八控制与信号PPT课件.ppt

1 发电厂变电所电气设备 第八章发电厂和变电站的控制与信号 2 第一节发电厂和变电站的控制方式 一 发电厂的控制方式 就宏观而言 发电厂的控制方式分为主控制室方式和机炉电 汽机 锅炉和电气 集中控制方式 就微观而言 发电厂设备的控制又分为模拟信号测控方式和数字信号测控方式 目前 上述各种方式并存于我国电力系统 但发展方向是集中控制和数字化监控 第八章发电厂和变电站的控制与信号 3 发电厂的单机容量小 常常采用多炉对多机 如四炉对三机 的母管制供汽方式 机炉电相关设备的控制采用分离控制 即设电气主控制室 锅炉分控制室和汽机分控制室 电气主控制室为全厂控制中心 负责起停机和事故处理方面的协调和指挥 因此要求监视方便 操作灵活 能与全厂进行联系 图8 1为典型火电厂主控制室的平面布置图 一 主控制室控制方式 第一节发电厂和变电站的控制方式 4 图8 1主控制室平面布置图 1 发电机 变压器 中央信号控制屏台 2 线路控制屏 3 厂用变压器控制屏 4 直流屏 远动屏 5 继电保护及自动装置屏 6 同步小屏 7 值班台 第一节发电厂和变电站的控制方式 5 单机容量为20万kW及以上的大中型机组 一般应将机 炉 电设备集中在一个单元控制室简称集控室控制 现代大型火电厂为了提高热效率 趋向采用亚临界或超临界高压 高温机组 锅炉与汽机之间采用一台锅炉对一台汽机构成独立单元系统的供汽方式 不同单元系统之间没有横向的蒸汽管道联系 这样管道最短 投资较少 且运行中 锅炉能配合机组进行调节 便于机组启停及事故处理 机炉电集中控制的范围 包括主厂房内的汽轮机 发电机 锅炉 厂用电以及与它们有密切联系的制粉 除氧 给水系统等 以便让运行人员注意主要的生产过程 至于主厂房以外的除灰系统 化学水处理等 均采用就地控制 二 机炉电集中控制方式 第一节发电厂和变电站的控制方式 6 在集中控制方式下 常设有独立的高压电力网络控制室 简称网控室 实际上就是一个升压变电站控制室 主变压器及接于高压母线的各断路器的控制与信号均设于网络控制室 网络控制室发展方向是无人值班 其操作与监视则由全厂的某一集控室代管 另外 电厂的高压出线较少时一般不再设网控室 主变压器和高压出线的信号与控制均设在某一集控室 第一节发电厂和变电站的控制方式 7 按控制开关控制方式分为 在主控制室内的集中控制和在设备附近的就地控制 按控制电源电压的高低分为 强电控制和弱电控制 前者的工作电压为直流110V或220V 后者的工作电压为直流48V 个别为24V 且一般只用于控制开关所在的操作命令发出回路和电厂的中央信号回路 以缩小控制屏所占空间 而合跳闸回路仍采用强电 二 变电站的控制方式 变电站的控制方式按有无值班员分为 值班员控制方式 调度中心或综合自动化站控制中心远方遥控方式 按断路器的控制手段分为控制开关控制和计算机键盘控制 第一节发电厂和变电站的控制方式 8 二次设备对一次设备进行测量 保护 监视 控制和调节的设备被称为二次设备 它包括测量仪表 继电保护 控制和信号装置等 二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备相互关联 二次回路二次回路是由二次设备组成的回路 它包括交流电压回路 交流电流回路 断路器控制和信号直流回路 继电保护回路以及自动装置直流回路等 第二节二次回路接线图 9 二次接线图二次接线图是用二次设备特定的图形符号和文字符号来表示二次设备相互连接情况的电气接线图 二次接线图的表示法有三种 归总式原理接线图 展开接线图 安装接线图 一 归总式原理接线图 在归总式原理接线图 简称原理图 中 有关的一次设备及回路同二次回路一起画出 所有的电气元件都以整体形式表示 且画有它们之间的连接回路 二次接线图常用图形符号新旧对照表 如表8 1所示 常用文字符号对照表 如表8 2所示 第二节二次回路接线图 10 表8 1二次接线常用新旧图形符号对照表 第二节二次回路接线图 11 第二节二次回路接线图 12 表8 2二次接线图中常见文字符号新旧对照表 第二节二次回路接线图 13 第二节二次回路接线图 14 图8 3为某10kV线路的过电流保护归总式原理接线图 图8 310kV线路过电流保护原理图 KA1 KA2 接于交流A相 第一相 和C相 第三相 的交流电流继电器 KT 时间继电器 KS 信号继电器 YT 断路器QF的跳闸线圈 XJ 测试插孔 XB1 连接片 SB 断路器跳闸试验按钮 第二节二次回路接线图 15 从图中可以看出 一次设备和二次设备都以完整的图形符号表示出来 能使我们对整套保护装置的工作原理有一个整体概念 但是这种图存在许多缺点 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 不能表明继电器之间接线的实际位置 不便于维护和调试 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 标出的直流 极符号多而散 不易看图 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 第二节二次回路接线图 16 二 展开接线图 展开接线图简称展开图 完全是以另一种方式的接线图 其二次电路按交流和直流分开画 即分为交流回路和直流回路 且电路的每个元件在回路中又被分解成若干部分 如一个继电器被分为带启动线圈的继电器主体和若干个继电器触点 图8 3中的10kV线路过电流保护可用展开图表示为图8 4 图8 410kV线路过电流保护展开图 第二节二次回路接线图 17 由图8 4可见 元件的线圈 触点分散在交流回路和直流回路中 故分别叫做交流回路展开图 包括交流电流回路展开图和交流电压回路展开图 以及直流回路展开图 展开图具有如下优点 容易跟踪回路的动作顺序 在同一个图中可清楚地表示某一次设备的多套保护和自动装置的二次接线回路 这是原理图所难以做得到的 易于阅读 容易发现施工中的接线错误 第二节二次回路接线图 18 三 安装接线图 屏面布置图是展示在控制屏 台 继电保护屏和其它监控屏台上二次设备布置情况的图纸 是制造商加工屏台 安装二次设备的依据 一 屏面布置图 屏面布置应满足下列一些要求 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 第二节二次回路接线图 19 图8 5所示为110kV线路控制屏的屏面布置图 屏面左半部为一回出线的二次设备布置 右半部为另一回出线的二次设备布置 图8 5110kV线路控制屏屏面布置图 1 电流表 2 有功功率表和无功功率表 3 光字牌 4 转换开关和同期开关5 模拟母线 6 隔离开关位置指示器 7 控制开关 第二节二次回路接线图 20 图8 6所示为传统的继电保护屏布置图 屏面自上而下布置有电流继电器 时间继电器 信号继电器 保护出口继电器和连接片等 图8 6继电保护屏屏面布置图 第二节二次回路接线图 21 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 以及设备与端子排的连接情况 它既可被制造厂用于指导屏上配线和接线 也可被施工单位用于现场二次设备的安装 二 屏后接线图 屏后接线图是站在屏后所看到的接线图 从屏后向屏体看去 看到的一般为 两列垂直布置的端子排处于屏的两侧 处于屏顶的各种小母线 熔断器和小刀闸等 众多的二次设备的背面及其接线端子 第二节二次回路接线图 22 端子排图为屏后接线图的一个组成部分 电缆联系图用于表明控制室内的各二次屏台及配电装置端子箱之间电缆编号 长度和规格 各屏台或配电装置用方框表示 框内注明其名称 三 端子排图和电缆联系图 第二节二次回路接线图 23 一 对控制回路的一般要求 断路器控制回路的接线方式较多 按监视方式可分为灯光监视的控制回路与音响监视的控制回路 前者应用的较为普及 而后者一般只用于在电气主接线的进出线很多的场合 以减少控制屏所用的空间 1 断路器的合闸和跳闸回路是按短时通电来设计的 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或跳闸 3 控制回路应具有反映断路器位置状态的信号 4 具有防止断路器多次合 跳闸的 防跳 装置 5 对控制回路及其电源是否完好 应能进行监视 第三节断路器的传统控制方式 24 6 对于采用气压 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 1 断路器控制元件 断路器的合 跳闸命令是由运行人员按下按钮或转动控制开关等控制元件而发出的 按钮虽然简单 但触点数量太少 不能满足控制与信号回路的需要 故多采用带有转动手柄的控制开关 二 灯光监视的控制回路和信号回路 一 断路器控制元件 中间放大元件以及操动机构 第三节断路器的传统控制方式 25 控制开关的种类较多 但其作用是类似的 即在开关打到不同位置时不同的触点接通 因而制造商都会提供产品的触点图表 图8 8是发电厂和变电站普遍使用的LW2 Z型控制开关的结构图 图8 8LW2 Z型控制开关结构图 第三节断路器的传统控制方式 26 表8 3为LW2 Z 1a 4 6a 20 20 F8型控制开关在手柄转至不同位置时6节触点盒的触点连通情况 表8 3LW2 Z 1a 4 6a 40 20 20 F8开关触点图表 背视图 第三节断路器的传统控制方式 27 二 控制回路和信号回路 图8 9电磁操动机构灯光监视的断路器控制回路和信号回路展开图 第三节断路器的传统控制方式 28 这种二次回路采用LW2 YZ型控制开关 且跳合闸回路共用控制开关手柄中的信号灯 其工作原理与灯光监视的断路器控制回路相似 区别是 用合闸位置继电器代替了红灯 用跳闸位置继电器代替了绿灯 这两个继电器所在回路之一接通时 其常开触点将闭合信号灯所在的回路 当控制回路与回路断线时 位置继电器会因失电而通过其常闭触点接通中央信号回路 这种控制方式的优点是信号灯的数量减半 适用于进出线较多的发电厂和变电站 缺点是不如双灯直观 只有借助灯光和控制开关所在位置来共同判定断路器所处的状态 因而在实际工程中使用较少 三 其它类型的断路器控制回路和信号回路 一 音响监视的断路器控制回路和信号回路 第三节断路器的传统控制方式 29 在220kV及以上的中性点直接接地的系统中 线路发生单相接地时只跳单相 然后单相重合 其它故障跳三相后重合三相 若不成功再跳三相 也即综合重合闸方式 因此 在220kV以上的输电系统中一般都装设分相操作的断路器 这就要求相应的控制回路应既能实现手动的三相操作 又能实现自动单相或三相跳闸和合闸 110kV及以上断路器的操动机构多为液压式 其中220kV及以上的断路常采用CY3型液压分相灯光监视的控制与信号回路 二 分相操作的断路器控制回路 第三节断路器的传统控制方式 30 我国绝大多数发电厂和变电站的断路器的控制和信号回路沿用强电控制 即控制与信号电源直流电压为220V或110V 用弱电参数进行断路器的控制与监视 即二次回路的控制与信号的电源电压为直流48V 24V或12V 传统的弱电控制分为弱电一对一控制 弱电有触点选择控制 弱电无触点选择控制和弱电编码选择控制等 传统的几种弱电控制方式的共同特点是 因弱电对绝缘距离 缆线的截面积都要求较小 控制屏 台 上单位面积可布置的控制回路增多 可缩小控制室的面积 电缆投资也小 制造工艺要求较高 且运行中需要定期清扫 否则会因二次设备及接线之间的距离小而引发短路 这正是弱电控制使用较少的原因 三 传统的弱电控制回路 第三节断路器的传统控制方式 31 一 RS 485串行接口和串行总线 如图8 18所示 每个RS 485串口由SN75176收发器制成 各个收发器可用一双绞线并联起来 RS 485串行总线采用半双工通信方式 即总线上的信息流的方向是可改变的 但在某一个时间间隔只限于朝一个方向传递信息 总线的两端都并有一个终端电阻 其大小应等于信号线的特征阻抗 使得在信号传至总线末端时不再反射回去 RS 485的信息传输性能远高于RS 232 它在信号传输速率为1Mbps时可传送120m 在100kbps时可传送1200m 一组RS 485串行总线最多可带32个计算机节点 第六节变电站自动化数据通信技术 32 图8 18RS 485半双工串行总线 第六节变电站自动化数据通信技术 33 二 CAN现场总线 CAN ControllerAreaNetwork 是一种串行通信总线 CAN总线的主要特点如下 1 一般采用双绞线作为通信总线 总线两端也接有终端电阻以减少波反射 总线具有两种逻辑状态 隐性和显性 显性代表逻辑0 此时总线的信号线CANH处于高电平 CANL处于低电平 两个电压差大于最小阈值的差分电压 隐性代表逻辑1 此时两根信号线正处于悬浮状态 它们的电压差近似为0 2 通信距离在信号传输速率为5kbps时可达10km 在1Mbps时达40m 总线上的允许节点数取决于总线驱动电路 目前可达110个 第六节变电站自动化数据通信技术 34 3 网络上的任一节点均可在任意时刻主动向其它节点发起通信 网上节点无主次之分 且可实现点对点 一点对多点及全局广播等方式的通信 4 数据链路层的功能较齐全 包括逻辑链路控制子层LLC和介质访问控制子层MAC 三 LonWorks现场总线 LonWorks LocalOperatingNetworks 是于1991年推出的一种现场总线 现已进入第三代产品 能将各控制局域网互联成跨地域的广域网 Lon