变电站二次回路

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1、第一章、微机型二次设备的工作方式 一般来说,我们将变电站内所有的微机型二 次设备统称为“微机保护”,实际上这个叫法是 很不确切的。从功能上讲,我们可以将变电站自 动化系统中的微机型二次设备设备分为微机保 护、微机测控、操作箱(目前一般与微机保护整 合为一台装置内,以往多为独立装置)、自动装 置、远动设备等。按照这种分类方法,可以将二 次回路的分析更加详细,易于理解。现简单介绍 一下各类设备的主要功能: 微机保护采集电流量、电压量及相关状态量 数据,按照不同的算法实现对电力设备的保护功 能,根据计算结果做出判断并发出针对断路器的 相应操作指令。微机测控的主要功能是测量及控制,可以采 集电流量、电

2、压量及状态量并能发出针对断路器 及其它电动机构的操作指令,取代的是常规变电 站中的测量仪表(电流表、电压表、功率表)、 就地及远传信号系统和控制回路。操作箱用于执行各种针对断路器的操作指 令,这类指令分为合闸、分闸、闭锁三种,可能 来自多个方面,例如本间隔微机保护、微机测控、 强电手操装置、外部微机保护、自动装置、本间 隔断路器机构等。自动装置与微机保护的区别在于,自动装置 虽然也采集电流、电压,但是只进行简单的数值 比较或“有、无”判断,然后按照相对简单的固 定逻辑动作发出针对断路器的相应操作指令。这 个工作过程相对于微机保护而言是非常简单的。1.1微机保护与测控的工作方式微机保护是根据所需

3、功能配置的,也就是 说,不同的电力设备配置的微机保护是不同的, 但各种微机保护的工作方式是类似的。一般可概 括为“开入”与“开出”两个过程。事实上,整 个变电站自动化系统的所有设备几乎都是以这 两种模式工作,只是开入与开出的信息类别不同 而已。微机测控与微机保护的配置原则完全不同, 它是对应于断路器配置的,所以,几乎所有的微 机测控的功能都是一样的,区别仅在于其容量的 大小而已。如上所述,微机测控的工作方式也可 以概括为“开入”与“开出”两个过程。1.1.1开入微机保护和微机测控的开入量都分为两种: 模拟量和数字量。1.1.1.1模拟量的开入 微机保护需要采集电流和电压两种模拟量 进行运算,以

4、判断其保护对象是否发生故障。变 电站配电装置中的大电流和高电压必须分别经 电流互感器和电压互感器变换成小电流、低电 压,才能供微机型保护装置使用。微机测控开入的模拟量除了电流、电压外, 有时还包括温度量(主变压器测温)、直流量(直 流电压测量)等。微机测控开入模拟量的目的主 要是获得其数值,同时也进行简单的计算以获得 功率等电气量数值。1.1.1.2数字量的开入 数字量也称为开关量,它是由各种设备的辅 助接点通过“开/闭”转换提供,只有两种状态。对于 110kV 及以下电压等级的设备而言, 微机保护对外部数字量的采集一般只有“闭锁条 件”一种,这个回路一般是电压为直流 24V 的 弱电回路。对

5、于 220kV 设备而言,由于配置双 套保护装置,两套保护装置之间的联系较为复 杂。微机测控对数字量的采集主要包括断路器 机构信号、隔离开关及接地开关状态信号等。这 类开关量的触发装置(即辅助开关)一般在距离 主控室较远的地方,为了减少电信号在传输过程 中的损失,通常采用电压为直流220V的强电回 路进行传输。同时,为了避免强电系统对弱点系 统形成干扰,在进入微机运算单元前,需要使用 光耦单元对强电信号进行隔离、转变成弱电信 号。1.1.2 开出对微机保护而言,开出是指微机保护根据自 身采集的信息,加以运算后对被保护设备目前状 况作出的判断以及针对此状况作出的反应,主要 包括操作指令、信号输出

6、等反馈行为。反馈行为 是指微机保护的动作永远都是被动的,即受设备 故障状态激发而自动执行的。对微机测控而言,开出指的是对断路器及各 种电动机构(隔离开关、接地开关)发出的操作 指令。与微机保护不同的是,微机测控不会产生 信号,而且其操作指令也是手动行为的,即人工 发出的。1.1.2.1操作指令一般来讲,微机保护只针对断路器发出操作 指令,对线路保护而言,这类指令只有两种:“跳 闸”或者“重合闸”;对主变保护、母差保护而 言,这类指令只有一种:“跳闸”。在某些情况下,微机保护会对一些电动设备 发出指令,如“主变温度高启动风机”会对主变 风冷控制箱内的风机控制回路发出启动命令;对 其它微机保护或自

7、动装置发出指令,如“母线差 动保护动作闭锁线路重合闸”、“母差动作闭锁备 自投”等。微机保护发出的操作指令属于“自动” 范畴。微机测控发出的操作指令可以针对断路器 和各类电动机构,这类指令也只有两种,对应断 路器的“跳闸”、“合闸”或者对应电动机构的 “分”、“合”。微机测控测控发出的操作指令属 于“手动”范畴,也就是说,微机测控的操作指 令必然是人为作业的结果。1.1.2.2信号输出微机保护输出的信号只有两种: “保护动 作”、“重合闸动作”。线路保护同时具备这两种 信号,主变压器保护值输出保护动作一种信号。 至于“装置断电”等信号属于装置自身故障,严 格意义上不属于“保护”范畴。微机测控不

8、产生信号。严格意义上讲,它会 将自己采集的开关量信号进行模式转换后通过 网络传输给监控系统,起到单纯的转接作用。这 里所说的“不产生信号”,是相对于微机保护的 信号产生原理而言的。1.2操作箱的工作方式操作箱内安装的是针对断路器的操作回路, 用于执行微机保护、微机测控对断路器发出的操 作指令。操作箱的配置原则与微机测控是一致 的,即对应于断路器,一台断路器有且只有一台 操作箱。一般来讲,在同一电压等级中,所有类 型的微机保护配备的操作箱都是一样的。在 110kV 及以下电压等级的二次设备中,由于操 作回路相对简单,目前已不再设置独立的操作 箱,而是将操作回路与微机保护整合在一台装置 中。但是需

9、要明确的是,尽管在一台装置中且有 一定的电气联系,操作回路与保护回路在功能上 仍是完全独立的。1.3自动装置的工作方式变电站内最常见的自动装置就是备自投装 置和低周减载装置。自动装置的功能主要是为了 维护整个变电站的运行,而不是象微机保护一样 针对某一个间隔。例如备自投主要是为了防止全 站失压而在失去工作电源后自动接入备用电源, 低周减载是为了防止因负荷大于电厂出力造成 频率下降导致电网崩溃,按照事先设定的顺序自 动切除某些负荷。自动装置的具体工作过程将在 后面的章节中专门详细介绍。1.4微机保护、测控与操作箱的联系 对一个含断路器的设备间隔,其二次系统需 要三个独立部分来完成:微机保护、微机

10、测控、 操作箱。这个系统的工作方式有三种,如下所述。 在后台机上使用监控软件对断路器进行 操作时,操作指令通过 网络触发微机测控里的控制回路,控制回路发出 的对应指令通过控制电缆到达微机保护里的操 作箱,操作箱对这些指令进行处理后通过控制电 缆发送到断路器机构的控制回路,最终完成操 作。动作流程为:微机测控操作箱断路 器。 在测控屏上使用操作把手对断路器进行 操作时,操作把手的控制接点与微机测控里的控 制回路是并联的关系,操作把手发出的对应指令 通过控制电缆到达微机保护里的操作箱,操作箱 对这些指令进行处理后通过控制电缆发送到断 路器机构的控制回路,最终完成操作。使用操作 把手操作也称为强电手

11、操,它的作用是防止监控 系统发生故障时(如后台机“死机”等)无法操 作断路器。所谓“强电”,是指操作的启动回路 在直流220V电压下完成,而使用后台机操作时, 启动回路在微机测控的弱电回路中。动作流程 为:操作把手操作箱断路器。 微机保护在保护对象发生故障时,根据相 应电气量计算的结果做出判断并发出相应的操作指令。操作指令 通过装置内部接线到达操作箱,操作箱对这些指 令进行处理后通过控制电缆发送到断路器机构 的控制回路,最终完成操作。动作流程为:微机 保护操作箱断路器。微机测控与操作把手的动作都是需要人为 操作的,属于“手动”操作;微机保护的动作是 自动进行的,属于“自动”操作。操作类型的区

12、别对于某些自动装置、联锁回路的动作逻辑是重 要的判断条件,将在相关的章节中具体介绍。1.4.1 110kV电压等级二次设备的分布模式针对 110kV 电压等级设备,目前各大商一讲微 机保护与操作箱整合为一台装置,即操作箱不再 以独立装置的的形式配置。以110kV线路为例, 各大厂商配置如表1-1 所示。表1-110kV线路间隔(主保护为距离保护)公司微机测控微机保护操作箱原许继四方CSI200ECSL163BZSZ-11S许继FCK-801WXH-811南瑞继保RCS-9607RCS-941A从组屏方案上来看,微机保护和信号按钮安 装在 110kV 线路保护屏上,微机测控、操控把 手及切换把手

13、安装在110kV线路测控屏上。1.4.2 35/10kV 电压等级二次设备的分布 模式针对35/10kV电压等级的设备,各大厂商 均已将其二次设备系统整合为一台装置,推荐就 地安装模式(即一次设备为开关柜时,二次设备 全部安装在开关上)以节省控制电路。例如,对 10kV 线路,许继公司配置的设备型号是 WXH-821,南瑞公司配置的设备型号是 RCS-9611,它们都是保护、测控和操作箱一体 化的装置。一般来讲,35kV线路与10kV线路 使用的二次设备型号是相同的,这是因为其保护 配置相同。第二章 电流互感器和电压互感器 关于电流互感器和电压互感器的具体工作 原理,言语篇幅就不在详细介绍了,

14、本章主要以 及各问题为例对这两种设备的选择进行一下简 要的介绍。2.1.电流互感器的选择电流互感器(CT)的作用是将一次设备中的 大电流转换成功二次设备使用的小电流,其工作 原理相当一个阻抗很小的变压器。电流互感器一 次绕组与主电路串联,二次绕组接负荷。2.1.1 5A 还是 1A?电流互感器的变比一般为X : 5A。它的含义 是:首先,X不小于该设备可能出现的最大长期 负荷电流,如此即可保证一般情况下CT二次侧 电流不大于5A ;其次,在被保护设备发生故障 时,在短路电流不使CT饱和的情况下,CT二 次侧电流可以按照此变比从一次电流折算。在超高压电厂和变电站中,如果高压配电装 置远离控制室,

15、为了增加电流互感器的二次允许 负荷,减小连接电缆的导线界面及提高准确等 级,多选用二次额定电流为1A的电流互感器。 相应的,微机保护装置也应选用交流电流输入为 1A 的产品。根据目前新建 110kV 变电站的规 模及布局,绝大多数都是选用二次侧电流为 5A 的电流互感器。2.1.2 10P10、0.5 还是 0.2 ?在变电站中,电流互感器用于三种回路:保 护回路、测量回路和计量回路,而这三种回路对 电流互感器的准确级要求是不同的。最常见的三 种准确级就是我们上面所列的用于保护的 10P10、用于测量的0.5和用于计量的0.2。简 单地讲,测量、计量级绕组着重于精度,即误差 要小;保护级绕组着

16、重于抗饱和能力,即在发生 短路故障时,一次电流超过额定电流许多倍的情 况下,一次电流与二次电流的比值仍在一定允许 误差范围内接近理论变比。对于 0.5、0.2 级电流互感器而言,0.5 或 0.2就是其比值误差,计算公式为:(Ia-Ib)/ IB。式中Ia为二次侧实测电流;Ib为根据一次 侧实测电流和理论变比折算出的理论二次电流。比值差的最小值分别为0.5和0.2。需 要注意的,此类电流互感器的不保证在短路条件 下满足此比值差。对于保护级(P)的电流互感器而言,准确 级分为 5P 和 10P 两种,其额定一次电流下的 比值误差是固定的,分别为1和3,复合 误差分别为5%和10%。5P20级的电流互感器 的含义我们可以简单的认为是:在电流互感器一 次电流为20 倍额定电流时,

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