第7章变电所二次回路和自动装置

第七章变电所二次回路和自动装置§7.1二次回路与操作电源§7.2高压断路器控制和中央信号回路§7.3测量和绝缘监视回路§7.4自动重合闸装置§7.5备用电源自动投入装置§7.6二次回路安装接线图§本章小结§思考题与习题§7.1

二次回路与操作电源供配电系统中的电气设备通常分为一次设备和二次设备，其接线可分为一次接线和二次接线。一次设备是指直接用于生产、输送、分配电能的高电压、大电流的设备，又称主设备，包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、输电线、母线、电流互感器、电压互感器、避雷器等。一次接线又称主接线，是将一次设备互相连接而成的电路。二次设备是指对一次设备进行监察、控制、测量、调整和保护的低压设备，又称辅助设备，它包括控制、信号、测量监察、同期、继电保护装置、自动装置、操作电源等设备。二次接线又称二次回路、二次电路，是将二次设备互相连接而成的电路，是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，也称二次系统，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动化系统等，包括电气设备的控制操作回路、测量回路、信号回路、保护回路、同期回路等。7.1.1二次回路概述二次回路按其电源性质分，有直流回路和交流回路。交流回路又分交流电流回路和交流电压回路。交流电流回路由电流互感器供电，交流电压回路由电压互感器供电。二次回路按其用途分，有断路器控制(操作)回路、信号回路、测量和监视回路、继电保护和自动装置回路等。二次回路在供电系统中虽然是其一次电路的辅助系统，但是它对一次电路的安全、可靠、优质、经济地运行有着十分重要的作用，因此必须予以充分的重视。二次回路的操作电源是供高压断路器分、合闸回路和继电保护装置、信号回路、监测系统及其他二次回路所需的电源，因此对操作电源的可靠性要求很高，容量要求足够大，且要求尽可能不受供电系统运行的影响。二次回路的操作电源分直流和交流两大类。直流操作电源有由蓄电池组供电的电源和由整流装置供电的电源两种。交流操作电源有由所(站)用变压器供电的和通过电流、电压互感器供电的两种。7.1.2直流操作电源1．操作电源的作用和要求操作电源的主要作用如下。(1) 在变电站正常运行时，对断路器的控制回路、信号设备、自动装置等设备供电。(2) 在一次电路故障时，给继电保护、信号设备、断路器的控制回路供电，以保证它们能可靠地动作。(3) 在交流厂用电源中断时，给事故照明、直流油泵及交流不停电电源等负荷供电，以保证事故保安负荷的工作。操作电源十分重要，必须保证不间断地供电。操作电源应满足下列要求。(1) 保证供电高度可靠，应尽可能保持对交流电网的独立性，避免因交流电网故障时影响操作电源的正常供电。(2) 减小设备投资，减小布置场地的面积。(3) 使用寿命长，维护工作量小。(4) 改善运行条件，减小噪声干扰。2．由蓄电池组供电的直流操作电源蓄电池主要有铅酸蓄电池和镉镍蓄电池两种。蓄电池组直流系统是一种与电力系统运行方式无关的独立电源系统，它是由相当数量的蓄电池串联成蓄电池组供电的。其优点是在变电站故障甚至交流电源消失的情况下仍能可靠工作，具有很高的供电可靠性。此外，蓄电池电压平稳，容量较大，因此可供断路器合闸时所需要的短时冲击电流，并可作为事故保安负荷的备用电源，是目前普遍采用的操作电源。其缺点是价格昂贵，投资大，寿命短，运行费用大，维护工作量大。蓄电池组直流系统的蓄电池自放电到一定程度后，必须及时用专门的直流(或整流)电源充电，其接线原理如图7.1所示。1) 铅酸蓄电池铅酸蓄电池由二氧化铅(PbO2)的正极板、铅(Pb)的负极板及密度为1.2～1.3g/cm3的稀硫酸(H2SO4)电解液构成，容器多为玻璃。酸蓄电池在放电和充电时的化学反应式为图7.1蓄电池充电接线原理图1—阳极；2—阴极

2) 镉镍蓄电池镉镍蓄电池的正极板为氢氧化镍[Ni(OH)3]或三氧化二镍(Ni2O3)的活性物，负极板为镉(Cd)，电解液为氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)、氢氧化镉[Cd(OH)2]、氢氧化镍[Ni(OH)]等碱溶液。镉镍蓄电池在放电和充电时的化学反应式为3．由整流装置供电的直流操作电源整流装置主要有硅整流电容储能式和复式整流两种。1) 硅整流电容储能式直流操作电源如果单独采用硅整流器来做直流操作电源，则当交流供电系统电压降低或电压消失时，将严重影响直流系统的正常工作，因此宜采用有电容储能的硅整流电源。在供电系统正常运行时，通过硅整流器供给直流操作电源。同时通过电容器储能，在交流供电系统电压降低或电压消失时，由储能电容器对继电器和跳闸回路放电，使其正常动作。2) 复式整流的直流操作电源当电力系统正常运行时，这种装置的操作电源和电容储能一样，由厂用电整流后供给。当系统发生短路事故使端电压下降或引起厂用电失去时，复式整流装置利用短路电流增大的原理使装置中的电流源整流后启动跳闸回路，使断路器可靠地跳闸。复式整流直流系统与电容储能装置直流系统比较，输出功率较大，电压能保持稳定，可用于线路较多、容量较大、保护装置较复杂的变电所。操作电源直流系统的电压等级较多，一般强电回路采用220V或110V，弱电回路采用24V或48V。复式整流器是指提供直流操作电压的整流器电源有两个。(1) 电压源，由所用变压器或电压互感器供电，经铁磁谐振稳压器(当稳压要求较高时装设)和硅整流器供电给控制、保护等二次回路。(2) 电流源，由电流互感器供电，同样经铁磁谐振稳压器(也是稳压要求较高时装设)和硅整流器供电给控制、保护等二次回路。对采用交流操作的断路器，应采用交流操作电源。相应地，所有保护继电器、控制设备、信号装置及其他二次元件均应采用交流形式。交流操作电源可分电流源和电压源两种。电流源取自电流互感器，主要供电给继电保护和跳闸回路。电压源取自变配电所的所用变压器或电压互感器，通常所用变压器作为正常工作电源。而电压互感器容量小，一般只作为保护油浸式变压器内部故障的瓦斯保护的交流操作电源。根据高压断路器跳闸线圈的供电方式，交流操作又可分直接动作式和“去分流跳闸”式。采用交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，而且工作可靠，维护方便，但是它不适于比较复杂的继电保护、自动装置及其他二次回路。交流操作电源广泛用于中小型工厂变配电所中采用手动操作或弹簧储能操作及继电保护采用交流操作的场合。7.1.3交流操作电源§7.2高压断路器控制和中央信号回路(1) 操作机构的合闸线圈和跳闸线圈都是按短时通过电流设计的，在手动(或自动)跳、合闸操作完成后，应立即自动解除命令脉冲，断开跳、合闸回路，避免线圈长时间带电而烧毁。(2) 断路器应具有防止多次合、跳闸的闭锁措施。(3) 断路器可以用控制开关进行手动跳闸与合闸，也可以由继电保护装置和自动装置进行自动跳闸与合闸。(4) 断路器的控制回路应有短路保护和过负荷保护，同时应具有监视控制回路及操作电源是否完好的措施。(5) 断路器的跳、合闸回路应有灯光监视和音响监视。应能指示断路器正常合闸和分闸的位置状态，并在自动合闸和自动跳闸时有明显的指示信号。通常用红、绿灯的平光指示断路器正常合闸和分闸的位置状态，而用红、绿灯的闪光指示断路器自动合闸和跳闸。(6) 断路器的事故跳闸信号回路应按“不对应原理”接线。当断路器采用手动操作机构时，利用操作机构的辅助触头与断路器的辅助触头构成“不对应”关系，即操作机构手柄在合闸位置而断路器已经跳闸时，发出事故跳闸信号。当断路器采用电磁操作机构或弹簧操作机构时，则利用控制开关的触头与断路器的辅助触头构成“不对应”关系，即控制开关手柄在合闸位置而断路器已经跳闸时，发出事故跳闸信号。(7) 对于采用气压、液压和弹簧操作机构的断路器，应有压力是否正常、弹簧是否拉紧到位的监视回路和闭锁回路。7.2.1对高压断路器控制回路的要求7.2.2手动操作机构的断路器控制回路和信号回路图7.4手动操作的断路器控制和信号回路原理图WC—控制小母线；WS—信号小母线；GN—绿色指示灯；RD—红色指示灯；

R—限流电阻；YR—跳闸线圈(脱扣器；KM—继电保护出口继电器触点；

QF1～6—断路器QF的辅助触头；QM—手动操作机构辅助触头

合闸时，推上操作机构手柄使断路器合闸。这时断路器的辅助触头QF3-4闭合，红灯RD亮，指示断路器QF已经合闸。由于有限流电阻R2，跳闸线圈YR虽有电流通过，但电流很小，不会动作。红灯RD亮，还表示跳闸线圈YR回路及控制回路的熔断器FU1、FU2是完好的，即红灯RD同时起着监视跳闸回路完好性的作用。分闸时，扳下操作机构手柄使断路器分闸。这时断路器的辅助触头QF3-4断开，切断跳闸回路，同时辅助触头QF1-2闭合，绿灯GN亮，指示断路器QF已经分闸。绿灯GN亮，还表示控制回路的熔断器FU1、FU2是完好的，即绿灯GN同时起着监视控制回路完好性的作用。正常操作断路器分、合闸时，由于操作机构辅助触头QM与断路器的辅助触头QF5-6是同时切换的，总是一开一合，故事故信号回路总是不通的，不会错误地发出事故信号。当一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，其出口继电器KM的触点闭合，接通跳闸线圈YR的回路(触头QF3-4原已闭合)，使断路器QF跳闸。随后触头QF3-4断开，使红灯RD灭，并切断YR的跳闸电源。与此同时，触头QF1-2闭合，使绿灯GN亮。这时操作机构的操作手柄虽然仍在合闸位置，但其黄色指示牌掉下，表示断路器已自动跳闸。同时事故信号回路接通，发出音响和灯光信号。该事故信号回路正是按“不对应原理”来接线的：由于操作机构仍在合闸位置，其辅助触头QM闭合而断路器因已跳闸。其辅助触头OF5-6返回闭合，因此事故信号回路接通。当值班员得知事故跳闸信号后，可将操作手柄扳下至分闸位置，这时黄色指示牌随之返回，事故信号也随之解除。控制回路中分别与指示灯GN和RD串联的电阻R1和R2，主要用来防止指示灯的灯座短路时造成控制回路短路或断路器误跳闸。图7.5所示是采用电磁操作机构的断路器控制和信号回路原理图。其操作电源采用图7.2所示的硅整流电容储能的直流系统。控制开关采用双向自复式并具有保持触头的LW5型万能转换开关，其手柄正常为垂直位置(0°)。顺时针扳转45°，为合闸(ON)操作，手松开即自动返回(复位)，保持合闸状态。反时针扳转45°，为分闸(OFF)操作，手松开也自动返回，保持分闸状态。图7.5中虚线上打黑点()的触头表示在此位置时触头接通，而虚线上标出的箭头(→)表示控制开关SA手柄自动返回的方向。7.2.3电磁操作机构的断路器控制回路和信号回路图7.5采用电磁操作机构的断路器控制和信号回路原理图WC—控制小母线；WL—灯光信号小母线；WF—闪光信号小母线；WS—信号小母线；

WAS—事故音响信号小母线；WO—合闸小母线；SA—控制开关；KO—合闸接触器；

YO—电磁合闸线圈；YR—跳闸线圈；KM—继电保护出口继电器触点；

QF1～6—断路器QF的辅助触头；GN—绿色指示灯；RD—红色指示灯；

ON—合闸操作方向；OFF—分闸操作方向

合闸时，将控制开关SA手柄顺时针扳转45°，这时其触头SA1-2接通，合闸接触器KO通电(回路中触头QF1-2原已闭合)，其主触头闭合，使电磁合闸线圈YO通电，断路器QF合闸。断路器合闸完成后，SA自动返回，其触头SA1-2断开，QF1-2也断开，切断合闸回路；同时QF3-4闭合，红灯RD亮，指示断路器已经合闸，并监视着跳闸线圈YR回路的完好性。分闸时，将控制开关SA手柄反时针扳转45°，这时其触头SA7-8接通，跳闸线圈YR通电(回路中触头QF3-4原已闭合)，使断路器QF分闸。断路器分闸后，SA自动返回，其触头SA7-8断开，QF3-4也断开，切断跳闸回路；同时SA3-4闭合，QF1-2也闭合，绿灯GN亮，指示断路器已经分闸，并监视着合闸接触器KO回路的完好性。由于红、绿指示灯兼起监视分、合闸回路完好性的作用，长时间运行，因此耗电较多。为了减少操作电源中储能电容器能量的过多消耗，因此另设灯光指示小母线WL(+)，专门用来接入红绿指示灯，储能电容器的能量只用来供电给控制小母线WC。当一次电路发生短路故障时，继电保护动作，其出口继电器触点KM闭合，接通跳闸线圈YR回路(回路中触头QF3-4原已闭合)，使断路器QF跳闸。随后QF3-4断开，使红灯RD灭，并切断跳闸回路，同时QF1-2闭合，而SA在合闸位置，其触头SA5-6也闭合，从而接通闪光电源WF(+)，使绿灯闪光，表示断路器QF自动跳闸。由于QF自动跳闸，SA在合闸位置，其触头SA9-10闭合，而QF已经跳闸，其触头QF5-6也闭合，因此事故音响信号回路接通，又发出音响信号。当值班员得知事故跳闸信号后，可将控制开关SA的操作手柄扳向分闸位置(反时针扳转45°后松开)，使SA的触头与QF的辅助触头恢复对应关系，全部事故信号立即解除。7.2.4弹簧操作机构的断路器控制回路和信号回路图7.6采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路图WC—控制小母线；WS—信号小母线；WAS—事故音响信号小母线；SA—控制开关；SB—按钮；SQ—储能位置开关；YO—电磁合闸线圈；YR—跳闸线圈；QFl～6—断路器QF的辅助触头；M—储能电动机；GN—绿色指示灯；RD—红色指示灯；KM—继电保护出口继电器触点

合闸时，先按下按钮SB，使储能电动机M通电运转(位置开关SQ2原已闭合)，从而使合闸弹簧储能。弹簧储能完成后，SQ2自动断开，切断电动机M的回路，同时位置开关SQ1闭合，为合闸做好准备。然后将控制开关SA手柄扳向合闸(ON)位置，其触头SA3-4接通，合闸线圈YO通电，使弹簧释放，通过传动机构使断路器QF合闸。合闸后，其辅助触头QF1-2断开，绿灯GN灭，并切断合闸回路。同时QF3-4闭合，红灯RD亮，指示断路器在合闸位置，并监视跳闸回路的完好性。分闸时，将控制开关SA手柄扳向分闸(OFF)位置，其触头SA1-2接通，跳闸线圈YR通电(回路中触头QF3-4原已闭合)，使断路器QF分闸。分闸后，其辅助触头QF3-4断开，红灯RD灭，并切断跳闸回路。同时QF1-2闭合，绿灯GN亮，指示断路器在分闸位置，并监视合闸回路的完好性。当一次电路发生短路故障时，保护装置动作，其出口继电器KM触点闭合，接通跳闸线圈YR回路(回路中触头QF3-4原已闭合)，使断路器QF跳闸。随后QF3-4断开，红灯RD灭，并切断跳闸回路。由于断路器是自动跳闸，SA手柄仍在合闸位置，其触头SA9-10闭合，而断路器QF已经跳闸，QF5-6闭合，因此事故音响信号回路接通，发出事故跳闸音响信号。值班员得知此信号后，可将控制开关SA手柄扳向分闸(OFF)位置，使SA触头与QF的辅助触头恢复对应关系，从而使事故跳闸信号解除。储能电动机M由按钮SB控制，从而保证断路器合在发生短路故障的一次电路上时，断路器自动跳闸后不致重合闸，因而不需另设电气“防跳”装置。1．信号的类型(1) 事故信号。断路器发生事故跳闸时，启动蜂鸣器(或电笛)发出较强的声响，以引起运行人员注意，同时断路器的位置指示灯发出闪光及事故型光字牌点亮，指示故障的位置和类型。中央事故信号回路按操作电源分为交流和直流操作电源两类，按事故音响信号的动作特征分为不能重复动作和能重复动作两种。7.2.5中央信号回路(2) 预告信号。中央预告信号是指在供配电系统中，发生故障和不正常工作状态而不需跳闸的情况下发出预告音响信号。它常采用电铃发出声响，并利用灯光和光字牌来显示故障的性质和地点。中央预告信号装置有直流和交流操作两种，也有不能重复动作和能重复动作的两种电路结构。当电气设备发生故障(不引起断路器跳闸)或出现不正常运行状态时，启动警铃发出声响信号，同时标有故障性质的光字牌点亮，例如对变压器过负荷、控制回路断线等发出预告信号。(3) 位置信号。位置信号包括断路器位置(如灯光指示或操动机构分合闸位置指示器)和隔离开关位置信号等。(4) 指挥信号和联系信号。用于主控制室向其他控制室发出操作命令和控制室之间的联系。通常把事故信号和预告信号称为中央信号。2．对中央信号回路的要求(1) 中央事故信号装置应保证在任一个断路器事故跳闸时，能立即(不延时)发出音响信号和灯光信号或其他指示信号。(2) 中央事故音响信号与预告音响信号应有区别。一般事故音响信号为电笛或蜂鸣器，预告音响信号用电铃。(3) 中央预告信号装置应保证在任一个电路发生故障时，能按要求(瞬时或延时)准确发出信号，并能显示故障性质和地点。(4) 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。(5) 接线应简单、可靠，对信号回路的完好性应能监视。(6) 对事故信号、预告信号及其光字牌应能进行是否完好的试验。(7) 企业变配电所的中央信号一般采用能重复动作的信号装置，当变配电所主接线比较简单或一般企业配电所可采用不能重复动作的中央信号装置。§7.3测量和绝缘监视回路

1．测量仪表的配置原则(1) 在工厂供配电系统每一条电源进线上，必须装设计费用的有功电度表和无功电度表及反映电流大小的电流表。通常采用标准计量柜，计量柜内有专用电流、电压互感器。(2) 在变配电所的每一段母线上(3～10kV)，必须装设4只电压表，其中一只测量线电压，其他三只测量相电压。中性点非直接接地的系统中，各段母线上还应装设绝缘监视装置，绝缘监视装置所用的电压互感器与避雷器放在一个柜内(简称PT柜)。(3) 35/6～10kV变压器应在高压侧或低压侧装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电度表和无功电度表各一只，6～10kV/0.4kV的配电变压器，应在高压侧或低压侧装设一只电流表和一只有功电度表，如为单独经济核算的单位，变压器还应装设一只无功电度表。7.3.1测量仪表配置(4) 3～10kV配电线路应装设电流表、有功电度表、无功电度表各一只，如不是单独经济核算单位时，无功电度表可不装设。当线路负荷大于5000kV·A及以上时，还应装设一只有功功率表。(5) 低压动力线路上应装一只电流表。照明和动力混合供电的线路上照明负荷占总负荷15%～20%以上时，应在每相上装一只电流表。如需电能计量，一般应装设一只三相四线有功电度表。(6) 并联电容器总回路上，每相应装设一只电流表，并应装设一只无功电度表。2．仪表的准确度要求(1) 交流电流表、电压表、功率表可选用1.5～2.5级；直流电路中电流表、电压表可选用1.5级；频率表0.5级。(2) 电度表及互感器准确度配置见表7.1。(3) 仪表的测量范围和电流互感器变流比的选择，宜满足当电力装置回路以额定值运行时，仪表的指示在标度尺的2/3处。对有可能过负荷的电力装置回路，仪表的测量范围宜留有适当的过负荷裕度。对重载启动的电动机和运行中有可能出现短时冲击电流的电力装置回路，宜采用具有过负荷标度尺的电流表。对有可能双向运行的电力装置回路，应采用具有双向标度尺的仪表。1．两点接地的危害供配电所直流系统的供电网络比较复杂，分布范围也较广，很容易使绝缘电阻降低。直流系统的绝缘降低相当于该回路的某一点经一定的电阻接地，此时由于没有短路电流流过，熔断器不会熔断，系统仍能继续运行。但如果另一点再接地，就有可能引起信号回路、控制回路、继电保护回路和自动装置回路的误动作。绝缘监视装置用于非直接接地的电力系统中，以便及时发现单相接地故障，设法处理，以免故障发展为两相接地短路，造成停电事故。6～35kV系统的绝缘监视装置可采用三个单相双绕组的电压互感器和三只电压表的接线，也可采用三个单相三绕组电压互感器或一个三相五芯柱三绕组电压互感器的接线。7.3.2直流绝缘监视回路2．直流绝缘监视装置回路图图7.8所示为直流绝缘监察装置的原理图。它是利用电桥原理进行监测的，正负母线对地绝缘电阻作电桥的两个臂，如图7.8(a)等效电路所示。图中，R1=R2=R3=1000，SA2和SA1为两个转换开关，直流绝缘监察装置分两个部分，即信号部分和测量部分。母线电压表转换开关SA2有三个位置，不操作时，其手柄在竖直的“母线”位置，接点9-11、2-1和5-8接通，电压表PV2可测量正、负母线电压，指示220V；若将SA2手柄逆时针方向旋45°到“负对地”位置时，SA2接点5-8和1-4接通，则PV2接到负极与地之间；若将SA2手柄顺时针方向旋45°到“正对地”位置时，SA2接点1-2和5-6接通，PV2接到正极与地之间。若两极对地绝缘良好，则正对地和负对地都指示0V，因为此时电压表PV2的线圈并没有形成回路。假如正极发生接地，则正对地电压等于0V，而负对地指示220V；反之，当负极发生接地时，情况与之相似。图7.8直流绝缘监察装置的原理图KSE—接地信号继电器；SA1—绝缘监视转换开关；SA2—母线电压表转换开关；R+、R-母线绝缘电阻；R1、R2—平衡电阻；R3—电位器

绝缘监视转换开关SA1也有三个位置，即“信号”、“测量I”、“测量Ⅱ”。平时，其手柄置于“信号”位置，SA1的触点5-7和9-11接通，使电阻R3被短接，SA2的接点9-11也是接通的。这样，信号接地继电器KSE组成发信号电路，其中R1、R2都是1000。实际上，正、负极对地并非绝对开路，而是有较大的对地绝缘电阻R+和R-的。当两极对地绝缘良好，绝缘电阻R+和R-相等，组成平衡电桥，此时信号接地继电器KSE接在电桥的对角线上，相当于直流电桥中检流计的位置，KSE线圈中无电流，所以继电器不动作。当一极对地绝缘电阻降低时，R+和R-不相等，电桥失去平衡，KSE线圈就有电流流过。如果绝缘电阻降低到15～20k时，继电器KSE启动，其常开接点闭合，接通光字牌HL，发出光字信号及音响信号。§7.4

自动重合闸装置架空线路的故障大多数是瞬时性故障，例如由雷电引起的绝缘子表面闪络、大风引起的短时碰线、通过鸟类或树枝等物掉落在导线上引起的短路等，在线路被继电保护迅速动作控制断路器断开后，故障点的绝缘水平可自行恢复，故障随即消失。此时，如果把断开的线路断路器重新合上，就能够恢复正常的供电。因此，如果采用自动重合闸装置(Auto–ReclosingDevice，ARD)，即能自动迅速地将断开的线路断路器重新合闸的一种装置，使断路器在自动跳闸后又自动重合闸，恢复大多供电，就能大大提高供电可靠性，避免因停电而给国民经济带来重大损失。自动重合闸装置按功能可分为三相ARD和单相ARD，三相ARD是指线路上发生了不论是单相短路还是相间短路时，继电保护装置均将线路三相断路器断开，然后启动自动重合闸同时合三相断路器的方式。单相ARD是指线路上发生单相接地故障时，保护动作只断开故障相的断路器，然后进行单相重合。一端供电线路的三相ARD，按自动重合闸的方法分，有机械式ARD和电气式ARD。按组合元件分，有机电型、晶体管型和微机型。按重合次数分，有一次重合式、二次重合式和三次重合式等。机械式ARD适于采用弹簧操作机构的断路器，可在具有交流操作电源或虽有直流跳闸电源但没有直流合闸电源的变配电所中使用。电气式ARD适于采用电磁操作机构的断路器，可在具有直流操作电源的变配电所中使用。供配电系统中采用的ARD一般都是一次重合式。运行经验证明，ARD的重合成功率随着重合次数的增加而显著降低。对架空线路来说，一次重合成功率可达60%～90%，而二次重合成功率只有15%左右，三次重合成功率仅3%左右。因此工厂供电系统中一般只采用一次重合式ARD。(1) 在断路器事故跳闸时ARD应能启动，正常跳闸时ARD应闭锁。(2) 应优先采用由控制开关位置与断路器位置不对应原则来启动重合闸。同时允许由保护装置来启动，但此时必须采取措施保证自动重合闸能可靠动作。(3) 动作时间应尽可能短些。继电保护动作切除故障后，在满足故障点绝缘恢复及断路器操作机构已准备好重合的条件下，自动重合闸装置应尽快发出重合闸脉冲，以缩短停电时间。(4) 动作次数应符合预先的规定。自动重合闸装置动作次数应按预先规定进行。如一次重合闸就应该只动作一次，当重合于永久性故障而再次跳闸以后就不应该再动作；对二次重合闸就应该能够动作两次，当第二次重合于永久性故障而跳闸后应不再动作。(5) 应与继电保护配合。自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便更好地和继电保护相配合，加速故障的切除。(6) 动作后应自动复归，方便调试和监视。自动重合闸装置动作后自动复归，可为下一次动作做好准备。自动重合闸装置在线路运行时应能方便退出或进行完好性试验，动作后应发出信号。(7) 当断路器处于不正常状态(如操作机构中使用的气压、液压降低等)而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。7.4.1对自动重合闸装置的要求三相一次自动重合闸就是在输电线路上发生任何故障，继电保护装置将三相断路器断开时，自动重合闸启动，经一定的延时，发出重合闸脉冲，将三相断路器一起合上。若为瞬时性故障，则重合成功，线路继续运行；若为永久性故障，则继电保护再次动作将三相断路器断开，不再重合。1．原理接线图7.10所示为DCH型电气式三相一次自动重合闸装置的原理接线。装置主要由DCH型重合闸继电器KR、防跳继电器KCF、加速继电器KAC、信号继电器KS、切换片XB1等元件组成。7.4.2三相一次自动重合闸装置图7.10DCH型电气式三相一次自动重合闸装置的原理接线

图7.10中虚线方框内为DCH型重合闸继电器的内部结构和接线，由时间继电器KT、具有两个线圈的中间继电器KM、储能电容器C、充电电阻R4、放电电阻R6及信号灯HL等组成。SA是手动操作的控制开关，其触点的通断状况如表7.2所示，“×”表示通，“-”表示断。2．工作情况分析(1) 线路正常运行时。断路器处于合闸位置，断路器的常开辅助触点QF2闭合、常闭辅助触点QF1断开，跳闸位置继电器KTP失电，其常开触点KTP1断开。控制开关SA处于合后位置，其触点SA21-23接通，触点SA2-4断开，重合闸装置投入，指示灯HL亮，电容C经R4充电。(2) 线路发生瞬时性故障或由于其他原因使断路器误跳闸时。当线路发生瞬时性故障时，继电保护动作将断路器跳开后，断路器的常闭辅助触点QF1闭合，跳闸位置继电器KTP得电，其常开触点KTP1闭合，启动自动重合闸继电器中的时间元件KT，经一定延时，其常开触点KT1闭合。电容C经KT1、中间继电器KM的电压线圈放电，KM启动后，其常开触点KM1、KM2、KM3闭合，接通合闸接触器回路(+WC→SA21-23→KM1→KM2→KM电流线圈→KS→XB1→KCF2→QF1→KMC→-WC)，合闸接触器KMC动作，合上断路器。重合闸动作时，因KT1闭合，信号灯HL失电而熄灭。KM电流线圈起自保持作用，只要KM被电压线圈短时启动一下，便可通过电流自保持线圈使KM在合闸过程中一直处于动作状态，以保证断路器可靠合闸。断路器重合后，其常闭辅助触点QF1断开，KM失电返回，KTP也复归，KTP1断开，使KT返回，KT1断开，电容C开始重新充电，经15～25s后电容C充满电，准备好下次的动作。当断路器由于某种原因误跳闸时，重合闸的动作过程与上述过程相同。(3) 线路发生永久性故障时。重合闸装置的动作过程与(2)所述相同。由于是永久性故障，保护将再次动作使断路器第二次跳闸，自动重合闸再次启动。KT再次启动，KT1又闭合，电容C向KM电压线圈放电。由于电容C充电时间短，电压低，不能使KM动作，断路器无法再次重合，保证了断路器只重合一次。需要指出一点，因QF不再重合，KT1触点一直闭合，直流操作电源会经R4、KT1、KM电压线圈形成通路，但由于R4阻值很大(约几兆欧)，而KM电压线圈电阻只有几千欧，KM电压线圈承受的分压值很小，故KM不会动作。(4) 手动跳闸时。控制开关SA手动跳闸时，其触点SA6-7通，接通断路器的跳闸回路；SA21-23断，装置不可能启动。跳闸后，SA2-4通，接通了电容C对电阻R6的放电回路。由于R6阻值仅为几百欧，所以电容C放电后的电压接近于零，保证下次手动合闸于故障线路时，装置不会动作。(5) 手动合闸于故障线路时。手动合闸时，触点SA5-8通，合闸接触器KMC启动合闸；SA21-23通，SA2-4断，电容C开始充电。同时SA25-28通，使后加速继电器KAC动作。当合闸于故障线路时，保护动作，经加速继电器KAC的延时返回常开触点使断路器瞬时跳闸。这时，因电容C充电时间短，电压很低，电容C放电不足于启动KM，从而保证ARD装置可靠不动作。(6) 闭锁重合闸装置动作时。在某些情况下，断路器跳闸后不允许自动重合闸。例如，按频率自动减负荷装置AFL或母线差动保护BB、桥式接线的变压器差动保护动作时，应将ARD装置闭锁，使之退出工作。实现的方法就是利用AFL装置或BB的出口触点与SA2-4并联，当AFL装置或BB动作时，其出口触点闭合，电容C经R6电阻放电，ARD装置无法动作，以达到闭锁ARD装置的目的。(7) 防止断路器多次重合于永久性故障的措施。如果线路发生永久性故障，且重合闸第一次动作时就出现了KM1、KM2触点粘牢或卡住现象，由于是永久性故障，保护将再次动作跳闸，因KM1、KM2触点接通，若没有防跳继电器KCF，则合闸接触器KMC通电而使断路器第二次重合。如此反复，断路器将发生多次重合的严重后果，形成“跳跃现象”，这是不允许的。为此装设了防跳继电器KCF，当断路器第二次跳闸时，KCF电流线圈通电而使KCF动作，+WC→SA21-23→KM1→KM2→KM电流线圈→KS→XB1→KCF1→KCF电压线圈→-WC，KCF自保持，其触点KCF2断开，切断重合闸的合闸回路，使断路器不会多次重合。§7.5备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置(Auto-Put-intoDeviceofReserve-Source，APD)是指当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动地将备用电源投入或将用电设备自动切换到备用电源上去，使用户不至于停电的一种自动装置。在供配电系统中，电源可能会由于某些原因断开，为消除或减少损失，保证用户不间断供电，广泛采用备用电源自动投入装置。在供电可靠性要求较高的工厂变配电所中，通常设有两路及以上的电源进线。在车间变电所低压侧，一般也设有与相邻车间变电所相连的低压联络线。如果在作为备用电源的线路上装设备用电源自动投入装置，则在工作电源线路突然停电时，利用失压保护装置使该线路的断路器跳闸，并在APD作用下，使备用电源线路的断路器迅速合闸，投入备用电源，恢复供电，从而大大提高供电可靠性。一般在下列情况下装设APD。(1) 发电厂的厂用电和变电所的所用电。(2) 有双电源供电的变电所和配电所，其中一个电源经常断开作为备用。(3) 降压变电所内装有备用变压器或互为备用的母线段。(4) 生产过程中某些重要的备用机组，如给水泵、循环水泵等。APD装置从其电源备用方式上可以分成两大类：明备用和暗备用。装设可见的专用备用变压器或备用母线的情况称为明备用，互为备用的方式称为暗备用。(1) 工作母线突然失压时APD装置应能动作。(2) 工作电源先切，备用电源后投。(3) APD装置只动作一次，动作时应发出信号。(4) APD装置动作过程应使负荷中断供电的时间尽可能短。(5) 工作母线电压互感器熔断器熔断时APD装置不误动。(6) 备用电源无压时APD装置不应动作。(7) 正常停电操作时APD装置不启动。(8) 备用电源或备用设备投于故障时应使其保护加速动作7.5.1对备用电源自动投入装置的要求7.5.2备用电源自动投入装置的原理图7.11备用电源自动投入装置基本原理说明简图QF1—工作电源进线WL1上的断路器；QF2—备用电源进线WL2上的断路器；KT—时间继电器；KO—合闸接触器；YO—断路器QF2的合闸线圈

假设电源进线WL1在工作，WL2为备用，断路器QF2断开，但其两侧隔离开关(图7.11上未画)是闭合的。当工作电源WL1断电引起失压保护动作使QF1跳闸时，其常开触头QF13-4断开，使原已通电动作的时间继电器KT断电，但其延时断开触点尚未断开，这时QF1的另一对常闭触头QF11-2闭合，合闸接触器KO通电动作，使断路器QF2合闸，从而使备用电源WL2投入运行，恢复供电。备用电源WL2投入后，KT的延时断开触点断开，切断KO回路，同时QF2的连锁触头QF21-2断开，切断YO回路，避免YO长期通电(YO是按短时大功率设计的)。由此可见，双电源进线又配备以APD时，供电可靠性大大提高。但是双电源单母线不分段接线，如果母线上发生故障，整个变配电所仍要停电。因此对有重要负荷的场合宜采用单母线分段供电的方式。为满足运行要求，APD装置应由低电压启动部分和自动合闸部分两部分组成。(1) 低压启动部分，其作用是监视工作母线失压和备用电源是否正常，并兼作电压互感器熔断器熔断时闭锁APD装置之用。当工作母线因各种原因失去电压时，断开工作电源，并在备用电源正常时使APD装置启动。(2) 自动合闸部分，在工作电源的断路器断开后，经过一定延时将备用电源的断路器自动投入。图7.12所示是高压双电源互为备用的APD电路，采用的控制开关SA1、SA2均为LW2型万能转换开关，它们的触头5-8只在“合闸”时接通，触头6-7只在“分闸”时接通。断路器QF1和QF2均采用交流操作的CT7型弹簧操作机构。假设电源WL1在工作，WL2在备用，即断路器QF1在合闸位置，QF2在分闸位置。这时控制开关SA1在“合闸后”位置，SA2在“分闸后”位置，它们的触头5-8和6-7均断开，而触头SA113-16接通，触头SA213-16断开。指示灯RD1(红灯)亮，GN1(绿灯)灭；RD2(红灯)灭，GN2(绿灯)亮。7.5.3备用电源自动投入装置的接线图7.12高压双电源互为备用的APD电路WL1、WL2—电源进线；QF1、QF2—断路器；TV1、TV2—电压互感器(其二次侧相序为a、b、c)；SA1、SA2—控制开关；KV1～KV4—电压继电器；KT1、KT2—时间继电器；

KM1、KM2—中间继电器；KS1～KS4—信号继电器；YR1、YR2—跳闸线圈；

YO1、YO2—合闸线圈；RD1、RD2—红色指示灯；GN1、GN2—绿色指示灯

当工作电源WL1断电时，电压继电器KV1和KV2动作，它们的触点返回闭合，接通时间继电器KT1，使KT1延时闭合的常开触点闭合，接通信号继电器KS1和跳闸线圈YR1，使断路器QF1跳闸，同时给出跳闸信号，红灯RD1因触头QF15-6断开而熄灭，绿灯GN1因触头QF17-8闭合而点亮。与此同时，断路器QF2的合闸线圈YO2因触头QF11-2闭合而通电，使断路器QF2合闸，从而使备用电源WL2自动投入，恢复变配电所的供电，同时红灯RD2亮，绿灯GN2灭。反之，如果运行的备用电源WL2又断电时，同样的，电压继电器KV3、KV4将使断路器QF2跳闸，使QF1合闸，又自动投入电源WL1。电气二次图是用于反映二次系统的工作原理、组成、连接关系等的一种电气工程图，主要有阐述电气工作原理的二次电路图和描述装接关系的二次(回路安装)接线图。二次接线图以国家规定的通用图形符号和文字符号，表示二次设备的互相连接关系。常见的二次接线图按照不同的绘制方法有3种形式，即原理(接线)图、展开(接线)图、安装接线图。安装接线图一般包括屏面布置图、屏后接线图和端子排图。7.6.1基本知识7.6二次回路安装接线图1．电气图的一般规则1) 图幅分区在图中，将两对边各自等分加以分区，分区的数目应为偶数。在上下横边上用阿拉伯数字表示编号，并且从左至右顺序编号。每个分区的两个竖边从上到下用大写拉丁字母顺序分区，如图7.13所示，分区代号用字母和数字表示，如83、CA等。2) 图线绘制电气图所用的各种线条统称为图线，图线的宽度有0.25mm、0.35mm、0.5mm、0.75mm、1.0mm、1.4mm几种，通常在图上用两种宽度的图线绘图，粗线为细线的两倍，如0.5mm和1.0mm，或0.35mm和0.7mm，也可0.7mm和1.4mm。图线的类型主要有4种，见表7.3。图7.13图幅分区示例

3) 对图形布局的要求(1) 图中各部分间隔均匀。(2) 图线应水平布置或垂直布置，一般不应画成斜线。表示导线或连接线的图线都应是交叉和折弯最少的直线。4) 对图形符号的要求(1) 图形符号应采用最新国标规定的图形符号，并采用优选形和最简单的形式。(2) 同一电气图中应采用同一形式的符号。(3) 图形符号均是按无电压、无外力作用的正常状态表示。2．二次设备的表示方法二次设备用项目代号表示，为表示屏内设备或某一系统的隶属关系，一般用项目代号来表示。项目是指接线图上用图形符号所表示的一个实物，如设备、元件、功能单元、系统等。项目可大可小，小到电容器、熔断器、继电器，大到一个系统，都可称为项目。一个完整的项目代号包括4个代号段，见表7.4。(1) 高层代号高层代号是指系统或设备中较高层次的项目，用前缀“=”加字母代码和数字表示，如“=S1”表示较高层次的装置S。(2) 位置代号按规定，位置代号以项目的实际位置(如区、室等)编号表示，用前缀“+”加数字或字母表示，可以有多项组成，如+3+A+5，表示3号室内A列第5号屏。(3) 种类代号一个电气装置一般由多种类型的电器元件组成，如继电器、熔断器、端板等，为明确识别这些器件(项目)所属种类，设置了种类代号，用前缀“-”加种类代号和数字表示，如“-K1”表示顺序编号为1的继电器。常用种类代号见表7.5。(4) 端子代号端子代号用来识别电器、器件连接端子的代号。用前缀“:”加端子代号字母和端子数字编号，如“-Q1:2”表示开关(隔离)Q1的第2端子，“X1:2”则表示端子排X1的第二个端子。3．安装单位和屏内设备为了区分同一屏中两个以上分别属于不同一次回路的二次设备，设备上必须标以安装单位的编号，安装单位的编号用罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等来表示。对同一个安装单位内的设备应按从左到右，从上到下的顺序编号如I1、I2、I3等。当屏中只有一个安装单位时，直接用数字编号如1、2、3等表示设备编号。设备编号应放在圆圈的上半部；设备的种类代号放在圆圈的下半部，对相同型号的设备，如电流继电器有3只时，则可分别以KA1、KA2、KA3表示。屏面布置图是一种采用简化外形符号(框形符号)表示屏面设备布置的位置简图，它是屏的一种正面视图。这种图是加工制造屏、盘和安装屏、盘上设备的依据，尤其这种图与屏后接线图相对应，可供安装接线、查线，维护管理过程中核对屏内设备的名称、位置、用途及拆装、维修等用。二次设备屏主要有两种类型。一种是纯二次设备屏，如各种控制屏、信号屏、继电保护屏等，这种屏主要用于电站、变电所、大型电气设备的控制室中。另一种屏是一次、二次设备混合安装的屏，一般是屏内装一次设备，屏面装操作手柄及各种二次设备，如电工仪表、继电器、信号灯等，常见的高、低压配电屏就属于这种类型。7.6.2屏面布置图1．屏面布置图的特点(1) 屏面布置的项目通常用实线绘制的正方形、长方形、圆形等框形符号或简化外形符号表示，个别项目也可采用一般符号。(2) 符号的大小及其间距尽可能按比例绘制，但某些较小的符号允许适当放大绘制。(3) 符号内或符号旁可以标注与电路图中相对应的文字代号，如仪表符号内标注“A”、“V”等代号，继电器符号内标注“KA”、“KV”等。(4) 屏面上的各种二次设备，通常是从上至下依次布置指示仪表、光字牌、继电器、信号灯、按钮、控制开关和必要的模拟线路。图7.14所示是一屏面布置图。各项目按相对位置布置；各项目一般采用框形符号，但信号灯、按钮、连接片等采用一般符号；项目的大小没有完全按实际尺寸画出，但项目的中心间距则标注了严格的尺寸。图7.14屏面布置图1—信号继电器；2—标签框；3—光字牌；4—信号灯；5—按钮；6—连接片；7—穿线孔

2．屏面布置图的绘制1) 控制屏屏面布置原则(1) 控制屏屏面布置应满足监视和操作调节方便、模拟接线清晰的要求。相同的安装单位其屏面布置应一致。(2) 测量仪表应尽量与模拟接线对应，A、B、C相按纵向排列，同类安装单位中功能相同的仪表，一般布置在相对应的位置。(3) 每列控制屏的各屏间，其光字牌的高度应一致，光字牌宜放在屏的上方，要求上部取齐；也可放在中间，要求下部取齐。(4) 操作设备宜与其安装单位的模拟接线相对应。功能相同的操作设备，应布置在相对应的位置上，操作方向全变电所必须一致。采用灯光监视时，红、绿灯分别布置在控制开关的右上侧和左上侧。屏面设备的间距应满足设备接线及安装的要求。800mm宽的控制屏上，每行控制开关不得超过5个(强电小开关及弱电开关除外)。二次回路端子排布置在屏后两侧。(5) 操作设备(中心线)离地面一般不得低于600mm，经常操作的设备宜布置在离地面800～1500mm处。2) 继电保护屏屏面布置原则(1) 屏面布置应在满足试验、检修、运行、监视方便的条件下，适当紧凑。(2) 相同安装单位的屏面布置宜对应一致，不同安装单位的继电器装在一块屏上时，宜按纵向划分，其布置宜对应一致。(3) 各屏上设备装设高度横向应整齐一致，避免在屏后装设继电器。(4) 调整、检查工作较少的继电器布置在屏的上部，调整、检查工作较多的继电器布置在中部。一般按如下次序由上至下排列：电流、电压、中间、时间继电器等布置在屏的上部，方向、差动、重合闸继电器等布置在屏的中部。(5) 各屏上信号继电器宜集中布置，安装水平高度应一致。信号继电器在屏面上安装中心线离地面不宜低于600mm。(6) 试验部件与连接片的安装中心线离地面宜不低于300mm。(7) 继电器屏下面离地250mm处宜设有孔洞，供试验时穿线用。3) 信号屏屏面布置原则(1) 信号屏屏面布置应便于值班人员监视。(2) 中央事故信号装置与中央预告信号装置，一般集中布置在一块屏上，但信号指示元件及操作设备应尽量划分清楚。(3) 信号指示元件(信号灯、光字牌、信号继电器)一般布置在屏正面的上半部，操作设备(控制开关、按钮)则布置在它们的下方。(4) 为了保持屏面的整齐美观，一般将中央信号装置的冲击继电器、中间继电器等布置在屏后上部(这些继电器应采用屏前接线式)。中央信号装置的音响器(电笛、电铃)一般装于屏内侧的上方。1．接线端子(排)在屏内与屏外二次回路设备的连接或屏内不同安装单位设备之间以及屏内与屏顶设备之间的连接都是通过端子排来连接的。若干个接线端子组合在一起构成端子排，端子排通常垂直布置在屏后两侧。常用端子的种类及用途见表7.6，端子排标志图例如图7.15所示。7.6.3端子排图图7.15二次回路端子排标志图例

2．端子排的排列顺序各种回路在经过端子排转接时，应按下列顺序安排端子的排列顺序：①交流电流回路；②交流电压回路；③信号回路；④控制回路；⑤其他回路；⑥转接回路。应经过端子排连接的回路如下。(1) 屏内设备与屏外设备的连接、同一屏上各安装单位之间的连接及为节省控制电缆，需要经本屏转接的转接回路等，均应经过端子排。(2) 屏内设备与直接接在小母线上的设备(如熔断器、电阻、隔离开关等)的连接一般经过端子排。(3) 各安装单位主要保护的正电源一般经过端子排，其负电源应在屏内设备之间接成环形，环的两端分别接到端子排。其他回路一般均在屏内连接。电流回路应经过试验端子；预告信号及事故信号回路和其他需要断开的回路一般经过特殊端子或试验端子。端子排的配置应满足运行、检修、调试的要求，并尽可能与屏上设备的位置相对应。每一个安装单位应有独立的端子排。垂直布置时，由上而下；水平布置时，由左至右按下列回路分组顺序地排列。(1) 交流电流回路(不包括自动调整励磁装置的电流回路)，按每组电流互感器分组，同一保护方式的电流回路一般排在一起。其中又按数字大小由上而下排列，再按U、V、W、N排列。(2) 交流电压回路(不包括自动调整励磁装置的电流回路)，按每组电压互感器分组。同一保护方式的电压回路一般排在一起，且按数字大小排列，再按U、V、W、N排列。(3) 信号回路，按预告、位置、事故信号分组。(4) 控制回路，按各组熔断器分组。每组里面先排正极性回路，由小到大；再排负极性回路，由大到小。(5) 转接回路，先排本安装单位的转接端子，再排别的安装单位的转接端子。(6) 当一个安装单位的端子过多，或一个屏上仅有一个安装单位时，可将端子排成组地布置在屏的两侧。(7) 每一安装单位的端子排应编有顺序号，并尽量在最后留2～5个端子作为备用。条件许可时，各组端子排之间也宜留1～2个备用端子。在端子排两端应有终端端子。3．端子接线图端子接线图是表示单元或设备经过端子与外部导线的连接关系。端子排属于单元或设备本身的组成部件之一。因此，端子接线图通常不表示其与内部其他部件的连接关系，但可给出相关文件的图号，以便查阅。然而，由于沿用已久的习惯，电气工程中，端子接线图也同时表示