电气二次回路的基本知识

电气二次回路的基本知识一、二次回路及其作用发电厂和变电所的电气设备可分为一次设备、二次设备。（经常还将远动或测控设备称为三次设备，通讯设备称为四次设备）一次设备：也称主设备，是构成电力系统的主体。它是直接生产、输送与分配电能的设备，包括如：发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、母线、电力电缆与输电线路等。二次设备：是对一次设备及系统进行控制、调节、保护和监测的设备。它包括：控制设备、继电保护和安全自动装置、测量仪表、信号设备等。二次回路：二次设备按照一定规则连接起来以实现某种技术要求的电气回路。二、二次回路的范围控制回路：由控制开关与控制对象（如断路器、隔离开关）的传递机构、执行（或操作）机构组成。其作用是对一次设备进行“合”、“分”操作。调节回路：是指调节型自动装置。如由VQC系统对主变进行有载调压、对电容器进行投切的装置，发电机的励磁调节装置。它是由测量机构、传送机构、调节器和执行机构组成。其作用是根据一次设备运行参数的变化，实时在线调节一次设备的工作状态，以满足运行要求。继电保护和自动装置回路：是由测量回路、比较部分、逻辑部分和执行部分等组成。其作用是根据一次设备和系统的运行状态，判断其发生故障或异常时，自动发出跳闸命令有选择性地切除故障，并发出相应地信号，当故障或异常消失后，快速投入有关断路器（重合闸及备用电源自动投入装置），恢复系统的正常运行。以上主要是指常规的电磁型继电器等构成的保护与自动装置测量回路：由各种测量仪表及其相关回路组成。其作用是指示或记录一次设备和系统的运行参数，以便运行人员掌握一次系统的运行情况，同时也是分析电能质量、计算经济指标、了解系统潮流和主设备运行工况的主要依据。综合自动化已使该回路与三次回路的分界点越来越模糊信号回路：由信号发送机构和信号继电器等构成。其作用是反映一、二次设备的工作状态。操作电源系统：由电源设备和供电网络组成，它常包括直流电源系统和交流电源系统。其作用主要是给控制、保护、信号等设备提供工作电源与操作电源，供结主变冷却、结水与结煤等动力设备，确保发电厂与变电所所有设备正常工作。部颁《继电保护及安全自动装置运行管理规程》中连接保护装置的二次回路（继电保护专业管理）：1）从电流互感器、电压互感器二次侧端子开始到有关继电保护装置的二次回路（对多油断路器或变压器等套管互感器，自端子箱开始。2）从继电保护直流分路熔丝开始到有关保护装置的二次回路。3）从保护装置到控制屏和中央信号屏间的直流回路。4）继电保护装置出口端子排到断路器操作箱端子排的跳、合闸回路。高频通道：以结合滤波器的初级、次级为分界点。三、二次回路的图纸二次图纸：通常分为“原理接线图”和“安装接线图”。原理接线图：通常又分为“归总式原理接线图”和“展开式原理接线图”。1）归总式原理接线图：简称原理图，它以整体的形式表示各二次设备之间的电气联接，一般与一次回路的有关部分画在一起，设备的接点与线圈是集中画在一起的，能综合出交流电压、电流回路和直流回路间的联系，使读图者对二次回路的构成及动作过程有一个明确的整体概念（例图P4图1－110kV线路过流保护原理图，缺点？）2）展开式原理接线图：以分散的形式表示二次设备之间的连接。展开图中二次设备的接点与线圈分散布置，交流电压、交流电流、直流回路分别绘制。这种绘制方式容易跟踪回路的动作顺序，便于二次回路的设计，也容易在读图时发现回路中的错误。安装接线图：包括屏面布置图、屏后接线图、端子排图等。屏面布置图：表示二次设备在屏面（及屏后、屏顶）的安装位置，一般按实际尺寸的一定比例绘制。（例图10kV线路保护屏屏面布置图）屏后接线图：表示屏内二次设备间的电气连接关系。（例图10kV线路保护屏背面接线图）端子排图：表示屏端子排与屏内二次设备及屏外电缆间的连接关系。（例图10kV线路保护屏端子排图）四、二次回路的读图二次回路图的逻辑性强，在绘制时遵循一定的规律，读图时应按一定顺序进行才容易看懂。一般读图的规律为：（例图35kV线路二次回路展开图）1）先交流、后直流；2）交流看电源、直流找线圈；3）先找线圈、再找接点，每个接点都查清；4）先上后下、先左后右，屏外设备不能掉；5）安装图纸要结合展开图。五、二次回路的编号原则二次回路常采用回路编号法、相对编号法两种。回路编号法：按“等电位”原则标注，在电气回路中相同电位的回路采用同一编号。如跳闸回路的7、分闸回路的37，电流回路的A411等。这一编号方法便于读图时了解回路的作用，在原理图中运用最多。相对编号法：按接线对侧的设备名称编号，如TWJ-1为位置继电器的1脚，I3-7为第一安装单元第三个元件的7脚。这种编号法便于查找该连线的趋向，常用于安装图中。回路编号用3位或3位以下数字组成，需要标明回路的相别或某些主要特征时，可在数字标号的前面（或后面）增注文字符号。如1、37a、A630等。交流回路的文字标号数字编号的分配（具体见规程P82)回路编号应用遵循一定的规则，主要为：1）对不同用途的直流回路，使用不同的数字范围，如控制与保护回路用1～399（400～599），励磁回路用600～699。2）保护与控制回路使用的数字按熔断器（或小开关）分组，每一百为一组，如101～199，301～399等，其中正极性回路编为单数，由小至大，负极性回路编为双数，由大至小。3）信号回路的数字编号，按事故、位置、预告、指挥信号进行分组，按数字大小进行排列。4）开关设备、控制回路的数字编号组，应按开关设备的数字序号选取。如1KK所在的回路选101～199，3KK所在的回路选301～399。5）对接点、开关、按钮等两侧，虽然闭合时为等电位，应不同编号，但只改变编号大小而不改变单、双数（极性）。经过回路中主要降压元件（如线圈、电阻等）后改变其单、双数（极性）。某些回路形成了特定编号，不能随意挪作它用。如：正负电源的101、102，红绿灯回路的135、105等。六、二次回路导线的选择按机械强度要求选择：（电缆与绝缘导线）1）连接强电：截面不小于1.5mm2。2）连接弱电：截面不小于0.5mm2。按电气性能要求选择：1）保护和测量的电流回路截面不小于2.5mm2。2）在保护的电流回路所选导线（截面）要经电流互感器10％误差缺陷校核。3）在电压回路的导线（截面）要满足计费电能表不大于0.5％压降，保护与测量不大于3％压降。4）在操作回路中，所选导线（截面）应满足最大压降（含回路中电流线圈阻抗）不大于10％额定电源电压。七、电缆截面的计算电流回路所选电缆要满足互感器10％误差曲线要求。导线面积计算公式S=K1L/γ(Z1-K2Z2-Z3)其中：γ－－电导系数，铜取57m/Ωmm2Z1－－按10％误差曲线查出的允许阻抗Z2－－继电器阻抗，ΩZ3－－接触电阻，一般取0.05～0.1ΩL－－电缆长度，mK1－－连接导线的阻抗换算系数K2－－继电器的阻抗换算系数电压回路所选电缆要满足允许压降要求。导线面积计算公式S=KPL/γULΔU其中：γ－－电导系数，铜取57m/Ωmm2L－－电缆长度，mK－－连接导线的阻抗换算系数ΔU－－允许电缆压降，VP－－电压互感器每一相负载，VAUL－－电压互感器二次线电压，V控制及信号回路所选电缆要满足总压降不大于10％额定电源电压的要求。导线允许长度L=ΔU（％）UNSγ/2×100×Imax其中：ΔU（％）－－控制回路正常工作时允许压降，取10UN－－直流额定电压，VImax－－流过回路的最大电流，AS－－电缆截面，mm2γ－－电导系数，铜取57m/Ωmm2直流系统一、概述（1）在发电厂及变电站中，各种控制及保护系统极为复杂，对其可靠性要求也非常高，但控制及保护系统再完善，如果没有一个可靠的工作电源是不行的，所以在发电厂及大中型变电所中，一般都设有直流电源系统。交流电源一般取自系统，它无法贮存，当系统发生故障时，可能会造成发电厂与变电所交流电全停，这样我们的控制系统及保护装置将无法工作，这是不能允许的。直流电源系统一般配有一定容量的蓄电池，平时由交流电通过充电机对蓄电池充电，当系统发生故障使交流电失去时，蓄电池能继续为控制系统与保护装置提供电源，确保发电厂与变电所的正常运行与事故除了。二、对直流系统的基本要求（1）对直流系统可靠性的要求很高，为使其满足这样要求，必须做到以下几点：1）必须合理选择直流系统的额定电压。按规程规定，直流系统的标称电压一般有220V、110V及48V三种，但实际工程中以220V、110V应用较多，不同的电压各有优劣，要已具体工程进行经济技术比较而定。2）选择的蓄电池容量必须满足要求，只有蓄电池容量足够时，才能保证在交流电源失去时直流电源有足够的承载负荷的能力，确保交流失电时变电所的控制系统及保护装置的正常运行。3）充电设备稳定可靠，各项功能与技术指标满足要求，其容量既能能满足供给正常负荷电流及蓄电池浮充电需要，也能满足均冲及核对性充放电需要，并保留一定的冗余度。4）有合理的直流系统接线，该接线要方便于运行与维修，最主要是对整个直流系统与控制系统及保护装置的运行最为可靠。5）直流系统对蓄电池、充电机及系统的运行情况要有完善的检测功能，当任何一部分发生异常时要发出就地告警信号及通过监控系统向远方的集控中心发出告警信息。三、直流系统的基本组成（1）直流系统主要有充电设备、蓄电池、输出馈线及监测系统等部分组成。图18－1是使用高频开关电源模块作为充电设备的典型接线图。一、充电设备充电设备是直流系统中最为关键的设备，它的技术指标高低与运行稳定与否就直接绝对直流系统的技术指标及运行稳定性。其一般应满足以下要求：1）充电装置的输出电压、电流的调节范围应满足蓄电池组在充电、浮充电、均衡充电等运行状态下的要求。2）充电装置应具有恒定电流、恒定电压功能，能以自动浮充电、自动均衡充电、手动充电三种运行方式。3）波纹系数要小，按继电保护技术规程要求，在充电、浮充装置不与蓄电池并联时，其波纹系数应不大于5％，直流系统设计技术规程要求不大于2％。波纹系数是充电和浮充电装置的一个主要参数。尤其对浮充电装置更为重要，波纹系数大，意味着直流系统中的交流分量大，容易引起保护装置的不正确动作，也容易造成蓄电池的脉动充放电，影响蓄电池的寿命，特别是对镉镍蓄电池影响更大。4）对充电装置的稳压精度也有一定要求。要求充电、浮充装置有较高的稳压精度，才能保证蓄电池的正常运行，保证控制母线的电压稳定在额定值。提出稳压精度要求，一方面是由于交流电源有可能出现±10％的电压变化。4）另一方面是蓄电池本身对充电、浮充电电压的变化范围有要求。例如，要求普通铅酸蓄电池的浮充电电压在2.15～2.17V，中倍率镉镍蓄电池浮充电电压为1.42～1.45V，阀控式铅酸蓄电池浮充电电压为2.25～2.28V。4）当浮充电电压不稳，过高或过低都容易引起普通铅酸蓄电池的极板硫化，降低寿命。阀控式铅酸蓄电池对充电和浮充电装置的稳压精度要求更为严格，其均衡充电电压为2.35～2.4V。当电压超过2.4V时，将产生过充电，电解液损失加大，使蓄电池寿命降低。4）直流系统设计技术规定要求，浮充电时稳压精度应不大于±2％，充电时应不大于±5％。一般认为阀控式铅酸蓄电池的充电和浮充电装置在各种情况下稳压精度不应大于±1％。5）充电装置内应有限流功能，使其特性曲线的斜率较大，在与蓄电池组并联，负荷中出现冲击电流时，大部分电流应由蓄电池组承担，以防止充电装置出现过电流跳闸。此外，充电、浮充电整流器还应设短路保护、过电压保护和故障信号。6）由于直流系统的功率较大，也为了降低纹波系数，减小滤波电容值，充电装置的交流输入宜为三相制，额定电压为380V，并且应允许在±10％额定电压范围内波动而不影响其正常工作，额定频率为50Hz。目前，常用的充电设备有相控型与高频开关型两种。由于其原理不同，在组成系统时其配置也有差别。相控型充电装置是由可控硅元件来将交流电源整流为直流电源的，通过自动控制电路改变可控硅的整流角来跳整其充电电压或充电电流，并保证其恒定。为了保证充电装置具有一定的冗余度，相控型充电装置一般设一套浮充电