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1书名：工厂供电第2版ISBN：978-7-111-48339-1作者：刘介才出版社：机械工业出版社本书配有电子课件2本章首先讲述工厂供电系统二次回路的概念然后介绍二次回路的操作电源，接着分别讲述高压断路器的控制和信号回路、电测量仪表与绝缘监视装置、自动重合闸与备用电源自动投入装置及及供电系统远动化的基本知识，最后讲述二次回路的安装接线和接线图。本章和上一章内容都是为保证供电一次系统安全可靠运行的基本技术知识。工厂供电第七章工厂供电系统的二次回路和自动装置3第七章工厂供电系统的二次回路和自动装置第一节二次回路及其操作电源工厂供电4工厂供电系统或变配电所的二次回路是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，亦称二次系统。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。二次回路按其电源性质分：有直流回路和交流回路。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。一.概述第一节二次回路及其操作电源5二次回路的操作电源，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。一.概述第一节二次回路及其操作电源6(一)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。1.铅酸蓄电池铅酸蓄电池在放电和充电时的化学反应式为：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O二.直流操作电源第一节二次回路及其操作电源铅酸蓄电池的额定端电压（单个）为2V。蓄电池充电终了时，端电压可达2.7V；放电后,端电压可下降到1.95V。为获得220V的操作电压，需蓄电池的个数为n=230÷1.95≈118个。考虑到充电终了时端电压的升高，因此长期接入操作电源母线的蓄电池个数为n1=230÷2.7≈88个，而其他n2＝n－n1＝118－88＝30个蓄电池则用于调节电压，接于专门的调节开关上。7现在在工厂供电系统中广泛使用免维护铅酸蓄电池，其极板的栅架采用铅钙合金制造，充电时产生的水分解量少，加之其外壳采用密封结构，释放出来的硫酸蒸气也少。因此免维护铅酸蓄电池较之传统的铅酸蓄电池，具有不需添加电解液、对接线和触头等的腐蚀小、充电后蓄电的时间长、安全可靠、不污染环境等突出优点。二.直流操作电源第一节二次回路及其操作电源82、镉镍蓄电池镉镍蓄电池在放电和充电时的化学反应式为:二.直流操作电源第一节二次回路及其操作电源Cd+2Ni(OH)3Cd(OH)2+2Ni(OH)2镉镍蓄电池的额定端电压（单个）为1.2V。充电终了时端电压可达1.75V；放电后端电压为1V。镉镍蓄电池组作操作电源，不受供电系统运行情况的影响、工作可靠，大电流放电性能好、比功率大、机械强度高、使用寿命长、腐蚀性小、无须专用房间从而大大降低投资等优点。9（二）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电源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。二.直流操作电源第一节二次回路及其操作电源101、硅整流电容储能式直流电源储能电容器C1用于对高压线路的继电保护和跳闸回路供电，而储能电容器C2用于对其他元件的继电保护和跳闸回路供电。储能电容器多采用容量大的电解电容器，其容量应能保证继电保护和跳闸回路可靠地动作。第一节二次回路及其操作电源二.直流操作电源第一节二次回路及其操作电源112、复式整流的直流操作电源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。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。二.直流操作电源第一节二次回路及其操作电源123、由微机控制的高频开关直流操作电源微机控制的高频开关直流操作电源，主要由交流输入单元、充电单元、微机监控单元、电压调整单元、绝缘监察单元、直流馈电单元、蓄电池组、电池巡检单元、通信系统等部分组成，分为充电柜、馈电柜和蓄电池柜。高频开关直流电源屏具有稳压和稳流的精度高、输出波形的失真小、体积小、重量轻、效率高、可靠性和自动化程度高等优点，因此在需要直流操作电源的场所得到推广应用。二.直流操作电源第一节二次回路及其操作电源13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型式。采用交流操作电源，可使二次回路大大简化，投资大大减少，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。三.交流操作电源第一节二次回路及其操作电源14第七章工厂供电系统的二次回路和自动装置第二节高压断路器的控制和信号回路工厂供电15高压断路器的控制回路，是指控制（操作）高压断路器分、合闸的回路。它取决于断路器操作机构的型式和操作电源的类别。一.概述第二节高压断路器的控制和信号回路16信号回路是用来指示一次系统设备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。一.概述第二节高压断路器的控制和信号回路17位置信号：用来显示断路器正常工作的位置状态。红灯亮，表示断路器处在合闸位置；绿灯亮，表示断路器处在分闸位置。事故信号：用来显示断路器在一次系统事故情况下的工作状态。红灯闪光，表示断路器自动合闸；绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。此外，还有事故音响信号和光字牌等。预告信号：是在一次系统出现不正常工作状态时或在故障初期发出的报警信号。一.概述第二节高压断路器的控制和信号回路18对断路器的控制和信号回路的要求：1)应能监视控制回路的保护装置及其分、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常工作。2)合闸或分闸完成后，应能使命令脉冲解除，即能切断合闸或分闸的电源。3)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。4)断路器的事故跳闸信号回路，应按“不对应原理”接线。5)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。中央信号装置发出音响或灯光信号一.概述第二节高压断路器的控制和信号回路19合闸时的状态：分闸时的状态：一次电路发生短路故障时的状态：一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的辅助触点QM-手动操作机构辅助触点：二.采用手动操作的断路器控制和信号回路第二节高压断路器的控制和信号回路20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的辅助触点GN-绿色指示灯RD-红色指示灯ON-合闸操作方向OFF-分闸操作方向二.采用手动操作的断路器控制和信号回路第二节高压断路器的控制和信号回路21合闸时的状态：分闸时的状态：一次电路发生短路故障时的状态：三.采用电磁操作机构的断路器控制和信号回路第二节高压断路器的控制和信号回路22CT7型弹簧操作机构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QF1～6-断路器辅助触点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的状态：分闸时的状态：一次电路发生短路故障时的状态：四.采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路第二节高压断路器的控制和信号回路23第七章工厂供电系统的二次回路和自动装置第三节电测量仪表与绝缘监视装置工厂供电24电测量仪表是指对电力装置回路的运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表以及作计费或技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类。一.电测量仪表第三节高压断路器的控制和信号回路25(一)对常用测量仪表的一般要求1)能正确反映电力装置的运行参数，监测电力装置回路的绝缘状况。2)交流回路仪表的精确度等级，除谐波测量仪表外，不应低于2.5级；直流回路仪表的精确度等级，不应低于1.5级。3)1.5级和2.5级的常测仪表,应配用不低于1.0级的互感器。4)仪表的测量范围（量限）和电流互感器电流比的选择，宜满足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。一.电测量仪表第三节高压断路器的控制和信号回路26(二)对电能计量仪表的一般要求符合GB/T50063-2008《电力装置的电测量仪表设计规范》的规定，电能计量仪表有下列要求：一.电测量仪表第三节高压断路器的控制和信号回路1)月平均用电量在1000MW·h及以上或变压器容量为2000kVA及以上高压侧计费的电力用户电能计量点，应采用0.5级的有功电能表。月平均用电量小于1000MW·h而大于100MW·h或变压器容量为315kVA及以上高压侧计费的电力用户电能计量点，应采用1.0级的有功电能表。2)在315kVA及以上的变压器高压侧计费的电力用户电能计量点和并联电力电容器组，均应采用2.0级的无功电能表。3)0.5级的有功电能表，应配用0.2级的互感器。1.0级的有功电能表，1.0级的专用电能计量仪表，2.0级计费用的有功电能表及2.0级的无功电能表，应配用不低于0.5级的互感器。27(三)变配电装置中各部分仪表的配置要求1)在工厂的电源进线上，必须装设计费的有功电能表和无功电能表，应采用标准的电能计量柜。2)每段母线上，必须装设电压表测量电压。在中性点非直接接地的电力系统中，各段母线上还应装设绝缘监视装置。3)35～110/6～10kV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、无功电能表各一只。6～10/3～10kV的电力变压器，在其一侧装设电流表、有功和无功电能表各一只。6～10/0.4kV的电力变压器，在高压侧装设电流表和有功电能表各一只；如为单独经济核算单位的变压器，还应装设一只无功电能表。一.电测量仪表第三节高压断路器的控制和信号回路284)3～10kV的配电线路，应装设电流表、有功和无功电能表各一只。5)380V的电源进线或变压器低压侧，各相应装一只电流表。如果变压器高压侧未装电能表时，低压侧还应装设一只有功电能表。6)低压动力线路上，应装设一只电流表。低压照明线路及三相负荷不平衡率大于15%的线路上，应装设三只电流表分别测量三相电流。如需计量电能，一般应装设一只三相四线有功电能表。对负荷平衡的三相动力线路，可只装设一只单相有功电能表，实际电能按其计量的3倍计。7)并联电容器组的总回路上，应装设三只电流表，分别测量三相电流；并应装设一只无功电能表。(三)变配电装置中各部分仪表的配置要求一.电测量仪表第三节高压断路器的控制和信号回路296～10kV高压线路上装设的电测量仪表电路图a)接线图b)展开图TA-电流互感器TV-电压互感器PA-电流表PJ1-三相有功电能表PJ2-三相无功电能表WV-电压小母线一.电测量仪表第三节高压断路器的控制和信号回路30低压220/380V照明线路上装设的电测量仪表电路图TA-电流互感器PA-电流表PJ-三相四线有功电能表一.电测量仪表第三节高压断路器的控制和信号回路31近年来，我国国家电网公司已推广应用新型电子式智能电能表，并于2009年发布了一系列智能电能