怎样看110kV变电站典型二次回路图11-12完成版

1、第 11章 外桥与内桥二次接线的比较桥形接线是在变电站只有两条线路和两台主变时经常采用的主 接线形式,分为内桥和外桥两种,都是由三台断路器(进线断路器 DL1和 DL2、桥断路器 DL3组成的。外桥和内桥两种接线形式具体 如图 11-1所示。 内桥接线时,桥断路器 DL3在 DL1、 DL2和两台主变 之间;外桥接线时,桥断路器 DL3在 DL1、 DL2和两条 110kV 线路之 间。我们在城区最常见到 110kV 桥形接线变电站多为内桥, 这种变电 站一般作为 110kV 电压等级的终端变电站使用,以 10kV 电压等级向 城区用户输出电能。两条 110kV 线路互为备用,无 110kV

2、穿越功率, 不配置 110kV 线路保护, 按照进线备自投方式配置高压侧备自投。 外 桥变电站多作为 110kV 电压等级环网 中 的 联络 变电站使用, 在外桥断 路器 处 配置 双 向线路保护,站内不配置高压侧备自投。11.1 两种桥 型 接线的 特点关于 内桥和外桥的 优缺点 以 及适 用 原则 , 事实上各 种 说法并没 有 统 一,我们 仅根据 图 11-2做 一 些表面现象 的分 析 。图 11-2-:内桥,无 110kV 穿越功率。控制 DL3即可控制 #2主变的投 退 , 对 #1主变 没 有 影响 ; #2主变 保护 跳闸 不 会影响 #1主变 运行 。停运 #1主变 会造

3、成 #2主变 失 压; #1主变保护 跳闸会造 成 #2主变 失 压。图 11-2-:内桥,有 110kV 穿越功率。内桥接线时 并 不是 绝对 不能 考虑 功率 送 出,在这种 运行状态下 , 控制 DL2即可控制 是 否通过 #2线路 对 外输出电能,不 影响 #2主变的 运行 , 适 用 于 110kV 线路 需要 经常 操 作的 情况 ; #2线路 故障导致 的 DL2跳闸 不 会影响 #2主变的 运行 。停运 #1或 #2主变时都 会造 成无 法通过 #2线路输出电能, 即联络 线 中 断; #1或 #2主变保护 跳闸 都 会造 成 联络 线 中 断。图 11-2-:外桥,无 110

4、kV 穿越功率。两台主变 运行而 外桥断路器不投 入 的 情况 , 其实就 是两 套 线路变 压器组接线,两台主变 相 互之间 没 有 任何影响 。图 11-2-:外桥,有 110kV 穿越功率。在这种 运行状态下 , 停运任何 一台主变都不 会影响另 外一台主变 的 运行及联络 线的 导通 , 适 用 于 变压器 需要 经常 操 作的 情况 ; 任何 一 台主变的主变保护 跳闸也 都不 会影响 到 另 外一台主变和 联络 线。 #2线路 故障导致 110kV 线路保护 动 作 跳闸 DL3时, 会造 成 #2主 变 失 压。11.2 外桥的保护配置在外桥接线 中 ,外桥断路器 其实 是作为

5、110kV 线路断路器 运行 , 所以 其必须 配置 110kV 线路保护。 由 于距离 保护具有方向 性 (即 只能 保护断路器一侧的线路 , 而随着运行 方式的 改 变,外桥断路器有向 两 个 方向输 送 电能的 可 能,所以 需要 配置两台 110kV 线路保护 装 置 (同样 , 外桥 处 电 流 互 感 器 需 配置两组用 于 110kV 线路保护的保护级 二次绕 组 。外桥配置的 微机二次设 备 包括 :微机 保护(两台 +微机 测 控 (一台 +微机 操 作 箱 (一台 ,以我们在 前文讨论 的 设 备为 例 , 实 际 配置方 案 为 RCS-941A (两台 +CSI-200

6、E(一台 。这两种 设 备 我们在 前文 中 都 已 经 详细讲 过 , 在 此 不 再赘述 。 对 二次 接线 而 言 , 这 个 时 候 我们 遇 到 了 另 外一 个 问题 :两台 RCS-941A 都 带 有 操 作 箱 , 它 们如 何 与 断路器 机构箱 配 合呢?在 110kV 变电站 中 , 类似 的 情况 不 仅仅 发生 在外桥接线 上 , 另 外 一种常见的 情况就 是图 11-2- 所示的 110kV 线路保护 与 #2主变保护 公 用一台断路器的 情况 。我们所 面 临 的这 个 问题 的 根 源 是 什么呢? 就 是我们在 前文 2.2中 提 到的 微机 保护、 操

7、作 箱 一体 化 的 问题 。 我们 可 以 将 这 个 问题概括 为 “ 110kV 变电站两台保护 装 置 与 一台断路器的配 合”问题 。11.3 两台保护 装 置 与 一台断路器的配 合在 操 作 箱 作为为 独立装 置配置的时 代 , 这 个 问题 是不 存 在的, 两 台保护 装 置的保护出 口 (无 源 常 开 接 点 以 并联 的 关 系 进 入操 作 箱 , 操 作 箱与 断路器 机构箱 的 连 接如 同 我们在 第 7章讲 的 那样 。 这 也 再次 证明 , 操 作 回 路 与微机 保护是 完全 可 以分 开 的, 这 也就 是我为 什么坚 持将 操 作 箱独立 出 微机

8、 保护 装 置进 行 分 析 的 原 因 。我们 再次强调 一 点:微机测 控 与 操 作 箱 都是 针 对 断路器配置的, 也就 是 说 , 无 论 多 少 台 微机 保护 与 这台断路器有 关联 ,这台断路器都只配置一台 微机测 控 、 一台 操 作 箱 , 或 者 说 , 只使用一台 微机 保护 装 置自 带 的 操 作 回 路。11.3.1外桥接线两台 110kV 线路保护 装 置的配 合以 110kV 外桥保护为 例 ,我们 现 在 需要做 的 工 作 就 是 :以一台 RCS-941A 为 基准 (以 下 称 为 “ 保护 1” , 将 另 外一台 RCS-941A (以 下 称

9、为 “ 保护 2” 的保护出 口 接 点 与 自 身 操 作 回 路的接线 拆除 , 然 后 接 入 “ 保护 1” 的 操 作 回 路; 同 时, 对 “ 保护 2” 的 操 作 回 路进 行 改造 。在这 里 ,我们 还 要 解释 一 点 ,为 什么 要对 “ 保护 2” 的 操 作 回 路进 行改造而 不是 直 接 拆除?因 为 “ 保护 2” 继 电保护功能的 正 常 运 行 , 还 需要其操 作 回 路 中 TWJ 、 HWJ 的配 合 ,具体的 工 作 原 理请参 照 相关说 明 书 ,在 此 不 再详述 。图 11-3所示为 “ 保护 2” 的保护出 口 接 入 “ 保护 1”

10、的 操 作 回 路 后 的 完 整 断路器 操 作 回 路。分 项 说 明 : “ 保护 1” 与微机测 控 的接线 “ 1、 3、 33、 6、 36” 参 照 7.2.4.1中 内 容 ,不 再详述 ; “ 保护 1” 与 断路器 机构箱 的接线 “ 1、 2、 7、 37” 参 照 7.2.4.1中 内 容 ,不 再详述 ; “ 保护 2”与“ 保护 1” 的接线 “ 1、 2” 不 再解释 ; “ 保护 2” 与 断路器 机构箱 的接线 “ 5、 35” 是我们 讲解 的 重 点 。 从 图 11-3中可 以 看 出, “ 5、 35” 接线的 目 的是用断路器的 辅助 接 点 来 配

11、 合 TWJ 、 HWJ 的 正 常 工 作。那么 , “ 5、 。 35” 不接 行 不 行 ? 不 行 。 首先 , 微机 保护由 于没 有 采 集 “开 入 量 ” 的功能(+24V电压等级不 适 合 从室 外断路器 机构箱 内 辅助 接 点 采 集 断路器 状态 , 所以无 法 从 第二 方 得知 断路器的 状态 , 只能 通过 自 身 配置的 TWJ 、 HWJ 的 状态 来 间接 获得 断路器的 状态 。 准 确判 断断路器的 状态对 微机 保护 而 言 是 非 常 重 要 的, 举 一 个 简单 的 例 子 :对 110kV 线路保护保护 而 言 , 重 合 闸 功能是 必 不

12、可 少 的, 重 合 闸 的 启 动 方式有 很 多种 保护 启 动 (保护 元件 动 作出 口 跳闸 、 位 置 突 变 启 动 (TWJ 状态 由 失 电变为 带 电, 代 表 断路器由 合 位 变为分 位 等 (以 上 列举 的只是常见的 启 动 条 件 。 事实上 , 重 合 闸 的 启 动 与 闭锁 是一 个 很复杂 的 逻辑 ,不 同 厂家 的 设 备的 逻辑 也 不 尽 相 同 。 其中 的 “ 位 置 突 变 启 动 重 合 闸 ” 就 是用 TWJ 的 状态 作为 判 据 的; 其 次 , 在 “ 5、 35” 不接线的 情况下 ,由 于 TWJ 、 HWJ 同 时 失 压,

13、 “ 保护 2” 会 一 直 报 “ 控制 回 路断线 ” 信号 。11.3.2内桥接线 110kV 线路保护 装 置 与 主变保护 装 置的配 合在 11.3.1的 例 子 中 ,由 于 两台 RCS-941是 完全 对 等的 关 系 ,所 以 任 一台 RCS-941A 作为 “ 保护 1” 都是 可 以的。 而 在内桥接线配置 110kV 线路保护的 情况下 , 如图 11-2- 所示, 是使用 RCS-941A 的 操 作 箱还 是 RCS-9661的 操 作 箱呢? 实 际工 程 中 ,我们 倾 向 于 使用 RCS-941A 的 操 作 箱 。这 个 命 题准 确 的 说法 应该

14、是 :在 110kV 线路 与 主变 公 用一台断路器的 情况下 , 使用 110kV 线路 微机 保护 装 置自 带 的 操 作 回 路。在 RCS-941A 与 RCS-9661操 作 回 路配 合 的 例 子 中 , 由 于 RCS-9661使用的 操 作 回 路 插件 与 RCS-941A 相 同 , 所以 其 接线 与 11.2中实 例 相 似 。 第 一种配 合 方 法:将 主变保护出 口 跳闸 主变高压侧进线断路器的 接 点 (详 见图 9-10 与 RCS-9661的接线断 开 , 然后将此 接 点 接 入 RCS-941A 中 的 跳闸 回 路; 将 另 外一组 此类 接 点

15、 接 入 RCS-941A 的 “ 闭 锁重 合 闸 ”回 路。 第二 种配 合 方 法:将 110kV 线路保护出 口 跳闸 、 重 合 闸 的接 点 与 操 作 回 路的接线断 开 , 然后将此 接 点 接 入 RCS-9661中 的 跳闸 回 路 与 重 合 闸 回 路。在这 里 必须 强调 一 点 , 那 就 是 RCS-9661的 操 作 回 路配置有 重 合 闸 功能, 这是不多见的 ! 尽管 我们 可 以 将微机 保护 装 置自 带 的 操 作 回 路 看 作是一 个 独立 的 装 置, 但 是, 在一体 化 的 过 程 中 往往 根据 继 电保护功能的不 同 对操 作 回 路

16、做 一 些相 应 的 改 变, 所以, 很 多主变保护 装 置自 带 的 操 作 回 路是不 含重 合 闸 功能的, 这种 情况下 ,我们只有采 取 上面 提 到的 第 一种配 合 方 法 。在 第 一种配 合 方 法中 , 将 主变保护 跳闸 出 口 接 点 接 入 线路保护 操作 箱 的 跳闸 回 路是 比较好理 解 的, 但 是为 什么还 要 闭锁 线路 重 合 闸 呢? 我们以图 11-2- 所示 运行 方式进 行 分 析 。 在 #2线路 发生 故障 时, RCS-941A 动 作 跳闸 DL2后 启 动 重 合 闸 , 这一 点 是 没 有 问题 的。 在 #2主变 发生 故障 时

17、,主变保护 动 作 跳闸 DL2、 DL3, 因 为主 变保护 跳闸 出 口与 RCS-941A 跳闸 出 口 在 操 作 箱 是 并联 的 关 系 ,所以 此 时 RCS-941A 重 合 闸 功能 启 动 , 使 DL3在两端 (本 变电站 及 #2线路 均 失 压的 情况下 成功 重 合 闸 。 这种 重 合 闸 的成功是 毫 无 意义 的。 另 外, 若 #2线路为电 磁 环网的一 部 分, 则 RCS-941A 的这 次 重 合 闸会 将 #2线 路 对 端 连 接 至 故障点 , 造 成 #2线路 对 端配置的线路保护 跳闸 ,这种 情况 虽 不 会造 成 事故 范围扩大 , 但

18、会 使 #2线路 对 端变电站无 谓受 到 一 次 冲击 ; 若 #2线路 对 端 未 配置线路保护, 则会 由 #2线路 对 端变电 站的 上 一级变电站配置的线路保护 跳闸 , 导致 #2线路 对 端变电站 失 压, 造 成 事故 范围扩大 。所以,在 #2主变保护 动 作时, 其跳闸 主变 高压侧进线断路器的所有接 点 亦应闭锁 线路保护的 重 合 闸 功能。 第 12章 10kV线路二次接线市区内新建的 110kV 变电站中, 10kV 电压等级配电装置多 采用 KYN 开关柜, 配置 VS1或 VD4真空断路器, 因断路器布置在 开关柜的中部且可随底座拉出,又俗称“中置柜” 、 “手

19、车柜” 。 本章选用的模型是 RCS-9611A (南瑞继保公司产品,保护、 测控、操作箱一体化设备 +VD4真空断路器(ABB 公司产品,真 空绝缘弹簧机构断路器 +开关柜(柜体、电流互感器等 。12.1 10kV中置柜10kV 中置柜由一次设备和二次设备共同组成。以 10kV 线路 开关柜为 例 , 它包括 真空断路器、电流互感器、 母 线、 接地刀闸 等一次设备, 也包括微 机保护测控装置、操作 回 路 附件 (操作 把 手、 切换把 手、 指示灯 、压 板 、电 度表 等二次设备。12.1.1 中置柜的 结 构从 10kV 线路开关柜的 正面观察 ,开关柜 分 为 上 、中、 下三 个

20、 部 分 , 每个 部 分均有独立 的柜 门 , 本 文简 称为 “ 上 柜” 、 “中柜” 、“ 下 柜” 。 我们 一 般将微 机保护测控装置、操作 把 手等 安 装在 上 柜的柜 门上 , 将 电 度表 、 各种微 型断路器、 端子排 等布置在 上 柜 的柜 室 内。真空断路器、 母 线、电流互感器等 安 装在中柜内,中 柜柜 门留有观察窗 , 可 观察 断路器的 状态指示 、 储能指示 等。 下 柜内 安 装 10kV 高 压电 缆 、 接地刀闸 、 零序 电流互感器等, 下 柜 柜 门也留有观察窗 。12.1.2中置柜的 特点相对于室外 配电装置 与 XGN 等 传统 开关柜, 中置

21、柜 具有两个 非常明显 的 特点:1、采用手车 式 断路器, 即 断路器是可以 移动 的, 这 一 点与室外 断路器的 固定安 装 方式截然不 同 ; 2、 没有传 统 的 隔离 开关的 概念 ,以手车的“ 工 作 位 置” “ 试验位 置” 表示 断路器 与 一次 主 电路的 连 接 情况 。首先 , 我们 解释 一 下 什么 是“手车 式 断路器” 。 简 单 地 讲 , 手车 就 是一 个 带 有 轮 子 可以 滑 动 的 平 板 , 断路器 安 装在手车 上 就 可以随手车 移动 , 我们 习惯 称 之 为手车 式 断路器。 手车 式 断路器 的二次 接 线 方式也 比较 特 殊 ,

22、断路器机构内的二次 回 路 与外 部二 次设备的 联系需要使 用一 个 专 门 的 插 座 (以 下简 称 “二次 插 座” 进行连 接 。 相 应 的,在开关柜 上也安 装 有 一 个 配 套 的 插头 , 插头 内 接 线 柱 的 另 外 一 端接 至 开关柜的 端子排 , 再 由 端子排 转 接 至其 它 二次设备。 直 流电 源 、 操作 指 令 传 输到 断路器以 及 断路器内 信 号 传 输到 外 部二次设备 都需要通过 这 套 “ 插 座 /插头 ” (插 座是 活 动 的, 插头 是 固定 的 转 接 , 如 将 插 座 拔 下 , 则 相 当 于 剪短了 常规 室外 间 隔与

23、室 内二次设备 联系 的 所 有 控 制 电 缆 。 所 以, 就 断路 器的“开关” 功 能 而言 ,手车 式 断路器 与 普通 断路器是一 样 的, 不 同的 仅仅 是 安 装 方式 和二次 接 线 方式 而已 。 手车柜的二次 接 线 方式 如图 12-1所 示 。其 次, 我们 讨论 一 下 手车的 状态对 一次 主 电路的 影响 。 实际 上 , 手车在 移动 过程 中, 可 能 存 在 三种状态 , 即 停 留 在 三个 位 置 :“ 运行位 置” 、 “ 试验位 置” 、 “ 退 出 位 置” 。 从 直 观 位 置 上 讲 ,手 车在“ 运行位 置” 时 , 处 于 开关柜内

24、较深 的 位 置,断路器 前 面板 距 离 中柜 门 大 概有 十几厘 米 ; 手车在“ 试验位 置” 时 , 处 于 开关 柜内 较 浅 的 位 置,断路器 前 面板 已 接 近 中柜 门; 手车在“ 退 出 位 置” 时 , 中柜 门 已 经打 开, 二次 插 座 已拔 下 , 手车 已 移 出开关柜。 从 手车 状态对 一次 主 电路的 影响 上 讲 ,手车在“ 运行位 置” 时 , 相 当 于 断路器 两 侧 的 隔离 开关 全 部在 合 闸状态 , 断路器 进行 合 闸 操作 后 即 可 对 负荷 设备 供 电 ; 手车“ 试验位 置” , 相 当 于 断路器 两 侧 的 隔离 开关

25、 全 部在 分闸状态 ,断路器 与 一次 主 电路 已 经 分 离 , 对 断路器 进行 “ 合 闸 ”或“ 分闸 ”操作 都 不 会 对 负荷 设备的 带 电 与 否 有 任何 影响 , 所 以称为“ 试验位 置” ; 断路器在“ 退 出 位 置” 时 ,二次 插 座 必须 拔 下 , 相 当 于把 处 于 “ 试验位 置”的断 路器的控 制 电 缆 全 部 剪 断, 断路器 即 无法执 行 任何 操作。 手车柜 的手车 位 置 示 意 如图 12-2所 示 。12.2 RCS-9611ARCS-9611A 是南瑞继保公司 生 产的用 于 110kV 以 下 电压等级 非 直 接接地 系 统

26、 中的 微 机型 馈 线保护 及 测控一体化装置。 RCS-9611A 的保护 功 能 主要 包括:三 段 定 时 限 过 流、 小 电流 接地 选线、 三相 一次 重合 闸 ,测控 功 能 主要 包括:断路器 遥 控、模 拟 量 及 数字量 采 集 、 脉冲 输 入 。12.2.1 RCS-9611A模 拟量 开 入 回 路由 于 RCS-9611A 为保护、 测控一体化装置, 所 以 其 模 拟量 开 入 回 路 分 为保护开 入 、测控开 入 两 部 分 , 如图 12-3左侧 所 示 。 12.2.1.1交 流电压RCS-9611A 的保护 逻辑 不 需要 母 线电压作为 判据 , 所

27、 以, 交 流电压开 入 仅 用 于 测 量 功 能 。12.2.1.2交 流电流交 流电流 均 为 A 、 C 两相 开 入 , 其 分 类 在 图 12-1中 非常 清晰 , 不 再 详述 。在 此 , 主要讨论 一 下零序 电流互感器 LH 的开 入 。 一 般 来 讲 , 10kV 线路是 不 配置 零序 过 流保护的,配置 LH 的 目 的 就 是 得 到 零序 电流以 实 现小 电流 接地 选线 功 能 。 所 谓小 电流 接地 选线, 就 是在 10kV 线路 发生 单 相接地 故障 时 , 根据 接地 线 路 会 出 现 零序 电流(正常 线路 零序 电流为 零 这 一 特 征

28、 , 判 断出 接地 线路是 哪 一 条 。 在 实际工程 中, 小 电流 接地 选线 功 能 的 实 现原理 比 上文 所 述复杂 的多, 使 用 综自 系 统 软 件 进行 选线 存 在一 定 的 局限性 , 所 以出 现 了专 门 的装置用 于 实 现此 功 能 。 在配置 独立 小 电流 接地 选线装置的变电站中, LH 的二次 侧 电流 经 控 制 电 缆 接 入 选线装置, RCS-9611A 的 零序 电流开 入 点 空置。12.2.2 RCS-9611A数字量 开 入 回 路RCS-9611A 的 数字量 开 入 也分 为保护开 入 、测控开 入 , 如图 12-3右侧 所 示

29、 。 与 RCS-941的保护开 入 采用 +24V电压 不 同, RCS-9611A 的 所 有 数字量 开 入全 部采用 +220V电压。测控 类数字 量 开 入 主要 是 各种状态接点 , 一 般包括:断路器 位 置、 手车 位 置、 接地刀 位 置、 储能 弹簧 状态; 保护 类数字量 开 入 主要 是 各种 保护 功 能 投 退 , 通过 改 变压 板 位 置 实 现 。12.2.3 RCS-9611A操作箱RCS-9611A 的操作箱 与 RCS-941A 相 比 , 简 单 得 多, 如图 12-4所 示 。 一 个 最 明显 的区 别 就 是 :RCS-9611A 的箱 没有

30、“操作 闭锁 ” 开 入 回 路, 即 无 HYJ 、 TYJ 。 首先 , 10kV 真空断路器的“ 工 作 介 质 ” “真空” 尚无法 实 现 在线 监 测,一 旦发生 真空 泡破损 、 真空 度下 降 的 情况 , 断路器在操作中 极易发生爆炸事故 , 这也 是 真空断路器在 运行 中 存 在的一 个 隐患 。由 于 无法监 测“ 工 作 介 质 ” , 所 以断路器 无法提供 “ 工 作 介质异 常 闭锁 ”的 接点 。 其 次, 10kV 电压等级的断路器 无目 前 均 为弹簧机构, 早期 产品为电 磁机构, 无 液 压机构产品。弹簧机构的“操作 动 力 闭锁 ”是 依靠 将 表示

31、 “弹簧 已 储能 ”的 常 开 接点 S1串 联 接 入合 闸回 路 实 现 的, 所 以断路器 也没有 必 要再 提供 其 它 额 外 的 “操作 动 力 闭锁 ” 接点 。 1QK 是“ 分 /合 ” 、 “ 远 方 /就 地 ”一体化的操作 把 手, 相 当 于 传统 KK 、 QK 的组 合 。 1QK 和压 板 都 安 装在 上 柜 门上 , 通过 软 导 线 经 端子排 连 接 至 RCS-9611A 。图 12-4实际 是 10kV 线路开关柜 完整 的断路器控 制 回 路 原理 图 , 根据 各 元 件 的 安 装 位 置 进行 归 类 。 这 张 图 的 分 析 方 法 可 参照 上文 8.3及图 8-8, 不 再 赘 述 。12.3 VD4断路器VD4真空断路器是 ABB 公司产品, 广泛 应 用 于 10kV 电压等 级。 VD4真空断路器 有两种 型 式:固定式 和手车 式 ,中置柜 使 用 的 都 是手车 式 VD4断路器。 VD4机构内二次 回 路 示 意 可 参照 图 12-4中“ VD4” 单 元 。表 12-1 VD4断路器机构二次 元 件表符 号 名 称 备 注S1 弹簧 储能状态 辅助 开关