电流互感器的同一个二次绕组 4 当电力设备在额定值运行时 互感器二次绕组所接入的阻抗不应超过互感器准确度等级允许范围所规定的值 5 当几种仪表接在互感器的同一个二次绕组时 宜先接指示和积算式仪表再接记录仪表 例3 1 水轮发电机定子测量仪表电路实例对于小型水轮发电机 其定子测量仪表可按表3 1要求配置 在中控室装设电流表PA 有功功率表PPA1 无功功率表PRR 有功电能表PJ 无功电能表PRJ各一只 在机旁装设电压表PV 频率表PF 有功功率表PPA2各一只 1 电流表是用来监视发电机负荷的 对于小型发电机可只装一只电流表 但对所连接的线路有可能非全相运行或长期三相不平衡时 则应装三只电流表 图3 1 2 电压表 频率表装在机旁 当机组手动准同期时用来监视发电机的电压和频率 以便机旁手动调节 图3 1 3 有功功率表和无功功率表是用来监视发电机并网运行后 某一瞬间发出的有功和无功功率 并根据读数进行功率因素计算 有调相运行方式时应有双刻度有功功率表 4 有功电能表和无功电能表是用来计量发电机在某一时段内发出的有功和无功电能的 对于调相发电机还应装设双刻度的有功电能表 图3 2水轮发电机定子测量仪表电路如图3 1所示 从图中可知 所有表计的电流线圈都装在发电机出口电流互感器TA2的二次侧 电压线圈都装在出口电压互感器TV1的二次侧 功率表和电能表均有两个电流线圈 两个电压线圈 例3 2 变电所变压器测量仪表电路实例 图3 2 图3 2为变电所35kV双绕组变压器测量仪表电路 变电所的变压器测量仪表装在低压侧 仪表电流线圈全部装在低压侧电流互感器TA5上 电压线圈全部装在6 10kV母线电压互感器的回路中 1 电流表是用来监视负荷的 对35kV变电所的变压器一般只装一只电流表 2 有功功率表和无功功率表是用来监视变压器运行时 某一瞬间送出的有功和无功功率 并根据读数进行功率因数计算 3 有功电能表和无功电能表是用来计量变压器某一时段内送出的有功和无功电能 此外 在进行二次接线设计和施工时 一定要根据表计的内部接线图进行核实 例如有功和无功表计接线在本图上看上去好像都是90 接线 其实只有无功表计是按90 跨接的 有功表计不是90 接线 又如PPA第一元件电流线圈接U相电流 即电压线圈跨接在U V相间 而PRJ第一元件电流线圈接U相电流 而电压线圈跨接在V W相间 形成90 接线 小结新课 测量回路仪表的配置原则 测量回路实例 布置作业 第4章操作电源 教学目的 掌握操作电源概述 蓄电池组直流操作直流 硅整流电容储能装置直流系统 复式整流装置直流系统 直流系统的绝缘监察与电压监察装置复习旧课 电流互感器 电压互感器的结构原理 特点 接线方式及准确级 重点 掌握操作电源概述 蓄电池组直流操作直流 硅整流电容储能装置直流系统 复式整流装置直流系统 直流系统的绝缘监察与电压监察装置 难点 掌握操作电源概述 蓄电池组直流操作直流 硅整流电容储能装置直流系统 复式整流装置直流系统 直流系统的绝缘监察与电压监察装置 引入新课 第一节概述 发电厂及变电所中各种电气设备的操作 控制 保护 信号及自动装置 都需要有可靠的供电电源 由于这种电源特别重要 所以一般都专门设置 通常又称其为操作电源 大中型发电厂及变电所主要采用直流操作电源 一 对操作电源的基本要求对操作电源的基本要求是 1 应保证供电的可靠性 最好装设独立的直流操作电源 以免交流系统故障而影响操作电源的正常供电 2 具备足够的容量 满足全厂 所 事故停电时 直流电源负荷 最大冲击负荷及1h事故照明等用电需要 且能保证直流母线电压在规定的额定值 正常运行时 操作电源母线电压波动范围小于5 额定值 事故时操作电源母线电压不低于90 额定值 失去浮充电源后 在最大负载下的直流电压不低于80 额定值 波纹系数小于5 3 满足经济和实用的要求 要求其使用寿命长 维护工作量小 投资省 占地面积小 噪声干扰小等 二 操作电源的种类直流操作电源 以下简称直流电源 又分为独立电源和非独立电源两种 所谓独立电源是指不受外界影响的固定电源 如蓄电池组直流电源 非独立电源有复式整流和硅整流电容储能直流操作电源等 其电压等级分为220V 110V 48V 24V等 1 蓄电池直流电源系统蓄电池是一种可多次充电使用的化学电源 由多节蓄电池组成一定电压的蓄电池组 作为与电力系统运行状态无关的独立可靠的直流操作电源 即使发电厂或变电所交流系统全部停电 仍能在一段时间内可靠地给部分重要设备供电 是最稳定 最可靠的直流电源 2 电源变换式直流电源系统电源变换式直流电源系统 是由220V交流电源经可控整流变为48V直流电源 供全厂48V操作用电并对蓄电池进行浮充电 同时可经逆变装置将直流电源变为交流电源 再整流为220V直流电源的多功能新型独立电源 在中 小型变电所中得到广泛应用 3 复式整流直流电源系统在正常运行状态下 由厂用变压器经整流取得直流220V电源 在事故状态下 由电流互感器的二次短路电流 通过铁磁谐振稳压器变为交流电压 经整流作为事故电源 供保护装置 断路器跳闸等重要负荷在紧急状况下使用 复式整流直流电源依靠系统的交流电源 属非独立的直流电源 4 硅整流电容储能直流电源系统硅整流电容储能直流电源由硅整流设备和电容器组组成 在正常运行时 厂用交流电源经硅整流设备变为直流电源 作为全厂的操作电源并向电容器充电 在事故情况下 将电容器储存的电能向重要负荷 继电保护 自动装置和断路器跳闸回路 放 供 电 以确保继电保护及断路器可靠动作 三 直流负载的分类发电厂及变电站的直流负载 按其用电特性的不同分为经常负载 事故负载和冲击负载三类 1 经常负载经常负载指在所有运行状态下由直流电源不间断供电的负载 它包括 1 经常带电的直流继电器 信号灯 位置指示器 2 经常点亮的直流照明灯 3 经常投入运行的逆变电源等 一般来说 经常负载在总的直流负载中所占的比重是比较小的 2 事故负载事故负载指正常运行由交流电源供电 当厂 站 自用交流电源消失后由直流电源供电的负载 它一般包括有 事故照明 汽机润滑油泵 发电机氢冷密封油泵及载波通讯备用电源等 3 冲击负载冲击负载是指直流电源承受的短时最大电流 它包括断路器合闸时的冲击电流和当时所承受的其它负载电流 经常负载与事故负载 上述三种负载是选择直流电源的主要依据 第二节蓄电池组直流电源系统 蓄电池组直流电源系统是电力系统首选的独立操作电源系统 它电压平稳 容量大 供电可靠 适用于各种直流负荷 虽然蓄电池还具有价格贵等缺点 但目前大中型发电厂中仍广泛采用蓄电池组直流电源系统 一 蓄电池概述1 蓄电池的分类按电极材料和电解液的不同 蓄电池可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两种 1 酸性蓄电池 传统的老式蓄电池都是酸性蓄电池 其电解液是27 37 的硫酸水溶液 电极是以二氧化铅 PbO2 为正极板和铅 Pb 为负极板的特制绒状铅板 所以又称为铅酸蓄电池 此种蓄电池容量大 冲击放电电流大 端电压也相对较高 2 15V 但其寿命较短 一般为8 10年 占地面积大 充电时会逸出有害的硫酸气体 维护工作量大 近几年 一种新型免维护的铅酸蓄电池开始用于发电厂 这种新型铅酸蓄电池保留了原有铅酸蓄电池容量大的优点 其放电过程的化学反应也不变 充电后期正极板析出氧气 负极板析出氢气 由于其中采用了无锑合金 提高了负极析氢过电位 抑制了氢气的析出 采用特制安全阀 使电池保持一定内压 采用超细玻璃纤维隔板 并在隔板中预留气体通道 使正极产生的氧气沿气道传递至负极 在负极析氢前发生化学反应生成水 实现氧氢循环复合 达到氢体内部自我吸收 可以实现蓄电池密封 不需维护 因此 这种新型蓄电池在电力系统中正逐步扩大其应用范围 2 碱性蓄电池 镉镍碱性蓄电池是近20年发展起来的高可靠 免维护型新产品 其电解液是20 的氢氧化钾 KOH 水溶液 电极用氢氧化镍 Ni 0H 3 作正极 用镉 Cd 作负极时叫镉镍蓄电池 用铁 Fe 作负极时叫铁镍蓄电池 此种蓄电池体积小 容量大 使用寿命长 可达20年左右 端电压为1 35V 无有害气体污染 在发电厂和变电所中已有广泛应用 2 蓄电池的容量及放电率蓄电池的容量 Q 是蓄电池蓄电能力的重要标志 容量Q是指定的放电条件 温度放电电流 终止电压 下所放出的电量称为蓄电池的容量 单位用A h 安培小时 表示 蓄电池放电至终止电压的时间称放电率 单位为h 小时 率 蓄电池的容量一般分为额定容量和实际容量两种 额定容量是指充足电的蓄电池在25 时 以10h放电率放出的电能 QN IN tN式中QN蓄电池的额定容量 A h IN额定放电电流 即10小时率的放电电流 A tN放电至终止电压的时间 一般为10h 蓄电池的实际容量与极板的面积 电解液的密度 放电电流的大小 充电程度及环境温度等有关 因此实际容量为Q I t式中Q蓄电池的容量 A h I非10小时率的放电电流 A t放电时间 h 若电池的放电率是指放电至终止电压的快慢 采用不同的放电率 其蓄电池的容量是不同的 铅酸蓄电池规定以10h放电率为标准放电率 当以10h放电率放电到终止电压的容量约是以1h放电率放电到终止电压时容量的2倍 例如 额定容量为216A h的蓄电池 若用电流表示放电率 则为21 6A率 若用时间表示 则为10h率 如果放电电流大于21 6A 则放电时间就小于l0h 而放出的容量就要小于额定容量 假设 若以2h放电率放电 达到终止电压所放出的容量只有额定容量的60 即130A h左右 这是因为极板的有效物质很快就形成了硫酸铅 它堵塞了极板的细孔 因而细孔深处的有效物质就失去了与电解液进行化学反应的机会 使蓄电池的内阻很快增大 端电压很快降低到终止电压 相反 若放电电流小于21 6A 则放电时间就大于10h 此时放出的容量就允许大于额定容量 蓄电池不允许用过大的电流放电 但是它可以在几秒钟的短时间内承担冲击电流 此电流可以比长期放电电流大得多 因此 可作为电磁型操作机构的合闸电源 每 种蓄电池都有其允许的最大放电电流值 其允许的放电时间约为5s 二 蓄电池直流系统的运行方式在发电厂和变电所中 蓄电池直流系统的运行方式有两种 即充电 放电运行方式和浮充电运行方式 目前 多数直流系统都采用浮充电运行方式 1 充电 放电运行方式充电 放电运行方式就是将充好电的蓄电池组接在直流母线上对直流负荷供电 同时断开充电装置 当蓄电池放电到其容量的75 80 时 为保证直流供电系统的可靠性 即自行停止放电 准备充电 改由已充好电的另一组蓄电池供电 2 浮充电运行方式浮充电运行方式就是将充好电的蓄电池组与浮充电整流器并联工作 平时由整流器供给直流负荷用电 并以不大的电流向蓄电池组浮充电 以补充电池因有漏电而使其电压下降的缺陷 使蓄电池处于满充电状态 浮充电运行的蓄电池组能承担短时冲击负荷 如断路器合闸电流 和事故负荷 三 浮充电运行方式直流系统接线分析图4 1是浮充电运行方式直流系统接线图 图示为双直流母线系统 浮充电设备采用两套 U1和U2 共用一组220V蓄电池组GB 经开关QK1和QK2可以切换至任一组母线上 闪光装置和电压监察装置 信号装置每组母线各设一套 而绝缘监察装置共用一套 蓄电池组GB左端为基本电池 额定电压为220V 每个电池为2 15V 所以由102个蓄电池串联组成 其右端为可调节接入蓄电池个数的端电池组 可通过调整器任意接入或退出部分电池 以保持直流母线的电压在220V 现将浮充电直流系统的工作原理简析如下 1 充电器U1对母线I供电并对蓄电池浮充电 1 U1输出220V直流电压 向整组蓄电池组GB充电时 刀开关QK3投向右侧 触点2 3 5 6接通 QK1接通 U1的正极经QK3的2 3 正母线 QK1的1 2至GB的正极 U1的负极经QK3的5 6 m点至端电池的负级 实现对GB整组电池充电 2 U1对母线I供电并对GB浮充电时 刀开关QK3的1 2通 5 4通 对I母线上直流负荷供电 同时经QK1向GB的基本电池组浮充电 PV2和PA3是监视U1的输出电压 电流的 图4 1浮充电运行方式直流系统接线图 图4 1浮充电运行方式直流系统接线图2 充电器U2对母线II供电并对蓄电池GB浮充电 1 U2输出220V直流电压 向整组蓄电池充电时 刀开关QK4投向右侧 其触点2 3 5 6接通 U2的正极经QK4的2 3触点 II母线的十 QK2的1 2至GB的正极 U2的负极经QK4的5 6 m点至GB端电池的负极 实现对整组蓄电池充电 2 U2向II母线供电并对GB基本电池浮充电时 QK4投向左侧 其2 1 5 4触点接通 对B母线上直流负荷供电 同时经QK2向GB的基本电池组浮充电 PV3和PA4是监视U2的输出电压和电流的 3 蓄电池组的监视和保护蓄电池组回路装有两组开关QK1 QK2 熔断器 两只电流表PA1 PA2 电压表PV1 回路中各熔断器作为短路保护 电流表PA1为双向5A 0 5A式 用以测量充电和放电电流 电流表PA2正常时被短接 当需测量浮充电电流时 可利用按钮SB使接触器KM的动断触点断开后测读 电压表PV1用来监视蓄电地组的电压 蓄电池按浮充电方式运行 相对充电 放电方式而言大大减少了充电次数 除由于交流系统或浮充电整流器U2发生故障 蓄电池转入放电状态运行后 需要进行正常充电外 平时每个月只进行一次充电 每三个月进行 次核对性放电 放出额定容量的50 60 终期电压达到1 9V为止 或进行全容量放电 放电至终止电压 1 75 1 8V 为止 放电完了 应进行一次均衡充电 或称过充电 这是为了避免由于浮充电流控制的不准确 造成硫酸铅沉淀在极板上 影响蓄电池的输出容量和降低其使用寿命 简介 端电流调整器蓄电池组GB是由不参加调节的基本 固定 蓄电池 n0 和参加调节的端电池 n 两部分组成 采用端电池的目的是为了调节蓄电池的接入数目 以保证母线电压稳定 端电池通过端电池调整器进行调节 端电池调整器的工作原理如图所示 端电流调整器构造图端电池调整器接线示意图图中有一排相互绝缘的固定金属片1 它分别连接到端电池的端子上 放电手柄1P和充电子柄2P 分别带动两个可动触头2和4 以免在调整过程中 当可动触头由一个金属片移至另一个金属片时 造成回路开路 即在调整过程中 先使触头2和4跨接在相邻的两个金属片上 并通过电阻3连接 然后再断开触头2 完成一次调节 端电池调控器可以手动控制 也可以用电动机远方控制 一般采用电动机远方控制 第三节整流操作的直流电源系统 整流操作的直流电源系统是利用发电厂 变电所 用变压器 或电压互感器 来的电压源和由被保护装置的电流互感器来的电流源 经稳压整流后构成的直流电源 整流操作电源可分为两种类型 一种是由上述电压源整流装置上附加以电容储能装置的整流电源 另一种是利用上述电压源和电流互感器来的电流源经整流后的复式整流装置 下面作一介绍 一 硅整流电容储能的直流电源系统图4 2是目前国内使用较多的硅整流电容储能的直流电源系统接线图 由图可见 电源有两组硅整流装置U1 U2 两组储能电容器组CI CII 直流母线分为两段 构造简单 体积小 运行经验证明 此种直流装置工作也很可靠 所以下面重点介绍这种整流电源 1 整流器及直流母线整流器U1采用三相桥式整流 容量大 接于I母线 供断路器合闸用 也兼向II母线供电 U2容量较小 仅用作向控制和保护及信号回路供电 变压器T1 T2分别向整流器U1 U2提供交流电源 两组硅整流装置分别与直流母线I和II相连接 其间用电阻R1和二极管V3隔开 V3的作用相当于逆止阀 即只容许合闸母线I向控制母线II供电 而不能反向供电 以确保控制和保护及信号系统供电的可靠性 电阻Rl用以限制控制母线II侧发生短路时流过V3的电流不会过大 起保护V3的作用 2 储能电容器组CI和CII为两组储能电容器组 又称为补偿电容器组 电容器组所储存的能量 仅在事故情况下向保护和跳闸回路放电 作为事故电源 二极管V1 V2的作用是防止事故时电容器向母线上其他回路 如信号灯等 放电 设两组电容器组 是为一组供给10kV线路的继电保护和跳闸回路放电 另一组供给主变压器和电源进线的继电保护和跳闸回路用电 这样 当10kV出线上发生故障 继电保护动作 而断路器操作机构失灵而不能跳闸 此时由于跳闸线圈长时间通电 已将电容器组CI的储能耗尽 时 使起后备保护作用的主变压器过流保护仍可利用CII的储能将故障切除 3 保护和信号图4 2整流器U1 U2输出端的熔断器FU1 FU2为快速熔断器 起短路保护作用 U2输出端的电阻R起保护U2的作用 限流 电压继电器KV监视U2的端电压 当U2输出电压降低或消失时 KV返回 其动断触点闭合 发出预告信号 V4为隔离二极管 防止在U2的输出电压消失后 由U1向KV供电 误发信号 图4 2 二 复式整流的直流系统 图4 3 图4 3是复式整流的直流系统框图 正常运行时由厂 所 用变压器T或电压互感器TV供电 事故情况下由事故设备的电流互感器TA供给短路电流 经整流后作为操作电源 对其分析如下 1 电压源 I 复式整流装置的电压源一般由两条独立的回路供电 可分别取自变电所用变压器和外接高压系统电源的变压器 参见图4 4 在正常运行和非对称短路时 电压源的电压为额定值 基本保持恒定 而在母线或馈线发生三相短路故障时 电压源电压严重降低甚至消失 2 电流源 II 复式整流系统的电流源是事故情况下由电流互感器供给的短路电流 在正常运行时电流源无输出 但在发生三相短路时 TA有一个大的短路电流发生 其功率比电容储能式要大 经整流后可输出较大的直流电流作为事故电源 3 稳压器 短路电流变化范围较大 因此电流源必须设置稳压装置 才能获得比较平稳的直流电压 一般采用并联铁磁谐振饱和稳压器V稳压 其中将电容C与电感L构成谐振回路 起到滤波和改善电压波形的作用 图4 4所用电源变压器的一种接线方式 4 阻容吸收装置 由于回路中电感元件的作用 交流电本身也有过电压作用于硅元件上 为了防止硅元件因过电压而击穿损坏 故装设由电阻R和电容C串联组成的阻容吸收装置 由于电容C上的电压不能突变 延缓了过电压的上升速度 同时短路掉一部分高次谐波电压分量 使硅整流元件上出现的过电压不会在短时间内增至很大 电阻可限制电容器放电电流值和防止电容 电感发生振荡 三 整流操作直流电源系统的交流电源在中小型发电厂和变电所中 常采用整流操作的直流电源 但必须有十分可靠的交流电源 下面以35kV变电所所用电源为例进行分析 图4 4为所用电源变压器的一种接线方式 两台互为备用的所用变压器 一台接在10kV母线上 而另一台则接在电源进线断路器的外侧 高压线路上 1号所用变压器T1为35kV 0 4kV Y d11接线 2号所用变压器T2为10kV 0 4kV Y yn0接线 两台所用变压器的二次侧电压有30 的相位差 所以不能并列运行 而只能一台运行 另一台备用 图4 4所用电源变压器的一种接线方式 图4 5变电所备用电源自动投入装置接线图图4 5上为变电所备用电源自动投入装置接线图 其1号变压器T1为正常工作变压器 2号变压器T2为备用变压器 图4 5变电所备用电源自动投入装置接线图 1 正常工作时 中间继电器KC带电 其动断触点断开交流接触器KM2的线圈回路 其动合触点接通交流接触器KM1的线圈回路 使KM1处于合闸状态 其主触头闭合 由1号变压器供电 2 当1号所用变压器T1发生故障 其低压侧失去电压 KC继电器失去电源 其动合触点返回 切断KM1线圈回路 使KM1的动断触点闭合 同时继电器KC的动断触点闭合 接通KM2线圈回路 KM2的主触头闭合 使2号所用变压器自动投入工作 正常运行时用1号所用变压器T1供电 是因为当在10kV引出线上发生短路时 所用电母线上有较高的残余电压 第四节直流绝缘监察装置和闪光装置 一 绝缘监察装置图4 6两点接地引起的不正确动作发电厂和变电站直流供电网络分布范围较广 而且工作环境又比较恶劣 所以直流系统的绝缘容易降低 根据 电气设备交接和预防性试验标准 规定 当使用500 1000V的兆欧表测量时 直流母线在断开其它所有关联支路时不应小于10M 二次回路每一支路和断路器 隔离开关操作机构的电源回路不应小于1或0 5M 直流系统绝缘降低 相当于直流系统的某一点经一定的电阻接地 直流系统发生一点接地时 没有短路电流流过 熔断器不会熔断 仍能继续运行 但是 这种接地故障必须及早发现并处理 否则可能引起信号回路 控制回路 继电保护及自动装置回路不正确动作 例如在图4 6所示的控制回路中 当正极A点接地后 又在B点发生接地时 断路器跳闸线圈YT中就有电流流过 这将引起断路器误跳闸 当负极E点接地后 又在B点发生接地的情况下 当保护动作 即触点K闭合 时 由于跳闸线圈YT被两个接地点 E和B 短接 则断路器拒绝动作且熔断器熔断 可见 在直流系统中 装设绝缘监察装置 以及时发现接地点和绝缘降低的情况是十分必要的 图4 6两点接地引起的不正确动作 在发电厂和变电所中常用一种简化的绝缘监察装置 其接线如图4 7所示 它由直流绝缘监察继电器KV1 转换开关SM和电压表PV等组成 按照其功能又可分为信号部分和测量部分 1 信号部分图4 7的右部为绝缘监察装置的信号部分 由绝缘监察继电器KV1及信号 音响和光字牌HL 组成 R R 分别为假设的正 负母线对地绝缘电阻 用虚线相连接 R1 R2及R R 组成电桥接线 KV1中的R1 R2的数值要求相等 通常选R1 R2 1000 KD为高灵敏度干簧管继电器 KC为中间继电器 正常情况下 正 负母线对地绝缘电阻R R 相等 继电器KD线圈中只有微小的不平衡电流流过 继电器不动作 当有一母线对地绝缘下降时 由于R R 所以电桥失去平衡 继电器KD线圈中有一定量的电流流过 当此电流达到其动作值时 继电器KV1动作 KD启动 其动合触点闭合启动KC继电器 KC的动合触点闭合 发出 母线对地绝缘电阻下降 的信号 但不能分清是正母线还是负母线绝缘电阻下降 2 测量部分 图4 7简化的绝缘监察装置接线图 图4 7简化的绝缘监察装置接线图在图4 7的左半部画出了由转换开关SM和电压表PV组成的测量部分 当有母线对地绝缘降低时 信号部分先发出 母线绝缘降低 的音响和光字牌信号 值班人员将SM开关依次打至 十母线对地电压 和 一母线对地电压 则SM的2 1 4 5接通和5 8 1一4接通 分别测出十母线对地的电压值和一母线对地的电压值 电压值低者即绝缘有损坏 然后根据已知的电压表内阻RV及直流母线工作电压U 用计算的方法求出正 负极母线的对地绝缘电阻 3 对继电器KD的要求在图4 7中有一个人工接地点 是为测量母线对地电压用的 但这样当直流回路中再有任一个短路接地点时 将会形成短路回路 为防止在直流回路中由此短路电流引起其他继电器发生误动作 则继电器KD的线圈必须具有足够大的电阻值 一般对220V直流系统选用RKD 30k 的线圈 其启动电流为1 4mA 于是 为防止继电器发生误动作 回路中的其他继电器线圈的启动电流都应大于1 4mA 所以 在220V直流系统中 当任一母线的绝缘电阻下降至15 20k 时 绝缘监察继电器便会立即发出信号 4 绝缘监察装置存在的问题直流绝缘监察装置虽然在发电厂和变电所中广为应用 但由于它采用电桥平衡原理 所以在正 负母线绝缘电阻均等下降时 却不能发出预告信号 二 直流母线的电压监察装置图4 7直流母线电压监察装置接线图直流母线的电压必须保持在规定的范围内 以保证控制装置 信号装置 继电保护和自动装置可靠动作和正常运行 否则 若直流母线上电压过高 则对长期带电的设备 如继电器 信号灯等造成损坏或缩短其使用寿命 若直流母线电压过低 则可能导致继电保护装置 图4 7直流母线电压监察装置接线图 和断路器操动机构拒绝动作 通常直流母线的电压是由电压监察装置进行监视的 其典型的接线如图4 3所示 由图可见 它是由一只低电压继电器KV1和一只过电压继电器KV2组成的 当直流母线上的电压低于规定值 0 75UN 时 低电压继电器KV1返回 其动断触点闭合 H1光字牌点亮 预告母线电压过低 当母线上的电压高于规定值 1 25UN 时 过电压继电器KV2动作 其动合触点闭合 H2光字牌点亮 预告母线电压过高 UN为直流母线的额定电压 即220V 三 闪光装置发电厂和变电站的直流系统通常装有闪光装置 作为断路器位置 或其它需要闪光 信号灯的闪光电源 图4 8所示闪光装置是由闪光继电器 DX 3型 试验按钮SB和白色信号灯HL1组成 图4 8闪光继电器构成的闪光装置 a 闪光装置电路 b DX 3型闪光继电器内部电路 图4 8中 试验按钮SE和白色信号灯HU用于检查回路是否完好 正常运行 即无事故或无跳 合闸操作的情况 时 闪光装置不工作 白色情号灯HL1点燃 表示直流电源和熔断器完好 当按下试验按钮SB时 闪光小母线M100 十 通过SB的常开触点 HU和R接至负电源 闪光继电器K的线圈回路接通 白色信号灯HL1由于两端电压很低而变暗 与继电器K线圈并联的电容C开始充电 经过一定延时后 当电容器C两端电压升到继电器K的动作电压时 K动作 其常开触点闭合 使闪光小母线M100 又接至正电源 信号灯HL1出于两端电压突然升高而变亮 与此同时继电器K的常闭触点断开 电容C开始对K线圈放电 经过一段延时 当电容C两端电压降到继电器K返回电压时 继电器K复妇 HL1又变暗 接着电容C又开始充电 重复上述过程 使HL1连续闪光 直到松开试验按钮SB为止 可见 闪光小母线平时不带电 只有在闪光装置工作时 才间断地获得低电位和高电位 其间隔时间由DX 3型闪光继电器中电容C的充 放电时间决定 当某一断路器QF事故跳闸时 通过 不对应 回路把闪光小母线M100 十 接至负电源 闪光继电器K的线圈回路接通 其工作过程与按下试验按钮SB相同 断路器控制回路的绿色信号灯HL连续闪光 直到控制开关SA置于 跳闸后 位置 使其触点9 10断开为止 小结新课 操作电源概述 蓄电池组直流操作直流 硅整流电容储能装置直流系统 复式整流装置直流系统 直流系统的绝缘监察与电压监察装置 布置作业 第5章断路器控制回路 教学目的 掌握断路器控制方式 断路器控制回路的基本要求 断路器的基本跳 合闸控制回路 灯光监视的断路器控制回路 灯光监察液压操作机构操作断路器控制回路复习旧课 操作电源概述 蓄电池组直流操作直流 硅整流电容储能装置直流系统 复式整流装置直流系统 直流系统的绝缘监察与电压监察装置 重点 掌握断路器控制方式 断路器控制回路的基本要求 断路器的基本跳 合闸控制回路 灯光监视的断路器控制回路 灯光监察液压操作机构操作断路器控制回路 难点 掌握断路器控制方式 断路器控制回路的基本要求 断路器的基本跳 合闸控制回路 灯光监视的断路器控制回路 灯光监察液压操作机构操作断路器控制回路 引入新课 第一节概述 一 断路器控制方式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气设备的负荷电流 在系统发生故障时则能可靠地切断短路电流 断路器一般由动触头 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 断路器的控制方式有多种 分述如下 1 按控制地点分断路器的控制方式接控制地点分为集中控制和就地 分散 控制两种 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数 2 按控制电源电压分断路器的控制方式接控制电源电压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 在主控室常采用弱电一对一控制 3 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可分为直流操作和交流操作 包括整流操作 两种 直流操作一般采用蓄电池组供电 交流操作一般是由电流互感器 电压互感器或所用变压器提供电源 二 对断路器控制回路的基本要求 断路器的控制回路必须完整 可靠 因此应满足下面一些要求 1 断路器的合 跳闸回路是按短时通电设计的 操作完成后 应迅速切断合 跳闸回路 解除命令脉冲 以免烧坏合 跳闸线圈 为此 在合 跳闸回路中 接入断路器的辅助触点 既可将回路切断 又可为下一步操作做好准备 2 断路器既能在远方由控制开关进行手动合闸和跳闸 又能在自动装置和继电保护作用下自动合闸和跳闸 3 控制回路应具有反映断路器状态的位置信号和自动合 跳闸的不同显示信号 4 无论断路器是否带有机械闭锁 都应具有防止多次合 跳闸的电气防跳措施 5 对控制回路及其电源是否完好 应能进行监视 6 对于采用气压 液压和弹簧操作的断路器 应有压力是否正常 弹簧是否拉紧到位的监视回路和闭锁回路 7 接线应简单可靠 使用电缆芯数应尽量少 三 控制开关控制开关又称万能转换开关 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 合闸操作都分两步进行 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 合闸操作只用一步 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 此种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 下面以LW2型控制开关为例说明控制开关的结构及作用 图5 1LW2 Z型控制开关结构图 a 控制开关外形图 b 控制开关左视图1 控制开关的构成图5 l是发电厂和变电所普遍应用的LW2 Z型控制开关的结构图 左端是操作手柄 装于屏前 与手柄固定连接的方轴上装有5 8节触点盒 用螺杆相连装于屏后 如图5 1 a 所示 图5 1 b 是控制开关的左视图 由图可见 控制开关的手柄有两个固定位置和两个操作位置 固定位置 垂直位置是预备合闸和合闸后 水平位置是预备跳闸和跳闸后 操作位置 右上方为合闸位置 左下方为跳闸位置 图5 1LW2 Z型控制开关结构图 a 控制开关外形图 b 控制开关左视图 图5 1LW2 Z型控制开关结构图 a 控制开关外形图 b 控制开关左视图 控制开关的操作过程 合闸操作 如图5 1 b 示出手柄为预备合闸状态 将手柄右旋30 为合闸位置 手放开后在自复弹簧的作用下 手柄复位于垂直位置 成为合闸后位置 跳闸操作 先将手柄左旋至水平位置 即预备合闸位置 再左旋30 即为跳闸位置 手放开后在自复弹簧的作用下 手柄复位于水平位置 成跳闸后位置 2 控制开关的触点盒位置表控制开关右端的数节触点盒 其四角均匀固定着四个静触点 其触点外端伸出盒外接外电路 而内端与固定于方轴上的动触点簧片相配合 由于动触点 簧片 的形状及安装位置的不同 组成14种型号的触点盒 代号为1 la 2 4 5 6 6a 7 8 10 20 30 40 50 如表5 1所示 其中1 1a 2 4 5 6 6a 7 8型的动触点是固定于方轴上随轴转动的 而后5种触点是有自由行程的 即进行跳 合闸操作时动触点随轴转动 而手柄自复后触点不随轴复位 其中10 40 50型的动触点在轴上有45 的自由行程 20型有90 自由行程 30型有135 自由行程 LW2型控制开关型号 型式及其符号含义 表5 1LW2 Z和LW2 YZ型触点盒位置表 LW2型控制开关型号 型式及其符号含义 1 型号说明LW2 1 2 34 56 7式中1开关型式 共有6类 如表5 1所示 2触点型式 共14种 3板面型式 共有两种 F 为方形 O 为圆形 4手柄型式 共有9种 5定位器型式 共有两种 45 定位用 8 表示 90 定位不表示 6限位装置 有者以 表示 无者不表示 7触点特殊排列时用A表示 2 开关型式及其表示符号 表5 2开关型式及其型号含义表 表5 3LW2 Z 1a 4 6a 40 20 F8型