变电所的二次回路与自动装置

第七章变电所的二次回路与自动装置7.1二次回路及操作电源7.2高压断路器的控制和信号回路7.3绝缘监察装置与测量仪表7.4供电系统的自动装置与远动化7.5二次回路的接线及接线图主要内容：7.1二次回路及操作电源一、概述

二次回路：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、继电保护和自动化系统等。分类按电源性质：直流回路，交流回路（分电流、电压回路）按用途：QF控制回路、信号回路、继电保护回路和自动装置回路等作用一次回路的辅助系统，保障一次回路的安全、可靠、优质和经济运行7.1二次回路及操作电源操作电源是用来对断路器的分、合闸回路，继电保护装置以及其它信号回路供电的电源。要求可靠性高、容量足够大、不受供电系统运行影响分类直流—蓄电池组/整流装置供电交流—站用变压器、仪用互感器供电二、直流操作电源1.由蓄电池供电的直流操作电源优点：蓄电池的电压与被保护的网络电压无关。缺点：需修建有特殊要求的蓄电池室，购置大量的充电设备和蓄电池组，辅助设备多，投资大，运行复杂，维护工作量大，可靠性低。7.1二次回路及操作电源2.由硅整流器供电的操作电源硅整流电容储能式直流操作电源（图7-1）硅整流器U1：采用三相桥式整流。硅整流器U2：采用单相桥式整流。正常运行时由整流器供电，当系统发生故障时，交流电源电压大大降低，利用电容器C1和C2的储能使断路器跳闸。复式整流装置（图7-2）正常运行时由整流器供电，当系统发生故障时，利用短路故障电流经过整流作为操作电源。

整流装置既可由“电压源”（所用变压器或电压互感器）供电，也可由“电流源”（电流互感器）供电。图7-1硅整流电容储能式直流系统接线7.1二次回路及操作电源三、交流操作电源优点：投资小、接线简单可靠、运行维护方便。缺点：不适用于较复杂的继电保护、自动装置及其它二次回路等。图7-2复式整流装置接线示意图直接动作式（图7-3）利用继电器常闭触点去分流跳闸线圈方式（图7-4）利用速饱和变流器的接线（图7-5）普遍采用的交流操作继电保护接线方式：分为电压源和电流源7.1二次回路及操作电源图7-3直接动作式的交流操作保护接线图图7-4去分流跳闸方式的交流操作保护接线图图7-5利用速饱和变流器的交流操作保护接线图思考：速饱和变流器与电流互感器的区别是什么?电流互感器的二次侧不允许开路；速饱和变流器可以在开路下使用。采用速饱和变流器的目的：当短路时限制流入跳闸线圈的电流；减小电流互感器的二次负荷阻抗。7.2高压断路器的控制和信号回路一、概述控制回路是由控制开关和控制对象（断路器、隔离开关等）的传送机构及执行（或操作）机构组成的。其作用是对一次开关设备进行“跳”、“合”闸操作。集中控制（远方控制）：在控制室内用控制开关对断路器进行操作，用于35kV及以上的变电所中。就地控制：在各个断路器安装处就地操作，用于6～10kV的变电所中。断路器的控制分为集中控制和就地控制两类：信号回路是用来指示一次回路运行状态的二次回路。信号按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号等。7.2高压断路器的控制和信号回路对断路器控制和信号回路的基本要求应能监视控制回路保护装置(熔断器)及其分、合闸回路完好性，通常采用灯光监视的方式

；断路器跳闸或合闸完成后，应能自动切断跳闸或合闸回路，防止因通电时间过长而烧坏线圈；应有指示断路器状态的位置信号，而且能够区分自动跳、合闸与手动跳、合闸的位置信号；断路器的事故跳闸回路，应按“不对应原理”接线

；对有可能出现不正常工作状态或故障的设备，应装设预告信号

；在满足以上基本要求的前提下，应力求简单、可靠。7.2高压断路器的控制和信号回路二、采用手动操作机构的断路器控制和信号回路如图7-6

。工作原理：(1)合闸时，推上操作手柄使断路器合闸。断路器的辅助触点QF3-4闭合，红灯RD亮，指示断路器已经合闸通电。由于有限流电阻R2，跳闸线圈YR虽有电流通过，但电流很小，不会跳闸。红灯RD亮，还表示跳闸回路及控制回路电源的熔断器FU1和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。(QM操作机构的触点）图7-6手动操作的断路器控制和信号回路7.2高压断路器的控制和信号回路2)分闸时，扳下操作手柄使断路器分闸，其辅助触点QF3-4断开，切断跳闸回路，辅助触点QF1-2闭合，绿灯GN亮，指示断路器已经分闸断电。绿灯GN亮，还表示控制回路的熔断器FU1和FU2是完好的，即绿灯GN起着监视控制回路完好性的作用。(3)正常操作断路器分、合闸时，操作机构辅助触点QM与断路器辅助触点QF5-6是同时切换的，故事故信号回路总是断开的。(4)一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，出口继电器触点KM闭合，接通跳闸回路使断路器跳闸。随后QF3-4断开，红灯RD灭，并切断YR的电源；同时QF1-2闭合，绿灯GN亮。在信号回路中，由于操作手柄仍在合闸位置，其辅助触点QM闭合，而断路器已事故跳闸，QF5-6返回闭合，因此事故信号接通，发出灯光和音响信号。电阻R1和R2作用，除限流作用外，还有防止指示灯座短路时造成控制回路短路或断路器误跳闸的作用。7.2高压断路器的控制和信号回路三、电磁式操作机构断路器的控制回路和信号系统

图7-7是采用电磁式操作机构断路器的控制和信号回路原理图。图7-7电磁式操作机构断路器的控制和信号回路原理图KO:合闸接触器YO:QF的合闸线圈YR:QF的跳闸线圈7.2高压断路器的控制和信号回路1、控制开关控制开关又称为“万能转换开关”，是电气工作人员对断路器进行分、合闸控制的操作元件。

目前变电所多采用LW2/5型控制开关，它共有6/4个位置：

预备操作位置：“预备合闸”和“预备跳闸”(LW5无）操作位置：“合闸”和“跳闸”固定位置：“合闸后”和“跳闸后”合闸操作顺序：预备合闸→合闸→合闸后跳闸操作顺序：预备跳闸→跳闸→跳闸后LW型控制开关的触点图表:可查相关手册。

7.2高压断路器的控制和信号回路红灯亮既表明断路器正处于合闸位置，也表明断路器的跳闸回路是完好的。（1）​​“合闸”（不松手）​​：SA的手柄顺时针扳转45°，+WC→SA1-2→QF1-2→KO→-WC，QF合闸。松开手柄，SA自动回到“合闸后”的位置。+WL→RD→R→QF3-4→YR→-WC，红灯RD亮。（2）​​“分闸”​​：SA的手柄反时针扳转45°，+WC→SA7-8→QF3-4→YR→-WC，QF跳闸。松开手柄，SA自动回到“跳闸后”的位置。+WL→SA3-4→GR→R→QF1-2→KO→-WC，绿灯亮。绿灯亮既表明断路器正处于分闸位置，也表明断路器的合闸回路是完好的。7.2高压断路器的控制和信号回路（3）“事故跳闸”：事故跳闸时，KM动作，SA在“合闸后”位置，则+WC→KM→QF3-4→YR→-WC绿灯闪光+WF→SA5-6→GR→

R→QF1-2

→

-WC发出音响信号绿灯闪光，事故信号装置发出音响，表明断路器是自动跳闸的。只有将SA手柄转到“跳闸后”位置，绿灯才变为平光，事故音响信号才停止。红灯RD灭WS→SA9-10→QF5-6

→

WAS7.2高压断路器的控制和信号回路图7-8为其控制和信号回路原理图。弹簧机构是利用预先储能的合闸弹簧释放能量，使断路器合闸四、弹簧操作机构断路器的控制回路和信号系统图7-8利用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路工作原理：（1）合闸；（2）分闸；（3）事故跳闸。7.3绝缘监察装置和测量仪表

（自学）一、绝缘监察装置1.直流系统的绝缘监察装置（图7-9）

直流系统发生一点接地时，没有短路电流流过，熔断器不会熔断，仍能继续运行。直流系统为何设置绝缘监察装置？

但是，这种接地故障必须及早发现并处理，否则当出现两点接地时可能引起信号回路、控制回路、继电保护及自动装置回路不正确动作。7.3绝缘监察装置和测量仪表

R1=R2=R3=

1000ΩSA1：母线电压表转换开关，有三个位置；SA2：绝缘监察转换开关，有三个位置；PV2：母线电压表；PV1：用于测量系统总的绝缘电阻，表盘上有欧姆刻度。图中：即“母线”、“正对地”和“负对地。平时，其手柄置于“母线”位置，触点1-2、5-8、9-11接通，PV2可测量正、负母线电压，指示为220V。即“信号”、“测量位置I”和“测量位置II”。平时，其手柄置于“信号”位置，触点5-7和9-11接通，使电阻R3被短接。此时SA1的9-11也是接通的，信号继电器KS投入工作。图7-9直流系统绝缘监察装置接线图7.3绝缘监察装置和测量仪表

工作原理​​当正极绝缘电阻降低时，​​先将SA2置于“测量位置I”，此时其触点1-3和13-14接通，调节电位计R₃，使电压表PV1的指示为零；再将SA2置于“测量位置II”，此时PV1的指示即为直流系统总的对地绝缘电阻值。当负极绝缘电阻降低时，​​先将SA2置于“测量位置II”，此时其触点2-4和15-14接通，调节电位计R₃，使电压表PV1的指示为零；再将SA2置于“测量位置I”，此时PV1的指示即为直流系统总的对地绝缘电阻值。电压表的欧姆刻度与电压读数的对应关系为：7.3绝缘监察装置和测量仪表

式中，RV为电压表的内电阻；U为直流母线额定电压；UV为电压表的读数。每极对地绝缘电阻正极绝缘电阻降低：式中，x为电位器R3读数的百分值。；负极绝缘电阻降低：；7.3绝缘监察装置和测量仪表

2.交流系统的绝缘监察装置

图7-10为交流系统绝缘监察装置接线图，是由三个单相三绕组电压互感器或一个三相五柱式电压互感器构成。缺点：只能判明发生接地故障的相别，不能判明是哪条线路故障。

可采“顺序拉闸法”来寻找故障线路。必须注意：三相三柱式电压互感器不能用来作绝缘监察装置。图7-10交流系统绝缘监察装置接线图Why?7.3绝缘监察装置和测量仪表

二、电气测量仪表1.对电气测量仪表的一般要求仪表的准确度等级选择:用于电气设备和线路上的交流电流表、电压表、功率表的准确度不应低于2.5级,直流电流、电压表的准确度不应低于1.5级,频率表一般选用0.5级;变电所内用于计量的有功电度表一般选用1级,无功电度表一般选用2级。测量用互感器的准确度等级选择:与电度表连接的互感器准确度应为0.5级;仅作一般电流、电压测量的互感器,准确度可为1~3级。7.3绝缘监察装置和测量仪表

仪表的测量范围和互感器变比的选择：正常运行情况下仪表指针指示在满标度的2/3左右，并留有过负荷指示裕度。在高压系统中，测量仪表和电度表应与继电保护装置分别接电流互感器的不同准确度的二次绕组，一般测量仪表和电度表用0.5级，继电保护装置用3级。对于有可能出现两个方向电流的直流电路和两个方向功率的交流电路，应装设双向刻度的电流表和功率表。2.变配电装置中各部分仪表的配置电源进线：为了解负荷情况，需装设一只电流表。当需要计量电能时，还应装设有功电能表和无功电能表各一只。7.3绝缘监察装置和测量仪表

母线：每条或每段母线上必须装设一只电压表，以检查各个线电压。在小电流接地系统中中，每条或每段母线上还需加装三个绝缘监视电压表。图7-11为6～10kV母线电压测量和绝缘监视的原理图。降压变压器：对35～110kV/6～10kV的电力变压器，应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表和无功电能表各一只。高压配电线路：应装设电流表、有功电能表和无功电能表各一只。图7-12为6～10kV高压线路电气测量仪表的接线原理图。说明：一次电路发生单相接地故障时，开口三角形的开口处将现近100V的零序电压，使KV动作，发报警信号。7.3绝缘监察装置和测量仪表

图7-116～10kV母线电压测量和绝缘监视的原理图7.3绝缘监察装置和测量仪表

说明：图中无功电度表为60°接线，其特点是在电压线圈中人为地串联了一个附加电阻，使电压线圈的阻抗角由原来的90°减小为60°，即电压线圈中的电流滞后电压60°。图7-126～10kV高压线路电气测量仪表的接线原理图7.3绝缘监察装置和测量仪表

低压配电线路：静电电容器：为了监视三相负荷是否平衡，需装设三只电流表。如需计量其无功电能，还应加装一只无功电能表。对三相负荷平衡的低压动力线路，可只装设一只电流表；对三相负荷长期不平衡的低压照明线路及动力和照明混合电路，应装设三只电流表。如需计量电能，还应加装一只三相四线制的有功电能表；对三相负荷平衡的动力线路，可只装设一只单相有功电能表（实际电能为其计度的3倍）。7.4供电系统的自动装置与远动化一．概述自动重合闸的概念：当架空线路上发生故障时，由继电保护装置将其迅速断开，延时（0.5s）后重新将故障线路自动投入的装置，简称ARD。装设ARD的好处：对暂时性故障，合闸成功后可保证供电的可靠性，减少停电损失。对电气（三相）一次自动重合闸装置的基本要求：除遥控变电所外，应采用控制开关手柄位置与断路器位置“不对应原则”起动ARD；ARD的起动条件为：SA在“合闸后”位置，QF在“跳闸”位置。7.4供电系统的自动装置与远动化手动跳闸时不应重合；手动合闸于故障线路不重合；ARD只能动作一次；ARD动作后应能自动复归，准备再次动作；ARD的动作时间应尽可能短，一般为0.5s～1.5s；ARD应能实现重合闸“后加速”或“前加速”，以便与继电保护配合。二．电气一次自动重合闸的基本工作原理前加速：是指自动重合闸前加速保护动作，即当线路上发生永久性故障时，第一次以瞬时加速跳闸，第二次则以定时限跳闸。后加速：是指自动重合闸后加速保护动作，即当线路上发生永久性故障时，第一次带时限跳闸，第二次以瞬时加速跳闸。7.4供电系统的自动装置与远动化图7-12（1）手动合闸（2）手动分闸（3）事故跳闸及一次重合闸1.基本工作原理（图7-12）2.电气一次重合闸装置示例（图7-13）KT：用于建立ARD的动作时间KM：执行元件R4：充电电阻，可控制电容C的充电速度R5：KT的热稳定电阻R6

：电容C的放电电阻R7

：信号灯降压电阻HL：信号灯KM1：防跳继电器KM2：加速继电器KO：合闸接触器图7-13电气一次重合闸装置原理电路图对图7-13（书上图7-11）补充两点说明：(1)LW2型万能转换开关的触点位置布置（新国标）1——对应“预合、分闸”位置2——对应“合、分闸”位置3——对应“合闸后”位置而书上图7-11（PPT图7-13）采用的触点位置布置为：1、2、3的位置对应关系不变（同上）(2)KM2触点短掉的只是继电保护回路的延时触点，只有有故障时才起作用。可用图简单表示为：7.4供电系统的自动装置与远动化正常工作时：QF处于合闸位置，SA1处于“合闸后”位置，其触点SA121-23接通，SA2处于合闸位置，电容C经电阻R4而充满电压，电容C两端电压等于电源电压，信号灯HL亮。线路短路，保护动作时：QF跳闸，QF5-6打开，QF1-2闭合→SA121-23

→KT线圈得电→其触点KT延时闭合→电容C向KM线圈放电→

KM动作。KM动作后KM1-2打开→信号灯HL灭；KM3-4、KM5-6闭合→KO得电→

QF合闸。

若合闸成功，所有继电器复位，电容C经10～15s再次充满电压，准备再次动作；若合闸不成功，保护再次跳闸，尽管KT又起动，但因电容C两端电压太低，不能使KM动作，保证只重合一次。工作原理：7.4供电系统的自动装置与远动化手动跳闸时：SA2、SA1打到分闸位置，触点SA1₆₋₇接通→YR得电→QF跳开。此时由于触点SA2₁₋₃打开，SA1₂₋₄接通，重合闸回路失去动作电源(+)，不可能动作；SA1₂₋₄接通后，电容C经R₆放电，电容C上的电压迅速降低。手动合闸时：SA2、SA1打到合闸位置，触点SA1₅₋₈接通→KO得电→QF合闸，同时SA2₁₋₃接通，重合闸回路获得正电源，正电源经电阻R₄向电容C充电，但电压需经10～15s才能充到操作电源电压。触点SA1₂₅₋₂₈接通后，使加速继电器KM2动作，若线路上有故障，则QF合闸后，继电保护随即动作，使QF瞬时动作。这时电容两端的电压还比较低，不能使KM动作，故QF不能重合。7.4供电系统的自动装置与远动化防跳继电器KM1的作用：防止触点SA1₅₋₈被粘住或KM动作后其常开触点KM₃₋₄、KM₅₋₆被粘住时，且线路上发生永久性故障，出现断路器多次重合闸现象。ARD与继电保护的配合ARD后加速在KAR动作（一次ARD成功）后，KM₇₋₈闭合，加速继电器KM2动作，其延时断开的常开触点KM2立即闭合。如果一次电路故障是永久性的，则因KM2触点闭合，使保护装置启动后不经时限元件而经KM2触点直接接通闭合装置的出口元件，使QF快速跳闸。利用SA1的触点当SA1在合闸位置时，SA1₂₅₋₂₈接通，接通KM2，若线路上有故障也能加速故障电路的切除。7.4供电系统的自动装置与远动化当工作电源电压消失时，使备用电源自动而迅速地投入工作，以保证供电连续性的自动装置，简称APD。备用电源自动投入装置的基本接线方式（图7-14）三、备用电源自动投入装置

1．概述明备用接线方式：APD装在备用进线断路器上。暗备用接线方式：APD装在母线分段断路器上。对备用电源自动投入装置的基本要求工作电源不论任何原因断开，备用电源应能自动投入；图7-14备用电源自动投入的两种基本接线方式a）明备用b）暗备用7.4供电系统的自动装置与远动化7.4供电系统的自动装置与远动化必须在工作电源确已断开，而备用电源电压也正常时，才允许投入备用电源。APD的动作时间应尽可能短，以利于电动机的自起动和缩短停电时间；APD只能动作一次，以免将备用电源重复投入到永久性故障上；当电压互感器的二次回路断线时，APD不应误动作；若备用电源容量不足，应在APD动作的同时切除一部分次要负荷。2.备用电源自动投入的基本原理图7-15是备用电源自动投入装置的原理电路图。(1)正常工作状态断路器QF1合闸，电源WL1供电；而断路器QF2断开，电源WL2备用。QF1的辅助触点QF13-4闭合，时间继电器KT得电，其触点（瞬时闭合，延时断开）是闭合的，但由于断路器QF1的另一对辅助触点QF11-2处于断开状态，因此合闸接触器KO不会通电动作。图7-15备用电源自动投入原理说明简图(2)备用电源自动投入当工作电源WL1断电引起失压保护动作使断路器QF1跳闸时，其辅助触点QF13-4断开，使时间继电器KT断电。在其延时断开触点尚未断开前，由于断路器QF1的辅助触点QF11-2闭合，接通合闸接触器KO回路，使之动作，接通断路器QF2的合闸线圈YO回路，使QF2合闸，从而使备用电源WL2投入运行。在KT的延时断开触点经延时（0.5s）断开时，切断