《城市轨道交通供电技术与应用》-单元3

３.１二次系统的基本知识３.１.１变电所电气设备分类变电所的电气设备分为一次设备和二次设备两大类。一次设备是指直接生产、输送和分配电能的设备，一般是指大容量、高电压的设备，主电路中的变压器、高压断路器、高压隔离开关、并联补偿电容器、电力电缆及母线等设备都属于一次设备。为了实现运行维护人员对一次设备进行监控，就必须配置与一次设备保持电气隔离的低电压、小容量的相应设备，统称这些设备为二次设备。二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备取得电的联系。二次设备是指对一次设备的工作状态进行监视、测量、控制和保护的一系列低压、弱电设备，又称为辅助设备，包括测量仪表、控制与信号电路、继电保护装置及远动装置等。下一页返回３.１二次系统的基本知识变电所中的二次设备按一定顺序相互连接而成的电路称为二次回路，也称为二次接线或二次系统。供电系统的二次回路功能示意图如图３－１所示。３.１.２二次系统介绍二次系统按照电流性质分为直流回路和交流回路；按功用可分为控制回路、信号回路、测量回路、保护回路及操作电源系统等几个部分。３.１.３二次接线图及分类为了保证牵引变电所与供电装置一次电气设备安全可靠和经济地运行，并实现对其控制、监视，相应地设置了成套的控制、信号、继电保护、自动装置和监测仪表等二次设备。上一页下一页返回３.１二次系统的基本知识用特定的图形和文字符号表示二次设备相互连接的电气接线图称为二次接线图，二次接线是电气系统的重要组成部分。通常规定元件不受电（或断路器断开）的状态为“常态”。“常开触点”是指元件未受电（断路器断开）时其触点（又称接点）断开，而受电（断路器合闸）时其触点闭合的状态，又称为“动合触点”或“正触点”。“常闭触点”是指元件受电（断路器合闸）时其触点断开，而断电（断路器断开）时其触点闭合的状态，又称为“动断触点”或“反触点”。二次接线图一般有三种表达形式：原理接线图、展开接线图和安装接线图。上一页返回３.２断路器控制电路的类型按照指令电器与操动机构之间距离的远近，电气控制的方式分为就地控制、距离控制和远动控制三种。（１）就地控制：操作人员在断路器及隔离开关操动机构箱内通过按钮或转换开关，或者直接用手操作手动机构控制断路器和隔离开关分、合闸。这种控制方式仅适用于交流１０ｋＶ及以下电压的电气设备。（２）距离控制：在变电所的主控室内，通过监控主机或者控制开关对电器进行操作控制，故距离控制又称为所内控制。距离控制的操作方法有手动控制（如手操作鼠标、按钮、控制开关等）和自动控制（如继电器或自动装置自动发出的分、合闸命令等）。距离控制是目前牵引变电所的主要控制方式。下一页返回３.２断路器控制电路的类型（３）远动控制：又称为遥控，即在远离变电所的调度中心对变电所的电气设备进行控制。已经实现远动化的供电系统，往往是远动控制和距离控制的功能都具备。由于控制、监测和通信技术的发展，变电所自动化水平不断提高和免维修设备的出现，按有无运行人员值班，变电所可分为有人值班运行和无人值班运行两种方式。对于有人值班的变电所，一般以距离控制方式为主；对于无人值班的变电所，一般以遥控方式为主。上一页返回３.３断路器控制、信号回路的基本要求高压开关的控制和信号回路，虽然开关类型、操动机构形式不同，但控制电路要达到的要求基本相同。（１）高压开关操动机构的合闸与跳闸线圈都是按短时通电设计的，操作或自动分、合闸完成后，应迅速自动断开分、合闸回路，以免烧损线圈。因此控制电路在操作过程中只允许短时通电，操作停止后即自动断电。（２）能够准确指示断路器的分、合闸位置。断路器的事故跳闸回路，应按照“不对应原理”接线，即控制开关的位置与高压开关的实际位置不一致时，应能发出指示信号。（３）控制回路应能在控制室由控制开关控制进行手动分、合闸，又能在自动装置和继电保护作用下自动合闸或跳闸，同时能由远方调度中心发送控制命令进行分、合闸。上一页下一页返回３.３断路器控制、信号回路的基本要求（４）能够对控制电源及控制电路进行实时监视。（５）断路器操动机构的控制电路要有机械“防跳”或电气“防跳”措施，及防止断路器多次合、跳闸的防跳装置。因为断路器手动控制或自动合闸时，如遇到永久性故障，继电保护立即使其跳闸。此时，如控制开关未复位或自动装置出口继电器触点被卡住，使合闸回路一直通电，将引起断路器再次合闸继而又跳闸，如此反复即出现“跳跃”现象，导致断路器损坏。为防止此种情况，应在控制回路中采取电气“防跳”措施，或断路器本身设有机械“防跳”装置。上述五点基本要求是设计控制电路的基本依据。上一页下一页返回３.３断路器控制、信号回路的基本要求在变电所运行的各种电气设备，随时都可能发生不正常的工作状态。在变电所装设的信号系统，主要用来警示和显示电气设备的工作状态，以便运行人员及时了解，并采取措施。灯光信号表明不正常工作状态的性质、地点，而音响信号在于引起运行人员的注意。灯光信号通过装设在各控制屏上的信号灯和光字牌，表明各种电气设备的情况；音响信号则通过蜂鸣器和警铃的声响来显示，设置在控制室内。由全所共用的音响信号，称为中央音响信号装置。中央音响信号装置按用户分为事故信号、预告信号和位置信号。事故信号表示供电系统在运行中发生了某种故障而使继电保护动作，如高压断路器因线路发生短路而自动跳闸后给出的信号即事故信号。上一页下一页返回３.３断路器控制、信号回路的基本要求预告信号表示供电系统运行中发生了某种异常情况，并不要求系统中断运行，只要求给出指示信号，通知值班人员及时处理即可，如变压器保护装置发出的变压器过负荷信号为预告信号。位置信号用以指示电气设备的工作状态，如断路器的合闸指示灯、跳闸指示灯均为位置信号。上一页返回３.４手动操作断路器的控制回路及信号回路

变电所在运行时，由于负荷的变化或系统运行方式的改变，经常需要操作切换断路器和隔离开关等设备。断路器的操作是通过它的操动机构来完成的，而控制电路就是用来控制操动机构动作的电气回路。断路器控制回路是指控制高压断路器跳、合闸的电路，直接控制对象为断路器的操动机构。操动机构主要有手动操动机构（ＣＳ）、电磁操动机构（ＣＤ）、弹簧操动机构（ＣＴ）和液压操动机构（ＣＹ）等。操动机构不同，控制回路也不同。本节介绍的就是当操动机构为ＣＳ时的控制电路。ＣＳ系列的手动操动机构可手动和远距离分闸，但只能手动合闸，采用交流操作电源，无自动重合闸功能，且操作速度有限，其所操作的断路器开断的短路容量不宜超过１００ＭＶ·Ａ。该系列的操动机构结构简单，价格低廉，使用交流电源简便，一般用于操作容量６３０ｋＶ·Ａ以下的变电所中的隔离开关和负荷开关。返回３.５自动操作断路器的控制回路及信号回路

３.５.１控制、信号回路的组成高压开关控制、信号回路，主要由控制元件、中间放大元件与继电器、操动机构三部分组成。３.５.２控制、信号回路的工作原理灯光监视的断路器控制、信号回路如图３－７所示，结合具有电磁式操动机构的断路器，阐述控制回路和信号回路的动作过程。返回３.６继电保护回路３.６.１继电保护概述电力系统是由发电机、变压器、输配电线路、用电设备等电气元件组成的统一整体。电力系统的运行状态可分为电力系统正常运行状态、电力系统异常运行状态、电力系统故障状态及电力系统事故状态四种状态。当电力系统处于正常运行状态时，电力系统中所有电气设备的电气参数都在规定范围内。如果电力系统中某些电气设备的某些运行参数偏离规定范围，则电力系统处于异常运行状态。异常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障的运行状态，如过负荷、过电压、频率降低和系统振荡等下一页返回３.６继电保护回路。最常见的异常运行状态是电气元件的电流超过其额定值，即过负荷状态。长时间的过负荷会使电气元件的载流部分和绝缘材料的温度过高，从而加速设备的绝缘老化，或者损坏设备。这些设备处于异常运行状态时不会马上损坏，但是，如果电气设备长期工作在异常运行状态，可能引发事故状态。故障状态主要包括各种类型的短路和断线。电力系统发生故障时会产生很大的危害性，其中最常见的也是最危险的故障是各种形式的短路故障，主要包括相间短路和接地短路两类。如三相短路、两相短路、单相接地短路、两相短路接地、发电机和电动机以及变压器绕组的匝间短路，不同类型的短路发生的概率是不同的，不同类型短路的短路电流大小也不一样，一般为额定电流的几倍到几十倍。大量的现场统计数据表明，在高压电网中，单相接地短路次数占所有短路次数的８５％以上。上一页下一页返回３.６继电保护回路３.６.２继电保护的任务继电保护装置是一种能反映电力系统中电气元件发生的故障或异常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：（１）当电力系统中被保护元件发生故障时，继电保护装置应能自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，并保证无故障部分迅速恢复正常运行。（２）当电力系统中被保护元件出现异常运行状态时，继电保护应能及时反应，并根据运行维护条件动作与发出信号、减负荷或跳闸。此时，一般不要求继电保护装置迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要动作和由于干扰而引起的误动作。上一页下一页返回３.６继电保护回路３.６.３继电保护的基本要求电力系统继电保护回路应满足可靠性、速动性、选择性、灵敏性的基本要求，这些要求需要针对不同的条件进行综合考虑。３.６.４继电保护的基本原理当电力系统发生故障或出现异常运行状态时，系统的电气参量将有显著变化，如电流增大，电压降低，以及电压与电流之间的相位角改变等。继电保护装置就是通过测量这些参量的变化来反映故障并构成对电力系统的保护，如反应于电流增大的电流保护、反应于电压降低的电压保护、反应于电流增大及电压降低的阻抗保护等。继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值时，启动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。上一页下一页返回３.６继电保护回路３.６.５继电保护分类继电保护按不同的分类方法可分为以下几种常用类别。（１）按被保护对象的类别，继电保护可分为线路保护和元件保护两大类。按电压等级的不同，线路保护又可分为输电线路保护和配电线路保护；元件保护又可分为发电机保护、变压器保护、母线保护、电动机保护、电容器保护和电抗器保护等。（２）按保护原理的不同，继电保护可分为电流保护、电压保护、距离保护（阻抗保护）、纵联保护、方向保护和序分量保护等。（３）按故障或异常