现代供配电技术供配电系统次接线.ppt

第5章供配电系统二次接线,第5章供配电系统二次接线,内容提要：供配电系统二次接线的基本概念及二次接线图的绘制，二次回路的操作电源断路器控制回路和信号回路以及电气测量仪表供配电系统常用的自动装置，变电站的防雷与接地保护。,5.1二次接线概述,5.1.1二次接线的基本概念5.1.2二次接线的分类,5.1.1二次接线的基本概念,二次设备：指对一次设备的工作状态进行监视、测量、控制和保护的辅助电气设备。基本任务：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，保持电力系统处在最好的运行状态。,5.1.2二次接线的分类,按照电源性质分，有直流回路和交流回路按照用途分，有断路器控制回路、信号回路、测量回路、继电保护回路和自动装置回路等,图5.1供配电系统的二次回路功能示意图,5.2二次接线图,二次接线图介绍原理接线图展开接线图安装接线图,5.2.1二次接线图介绍,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。分类：原理接线图、展开接线图、安装接线图,5.2.2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。,10kV线路保护原理接线图,原理接线图可用来分析工作原理，但对于复杂线路，看图较困难，因此，广泛应用展开接线图。,5.2.3展开接线图,展开接线图：交流电流回路、交流电压回路、直流控制操作回路和信号回路等几个主要组成部分特点：接线清晰，回路次序明显，便于了解整套装置的动作程序和工作原理，易于阅读，对于复杂线路的工作原理的分析更为方便,10kV线路保护原理接线图,5.2.3展开接线图,根据电气施工安装的要求，用来表示二次设备的具体位置和布线方式的图形，称为二次回路的安装接线图。它反映的是二次回路中各电气元件的安装位置、内部接线及元件间的线路关系。,以安装接线图为例介绍二次接线基本要求及二次接线图的绘制方法。,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。(2)屏背面接线图（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（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。,1.基本要求,（1）按图施工，接线正确。（2）导线与电气元件间的连接应牢固可靠。（3）盘、柜内的导线不应有接头，导线芯线应无损伤。（4）电缆芯线和所配导线的端部均应标明其回路编号，编号应正确。（5）导线绝缘良好，无损伤。（6）按规定在端子上连接导线。（7）二次回路接地应设专用螺栓。（8）采用规定的绝缘导线，保证安全。,2.二次回路的编号,常用方法：（1）回路编号法：按“等电位”原则标注，在电气回路中相同电位的回路采用同一编号。（2）相对编号法：按接线对侧的设备名称编号（3）二次回路的编号原则,二次回路的编号原则,数字编号的分配,3.安装接线图的绘制,需注意以下几个方面：（1）二次设备的表示方法。（2）接线端子的表示方法。（3）连接导线的表示方法。,5.3变电所二次回路的操作电源,二次回路操作电源介绍直流操作电源交流操作电源所用变压器,5.3.1二次回路操作电源介绍,二次回路的操作电源是指控制、信号、监测及继电保护和自动装置等二次回路系统所需的电源。要求：（1）安全可靠；（2）容量足够大分类：（1）直流操作电源；（2）交流操作电源,5.3.2直流操作电源,铅酸蓄电池组由二氧化铅(PbO2)的正极板、铅(Pb）的负极板和密度为1.2g/cm31.3g/cm3的稀硫酸(H2SO4)电解液构成，容器多为玻璃。,铅酸蓄电池组的额定端电压（单个）为2V，需要蓄电池个数为118个，其中长期接入操作电源母线的蓄电池个数约为86个，其余32个蓄电池用于调节电压。,优点：与交流的供电系统无直接关系，不受供电系统运行情况的影响，工作可靠。缺点：设备投资大，蓄电池使用一段时间后，电压下降，需用专门的充电装置来进行充电，因此还需设置专门的蓄电池室，且有较多的腐蚀性，运行维护也相当麻烦。,镉镍蓄电池组由正极板、负极板、电解液组成。单个镉镍蓄电池的端电压额定值为1.2V，充电后可达1.75V，其充电可采用浮充电或强充电方式由硅整流设备进行充电。,优点：（1）不受供电系统运行情况影响、工作可靠；（2）大电流放电性好；（3）使用寿命长；（4）腐蚀性小，不需专门的蓄电池室；（5）运行维护也比较简便。,硅整流直流操作电源按断路器的操动机构的要求，可分为：（1）电容储能（电磁操动）（2）电动机储能（弹簧操动）,硅整流电容储能直流操作电源,带有两组不同容量电容储能的硅整流装置图,各主要元件功能：（1）硅整流器I：做断路器合闸电源，可向控制、保护、信号等回路供电；在硅整流器II发生故障时可以通过V3向控制母线供电。（2）硅整流器II：仅向操作母线供电。（3）二极管V3：只允许从合闸母线向控制母线供电而不能反向供电。（4）电阻R用于限制在控制母线例发生短路时流过硅整流I的电流。（5）C1和C2：储能可动作继电保护装置，使断路器跳闸。（6）V4和V5：在事故情况下禁止向操作母线供电，只向保护回路放电。,优点：价格便宜，占地面积相对较小，维护工作量小，体积小，不需充电装置；缺点：电源独立性差，可靠性受交流电源影响；电容器有漏电问题，易损坏。,复式整流装置指供直流操作电压的整流器电源有两个，即电压源和电流源。优点：能保证供电系统在正常和事故情况下直流系统均能可靠地供电。,5.3.3交流操作电源,获得途径：取自所用电变压器；当保护、控制、信号回路的容量不大时，可取自电流互感器、电压互感器的二次侧。,继电保护方式：,“去分流跳闸”方式,当一次电路发生相间短路时，继电器动作，其常闭触点断开，使YR的短接分流支路被去掉（即“去分流”），使电流互感器的二次电流完全流入跳闸线圈YR，断路器跳闸。,直接动作式,在一次电路发生相间短路时，短路电流反应到互感器的二次侧，流过YR，达到或超过YR的动作电流，从而使断路器跳闸。,交流操作电源的优缺点：,优点：接线简单，投资低廉，维修方便；缺点：交流继电器性能没有直流继电器完善，不能构成复杂的保护,5.3.4所用变压器,变电所的用电设置专门的变压器供电，简称所用变。变电所用电有室外照明、室内照明、操作电源用电等。,所用变压器接线示意图,5.4高压断路器的控制与信号回路断,高压断路器高压断路器的控制方式与控制要求灯光监视的控制回路和信号回路,5.4.1高压断路器,高压断路器有完善的灭弧装置，不仅能在正常时通断负荷电流，而且能在出现短路故障时在保护装置作用下切断短路电流。按采用的灭弧介质来划分主要有：油断路器六氟化硫断路器真空断路器等,5.4.2高压断路器的控制方式与控制要求,断路器的控制方式1.按控制地点分为集中控制和就地（分散）控制。2.按控制电源电压的高低可分为强电控制、弱电控制和微机控制。3.按控制电源的性质可分为直流操作(DCoperation)和交流操作(ACoperation)（包括整流操作）。4.按照对控制电路监视方式的不同可分为灯光监视控制和音响监视控制电路。,控制回路需满足的要求1.操作完成之后，应迅速自动断开合闸或跳闸回路以免烧坏线圈。2.断路器既能在远方由控制开关进行手动合闸或跳闸，又能在自动装置或继电保护装置作用下自动合闸或跳闸。3.控制回路应具有反映断路器手动和自动跳、合闸位置的信号。4.应能监视控制回路操作电源及跳、合闸回路的完好性；应对二次回路短路或过负荷进行保护；5.具有防止断路器多次合、跳闸的“防跳”装置。6.对于采用气压、液压和弹簧操动机构的断路器，应有压力是否正常、弹簧是否拉紧到位的监视和闭锁回路。,5.4.3灯光监视的控制回路和信号回路,1控制回路的构成控制开关控制开关是断路器控制回路的主要控制元件，由人员操作使断路器合、闸，在变电所中常用的是LW2型系列自动复位控制开关。,LW2-Z型控制开关外型结构图,固定与自由行程触头示意图,（1）触点盒位置图,表中：“”表示触点接通，“一”表示触点断开。,触点盒位置图表,（2）LW2型控制开关触点图表,LW2-Z-1a,4,6a,40,20,20/F8型开关型控制开关触点表,表中：虚线上打黑点（）的触点，表示在此位置时该触点通。,中间放大器件断路器的合闸电流较大，控制元件和控制回路所能通过的电流只有几安，二者之间需用中间放大器件进行转换，常采用直流接触器去接通合闸回路。操作机构高压断路器的操作机构有电磁式、弹簧式和液压式等，操作机构不同，其控制回路不尽相同，但基本接线相似。用户变电所的断路器常采用电磁式操作机构。,2控制回路和信号回路操作过程分析,断路器的控制回路和信号回路图,SA控制开关BC小母线BF闪光母线KL防跳继电器KM中间继电器KO合闸接触器YO合闸线圈YR跳闸线圈BAS事故音响小母线K继电器保护触点K1闪光继电器SB试验按钮,合闸方式（1）手动合闸（2）自动合闸（3）手动跳闸（4）自动跳闸（5）防跳装置（6）闪光电源装置,5-5变电所中央信号系统,5.5.1中央信号系统的分类5.5.2中央信号系统的基本功能,5.5.1中央信号系统的分类,1.信号装置分类（1）按性能a.按动作性能：分为重复动作和不重复动作；b.按复归方式：分为中央复归和就地复归两种。（2）按用途位置信号，事故信号和预告信号装置,位置信号：,用来指示设备的运行状态的，如断路器的通、断状态，所以位置信号又称为状态信号。对隔离开关常采用一种专门的位置指示器如MK-9型位置信号指示器来表示其位置状态。,隔离开关位置信号指示器,事故信号：,表示供电系统在运行中发生了某种事故而使继电保护动作，同时事故信号装置发出灯光和音响信号，蜂鸣器（电笛）发出声音，相应的光字牌变亮，显示文字告知事故的性质、类别及发生事故的设备。,重复动作的中央复归式事故音响信号回路图,预告信号：,为变电站中电气设备发生故障或出现不正常运行状态时发出的信号，与事故信号相比，属次紧急信号，且不会立即造成设备损坏或危及人身安全。变电站中的预告信号通常分为瞬时预告信号和延时信号两种，经常发生的预告信号有：变压器、电动机等电气设备过负荷；变压器油温过高、轻瓦斯保护动作及通风故障等；SF,气体绝缘设备的气压异常；直流系统绝缘损坏或严重降低；断路器控制回路及互感器二次绕组回路断线；小电流接地系统单相接地故障；继电保护和自动装置交、直流电源断线；信号继电器动作（掉牌）未复归；断路器三相位置或有载调压变压器三相分接头位置不一致；作用于信号继电器的继电保护和自动装置动作等。,5.5.2中央信号系统的基本功能,信号系统必须具备的功能：（1）应保证在任一断路器事故跳闸后，能瞬时发出事故信号，同时位置指示灯闪光，并点亮相应光字牌。（2）应保证在任一电路发生故障时，能按要求（瞬时或延时）准确发出音响、灯光信号和掉牌信号。（3）中央信号装置在发出音响信号后，应能手动或自动复归（解除）音响，而灯光信号及其他指示信号应保持到消除故障为止，以便帮助查找和分析事故。（4）在继电保护及自动装置动作后，应能及时将信号继电器手动复归，并设“信号未复归”光字牌，发送光字牌信号。（5）中央事故音响信号与预告音响信号应有区别。一般事故音响信号用电笛或蜂鸣器，预告音响信号用电铃；（6）接线应简单、可靠，应能监视信号回路的完好性；（7）应能对事故信号、预告信号及其光字牌是否完好进行试验。,5-6电气测量仪表,5.6.1电气测量仪表介绍5.6.2电气测量仪表的准确度等级5.6.3变配电装置中测量仪表的配置5.6.4三相电路电能的测量5.6.5电气测量仪表接线举例,5.6.1电气测量仪表介绍,（1）概念：指对电力装置回路的电气运行参数作经常测量、选择测量、记录用的仪表和作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。（2）分类：常用测量仪表和电能计量仪表,5.6.2电气测量仪表的准确度等级,准确度是指仪表测量值与实际值的一致程度。仪表准确度等级可分为如下七级：0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.5级、5.0级。电气测量仪表一般按其准确度等级来划分其测量性能。,电气测量仪表的准确度等级与测量误差表,5.6.3变配电装置中测量仪表的配置,在电力系统和供配电系统中电气测量的目的有3个：（1）计费测量：主要计量用电单位的用电量，如有功电度表、无功电度表；（2）运行状态、技术经济分析的测量：如电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能等。（3）对交、直流系统的安全状况监测：如绝缘电阻、三相电压是否平衡等。计量仪表要求准确度要高，其他测量仪表的准确度要求要低一些。,5.6.4三相电路电能的测量,电能测量简介：,1.电能测量的基本公式：,2.分类：（1）直流式和交流式（2）单相感应式、三相感应式和特种电能表其中三相电能表又分为三相三线有功电能表、三相四线有功电能表和三相无功电能表。,三相电路的测量,1三相电路有功电能的测量（1）三相四线制电路有功电能的测量,a.在对称三相四线制电路中，可以用一个单相电能表进行测量，再进行有关计算。b.当三相负荷不对称时，一般采用三相四线有功电能表进行测量。,（2）三相三线制电路有功电能的测量三相三线制电路所消耗的有功电能，可以用两个单相电能表来测量，三相所消耗的有功电能等于两个单相电能表读数之和。,三相有功电能表接线,2三相电路无功电能的测量,感应式无功电能表:1.按测量原理：（1）按无功原理制成的无功电能表，也称正弦电能表；(2)按有功电能表原理，采用跨相电压或采用附加电阻，自耦移相变压器的办法，使之反映三相无功电能。2.常用结构：（1）带附加电流线圈的三相无功电能表；（2）移相60型三相无功电能表。,（1）带附加电流线圈的三相无功电能表这种三相无功电能表由两组测量机构共同驱动同一转轴上的铝盘，其电磁铁上除绕有主线圈外，还有附加电流线圈。（2）移相60型三相无功电能表这种三相无功电能表亦是由两组测量机构构成，其特点是在两组测量机构的电压线圈中串联电阻，使电压线圈中电流与电压的相位差为60,三相无功电能表接线图,5.6.5电气测量仪表接线举例,110kV高压电气测量仪表接线,6Kv10kV高压线路测量仪表电路图,其中TA电流互感器；PA电流表；TV电压互感器；PJ1三相有功电能表；PJ2三相无功电能表；WV电压小母线,2220/380V低压电气测量仪表接线,220/380V低压线路测量仪表电路图,5-7供配电系统常用的自动装置,5.7.1备用电源自动投入装置(APD）5.7.2供配电线路自动重合闸装置,5.7.1备用电源自动投入装置(APD）,在用户供配电系统中，为了提高供电的可靠性，保证不间断供电，通常设有两路及以上的电源进线，其中一路作为工作电源，一路作为备用电源。备用电源自动投入装置(APD）：装设在备用电源线路上，在工作电源因故障被断开后，能自动而且迅速地将备用电源或备用设备投入工作。APD分类：（1）装设专用的备用变压器或备用线路，称为明备用方式；（2）不装设专用的备用变压器或备用线路，称为暗备用方式。,备用电源自动投入示意图,1.对APD的装设具体要求,（1）应保证在工作电源或设备断开后，APD才能将备用电源投入。（2）当工作电源的电压不论因何原因消失时，APD均应动作。（3）应保证APD只动作一次，这是为了避免将备用电源多次投入到永久性故障元件上。（4）APD的动作时间应尽可能的短，以减小负荷的停电时间。（5）工作电源正常停电操作及工作电源、备用电源同时失去电压时，APD不应动作，以防备用电源投入。（6）电压互感器两侧熔断器熔断或其刀开关拉开时，APD不应误动作。（7）常用断路器因继电保护动作（负载侧故障）跳闸，APD不应动作。,2.APD接线及动作原理,高压双电源互为明备用的APD装置原理接线图,5.7.2供配电线路自动重合闸装置,自动重合闸装置(ARD）是当断路器跳闸后，能够自动地将断路器重新合闸的装置，主要用于架空线路。特点：本身所需设备少，投资不多，并可减少停电损失，提高供电的可靠性,1.自动重合闸的分类,按动作原理：有电气式和机械式；按作用于断路器的方式：有三相ARD，单相ARD和综合ARD；按重合次数：有一次重合式、二次重合式和三次重合式。,自动重合闸装置应满足下列要求：（1）断路器断开时，ARD不应动作。（2）当断路器因继电保护动作跳闸时，自动重合闸装置应动作。（3）优先采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸。同时也允许由保护装置来起动，但此时必须采取措施来保证自动重合闸能可靠动作。（4）在任何情况下，ARD的动作次数应符合预先的规定。（5）ARD动作以后应能自动复归，准备好下次动作。（6）ARD装置应与继电保护配合，以实现重合闸前加速保护或重合闸后加速保护，加速故障部分切除的时间。（7）自动重合闸装置动作应尽量快，以便减少工厂的停电时间。,2.电气一次自动重合闸装置接线,单电源线路三相一次自动重合闸接线图,ARD的动作情况：正常运行时，断路器处于合闸状态(2)当线路发生瞬时性故障时，继电保护动作使断路器跳闸(3)当线路发生永久性故障时，一次重合如不成功，继电保护装置第二次将断路器跳闸(4)用控制开关SA手动跳闸(5)用控制开关SA手动合闸,5-8互感器,5.8.1互感器介绍5.8.2电流互感器5.8.3电压互感器5.8.4组合互感器,5.8.1互感器介绍,互感器定义：将一次侧的高电压、大电流转换成标准的电压和电流后供给二次设备进行测量和继电保护用。互感器的主要作用：（1）隔离一次回路与二次设备。（2）扩大二次仪表和保护继电器使用范围。（3）使二次仪表、继电器标准化。互感器按其作用分类，可分为电流互感器和电压互感器。,5.8.2电流互感器,1.工作原理,图5.21电流互感器,电流互感器原理图,电流互感器一次绕组串接在一次电路中，二次绕组则与仪表、继电器等的电流线圈相串联，形成一个闭合回路。电流互感器工作时二次回路接近于短路状态，因此电流互感器工作时一、二次回路的电压都很低，励磁电流I0也很小。电流互感器一次电流由被测量的一次回路决定而基本不受二次负荷的影响。,磁动势平衡方程式：,若忽略励磁电流，则有：,和分别为电流互感器一次和二次绕组匝数,电流互感器一、二次额定电流之比：,为额定电流比，和分别为电流互感器一、二次绕组的额定电流值,多抽头电流互感器,当互感器不能正常运行或误差较大的情况，可采用多抽头式电流互感器进行测量。,2.电流互感器的误差,在理想的电流互感器中，励磁损耗电流为零，在测量时，可将二次电流测量值乘以额定电流比后作为一次电流值。在实际的电流互感器中，由于有励磁电流存在，所以通常有变比误差和相位上的角度误差。（1）电流比误差（比差）I：（2）相位角误差（角差）：指二次电流向量旋转180以后，与一次电流向量之间的夹角。,减小电流互感器误差可采取的措施：,（1）采用优质硅钢片卷成的圆环形铁心；（2）减小二次回路阻抗Z2（负载）；（3）降低一次电流的影响。,3.电流互感器的型号和分类,电流互感器的文字符号为TA，图形符号：分类：（1）按安装地点分为户内式和户外式，一般35kV及以上的多采用户外式，10kV及以下多采用户内式。（2）按一次绕组的匝数分为单匝式和多匝式。（3）按用途分为测量用和保护用两类。（4）按绝缘方式分可分为油浸式、环氧树脂浇注式、干式、SF6气体绝缘式、串级式、电容式等。,各等级电流互感器的运行误差表,电流互感器的全型号表示和含义,在电力线路中，为同时满足测量和继电保护控制的要求，并且节约投资，高压电流互感器通常带有多个相互之间没有磁联系的独立铁芯和二次绕组，共用一个一次绕组，这样可形成不同准确度等级的两个电流互感器，分别完成测量和继电保护功能。,4.电流互感器的极性,（1）电流互感器的极性介绍定义：指某一时刻一次侧极性与二次侧某一端极性相同，即同时为正、或同时为负，称此极性为同极性端或同名端，用符号“*”、“-”或“.”表示。电流互感器在接线时若将同名端弄错，将造成测量回路或继电保护回路中引起测量错误或保护装置错误动作。,（2）直流法测电流互感器极性,我国标准规定，电流互感器一次线圈首端标为L1，尾端标为L2；二次线圈的首端标为K1，尾端标为K2，在接线中L1和K1称为同极性端，L2和K2也为同极性端。,直流法测电流互感器极性,5.电流互感器的接线,互感器的接线方式通常有4种：（1）单相式接线（2）两相式不完全星形接线（3）两相电流差式接线（4）三相完全星形接线,6.电流互感器的使用注意事项,（1）电流互感器在工作时其二次侧不得开路。（2）由于电流互感器二次侧不能开路运行，因此其二次侧也不允许接熔断器或隔离开关等，且二次连线导线应采用截面积较大的铜导线，在进行检修、校验时，必须先用短接线将电流互感器的二次侧短接。（3）电流互感器的二次侧有一端必须接地。（4）对于低压电流互感器，由于其绝缘裕度大。发生一、二次绕组击穿的可能性小，因此其二次绕组不做接地。,7.电流互感器的选择与校验,电流互感器的选择与校验应遵循如下原则：（1）电流互感器的额定电压不得低于装设地点的额定电压。（2）计量用的电流互感器的一次侧额定电流I1N不得小于一次电路的计算电流IC。（3）准确度的校验：校验公式为：,的计算,二次回路的阻抗：,式中,为二次回路中所有的电阻、阻抗之和,则,或,电流互感器铁芯饱和特性,电流互感器铁芯饱和特性,只有在励磁电流较小的时候才近似满足的线性关系，而保护用电流互感器一次侧有可能流过短路大电流，这个时候互感器铁芯将会饱和，使得与之间出现非线性误差，短路电流越大，则误差越大。,（4）动稳定性校验：（5）热稳定性校验：,为厂家的产品技术参数中提供的动稳定电流倍数,分别为厂家的产品技术参数中提供的热稳定电流倍数及热稳定时间,和,5.8.3电压互感器,1.工作原理,电压互感器的工作原理、构造和接线方式相当于一个降压变压器，其一次绕组并联在一次线路上，匝数较多，二次绕组与二次回路中的仪表、继电器的电压线圈与并联，匝数较少，由于这些电压线圈的阻抗很高，因此电压互感器运行时其二次绕组相当于空载状态。特点：容量小，其二次负荷通常仅有几十或几百伏安，而且恒定。,2.电压互感器的误差,误差种类：电压误差U：角误差：指电压互感器二次电压向量U2旋转180后与一次电压向量U1之间的夹角。误差产生原因：电压互感器一次电压的显著波动，致使磁化电流发生变化而