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第十章变电站二次接线 第10章变电站二次接线 学习目的 掌握二次接线图的三种表示方法 会识别各种二次接线图 掌握断路器的控制方式 了解变电站中央信号系统 变电站电气设备通常分为一次设备和二次设备 其控制接线又可分为一次接线和二次接线 一次设备包括发电机 变压器 断路器 隔离开关 母线 输配电线路 电抗器 避雷针 高压熔断器 电流互感器 电压互感器等 一次接线又称一次回路 主接线 是指将一次设备按照运行规律相互连接而成的电路 实现电能的生产 输送 分配之功能 10 1变电站设备与接线概述 二次接线又称二次回路 是将二次设备相互连接构成的电路 二次设备是指对一次设备进行监测 控制 指示和保护的低压设备 又称辅助设备 包括测量仪表 控制和信号装置 继电保护装置 远动装置 操作电源 控制电缆 熔断器等 二次接线是变电站电气接线的重要组成部分 基本任务是 反映一次设备的工作状态 控制一次设备 在一次设备发生故障时 能使故障部分迅速退出工作 以保持电力系统处在最好的运行状态 10 2二次接线图的绘制 二次接线图是以国家规定的标准图形符号和文字符号 表示二次设备的相互连接关系 它是变电站二次设备安装接线 试验查线以及运行维护的重要工具 二次接线图一般分为原理接线图 展开接线图和安装接线图三种 对于继电保护电路 通常三种形式的二次接线图都有 对于控制和测量回路一般只需展开接线图和安装接线图 二次设备图形符号 二次设备文字符号 10 2 1原理接线图 原理接线图是用来表示继电保护 测量仪表和自动装置中各元件的电气联系及工作原理的电气回路图 原理接线图将二次接线和一次接线中的相关部分画在一起 电气元件以整体形式表示 能表明二次设备的构成 数量及电气连接情况 图形直观 形象 便于设计构思和记忆 例 10KV过流保护原理接线图 例 三段式电流保护原理接线图 KM 原理接线图的优点是用统一的图形和文字符号表示 按动作顺序画出 便于分析动作原理 是绘制展开接线图等其他工程图的原始依据 缺点是没有表明元件的内部接线 端子标号 直流部分准确来源及导线连接方法等 将使图纸设计和阅读都发生困难 不能作为施工图纸 因此 必须借助于二次回路的展开接线图 原理接线图缺点 1 只能表示继电保护装置的主要元件 而对细节之处无法表示 2 不能表明继电器之间接线的实际位置 不便于维护和调试 3 没有表示出各元件内部的接线情况 如端子编号 回路编号等 4 标出直流 极符号多而散 不易看图 5 对于较复杂的继电保护装置 很难表示 即使画出了图 也很难让人看清楚 10 2 2 展开接线图 展开接线图简称展开图 它不是就整个元件而是按供电给二次接线的每个独立电源来划分的 将每套装置的交流电流回路 交流电压回路和直流回路分开表示 组成多个独立回路 是制造 安装 运行的重要技术图纸 也是绘制安装接线图的主要依据 1 展开接线图特点 展开图 是另一种方式构成的接线图 各元件被分成若干部分 元件的线圈 触点分散在交流回路和直流回路中 在展开图中依电流通过的方向 画出按钮 触点 线圈和它们端子编号 由左至右 由上到下排列起来 最后构成完整的展开图 在图的右侧还有文字说明回路的作用 特点是条理清晰 非常方便对回路的逐一分析与检查 常见的展开图有电流 电压回路图 控制及信号回路图 10kV线路过电流保护展开图 展开接线图的特点如下 1 在展开图上属于同一个仪表或继电器的电流线圈和电压线圈要分开表示在对应回路里 属于同一个元件的线圈和触点应采用相同的文字标号 2 按不同电源回路划分成多个独立回路 交流回路 按 相序分行排列 直流回路 包括控制回路 合闸回路 信号回路 测量回路 保护回路等 按继电器的动作顺序 自上而下 自左至右排列 3 图形右边有对应文字说明 回路名称 用途等 便于分析和读图 4 导线 端子都有统一规定的回路编号和标号 便于分类查线 维修和施工 学会并熟练读工程图是十分重要的 读展开接线图的方法可以归纳如下 1 先一次接线 后二次接线 2 由图右文字说明 先看交流回路 再看直流回路 3 对各种继电器和装置 先找到起动线圈 再找相应的接点 4 对同一回路 由上到下 对同一行 由左到右 5 对于事故设备分析 先找动作部分 再找相应的信号 注意 在二次接线图中所有开关电器和继电器的触点都是按照它们的正常状态表示的 即开关电器在断路位置和继电器线圈中没有电流的状态 1 回路标号的原则和基本方法 凡是用控制电缆经端子排连接的设备接线 都需按回路编号原则对接线进行标号 屏顶设备与屏内设备的连接需经端子排 此时看作是屏外设备 因此其连线也按回路编号原则进行标号 2 展开接线图的回路标号 在交流回路数字前加 文字符号 以区别其相序 对不同用途的回路规定了编号数字范围 对重要的常用回路 如直流正 负电源回路 跳 合闸回路等 都给予固定的编号 因此 在安装接线图中 由回路标号便知这一回路的性质和用途 便于维护和检修 回路标号用三位或三位以上的数字组成 需要标明回路的相别或某些主要特征时 可在数字标号的前面 或后面 增注文字符号 标号按等电位原则进行 即在电气回路中 连于一点的所有导线都用同一个数字标号 回路经过线圈 电阻 电容 开关 接点等元件相隔后 即给予不同编号 接线不经过端子而在屏内相邻设备间直接连接的回路 可不予标号 2 直流回路的标号 直流回路编号范围 直流回路编号方法是先从正电源出发 以奇数顺序编号 直到最后一个有压降的元件为止 对于不同用途的直流回路 使用不同的数字范围 如控制和保护回路用001 099及l一599 励磁回路用601 699 对于某些特定的主要回路通常给予专用的标号组 例如 正电源为101 201 负电源为102 202 3 交流回路的标号 1 交流回路按相别顺序标号 它除用三位数字编号外 还加有文字标号以示区别 例如A411 B411 C411 交流回路编号范围 2 对于不同用途的交流回路 使用不同的数字组 电流回路的数字标号 一般以十位数字为一组 如A401 A409 B401 B409 C401一C409 A591 A599 B591 B599 3 电流互感器和电压互感器是按它们在一次接线中的顺序来分组标号 4 某些特定的交流回路 如母线电流差动保护公共回路 绝缘监察电压表的公共回路等 给予专用的标号组 例如 在主接线图中有一条线路上装有两组电流互感器 交流回路编号不分奇数和偶数 从电源处开始按顺序编号 其中一组供继电保护用 其顺序号为1LH 回路号应取A411 A419 B411 B419 C411 C419 N411 N419 另一组供测量仪表用 其顺序号为2LH 回路号应取A421 A429 B421 B429 C421 C429 N421 N429 以下类推 三段式电流保护原理接线图 KM a 交流回路 b 直流回路 c 信号回路 三段式电流保护展开接线图 例如 保护装置I段动作顺序当线路发生短路时 在TA一次绕组有短路电流流过 在二次线圈中有相应的感应电流流过 1KA或2KA动作 直流回路中 1KA或2KA的常开触点闭合 接通KCO的线圈回路 其常开触点闭合 接通跳闸回路 断路器在合闸状态时 其与主触头联动的常开辅助触点QF也是闭合的 因此断跳器的YR和信号继电器1KS线圈中同时有电流流过 使断路器跳闸 切断故障线路 同时信号继电器1KS动作并掉牌 在信号回路中的带自保持的常开触点闭合 光字牌点亮 显示 掉牌未复归 灯光信号 优点 展开接线图接线清晰 动作程序层次分明 便于阅读 10 2 3 安装接线图 安装接线图是制造厂生产加工变电站的控制屏 继电保护屏和现场安装施工接线所用的主要图纸 也是变电站检修 试验等的主要参考图 在安装接线图中 各种仪表 电器 继电器和连接导线及其路径等 都是按照它们的实际图形 位置和连接关系绘制的 为了便于安装接线和运行中检查 所有设备的端子和导线都给加上走向标志 安装接线图是二次接线的主要施工图 也是提供厂家制造二次屏的图纸 施工图经过施工和试运行检验并加以修正后 就成为对二次回路进行维护 试验和检修的基本图纸 安装接线图包括屏面布置图 端子接线图 屏后接线图和二次设备现场安装接线图 在作出展开式原理图后 根据选用的设备 作出屏内设备的屏面布置图 然后再按屏作出端子接线图 厂家根据原理图 屏面图和端子图作出屏后接线图 即可制作屏柜 10 2 3 安装接线图 安装接线图包括1 屏面布置图 从控制屏正面看 将各安装设备和仪表实际位置按比例画出 它是屏背面接线图的依据 2 屏后接线图 从屏背后看 表明屏内设备在屏背面的引出端子之间的连线情况以及引出端子与端子排间的连接关系 3 端子排图和电缆联系图 从屏背后看 表明屏内设备与屏外设备连接情况以及屏上需要装设的端子类型 数目以及排列顺序 屏面布置图是标明二次设备在控制屏 台 保护屏上安装布置情况的图纸 图上应按比例画出屏上各设备的安装位置 外形尺寸及中心线的尺寸 并应附有设备表 列出屏后设备的名称 型号 技术数据及数量等 以便制造厂备料和安装加工 屏顶装设小母线 屏后两侧装端子排 屏背面的上方铁架上装设熔断器 小刀闸 警铃 蜂鸣器等 1 屏面布置图 凡须经常监视的仪表和继电器都不要布置得太高 操作元件 如控制开关 调节手轮 按钮等 的高度要适中 使得操作 调节方便 它们之间应留有一定的距离 操作时不致影响相邻的设备 检查和试验较多的设备应布置在屏的中部 而且同一类型的设备应布置在一起 这样检查和试验都比较方便 此外 屏面布置应力求紧凑和美观 屏面布置应满足下列一些要求 屏面布置图 a 35kV主变控制屏b 信号屏c 继电保护屏 2 屏后接线图 屏后接线图是以屏面布置图为基础 并以原理接线图为依据而绘制的接线图 表明了屏内各二次设备引出端子之间的连接情况 以及设备与瑞子排的连接情况 二次屏的设备大多装置在屏的正面 设备的接线柱在屏后 接线是在屏后进行的 故称为屏后接线图 它是屏的背视图 图上设备的相对位置应与屏面布置图一致 1 屏背面接线图的布置由于屏背面接线图是站在屏的后面看的屏接线图纸 所以安装于屏上的设备应按其实际安装位置和基本尺寸画出各设备的背视图来 图10 4屏背面接线图 端子排按实际排列画在屏的两边 小母线画在端子排的上方 熔断器 小刀闸 电铃等屏后上部的设备亦画在屏的上面 对这些设备来说 相当于屏前接线 应画正视图 屏背面接线图中各设备图形按规定方法标示 图形上方画一圆圈 上半圆标明安装单位编号及设备顺序号 下半圆标明设备的文字符号 圆圈下方写出设备的具体规格型号 2 设备图形的标示法 图10 5屏背面接线图中设备标示 安装单位的概念 指在同一屏内 属于某个一次回路所有二次设备的总称 或这些二次设备再按功能模块分类后的每个子集设备的总称 屏后接线图采用相对标号的方法 在变电站中 二次设备是十分复杂的 所以二次接线数目很多 不可能将连接线直接连接起来表示 而普遍采用相对编号的方法 4 设备及端子排连接线的标示 所谓相对编号法就是 如果甲 乙设备两个端子应该用导线连接起来 那么就在甲设备端子旁标上乙设备端子的编号 而在乙设备端子旁标上甲设备端子的编号 这样 在接线和维修时就可以根据图纸 对屏上每个设备的任一端子 都能找到与其连接的对象 设备编号情况 所属安装单位 本例均居于 设备序号 即在一个安装单位的范围内 从屏背面自上而下 自右而左依次编号 本例中有四个设备安装于保护屏 它们都属于安装单位 序列号分别为1 2 3 4 设备的文字符号 采用 相对编号法 如甲 乙两个接线端子要用导线连接起来 就在甲端子上标上乙端子的编号 而在乙端子上标上甲端子的编号 因为编号是互相对应的 故称为相对编号法 10 3断路器及其控制 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 为实现断路器的自动控制 人们设计了多种控制方式 断路器控制回路是指控制 操作 高压断路器跳 合闸的回路 直接控制对象为断路器的操动 作 机构 操动机构主要有手动操作 电磁操动机构 CD 弹簧操动机构 CT 液压操动机构 CY 等 对控制回路的一般要求 1 断路器的合闸和跳闸回路是按短时通电来设计的 操作完成后 应迅速自动断开合闸或跳闸回路以免烧坏线圈 2 断路器既能远方由控制开关控制 又能在自动装置和继电保护作用下自动合闸或跳闸 3 控制回路应有反映断路器位置状态的信号 4 应具有防止多次合 跳闸的电气 防跳 装置 5 具有对控制回路或电源是否完好进行监视的回路 强电控制 220V 110V弱点控制 48V 24 12V 6 对采用气压 液压和弹簧操作的断路器 应有对压力是否正常 弹簧是否拉紧到位的监视回路和动作闭锁回路 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 10 3 2断路器的控制 变电站中 断路器一般由LW2系列开关进行控制 1 控制开关 LW2 Z型控制开关的结构图 LW2 Z型触点盒位置图表 LW2 Z型开关触点图表 背视图 表示触点接通 表示触点断开 断路器的操动机构有电磁式 弹簧式和液压式 它们的控制回路都有合闸线圈和跳闸线圈 当线圈通电后 引起连杆动作 进行合闸或跳闸 在变电站的控制中 有多种成熟的控制回路 这些典型的控制回路可独立地运行 也可互相组合构成复杂的控制回路 2 断路器的基本控制回路 图10 10断路器基本跳 合闸回路 断路器的基本跳 合闸控制回路 合闸操作 跳闸操作 断路器的位置应有明确的指示信号 断路器的双灯制位置接线如图所示 用红灯 HR 表示断路器在合闸状态 用绿灯 HG 表示断路器在跳闸状态 3 断路器的位置指示回路 红 绿灯是利用与断路器传动轴一起联动的辅助触点进行切换的 当断路器在断开位置时 其常闭触点接通 绿灯 HG 亮 当断路器在闭合位置时 断路器常开触点接通 红灯 HR 亮 4 断路器自动跳 合闸信号回路 图10 13断路器跳 合闸双灯制信号回路接线 第四节传统的中央信号系统 一 信号装置类型 1 事故信号如断路器发生事故跳闸时 蜂鸣器立即发出较强的音响 通知运行人员进行处理 同时 断路器的位置信号灯发出闪光 2 预告信号当运行设备出现危及安全运行的异常情况时 例如发电机过负荷 变压器过负荷 交流电源绝缘监视动作等等 便发出另一种有别于事故信号的音响 铃响 此外 标有故障内容的光字牌变亮 3 位置信号包括断路器和隔离开关的位置信号 前者用灯光表示其合 跳位置 后者则用一种专门的位置指示器表示其位置状况 4 其它信号如指挥信号 联系信号和全厂信号等 这些信号是全厂公用的 可根据实际需要设置 中央信号概念 在以上的各种信号中 事故信号和预告信号都需要在中央控制室中反映出来 它们是电气设备各种信号的中央部分 统称为中央信号 中央信号集中装设在中央信号屏上 二 事故信号 实现音响的方式 有交流 直流 音响解除的方式 个别解除 中央解除 动作连续性 不能重复动作 能重复动作 三 预告信号 变电站是电力系统的重要组成部分 随着现代计算机技术 现代通信和网络技术的发展及在电力系统中的广泛应用 变电站综合自动化装置的发展 特别是变电站无人值班技术的发展 已经进入以计算机网络为核心 采用分层 分布式控制方式 集控制 保护 测量 信号 远动为一体的综合自动化阶段 第五节变电站自动化系统 变电站自动化系统集变电站保护 测量 监视 远方控制于一体 通过变电站各种设备间相互交换信息 数据共享 实现对变电站运行自动监视 管理 协调和控制 大大提高了变电站的保护 控制性能和可靠性 从而改善和提高了电网的控制水平 1 变电站综合自动化概述 变电站自动化 是自动化技术 计算机技术及通信技术在变电站领域的综合应用 一 传统的变电站的控制与信号系统存在的问题 1 常规的继电保护 自动装置和运动装置极易发生故障 维护 检修的工作量大 2 远动装置能够向上传送的参数少 且通信的可靠性差 3 无运行参数记录功能 只能靠人工每天24小时定期抄表 这对于值班员来说是一种负担 尤其是在夜间 致使运行参数日志中难免有一些人工推测的数据 不利于对于设备健康状况的评估和管理部门的合理决策 4 各个断路器的控制与信号回路 各事故信号和预告信号均采用独自的信息传输通路 这些通路一般都是从被监控的一次设备到主控室 这种信号的传输距离长 使电压互感器和电流互感器的测量精度变低 电缆用量巨大 5 无自动电压调节功能 6 无法即时记录电力系统故障时的保护和断路器的动作时间 各一次设备在故障期间的运行参数 不利于厂站和电力系统的事故分析 变电站综合自动化系统主要分为微机保护和微机监控两大系统 微机保护主要是应用微机控制技术 替代传统机电型和电子型模拟式继电保护装置 以获得更好的工作特性和更高的技术指标 微机监控系统则是应用微机控制技术 替代现行的人工监控方式 实现运行调度的自动化和微机化 变电站综合自动化系统主要由硬件系统和软件系统两部分构成 二 变电站综合自动化系统 变电站主接线图 微机继电保护装置主要由硬件系统和软件系统两部分构成 微机继电保护装置的硬件系统框图 微机监控系统系统硬件框图 变电站自动化 变电站综合自动化的基本结构 变电站综合自动化的基本结构可分为集中式结构和分层分布式结构两类 一是在控制室进行集中测控的集中式结构 即将所有二次设备以遥测 遥信 遥脉 遥控 遥调及保护功能划分为不同的子系统 二是分层分布式结构 即将测控单元就地下放 安装于一次设备上或其附近 以间隔为划分 每一个间隔的测量 信号 脉冲 控制 保护综合在一个测控单元上 集中采集变电站的模拟量和数量等信息 集中计算和处理 分别完成微机监控 微机保护和自动控制等功能 集中式结构也并非指只由一台计算机完成保护 监控等全部功能 例如监控机要担负数据采集 数据处理 断路器操作 人机联系等多项任务 担负微机保护的计算 可能一台微机要负责多回低压线路的保护等 1 集中式结构 在控制室进行集中测控的集