第7章 变电所的监控系统和自动装置

第7章变电所的监控系统和自动装置•7.1变电所的操作电源•7.2变电所的控制回路•7.3变电所的信号回路•7.4绝缘监察装置和测量仪表•7.5变电所常用自动装置•7.6变电站综合自动化简介7.1变电所的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。一、概述可分为直流操作电源和交流操作电源两大类。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。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操作电源三、交流操作电源图7-2复式整流装置接线示意图直接动作式（见图7-3）利用继电器常闭触点去分流跳闸线圈方式（图7-4）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。Why?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。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。利用速饱和变流器的接线方式（图7-5）交流操作电源的优缺点：7.2变电所的控制回路一、概述控制回路是由控制开关和控制对象（断路器、隔离开关）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：对断路器控制回路的基本要求既可由控制开关进行手动跳、合闸，又可由继电保护和自动装置自动跳、合闸；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；应有防止断路器多次连续跳、合闸的跳跃闭锁装置；应有指示断路器控制回路完好性的监视信号；在满足以上基本要求的前提下，应力求简单、可靠。二、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型控制开关，它共有六个位置：预备操作位置：“预备合闸”和“预备跳闸”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：预跳备闸→跳闸→跳闸后LW2型控制开关的触点图表:见表7-1。三、灯光监视的断路器控制回路和信号回路图7-6为灯光监视的断路器控制回路和信号回路原理图。1.合闸过程手动合闸：手动合闸前，断路器QF处于跳闸状态，控制开关手柄处于“跳闸后”位置，由表7-1知，SA10-11接通，则+WC→SA10-11→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC绿灯亮既表明断路器正处于跳闸位置，也表明断路器的合闸回路是完好的。绿灯HLG亮“预备合闸”：由表7-1知，触点SA9-10与SA13-14接通，此时+WF→SA9-10→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC绿灯闪光绿灯闪光表明该断路器准备合闸，以提醒运行人员核对操作的对象是否正确。“合闸”（不松手）：由表7-1知，SA5-8、SA17-19和SA16-13接通，则+WC→SA5-8→KLB2→QF1-2→KO→-WCQF合闸+WC→SA16-13→HLR→R2→KLB（I）→QF3-4→YR→-WC红灯HLR亮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。松开手柄，SA自动回到“合闸后”的位置，红灯继续发光。自动合闸：自动合闸时，QF在合闸位置，SA在“跳闸后”位置，二者不对应，触点SA14-15接通，则+WF→SA14-15→HLR→R2→KLB（I）→QF3-4→YR→-WC红灯闪光控制台上，红灯在闪光，表明断路器是自动合闸的，只有将SA手柄转到“合闸后”位置，红灯才变为平光。2.跳闸过程手动跳闸：“预备跳闸”：由表7-1知，触点SA13-14接通，此时+WF→SA13-14→HLR→R2→KLB（I）→QF3-4→YR→-WC红灯闪光红灯闪光表明该断路器准备跳闸，以提醒运行人员核对操作的对象是否正确。“跳闸”（不松手）：由表7-1知，SA6-7、SA10-11接通，则+WC→SA6-7→KLB（I）→QF3-4→YR→-WCQF跳闸+WC→SA10-11→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC松开手柄，SA自动回到“跳闸后”的位置，绿灯继续发光。绿灯亮自动跳闸：自动跳闸时，QF在跳闸位置，SA在“合闸后”位置，二者不对应，触点SA9-10接通，则+WF→SA9-10→HLG→R1→QF1-2→KO→-WC绿灯闪光+WS→HA→R3→SA1-3→SA19-17→QF5-6→-WS发出音响信号控制台上，绿灯在闪光，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。3.防跳回路作用：防止运行人员手动合闸断路器于故障线路上，断路器又被继电保护装置动作于跳闸后，断路器会出现多次连续跳、合闸的跳跃现象。图中：SA：控制开关HLG：绿灯HLR：红灯KLB：防跳继电器KM1：自动重合闸出口中间继电器的常开触点KM0：继电保护出口中间继电器的常开触点HA：蜂鸣器右侧“1”、“2”、“3”分别表示操作手柄在“预备合闸”、“合闸”和“合闸后”位置左侧“1”、“2”、“3”分别表示操作手柄在“预备跳闸”、“跳闸”和“跳闸后”位置四、闪光电源的构成DX-3型闪光继电器的内部结构与接线如图7-7所示。图7-7由DX-3型闪光继电器构成的闪光电源图中，KF为闪光继电器，其触点时开时闭，使闪光母线+WF上呈现断续的正电压；SB为试验按钮，按下时闪光装置动作，白色信号灯HLW亮，表示本装置工作正常。7.3变电所的信号回路一、概述1．信号装置的分类断路器位置信号：用来指示断路器正常工作的位置状态，一般用红灯亮表示断路器处于合闸位置；绿灯亮表示断路器处于跳闸位置。事故信号：用来指示断路器事故跳闸时的状态，包括灯光信号（绿灯闪光）和音响信号（蜂鸣器）。预告信号：用来指示运行设备出现不正常运行时的报警信号包括音响信号（电铃）和光字牌。其中，事故信号和预告信号是电气设备各信号的中心部分，通常称为中央信号，它们集中装设在中央信号屏上。2．对中央信号回路的基本要求所有有人值班的变电所，都应在控制室内装设中央事故信号和预告信号装置；断路器事故跳闸时，能及时发出音响信号（蜂鸣器），并使相应的位置指示灯闪光，亮“掉牌未复归”光字牌。发生不正常工作状态时，能及时发出区别于事故音响的另一种音响（警铃），并使显示故障性质的光字牌点亮。中央事故信号与预告音响信号应有区别，一般事故信号用蜂鸣器（电笛），预告信号用电铃；音响信号应能重复动作，并能手动或自动复归，而故障性质的指示灯仍保留。二、事故信号装置1．简单的事故信号装置就地复归的事故音响信号装置（图7-8）缺点：在解除事故音响信号的同时，闪光信号也被解除了，不利于值班人员处理事故。任一台断路器自动跳闸后，蜂鸣器HA发出音响。将SA手柄将转到“跳闸后”位置，即可解除事故音响信号。图7-8就地复归的事故音响信号装置接线图可见：就地复归是通过解除断路器不对应起动回路来解除音响信号。中央复归不能重复动作的的事故音响信号装置（图7-9）任一台断路器自动跳闸时，即会发出事故音响信号。按一下SB2按钮，便会解除音响信号，但控制屏上的闪光信号却继续保留。缺点：不能重复动作。即当一断路器启动事故信号并中央复归后，又一断路器自动跳闸，音响不能再次启动。图7-9中央复归不能重复动作的事故音响信号装置接线图中央复归能重复动作的的事故音响信号装置（图7-10）工作原理：音响启动过程：一台断路器事故跳闸时，TA的一次侧电流突增，其二次侧感应电势使KR动作→起动KM1→KM11-2闭合实现自保持→KM13-4闭合→起动蜂鸣器HA，发出音响。复归过程：触点KM15-6闭合→起动KT→经KT整定的时间后自动解除事故音响信号，将整套信号装置复归。重复动作原理：第二台断路器跳闸时，由于在每一个并联支路中都有串联电阻R，每多并联一个支路，都将引起TA一次绕组中的电流产生变化，在二次绕组中感应电势，使干簧继电器KR再次动作并启动音响信号装置。可见：中央复归是在主控台上通过按钮或自动解除音响信号。三、预告信号装置图7-11为中央复归不能重复动作的预告音响信号装置接线图。发生不正常运行时，其相应的继电器K动作，音响信号HA（警铃）和光字牌HL同时动作。按一下SB2，警铃即被解除，同时黄色信号灯HLY发亮。缺点：不能重复动作。图7-11中央复归不能重复动作的预告音响信号装置接线图7.4绝缘监察装置和测量仪表一、绝缘监察装置1.直流系统的绝缘监察装置（图7-13）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（图7-12），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。图7-12直流系统两点接地示意图R1=R2=R3=1000ΩSA1：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7-13直流系统绝缘监察装置接线图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使电桥平衡（PV1指示为零），记下R3的位置刻度百分数x；再将SA2置于“测量位置II”，由PV1的电阻指示数读出总的对地绝缘电阻值R∑。RRRxRxR)1(RxxR2RRRRR将代入上式得：RxR2RxR22；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使电桥平衡，记下R3的位置刻度百分x；再将SA2置于“测量位置I”，由PV1的电阻指示数读出总的对地绝缘电阻值R∑。RRxRxRR)1(RxxR11RRRRR将代入上式得：RxR12RxR12；2.交流系统的绝缘监察装置（图7-14）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。图7-14交流系统绝缘监察装置接线图正常运行时，电压表读数均为相电压，开口三角形两端电压为零，继电器不动作。发生单相接地时，故障相电压表为零，另两相电压升高到线电压，开口三角形两端出现100V的零序电压，继电器动作，发出