09第九章 发电厂和变电所二次系统(控制、信号与绝缘检察).ppt

第六章发电厂和变电所二次系统,二次系统概述继电保护控制回路信号回路发电厂及变电所设备控制,第一节二次系统概述,二次电气设备是对一次电气设备的工作进行控制、监察、测量和保护的设备,包括各种仪表、继电器、自动控制设备、信号设备及控制电缆等。二次系统二次接线图是将这些设备用一定的图形和符号来表示，并按照一定的方式连接起来的图。二次接线对一次系统的安全运行和控制起着重要作用。,二次回路按用途分：测量表记回路、控制回路、信号回路、操作电源回路、继电保护和自动装置回路。按电源性质分：交流回路和直流回路。二次接线图按用途分为原理接线图、展开图和安装图常用图形符号,原理接线图,原理图举例原理图中，设备以整体图表示，一次、二次设备画在一起。各元件按相互关系和动作的先后次序画在一起。优点：便于了解总体工作情况，形象、明显、直观。缺点：无内部接线、回路和端子编号，阅读、施工困难，不易查错。特别是复杂回路，将失去其优点。,展开图,以供给二次接线的独立电源划分为交流回路（电流、电压），直流操作回路、信号回路等，每部分又分为若干行，交流回路按a、b、c排列，直流回路按动作顺序自上而下、从左至右排列。同一元件线圈和接点分开。优点：结构简单清晰，层次分明，阅读查错方便，便于了解装置的动作程序和工作原理。,第二节继电保护一般问题,一.继电保护的作用和要求电力系统在运行中，不可避免地发生故障和不正常运行状态，对电气设备、用户和系统的正常工作造成破坏。电力系统故障：短路、断线、复故障。不正常运行状态：过负荷、过电压、系统振荡等。故障和不正常运行状态处理不正确，可能引起事故（少送电、电能质量变坏到不允许的程度、设备损坏、人身伤亡）。,继电保护基本任务,继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装置的基本任务(1)自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行。(2)反应电气元件的不正常运行状态，根据运行维护的具体条件(例如有无经常值班人员)和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。,对继电保护的基本要求,1、选择性2、速动性3、灵敏性4、可靠性,1、选择性,保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小。以保证系统无故障部分仍能继续安全运行。,远后备保护比较完善,且实现简单、经济，应优先采用。,2、速动性,指保护装置以可能最短的时限将故障或异常工况自电网中切除或消除。,利：提高稳定性；加快非故障部分的恢复供电；减轻故障设备的损坏程度。弊：暂态特性，拒动和误动。(大容量机组时间常数较大，电流的非周期分量衰减慢，CT和电容式PT产生饱和)故障切除时间保护装置动作时间断路器动作时间0.060.12s0.060.15s0.010.04s0.020.06s,3、灵敏性,指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。任何运行方式下，被保护设备范围内发生故障，不论短路点的位置、类型、是否有过渡电阻，都能动作于跳闸或发出信号。灵敏系数Klm：常见不利运行方式和不利故障类型下通入装置的故障量和整定动作值之比。反应数值上升的保护：反应数值下降的保护：,4、可靠性,可信赖性：不拒动。安全性：不误动。,影响可靠性的因素：内在：装置本身的质量，包括元件好坏、结构设计的合理性、制造工艺水平、内外接线简明，触点多少等；外在：运行维护水平、调试是否正确、正确安装,需要根据电力系统和负荷的具体情况，对这两方面(不拒动、不误动)的性能要求适当地予以协调。,选择并配置继电保护装置时，应考虑四性，并考虑经济条件，按被保护元件在电力系统中的地位和作用来确定保护方式。,继电保护的基本原理和保护装置的构成,任务：正确区分正常运行和故障或不正常运行状态1.基本原理电流I：增大-过电流保护电压U：降低低电压保护阻抗Z：减小阻抗(距离)保护电压和电流的相位差：方向保护正常时:约20；正方向K3:6085；反方向K3:180(6085),两侧电流的大小和相位电流差动保护输电线作为高频通道比较两侧功率方向-方向高频保护等电气量可以用全电流，也可以用序分量(正、负、零序或复合分量)非电气量：反映变压器油箱内故障-瓦斯保护反映设备温度升高-热力保护等,2.继电保护装置的构成,测量部分：测量有关电气量,与整定值比较,给出“是”、“非”、“大于”、“不大于”、“等于”、“0”、“1”性质的一组逻辑信号,判断保护是否应该启动。逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的逻辑组合，确定是否应该使断路器跳闸或发出报警信号，并将有关命令传达给执行部分。执行部分：根据逻辑部分的结果，立即或延时发出报警信号和跳闸信号。,继电器是构成继电保护的基本元件。继电器：输入量(激励量)的变化达到规定值时，使输出量(被控量)发生预订的阶跃保护。保护装置是由一个或若干个继电器按一定的性能和要求连接在一起组成的。,四、继电保护的发展简史,1、硬件发展,机电型：体积大，消耗功率大，动作慢，机械转动部分、触点部分容易磨损或粘连，调试维护比较杂。晶体管型：体积小,消耗功率小,动作快,无机械转动部分集成电路型：体积更小,工作更加可靠。微机保护：(1)计算、分析、逻辑判断能力强，有存储记忆功能；(2)自检，可靠性高；(3)同一硬件，保护装置标准化；(4)辅助功能，简化了保护调试、事故分析和事故后处理。,继电保护原理的发展,第三节过电流保护,一.定时限过电流保护原理1.过电流保护反映电流增大而动作，依靠动作时限保证其选择性。分为定时限特性和反时限特性两种。,2.定时限过电流保护,保护起动：电流继电器KA动作。保护动作：中间继电器KM动作作用于跳闸。保护的动作时间：由KA通过动作电流到KM发出跳闸脉冲所需要的时间。主要取决于时间继电器KS的动作时间，与动作电流大小无关。,定时限过电流保护的动作时限是保证选择性的要求阶梯时限特性d3点故障t1t3,t2t3d2点故障t1t2故t1t2t3t2=t3+t，t1=t2+t=t3+2t,2.过电流保护的接线方式,主要有：三相三继电器的完全星形接线、两相两继电器的不完全星形接线。都能反映相间故障；完全星形还能反映单相接地故障，不完全星形不能反映B相接地。,对中性点非直接接地电网中的两点接地短路允许单相接地时继续短时运行，希望只切除一个故障点串联线路：切除较远的故障点，这样变电所B不停电放射形线路：任意切除一条即可。(假设t1t2),评价和应用,三相星形：可靠性高，灵敏度高。广泛用于发电机、变压器等贵重元件，也可用于中性点直接接地电网相间和单相接地短路保护。两相星形：110kV及以下小电流接地电网的电气元件保护(保护需均装于A、C两相上),二.电流速断保护,过电流保护：灵敏性高，但为了保证选择性，动作时限较长(且越靠近电源端，保护的动作时限越长)。电流速断保护：仅反映电流增大而瞬时动作的保护。依靠动作电流的选择保证选择性。保护1的电流速断保护按躲开相邻下线路(d2)出口处短路整定。,电流速断保护的保护范围规程规定最小保护范围不小于线路全长的1520,电流速断保护的原理接线图,优点:简单可靠,动作迅速缺点:一般不能保护本线路全长。运行方式变化较大或短线路甚至无保护范围。,第四节差动保护,反映一侧电气量的电流保护：无法从电气量(电流)区分本线路末端与相邻线路首端，故瞬动段无法保护本线路全长。反映两侧电气量的保护：d1点短路：流过A侧的电流与流过B侧的电流大小和相位均不同。d2点短路：流过A侧的电流与流过B侧的电流大小和相位均相同。,故反映两侧电气量的保护可以区分内部和外部故障，可以保护本线路全长，不需与相邻线路保护配合，可以实现全线速动。,纵联差动保护在电气设备两端安装特性变比相同的电流互感器，按环流法连接，在差回路中安装电流继电器。广泛应用于发电机、变压器、母线、大型电动机和不超过10公里的高压电网的短线路。,线路的纵差保护线路两侧电流互感器变比和特性完全相同，两电流互感器之间为保护范围。正常运行及外部故障：保护不动作内部故障:反映短路点总电流IkIdzk时保护动作,第五节变压器继电保护,一.变压器故障类型、不正常运行状态和保护方式故障油箱内故障：包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路等油箱外故障：绝缘套管和引出线上的各种相间和接地短路不正常运行状态：过负荷、油面降低、外部相间短路引起的过电流或中性点过电压等相应的保护方式1.瓦斯保护：分轻瓦斯(信号)和重瓦斯(跳闸)反映油箱内的各种故障和油面降低。,2.纵差动保护或电流速断保护反映变压器绕组、套管以及引出线的短路故障3.外部相间短路时应采用的保护：过电流或复合电压起动的过电流保护。4.外部接地短路时应采用的保护：零序电流或零序电压保护。5.过负荷保护二.变压器的瓦斯保护反映变压器油箱内的气体或油流而动作。气体继电器,优点：动作快、灵敏度高、结构简单，能反映变压器油箱内的各种故障。缺点：不能反映油箱外套管及连接线的故障，不能作为防御变压器内部故障的唯一保护。,三.变压器电流速断保护,利用电源侧引出端和受电侧引出端短路电流相差很大的特点构成。起动电流按躲过变压器外部短路的最大短路电流整定。按保护安装处发生两相短路校验灵敏度。接线简单、动作迅速，但只能切除部分选取的故障，其余需用过电流保护切除。故只用于容量较小的变压器中。,四.变压器纵差动保护,反映变压器内部及引出线的故障。变压器纵差动保护原理基本与线路相同。差别：两侧电流互感器变比不同，且由于一般变压器多采用Y，d11连接组别，应对两侧电流进行相位补偿和数值补偿。相位补偿：变压器三角形侧的TA接成星形，变压器星形侧的TA接成三角形。,按星形接线的电流互感器变比：,按三角形接线的电流互感器变比：,变压器继电保护接线全图举例,第六节断路器控制回路,一.概述选择断路器的控制回路作为学习控制系统的重点断路器的控制按控制地点分为集中控制和就地控制。集中控制：又称距离控制。指在主控制室进行控制的方式。如发电机、变压器、母联、分段断路器及35kV及以上的线路断路器采取的控制方式。,就地控制：在安装地点进行的控制操作的方式，如610kV的配电装置、厂用电动机等。这种控制方式节省电缆、主控制室面积小。按控制回路操作电源分：直流控制和交流控制。按接线和设备分：强电控制和弱电选线控制。断路器的控制是通过电气回路实现的。即在主控制室控制屏(台)上有控制开关，被控制断路器处有执行命令的操作机构，两者用电缆连接，操作后由灯光、信号反映断路器的位置状态。,控制开关外形及触点图表,二.断路器控制回路,对断路器控制回路基本要求：1.能实现手动跳合闸和自动跳合闸，跳合闸后能迅速切断脉冲电流；2.能指明断路器的位置状态，同时当自动跳合闸后应有明显信号；3.应有防止多次跳合闸的“防跳”功能。4.应能监视熔断器工作状态和断路器跳合闸回路的完好性；5.接线简单、可靠、使用电缆少。,断路器控制回路举例,由控制回路和闪光电源两部分组成。,手动合闸合闸前SA跳闸后：SA10-11通，绿灯HG亮说明断路器处于跳闸状态，且表明合闸回路完好。SA预备合闸：SA9-10通，绿灯闪光，提示操作人员核对操作是否有误。SA合闸：SA5-8通，合闸接触器带电，接通合闸线圈，实现合闸SA合闸后：SA13-16通，红灯HR亮，表示断路器处于合闸状态，且表明跳闸回路完好。自动合闸合闸后，SA仍处于跳闸后，SA14-15通，红灯闪光给运行人员明显的自动合闸信号。,手动跳闸跳闸前控制开关合闸后，SA13-16通，红灯亮SA预备跳闸SA13-14通，红灯闪光，提示操作人员核对操作是否有误。SA跳闸SA6-7通，断路器跳闸。SA到跳闸后，绿灯发平光。自动跳闸故障时KOM闭合短接SA6-7,断路器自动跳闸。控制开关状态：合闸后SA9-10闭合，绿灯闪光。同时由于控制开关与断路器位置不对应，使事故音响母线带负电，启动事故信号装置发出音响。,防跳防止SA5-8粘住或自动装置KST1接点焊住断路器多次跳合损坏。措施：电气和机械两种。电气措施：加装防跳继电器KCF。试验：按下SB，信号灯HW闪光，说明闪光装置正常。,第七节信号回路,信号装置的作用：及时了解和掌握电气设备的工作状态，及时发现故障和不正常工作情况的性质、范围和地点。信号的分类：位置信号、中央信号(预告信号、事故信号)、指挥信号、联络信号等。信号装置由灯光信号和音响信号组成。信号装置总体构成了信号系统。,典型信号回路举例（中央复归的能重复动作的事故信号回路）P151,起动：短路时SA合闸后，SA1-3、17-19闭合，“-WF”有负电，通过电容c向KM1、KM2充电。KC动作，KC2闭合“HB”发出事故音响信号。自动复归：KC动作，KC1闭合，KT动作，5s后其触点延时闭合，KM2通反向电流返回，KC、KT复归，蜂鸣器停止，整个装置复归。手动复归重复动作可以连续动作8次。,试验：交接班或试验检查信号回路是否完好。按SB2起动发出音响。监视：熔断器熔断时点亮光字牌。事故停电钟：记下事故时刻。,第八节发电厂及变电所电气设备控制,一.发电厂控制方式1.控制室控制100MW及以下火电厂控制设备：全厂主要电气设备，如发电机、主变、联络变压器、分段母线和断路器、旁母和断路器、35kV以上线路、厂用电源和变压器、全厂公用消防水泵、事故照明、直流电源等。锅炉设备、汽轮机在各自车间控制。主控制室平面布置图,主控制室距离厂房较远，与厂房之间有天桥相连。便于值班人员集中精力运行操作，也便于迅速处理事故。2.单元控制室控制200MW以上,经常监视和操作的设备,线路、厂用电、直流屏、远动屏,继电器屏、自动装置屏电度表屏,网络控制室：对高压电网接线控制，高压电网比较复杂，且配电装置离主厂房较远时单独设置。高压电网接线简单时，设在第一单元控制室。控制设备：三绕组或自耦变压器、高压母线设备、110kV及以上线路，单元发电机或发变组以及高压备用变压器、高压断路器的信号和表计等。单元控制室机、炉、电集中控制，包