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1、电力工程基础,第6章 发电厂和变电所的二次系统,第6章 发电厂和变电所的二次系统,6.1 二次系统的基本概念 6.2 断路器控制电路和信号电路 6.3 继电保护,6.1 二次系统的基本概念,1.原理接线图 2.展开接线图 3. 安装接线图,6.1 二次系统的基本概念,表6-1 电气设备常用基本文字符号,6.1 二次系统的基本概念,表6-1 电气设备常用基本文字符号,原理接线图表明了二次接线的工作原理，是绘制展开接线图和安装接线图的基础。它的主要特点是，图中元件设备以整体形式表示，并不绘出元件本身内部接线，而且一次设备和二次设备、交流电路和直流电路均绘在一起。图6-1给出了10kV线路过电流保护
2、原理接线图。,1.原理接线图,1.原理接线图,图6-1 10kV线路过电流保护原理接线图 TA电流互感器 KA1、KA2电流继电器 KT时间继电器 KS信号继电器 QF断路器及其辅助触点 YR跳闸线圈 QS隔离开关,展开接线图将每套装置的有关设备部件解体，按供电电源的不同分别画出电路的接线图。由于将同一个仪表或继电器的电流线圈、电压线圈和触点分别画在不同的电路里，因此为了避免混淆，需将同一个元件及设备的线圈和触点采用相同的文字标号表示。 图6-2是图6-1的展开接线图。图中右侧为一次接线示意图，表示主接线情况及保护装置所连接的电流互感器在一次系统中的位置，左侧为保护电路的展开接线图。,2.展开
3、接线图,2.展开接线图,图6-2 10kV线路过电流保护展开接线图 WAS事故声响信号小母线 WC控制电路电源小母线,安装接线图是制造厂加工制造屏(屏盘)和现场施工安装所必不可少的图样，也是运行试验、检修和事故处理等的主要参考图样。图6-3是根据图6-1绘制的安装接线图。安装接线图包括屏面布置图、屏背面接线图和端子排图三个组成部分，它们相互对应，互相补充。屏面布置图是说明屏上各个元件及设备的排列位置和其相互间距离尺寸的图样，要求按照一定的比例尺绘制。屏背面接线图是在屏上配线所必需的图样，其中应标明屏上各个设备在屏背面的引出端子之间的连接情况，以及屏上设备与端子排的连接情况。端子排图是表示屏上需
4、要装设的端子数目、类型及排列次序以及它与屏外设备连接情况的图样。通常在屏背面接线图中也包括端子排在内。屏背面接线图和端子排图必须说明导线从何处来，到何处去，以防止接错线。,3. 安装接线图,3. 安装接线图,图6-3 10kV线路过电流保护安装接线图 a)屏面布置图 b)屏背面接线图 c)端子排图,6.2 断路器控制电路和信号电路,6.2.1 断路器控制电路 6.2.2 信号电路,6.2.1 断路器控制电路,1.控制开关与操作机构 2.断路器控制电路,1.控制开关与操作机构,(1)控制开关 控制开关是对断路器等进行控制的操作元件。 (2)操作机构 断路器的操作机构是驱动断路器合闸、跳闸的传动机
5、构，设置在断路器操作箱内，有手动式、电磁式、弹簧储能式、液压式、气压式和电动机式等。,表6-2 LW2Z1a46a402020/F8型控制开关触点图表,1.控制开关与操作机构,2.断路器控制电路,(1)断路器控制电路的基本要求 (2)简化的断路器控制电路 图6-4所示为简化的断路器控制电路。,(1)断路器控制电路的基本要求,1)能进行手动操作跳、合闸，也能完成自动跳、合闸，断路器跳闸(合闸)过程完成后，能自动切断跳闸(合闸)线圈电路电流，防止线圈因长时间通电而烧毁； 2)有防止断路器连续多次跳、合闸的防跳电路； 3)有反映断路器完成跳闸或合闸操作的位置信号； 4)有断路器自动跳闸或合闸的位置信
6、号； 5)有控制电路完好性监视信号； 6)在满足基本要求的前提下，力求简单可靠。,(2)简化的断路器控制电路,图6-4 简化的断路器控制电路,6.2.2 信号电路,1.简化的断路器信号电路 2.中央信号电路,1.简化的断路器信号电路,1)手动合闸：此时，QF在“跳闸”(断开)位置，SA的手柄在“跳闸后”位置，SA11-10闭合，绿灯GN发平光。 2)手动跳闸：此时，QF处于“合闸”(闭合)位置，SA处于“合闸后”位置，SA16-13闭合，RD发平光。 3)事故声响信号：在厂站电气控制室装设蜂鸣器HA，在正常运行时，SA手柄处在“合闸后”位置，SA1-2、SA19-17闭合，若QF自动跳闸，QF
7、3闭合，由图6-5可知，只有在这种情况下，HA才会发出事故声响报警信号，而其他状态下都不会有此信号。,1.简化的断路器信号电路,图6-5 断路器信号电路,2.中央信号电路,(1)事故声响信号电路 图6-6a为个别解除式事故声响信号电路。 (2)预告声响信号电路 控制室的中央信号屏上的声响(如警铃)和光字牌等预告信号反应于电气设备或线路的不正常运行状态，如过负荷、变压器轻瓦斯保护动作、小电流接地系统单相接地、电压互感器二次断线、直流系统绝缘降低、自动装置动作等。,2.中央信号电路,图6-6 简易中央声响信号电路 a)个别解除式事故声响信号电路 b)中央复归不能重复动作的事故声响信号电路 c)不能
8、重复动作的中央复归式预告声响信号电路,6.3 继电保护,6.3.1 继电保护的基本原理及要求 6.3.2 线路的电流保护 6.3.3 电力变压器的保护,6.3.1 继电保护的基本原理及要求,1.继电保护的基本任务 2.继电保护的基本原理 3. 对继电保护的基本要求,1.继电保护的基本任务,1)自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，使其他非故障部分迅速恢复正常运行； 2)正确反映电气设备的不正常运行状态，发出预告信号，以便运行人员采取措施，恢复电气设备的正常运行。,2.继电保护的基本原理,1)测量部分：测量部分的作用是测量被保护元件的工作状态(正常工作、非正常工作或故障状态)的一个或几
9、个物理量，并和已给的整定值进行比较，从而判断继电保护装置是否应该起动； 2)逻辑部分：逻辑部分的作用是根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使继电保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分； 3)执行部分：执行部分是根据逻辑部分的输出信号驱动继电保护装置动作，使断路器跳闸或发出信号。,2.继电保护的基本原理,图6-7 继电保护原理框图,3. 对继电保护的基本要求,1)选择性：当电力系统中的某一元件发生故障时，继电保护装置通过断路器仅将故障元件切除，保证系统的其他正常元件不受影响地继续运行，保护装置的这种动作特性称为选择性。 2)速动性：速动性是指在电力系统发生故障时，继
10、电保护装置尽可能快速地动作并将故障切除，减少用户在电压降低的条件下运行的时间，避免故障电流及其引起的电弧损坏设备，保证系统的并列稳定运行。 3)灵敏性：保护装置对于保护范围内发生的任何故障，均应敏锐地作出反应，这种反应能力称为灵敏性。,3. 对继电保护的基本要求,4)可靠性：可靠性是指继电保护装置在其所规定的保护范围内发生故障或不正常工作状态时，一定要准确动作，即不能拒动；不属于保护范围的故障或不正常工作状态时，一定不要动作，即不能误动。,6.3.2 线路的电流保护,1.无时限电流速断保护(电流保护第段) 2. 带时限电流速断保护(电流保护第段) 3.定时限过电流保护(电流保护第段),6.3.
11、2 线路的电流保护,图6-8 无时限电流速断保护原理,1.无时限电流速断保护(电流保护第段),无时限电流速断保护在任何情况下只切除本线路上的故障，其原理可用图6-8所示的单电源辐射网络来说明。图中，断路器1QF、2QF处均装有无时限电流速断保护。这里，以AB线路断路器1QF处的无时限电流速断保护为例，首先计算AB线路各处三相和两相短路时的短路电流，进而确定如何计算该保护的动作电流和如何校验该保护的灵敏度。,2. 带时限电流速断保护(电流保护第段),无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，该线路剩下部分的短路故障必须依靠带时限电流速断保护来可靠切除。这样，线路上的无时限电流速断保护和带时限电流速
12、断保护共同构成的整个被保护线路的主保护，就能以尽可能快的速度，可靠并有选择性地切除本线路上任一处，包括被保护线路末端的相间短路故障。 带时限电流速断保护应遵循以下原则： 1)在任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路的全长，为此，保护范围必须延伸至相邻的下一线路，以保证在有各种误差的情况下仍能保护线路的全长； 2)为了保证在相邻下一线路出口处短路时保护的选择性，本线路的带时限电流速断保护在动作电流和动作时间两方面均必须和相邻线路的无时限电流速断保护配合。,图6-9 带时限电流速断保护原理,2. 带时限电流速断保护(电流保护第段),3.定时限过电流保护(电流保护第段),定时限过电流保护的作用
13、是做本线路主保护的后备保护(即近后备保护)，并做相邻下一线路的后备保护(即远后备保护)，因此，它的保护范围要求超过相邻线路的末端。以图6-9中断路器1QF处定时限过电流保护为例，其动作电流Iop1按以下条件进行整定： 1)正常运行并伴有电动机自起动而且流过保护的最大负荷电流时，该定时限过电流保护不动作，即要求动作电流满足下式： 2)外部故障切除后，非故障线路的定时限过电流保护在下一母线有电动机起动且流过最大负荷电流时应能可靠返回，要求满足下式：,图6-10 定时限过电流保护动作时间的整定,3.定时限过电流保护(电流保护第段),6.3.3 电力变压器的保护,为了保证电力系统安全可靠运行，针对上述
14、故障和不正常运行状态，变压器可装设如下保护： 1)变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护； 2)变压器绕组和引出线相间短路、引出线接地和绕组匝间短路的差动保护或电流速断保护； 3)外部相间短路并作瓦斯保护和差动保护或电流速断保护的过电流保护； 4)在中性点直接接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护； 5)对称过负荷的过负荷保护。,6.3.3 电力变压器的保护,1.变压器的瓦斯保护 2.变压器的差动保护,1.变压器的瓦斯保护,图6-12 气体继电器的安装位置 示意图 1变压器油箱 2连通管 3气体继电器 4储油柜,1.变压器的瓦斯保护,图6-13 FJ380型气体继电器内部结构示意图 1盖
15、2容器 3上开口杯 4永久磁铁 5上动触点 6上静触点 7下开口杯 8永久磁铁 9下动触点 10下静触 点 11支架 12下开口杯平衡锤 13下开口杯转轴 14挡板 15上 开口杯平衡锤 16上开口杯转轴 17放气阀 18接线盒,1.变压器的瓦斯保护,图6-14 变压器瓦斯保护的原理接线图 T变压器 KG气体继电器 KS信号继电器 KM中间继电器 QF断路器 YR跳闸线圈 XB切换片,2.变压器的差动保护,(1)差动保护的工作原理 变压器的差动保护是反映变压器一次、二次电流差值的一种快速动作的保护装置。 (2)变压器差动保护中不平衡电流产生的原因与限制措施 为了提高变压器差动保护的灵敏度，在正常运行和保护区外短路时，希望流入差动继电器的不平衡电流尽可能小，甚至为零，但因变压器和电流互感器的接线方式和结构性能等因素，流入差动继电器的不平衡电流是不可能为零的，因此有必要分析不平衡电流产生的原因和采取的相应限制措施。,(1)差动保护的工作原理,图6-15 变压器差动保护的单相原理接线图,(2)变压器差动保护中不平衡电流产生的原因与限制措施,图6-16 Yd11联结变压器的差动保护接线 a)电流互感器接线 b)相量图,
