《次回路及自动装置》PPT课件.ppt

供配电技术 第8章变电所的监控系统和自动装置 2 2020 2 9 第八章变电所的监控系统和自动装置 8 1变电所的操作电源8 2变电所的控制回路8 3变电所的信号回路8 4绝缘监察装置和测量仪表8 5变电所常用自动装置8 6变电站综合自动化简介 3 2020 2 9 8 1变电所的操作电源 操作电源是用来对断路器的分 合闸回路 继电保护装置以及其它信号回路供电的电源 一 概述 可分为直流操作电源和交流操作电源两大类 二 直流操作电源 1 由蓄电池供电的直流操作电源 优点 蓄电池的电压与被保护的网络电压无关 缺点 需修建有特殊要求的蓄电池室 购置大量的充电设备和蓄电池组 辅助设备多 投资大 运行复杂 维护工作量大 可靠性低 4 2020 2 9 8 1变电所的操作电源 2 由硅整流器供电的操作电源 硅整流电容储能式直流操作电源 图7 1 硅整流器U1 采用三相桥式整流 硅整流器U2 采用单相桥式整流 正常运行时由整流器供电 当系统发生故障时 交流电源电压大大降低 利用电容器C1和C2的储能使断路器跳闸 复式整流装置 图7 2 正常运行时由整流器供电 当系统发生故障时 利用短路故障电流经过整流作为操作电源 整流装置既可由 电压源 所用变压器或电压互感器 供电 也可由 电流源 电流互感器 供电 5 2020 2 9 图7 1硅整流电容储能式直流系统接线 6 2020 2 9 8 1变电所的操作电源 三 交流操作电源 优点 投资小 接线简单可靠 运行维护方便 缺点 不适用于较复杂的继电保护 自动装置及其它二次回路等 图7 2复式整流装置接线示意图 直接动作式 见图7 3 利用继电器常闭触点去分流跳闸线圈方式 图7 4 利用速饱和变流器的接线方式 图7 5 7 2020 2 9 8 1变电所的操作电源 图7 3直接动作式的交流操作保护接线图 图7 4去分流跳闸方式的交流操作保护接线图 图7 5利用速饱和变流器的交流操作保护接线图 思考 速饱和变流器与电流互感器的区别是什么 电流互感器的二次侧不允许开路 速饱和变流器可以在开路下使用 采用速饱和变流器的目的 当短路时限制流入跳闸线圈的电流 减小电流互感器的二次负荷阻抗 8 2020 2 9 8 2变电所的控制回路 一 概述 控制回路是由控制开关和控制对象 断路器 隔离开关 的传送机构及执行 或操作 机构组成的 其作用是对一次开关设备进行 跳 合 闸操作 集中控制 远方控制 在控制室内用控制开关对断路器进行操作 用于35kV及以上的变电所中 就地控制 在各个断路器安装处就地操作 用于6 10kV的变电所中 断路器的控制分为集中控制和就地控制两类 9 2020 2 9 8 2变电所的控制回路 对断路器控制回路的基本要求 既可由控制开关进行手动跳 合闸 又可由继电保护和自动装置自动跳 合闸 断路器跳闸或合闸完成后 应能自动切断跳闸或合闸回路 防止因通电时间过长而烧坏线圈 应有指示断路器状态的位置信号 而且能够区分自动跳 合闸与手动跳 合闸的位置信号 应有防止断路器多次连续跳 合闸的跳跃闭锁装置 应有指示断路器控制回路完好性的监视信号 在满足以上基本要求的前提下 应力求简单 可靠 10 2020 2 9 8 2变电所的控制回路 二 控制开关 控制开关又称为 万能转换开关 是电气工作人员对断路器进行分 合闸控制的操作元件 目前变电所多采用LW2型控制开关 它共有六个位置 预备操作位置 预备合闸 和 预备跳闸 操作位置 合闸 和 跳闸 固定位置 合闸后 和 跳闸后 合闸操作顺序 预备合闸 合闸 合闸后 跳闸操作顺序 预跳备闸 跳闸 跳闸后 LW2型控制开关的触点图表 见表7 1 11 2020 2 9 8 2变电所的控制回路 四 闪光电源的构成 DX 3型闪光继电器的内部结构与接线如图7 7所示 图7 7由DX 3型闪光继电器构成的闪光电源 图中 KF为闪光继电器 其触点时开时闭 使闪光母线 WF上呈现断续的正电压 SB为试验按钮 按下时闪光装置动作 白色信号灯HLW亮 表示本装置工作正常 12 2020 2 9 8 3变电所的信号回路 一 概述 1 信号装置的分类 断路器位置信号 用来指示断路器正常工作的位置状态 一般用红灯亮表示断路器处于合闸位置 绿灯亮表示断路器处于跳闸位置 事故信号 用来指示断路器事故跳闸时的状态 包括灯光信号 绿灯闪光 和音响信号 蜂鸣器 预告信号 用来指示运行设备出现不正常运行时的报警信号包括音响信号 电铃 和光字牌 其中 事故信号和预告信号是电气设备各信号的中心部分 通常称为中央信号 它们集中装设在中央信号屏上 13 2020 2 9 8 3变电所的信号回路 2 对中央信号回路的基本要求 所有有人值班的变电所 都应在控制室内装设中央事故信号和预告信号装置 断路器事故跳闸时 能及时发出音响信号 蜂鸣器 并使相应的位置指示灯闪光 亮 掉牌未复归 光字牌 发生不正常工作状态时 能及时发出区别于事故音响的另一种音响 警铃 并使显示故障性质的光字牌点亮 中央事故信号与预告音响信号应有区别 一般事故信号用蜂鸣器 电笛 预告信号用电铃 音响信号应能重复动作 并能手动或自动复归 而故障性质的指示灯仍保留 14 2020 2 9 8 3变电所的信号回路 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 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 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 图7 8就地复归的事故音响信号装置接线图 可见 就地复归是通过解除断路器不对应起动回路来解除音响信号 15 2020 2 9 8 4绝缘监察装置和测量仪表 一 绝缘监察装置 1 直流系统的绝缘监察装置 图7 12 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 直流系统为何设置绝缘监察装置 但是 这种接地故障必须及早发现并处理 否则当出现两点接地时可能引起信号回路 控制回路 继电保护及自动装置回路不正确动作 16 2020 2 9 8 4绝缘监察装置和测量仪表 R1 R2 R3 1000 SA1 母线电压表转换开关 有三个位置 SA2 绝缘监察转换开关 有三个位置 PV2 母线电压表 PV1 用于测量系统总的绝缘电阻 表盘上有欧姆刻度 图中 即 母线 正对地 和 负对地 平时 其手柄置于 母线 位置 触点1 2 5 8 9 11接通 PV2可测量正 负母线电压 指示为220V 即 信号 测量位置I 和 测量位置II 平时 其手柄置于 信号 位置 触点5 7和9 11接通 使电阻R3被短接 此时SA1的9 11也是接通的 信号继电器KS投入工作 图7 12直流系统绝缘监察装置接线图 17 2020 2 9 8 4绝缘监察装置和测量仪表 二 电气测量仪表 1 对电气测量仪表的一般要求 仪表的准确度等级选择 用于电气设备和线路上的交流电流表 电压表 功率表的准确度不应低于2 5级 直流电流 电压表的准确度不应低于1 5级 频率表一般选用0 5级 变电所内用于计量的有功电度表一般选用1级 无功电度表一般选用2级 测量用互感器的准确度等级选择 与电度表连接的互感器准确度应为0 5级 仅作一般电流 电压测量的互感器 准确度可为1 3级 18 2020 2 9 8 4绝缘监察装置和测量仪表 仪表的测量范围和互感器变比的选择 正常运行情况下仪表指针指示在满标度的2 3左右 并留有过负荷指示裕度 在高压系统中 测量仪表和电度表应与继电保护装置分别接电流互感器的不同准确度的二次绕组 一般测量仪表和电度表用0 5级 继电保护装置用3级 对于有可能出现两个方向电流的直流电路和两个方向功率的交流电路 应装设双向刻度的电流表和功率表 2 变配电装置中各部分仪表的配置 电源进线 为了解负荷情况 需装设一只电流表 当需要计量电能时 还应装设有功电能表和无功电能表各一只 19 2020 2 9 8 4绝缘监察装置和测量仪表 母线 每条或每段母线上必须装设一只电压表 以检查各个线电压 在小电流接地系统中中 每条或每段母线上还需加装三个绝缘监视电压表 图7 14为6 10kV母线电压测量和绝缘监视的原理图 降压变压器 对35 110kV 6 10kV的电力变压器 应装设电流表 有功功率表 无功功率表 有功电能表和无功电能表各一只 高压配电线路 应装设电流表 有功电能表和无功电能表各一只 图7 15为6 10kV高压线路电气测量仪表的接线原理图 20 2020 2 9 8 4绝缘监察装置和测量仪表 图7 146 10kV母线电压测量和绝缘监视的原理图 21 2020 2 9 8 4绝缘监察装置和测量仪表 说明 图中无功电度表为60 接线 其特点是在电压线圈中人为地串联了一个附加电阻 使电压线圈的阻抗角由原来的90 减小为60 即电压线圈中的电流滞后电压60 图7 156 10kV高压线路电气测量仪表的接线原理图 22 2020 2 9 8 4绝缘监察装置和测量仪表 低压配电线路 静电电容器 为了监视三相负荷是否平衡 需装设三只电流表 如需计量其无功电能 还应加装一只无功电能表 对三相负荷平衡的低压动力线路 可只装设一只电流表 对三相负荷长期不平衡的低压照明线路及动力和照明混合电路 应装设三只电流表 如需计量电能 还应加装一只三相四线制的有功电能表 对三相负荷平衡的动力线路 可只装设一只单相有功电能表 实际电能为其计度的3倍 23 2020 2 9 8 5变电所常用自动装置 一 三相自动重合闸装置 1 概述 自动重合闸的概念 当架空线路上发生故障时 由继电保护装置将其迅速断开 延时 0 5 后重新将故障线路自动投入的装置 简称ARD 装设ARD的好处 对暂时性故障 合闸成功后可保证供电的可靠性 减少停电损失 对三相一次自动重合闸装置的基本要求 除遥控变电所外 应采用控制开关手柄位置与断路器位置 不对应原则 起动ARD ARD的起动条件为 SA在 合闸后 位置 QF在 跳闸 位置 24 2020 2 9 8 5变电所常用自动装置 防跳继电器KLB的作用 防止触点SA5 8被粘住或KM动作后其常开触点KM3 4 KM5 6被粘住时 且线路上发生永久性故障 出现断路器多次重合闸现象 3 自动重合闸与继电保护的配合 ARD前加速保护方式 图7 17 优点 只需装设一套ARD装置 设备投资少 缺点 合闸不成功会扩大事故范围 主要用于35kV及以下线路 图7 17重合闸前加速保护动作原理图 25 2020 2 9 8 5变电所常用自动装置 ARD后加速保护方式 图7 18 优点 能快速切除永久性故障 不会扩大事故范围 缺点 在每个断路器处都装有一套ARD装置 投资大 主要用于35kV以上线路 4 ARD的参数整定 ARD的动作时间 指从断路器跳开到发出重合闸脉冲的间隔时间 也就是时间继电器KT延时触点的整定时限 图7 18重合闸后加速保护动作原理图 26 2020 2 9 8 5变电所常用自动装置 ARD的动作时间应满足以下三个条件 应大于故障点电弧及周围介质的去游离时间 应大于断路器及操作机构复归原位 准备重合闸的时间 应大于线路对侧断路器切断故障电流的时间 对于35kV及以下线路 重合闸时间可取0 8 1s 110kV线路可取1s或再长一些 ARD的返回时间 是指电容C经电阻R4充电至中间继电器KM动作电压的时间 通常取15 25s 27 2020 2 9 8 5变电所常用自动装置 当工作电源电压消失时 使备用电源自动而迅速地投入工作 以保证供电连续性的自动装置 简称APD 备用电源自动投入装置的基本形式 图7 19 二 备用电源自动投入装置 1 概述 明备用接线方式 APD装在备用进线断路器上 暗备用接线方式 APD装在母线分段断路器上 对备用电源自动投入装置的基本要求 工作电源不论任何原因断开 备用电源应能自动投入 28 2020 2 9 图7 19备用电源自动投入的两种基本接线方式a 明备用b 暗备用 8 5变电所常用自动装置 29 2020 2 9 8 5变电所常用自动装置 必须在工作电源确已断开 而备用电源电压也正常时 才允许投入备用电源 APD的动作时间应尽可能短 以利于电动机的自起动和缩短停电时间 APD只能动作一次 以免将备用电源重复投入到永久性故障上 当电压互感器的二次回路断线时 APD不应误动作 若备用电源容量不足 应在APD动作的同时切除一部分次要负荷 30 2020 2 9 8 5变电所常用自动装置 时间继电器KT1 或KT2 的动作时限 应大于本级或上级变电所引出线保护的最大动作时限 闭锁继电器KB的动作延时 应大于母线分段断路器QF3的合闸时间 三 按频率自动减负荷装置 1 概述 频率降低的危害 频率降低将引起电动机转速下降 从而影响产品质量 频率降低会引起电子设备工作的准确度下降 频率过低将不能运行 31 2020 2 9 8 5变电所常用自动装置 频率降低会引起励磁机 发电机等的转速相应降低 当励磁电流一定时 发送的无功功率会随着频率的降低而减少 使系统的电压水平将受到严重影响 频率降低将使发电厂中的给水泵 循环水泵 风机等的出力下降 造成水压 风力不足 降低发电机组的发电能力 进一步引起频率下降 若不采取措施 将造成频率崩溃 频率降低会引起汽轮机叶片产生共振 使叶片寿命降低甚至断裂 造成重大事故 规程规定 电力系统的频率不能长期运行在49 5 49Hz以下 事故情况下不能较长时间停留在47Hz以下 频率的瞬时值不能低于45Hz 32 2020 2 9 8 5变电所常用自动装置 2 按频率自动减负荷装置的工作原理 按频率自动减负荷装置的组成 按频率自动减负荷装置的工作原理 图7 22按频率自动减负荷装置的原理框图 按频率自动减负荷装置由频率测量元件f 延时元件和执行元件CA三部分组成 如图7 22所示 按频率自动减负荷装置的工作原理可用图7 23来说明 33 2020 2 9 可见 按频率自动减负荷装置是采用逐次逼近的方法 迅速计算出系统的有功功率缺额 并断开相应的用户 以达到系统频率的稳定 图7 23按频率自动减负荷装置的工作原理示意图 8 5变电所常用自动装置 34 2020 2 9 8 5变电所常用自动装置 3 动作频率的整定 第一轮动作频率 整定为47 5 48 5Hz 最后一轮动作频率 整定为46 46 5Hz或45Hz 频率选择性级差的确定 频率的选择性级差取决于频率继电器本身的误差和在时间内频率下降的数值 一般相邻两轮的整定频率级差取0 5Hz 整定时限差取0 5s 特殊轮的动作频率 动作频率取47 5 48 5Hz 动作时限取15 25s 时限级差取5s左右 35 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 36 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 2 变电站综合自动化的基本概念 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 37 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 38 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 39 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 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 40 2020 2 9 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 8 6变电站综合自动化简介 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 41 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 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 42 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 人机联系功能 人机联系的桥梁 包括显示器 鼠标和键盘 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 43 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 44 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 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 45 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 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 远动的任务 46 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 事件顺序记录功能 按顺序记录断路器事故跳闸的时间 时钟同步功能 远动系统应具备对时功能 47 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 48 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 4 电压 无功综合控制系统功能 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 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 小电流接地选线功能低频减载功能备用电源自投功能 49 2020 2 9 四 变电站综合自动化系统的结构 8 6变电站综合自动化简介 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 50 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 图7 24集中式变电站综合自动化系统结构框图 51 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 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 面向对象 即面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计的 它将配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内 而高压线路和主变压器保护装置等采用集中组屏 其框图如图7 26所示 52 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 图7 25分层分布式集中组屏综合自动化系统结构示意图 53 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 图7 26分散与集中相结合的综合自动化系统结构框图 54 2020 2 9 8 6变电站综合自动化简介 特点 集中了分布式的全部优点 节省了大量控制电缆 减少了主控室的占地面积 可