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1、第七章第七章 工厂供电系统的二次回路和自动装置工厂供电系统的二次回路和自动装置第一节第一节 二次回路及其操作电源二次回路及其操作电源第二节第二节 高压断路器的控制和信号回路高压断路器的控制和信号回路第三节第三节 变配电所的中央信号装置变配电所的中央信号装置第四节第四节 电测量仪表与绝缘监视电测量仪表与绝缘监视装置装置第五节第五节 自动重合闸与备用电源自动投入装置自动重合闸与备用电源自动投入装置第六节第六节 供电系统的自动化基本知识供电系统的自动化基本知识第七节第七节 二次回路的接线和接线图二次回路的接线和接线图 第一节第一节 二次回路及其操作电源二次回路及其操作电源 供供电电系系统统的的二二次
2、次接接线线是是指指用用来来对对一一次次接接线线的的运运行行进进行行控控制制、监测监测、指示指示和和保护保护的电路，亦称二次回路。的电路，亦称二次回路。 二二次次回回路路按按其其用用途途分分有有：断断路路器器控控制制回回路路、信信号号回回路路、测测量回路与绝缘监视回路、量回路与绝缘监视回路、继电保护回路以及自动化装置等。继电保护回路以及自动化装置等。二次回路按二次回路按电源性质电源性质分分直流回路直流回路交流回路交流回路交流电流回路：交流电流回路：由电流互感器供电由电流互感器供电交流电压回路：交流电压回路：由电压互感器供电由电压互感器供电 一、概述一、概述 1.铅酸蓄电池铅酸蓄电池 采采用用铅铅
3、酸酸蓄蓄电电池池组组作作操操作作电电源源，不不受受供供电电系系统统运运行行情情况况的的影影响响，工工作作可可靠靠，但但是是在在充充电电过过程程中中要要排排出出氢氢和和氧氧混混合合气气体体，有有爆爆炸炸危危险险，且且随随气气体体排排出出的的硫硫酸酸蒸蒸气气，有有强强腐腐蚀蚀性性，对对人人身身健健康和设备安全有很大危害。一般不予采用。康和设备安全有很大危害。一般不予采用。二二 直流操作电源直流操作电源（一）（一） 由蓄电池组供电的直流操作电源由蓄电池组供电的直流操作电源 2.镉镍蓄电池镉镍蓄电池 采采用用镉镉镍镍蓄蓄电电池池组组作作操操作作电电源源，除除了了不不受受供供电电系系统统运运行行情情况况
4、的的影影响响，工工作作可可靠靠外外，还还有有其其大大电电流流放放电电性性能能好好、功功率率大大、机机械械强强度度高高、使使用用寿寿命命长长、腐腐蚀蚀性性小小、无无需需专专用用房房间间从从而而大大大大降降低投资等优点。因此，在工厂供电系统中应用比较普遍。低投资等优点。因此，在工厂供电系统中应用比较普遍。 1.硅整流电容储能式直流电源硅整流电容储能式直流电源 在在供供电电系系统统正正常常工工作作时时，通通过过硅硅整整流流器器供供给给直直流流操操作作电电源源同同时时，通通过过电电容容器器储储能能，在在交交流流供供电电系系统统电电压压降降低低或或电电压压消消失失时时，有储能电容器对继电器和跳闸回路放电
5、，使其正常动作。有储能电容器对继电器和跳闸回路放电，使其正常动作。（二）（二） 由整流装置供电的直流操作电源由整流装置供电的直流操作电源 2.复式整流的直流操作电源复式整流的直流操作电源 提提供供直直流流操操作作电电压压的的整整流流器器电电源源有有两两个个：电电压压源源有有所所用用变变压器或电压互感器供电，电流源由电流互感器供电。压器或电压互感器供电，电流源由电流互感器供电。 与与电电容容储储能能式式相相比比，复复式式整整流流装装置置的的输输出出功功率率大大，电电压压稳稳定定性好。性好。充电模块充电模块监控模块监控模块直流馈电柜直流馈电柜交流配电单元交流配电单元电池室电池室绝缘监测模块绝缘监测
6、模块小型分屏柜小型分屏柜小型一体柜小型一体柜 采采用用交交流流操操作作的的断断路路器器，应应采采用用交交流流操操作作电电源源。所所有有的的保保护护继继电电器器、控控制制设设备备、信信号号装装置置及及其其他他二二次次元元件件也也均均采采用用交交流流型式。型式。 交交流流操操作作电电源源可可使使二二次次回回路路大大大大简简化化，投投资资大大大大减减少少，工工作作可可靠靠，维维护护方方便便，但但不不适适用用于于比比较较复复杂杂的的继继电电保保护护、自自动动装装置置及及其其他他二二次次回回路路。交交流流操操作作电电源源广广泛泛应应用用于于中中小小型型变变配配电电所所中采用手动操作和继电保护采用交流操作
7、的场合中采用手动操作和继电保护采用交流操作的场合。三三 交流操作电源交流操作电源第二节第二节 高压断路器的控制和信号回路高压断路器的控制和信号回路 高高压压断断路路器器的的控控制制回回路路是是指指用用控控制制开开关关或或遥遥控控命命令令操操作作断断路器跳、合闸的回路。路器跳、合闸的回路。 信号回路信号回路是用来指示一次系统设备运行状态的二次回路。是用来指示一次系统设备运行状态的二次回路。用来显示断路器正常工作的位置状态。用来显示断路器正常工作的位置状态。用来显示断路器在事故情况下的工作状态。用来显示断路器在事故情况下的工作状态。在在系系统统出出现现不不正正常常状状态态时时或或在在故故障障初初期
8、期发发出的报警信号。出的报警信号。信号按信号按用途分用途分位置信号位置信号：事故信号事故信号：预告信号预告信号：断路器的控制和信号回路要满足一定的基本要求。断路器的控制和信号回路要满足一定的基本要求。一、概述一、概述 图7-3 手手动操作的断路器控制和信号回路操作的断路器控制和信号回路WC-控制小母控制小母线 WS-信号小母信号小母线 GN-绿色指示灯色指示灯 RD-红色指示灯色指示灯R-限流限流电阻阻 YR-跳跳闸线圈（脱扣器）圈（脱扣器） KM-继电保保护出口出口继电器触点器触点QF1 16-6-断路器断路器QFQF的的辅助触点助触点 QM-QM-手手动操作机构操作机构辅助触点助触点二、采
9、用手动操作的断二、采用手动操作的断路器控制与信号回路路器控制与信号回路三、采用电磁操作机构的断路器控制与信号回路三、采用电磁操作机构的断路器控制与信号回路WC-控制小母线控制小母线 WL-灯光信号小母线灯光信号小母线 WF-闪光信号小母线闪光信号小母线 WS-信号小母线信号小母线 WAS-事故音响信号小母线事故音响信号小母线 WO-合闸小母线合闸小母线 SA-控制开关控制开关 KO-合闸接触器合闸接触器 YO-电磁合闸线圈电磁合闸线圈 YR-跳闸线圈跳闸线圈 KM-继电保护出口继电器触点继电保护出口继电器触点 QF16-断路器断路器QF的辅助触点的辅助触点 GN-绿色指示灯绿色指示灯 RD-红
10、色指示灯红色指示灯 ON-合闸方向合闸方向 OFF-分闸方向分闸方向四、采用弹簧操作机构的断路四、采用弹簧操作机构的断路器控制与信号回路器控制与信号回路WC-控制小母线控制小母线WS-信号小母线信号小母线 WAS-事故音响信号小母线事故音响信号小母线SA-控制开关控制开关 SB-按钮按钮 SQ-储能位置开关储能位置开关YO-电磁合闸线圈电磁合闸线圈YR-跳闸线圈跳闸线圈 QF16-断路器辅助触点断路器辅助触点M-储能电动机储能电动机GN-绿色指示灯绿色指示灯RD-红色指示灯红色指示灯 KM-继电保护出口继电器触点继电保护出口继电器触点第四节第四节 测量仪表与绝缘监视装置测量仪表与绝缘监视装置
11、任务：任务： 监视供电系统的运行状态和计量一次系统消耗的电能，监视供电系统的运行状态和计量一次系统消耗的电能， 保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行。保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行。 要求：要求： 对电气测量仪表，要保证其测量范围和准确度满足变配对电气测量仪表，要保证其测量范围和准确度满足变配 电设备运行监视和计量的要求，并力求外形美观，便于电设备运行监视和计量的要求，并力求外形美观，便于 观测，经济耐用等。观测，经济耐用等。一、电气测量回路一、电气测量回路（一）电气测量的任务与要求（一）电气测量的任务与要求 （二）电气测量仪表的配置（二）电气测量仪表的配置 供电系统变配
12、电装置中的各供电系统变配电装置中的各部分仪表部分仪表按规定要求配置。按规定要求配置。续上页续上页（三）电气测量回路（三）电气测量回路示例示例10kV线路电气测量原理电路图线路电气测量原理电路图电能表接线电能表接线续上页续上页380V电源进线回路电气测量原理电路图。电源进线回路电气测量原理电路图。续上页续上页 基基于于先先进进的的数数字字信信号号处处理理和和单单片片机机技技术术的的新新型型数数字字式式智智能能表表，集集测测量量、显显示示、报报警警输输出出、参参数数设设置置和和数数据据存存储储为为一一体体，已逐步在重要的变配电所及其自动化工程中得到应用。已逐步在重要的变配电所及其自动化工程中得到应
13、用。 下图是多功能综合数字式智能表的测量原理电路图。下图是多功能综合数字式智能表的测量原理电路图。二、交流系统的绝缘监视二、交流系统的绝缘监视 利用一次系统接地后出现的利用一次系统接地后出现的零序电压零序电压给出信号或跳闸。给出信号或跳闸。一、自动重合闸装置一、自动重合闸装置 运运行经验表明，电力系统的故障特别是架空线路上的故障大多是暂时行经验表明，电力系统的故障特别是架空线路上的故障大多是暂时性的，多数能很快地自行消除。因此，采用自动重合闸装置性的，多数能很快地自行消除。因此，采用自动重合闸装置（ARD），迅速迅速恢复供电，从而大大提高供电可靠性。恢复供电，从而大大提高供电可靠性。 n第五节
14、第五节 自动重合闸与备用电源自动投入装置自动重合闸与备用电源自动投入装置 二、备用电源自动投入装置二、备用电源自动投入装置 （一）备用电源自动投入装置的作用与类型（一）备用电源自动投入装置的作用与类型 作用：用于两路及以上电源进线的变配电所中，提高供电作用：用于两路及以上电源进线的变配电所中，提高供电可靠性。可靠性。 工作电源与备用电源的接线方式可分为两大类：工作电源与备用电源的接线方式可分为两大类：明备用明备用: : 指在正常时，备用电源不投入工作，只有在工作电源指在正常时，备用电源不投入工作，只有在工作电源 发生故障时才投入工作。发生故障时才投入工作。暗备用暗备用: : 指在正常时，两电源
15、都投入，互为备用。指在正常时，两电源都投入，互为备用。 续上页续上页 在正常情况下，在正常情况下，QF1闭合，闭合，QF2断开，断开，负荷由工作电源供电。负荷由工作电源供电。 当工作电源故障当工作电源故障时，时，APD动作，将动作，将QF1断开，切除故障断开，切除故障电源，然后将电源，然后将QF2闭闭合，使备用电源投入合，使备用电源投入工作，恢复供电。工作，恢复供电。续上页续上页 正常情况下，正常情况下，QF1,QF2闭合，闭合，QF3断开，两个断开，两个电源分别向两段电源分别向两段母线供电。母线供电。 若电源若电源B (A)发生故障，发生故障，APD动作，将动作，将QF2(QF1)断开，随断
16、开，随即将即将QF3闭合，闭合，此时全部负荷均此时全部负荷均由由A (B)电源供电。电源供电。续上页续上页 1）不论什么原因失去工作电源，）不论什么原因失去工作电源，APD都能迅速起动并投入都能迅速起动并投入备用电源；备用电源； 2）必须在工作电源确已断开、而备用电源电压也正常时，）必须在工作电源确已断开、而备用电源电压也正常时，才允许投入备用电源；才允许投入备用电源； 3）APD应只动作一次，以免将备用电源重复投入永久性故应只动作一次，以免将备用电源重复投入永久性故障回路中；障回路中； 4）当电压互感器二次回路断线时，）当电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作。不应误动作。（二）对备用电
17、源自动投入装置的基本要求（二）对备用电源自动投入装置的基本要求续上页续上页（三）备用电源自动投入装置的原理（三）备用电源自动投入装置的原理 +第六节第六节 供电系统自动化基本知识供电系统自动化基本知识（一）、概述（一）、概述 变变配配电电所所综综合合自自动动化化是是将将变变配配电电所所的的二二次次设设备备经经过过功功能能的的组组合合和和优优化化设设计计，利利用用先先进进的的计计算算机机技技术术、现现代代电电子子技技术术、通通信信技技术术和和信信号号处处理理技技术术，实实现现对对全全变变配配电电所所的的主主要要设设备备和和线线路路的的自自动动监监视视、测测量量、自自动动控控制制和和微微机机保保护
18、护，以以及及与与调调度度中中心心通通信信等等综综合合性的自动化功能。性的自动化功能。 优点：优点： 功能综合化功能综合化 所有二次回路功能综合为一体。所有二次回路功能综合为一体。 结结构构微微机机化化 主主要要插插件件是是全全微微机机化化的的分分布布式式结结构构，采采用用网网络络总总线线连连接成整体。接成整体。 操作监视屏幕化操作监视屏幕化 面对彩色大屏幕显示器进行全方位监视与操作。面对彩色大屏幕显示器进行全方位监视与操作。 运行管理智能化运行管理智能化 具有在线自诊断功能和专家系统。具有在线自诊断功能和专家系统。（二）、微机远动装置的基本功能与类型（二）、微机远动装置的基本功能与类型一）微机
19、远动装置的基本功能一）微机远动装置的基本功能 微微机机远远动动装装置置（RTU）主主要要用用来来集集中中收收集集变变电电站站内内的的所所有有信信息息，同同时时可可以以接接收收上上级级控控制制调调度度中中心心的的命命令令，输输出出开开关关控控制制信信号号，增增减减控控制制设设备备信信号号或或调调节节设设备备的的整整定定值值，并并返返回回已已完完成成操操作作的的信信息，归纳起来有如下功能：息，归纳起来有如下功能：1“四遥四遥”功能：功能： 遥信、遥信、遥测遥测 、遥控遥控 、遥调遥调 2事件顺序记录事件顺序记录（SOE） 3系统对时系统对时 4电能采集电能采集（PA） 5自恢复和自检测功能自恢复和
20、自检测功能 6与与SCADA系统通信系统通信 二）微机远动装置的类型二）微机远动装置的类型 从从体体系系结结构构上上，RTU可可以以分分为为集集中中式式RTU和和分分布布式式RTU两两类类；在在采采样样方方式式上上，RTU可可分分为为直直流流采采样样RTU和和交交流流采采样样RTU两两类类；从组屏方式上，从组屏方式上，RTU可分为集中组屏和分散布置两类。可分为集中组屏和分散布置两类。 目前技术比较先进而且最受用户欢迎的是结构分布式。目前技术比较先进而且最受用户欢迎的是结构分布式。 n SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系统，即数据采集与监视控
21、制系统。SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。nSCADA系统是以计算机为基础的生产过程控系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。功能。n由于各个应用领域对由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所的要求不同，所以不同应用领域的以不同应用
22、领域的SCADA系统发展也不完全系统发展也不完全相同。相同。n在电力系统中，在电力系统中，SCADA系统应用最为广泛，系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统技术发展也最为成熟。它作为能量管理系统（EMS系统）的一个最主要的子系统，有着信系统）的一个最主要的子系统，有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。优势，现已经成为电力调度不可缺少的工具。n它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效它对提高电网运行的可靠性、安全
23、性与经济效益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化益，减轻调度员的负担，实现电力调度自动化与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着与现代化，提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。不可替代的作用。续上页续上页 上级操作上级操作监控中心监控中心 当地监控主机（双机）当地监控主机（双机） 通信管理机通信管理机 打印机打印机 进线保护进线保护测控单元测控单元 馈线保护馈线保护测控单元测控单元 变压器保护变压器保护测控单元测控单元 联络保护联络保护测控单元测控单元 进线进线测控单元测控单元 联络联络测控单元测控单元 出线出线测控单元测控单元 出线出线测控单元测控单元 变压器温度变压器温度保护测控
24、单元保护测控单元 变压器温度变压器温度保护测控单元保护测控单元 直流屏监控单元直流屏监控单元 变变电电站站层层 通通信信层层 间间隔隔单单元元层层 RS485/422 结结构构分分布布式式RTU续上页续上页 变变电电站站层层 通通信信层层 间间隔隔单单元元层层 功能分布式RTU续上页续上页 结构分布式结构分布式RTU应用应用示例示例续上页续上页 采用采用微机微机远动远动装置装置的断的断路器路器控制控制回路回路及信及信号回号回路示路示例图例图 远方远方就地就地防误操作防误操作联锁触点联锁触点合位继电器合位继电器合保继电器合保继电器跳保继电器跳保继电器跳位继电器跳位继电器续上页续上页 （三）、变配
25、电所综合自动化系统的信息采集（三）、变配电所综合自动化系统的信息采集 有有直直流流采采样样和和交交流流采采样样两两类类。采采用用变变送送器器进进行行的的采采集集称称为为直流采样。直流采样。 直直流流采采样样系系统统存存在在的的问问题题有有：遥遥测测数数据据的的准准确确性性受受变变送送器器稳稳定定性性的的影影响响；遥遥测测数数据据的的实实时时性性受受变变送送器器响响应应速速度度的的影影响响；变变送送器器的的维维护护工工作作量量比比较较大大；通通常常一一个个变变电电站站需需要要大大量的变送器，增加了工程造价和占地面积。量的变送器，增加了工程造价和占地面积。 交交流流采采样样方方法法实实际际上上就就
26、是是用用微微机机取取代代传传统统的的变变送送器器，充充分分发发挥挥微微机机功功能能强强、灵灵活活可可靠靠、使使用用方方便便等等优优点点，以以克克服服因因使使用用传传统统变变送送器器而而导导致致的的一一系系列列不不良良影影响响。此此外外，结结构构分分布布式式RTURTU采采用交流采样还可以兼有微机保护功能。用交流采样还可以兼有微机保护功能。 不不经经过过变变送送器器，按按一一定定规规律律直直接接采采集集交交流流信信号号并并加加以以处处理理，计计算算出出电电压压、电电流流有有效效值值以以及及有有功功、无无功功功功率率的的方方法法就就是是交交流流采样。采样。第五节第五节 中央信号装置中央信号装置 对
27、中央事故信号装置的要求是对中央事故信号装置的要求是： 在在任任一一断断路路器器事事故故跳跳闸闸时时，能能瞬瞬时时发发出出音音响响信信号号( (电电笛笛) )，并并在在控控制制屏屏或或配配电电装装置置上上有有表表示示事事故故跳跳闸闸的的具具体体断断路路器器位位置置的的灯光指示信号。灯光指示信号。 中央信号中央信号: : 事故信号和预告信号事故信号和预告信号 有能重复动作和不能重复动作两种有能重复动作和不能重复动作两种, ,并能手动或自动复归。并能手动或自动复归。 对中央预告信号装置的要求是对中央预告信号装置的要求是： 当当供供电电系系统统发发生生故故障障和和不不正正常常工工作作状状态态但但不不需
28、需立立即即跳跳闸闸的的情情况况时时，应应及及时时发发出出音音响响信信号号（电电铃铃），并并有有显显示示故故障障性性质质和和地点的指示信号（光字牌指示）。地点的指示信号（光字牌指示）。续上页续上页 下图是不能重复动作的下图是不能重复动作的中央事故信号中央事故信号装置回路图，为便于装置回路图，为便于分析其工作原理，将变配电所的所有断路器事故跳闸信号回路分析其工作原理，将变配电所的所有断路器事故跳闸信号回路绘在一起列于图右。绘在一起列于图右。 续上页续上页 下图是不能重复动作的下图是不能重复动作的中央预告信号中央预告信号装置回路图，为便于装置回路图，为便于分析其工作原理，将配电装置的预告信号回路列于
29、图右。分析其工作原理，将配电装置的预告信号回路列于图右。 本章小结本章小结 本章是本课程的重点，也是从事供电工程设计与运行必备的基础知识。本章是本课程的重点，也是从事供电工程设计与运行必备的基础知识。 本章首先讲述了供电系统一次接线的概念、变配电所的操作电源本章首先讲述了供电系统一次接线的概念、变配电所的操作电源 ；其次；其次重点讨论了电气测量回路与绝缘监视装置、高压断路器的控制和信号回路重点讨论了电气测量回路与绝缘监视装置、高压断路器的控制和信号回路 ；最后简要介绍了中央信号装置最后简要介绍了中央信号装置 。 本章重点：本章重点：电气测量回路与绝缘监视、高压断路器的控制和信号回路。电气测量回
30、路与绝缘监视、高压断路器的控制和信号回路。 本章难点：本章难点：高压断路器的控制和信号回路。高压断路器的控制和信号回路。 教学基本要求：了解变配电所常用操作电源、中央信号装置；教学基本要求：了解变配电所常用操作电源、中央信号装置；理解供电理解供电系统的典型二次接线；灵活运用系统的典型二次接线；灵活运用10kV及以下变配电所二次接线的设计及以下变配电所二次接线的设计。 接线端子接线端子中间变压器中间变压器文字符号：文字符号： TI图形符号：图形符号：转换开关转换开关旋转手柄旋转手柄触点盒触点盒文字符号：文字符号： SA图形符号：图形符号：测量仪表测量仪表单相电子式多费率单相电子式多费率电能表电能
31、表三相电子式多费率三相电子式多费率电能表电能表普通机械表普通机械表多功能数字表多功能数字表UPS目前市场上的目前市场上的UPS应用较多的为在线式，应用较多的为在线式，其其单机功率一般为单机功率一般为0.7kVA1500kVA。 电能表接线电能表接线三相两元件有功电能表三相两元件有功电能表三相两元件无功电能表三相两元件无功电能表数字式智能表数字式智能表三相电子式多功能电能表三相电子式多功能电能表三相数字式多功能仪表三相数字式多功能仪表按钮旋钮指示灯按钮旋钮指示灯指示灯指示灯按钮、旋钮按钮、旋钮行程开关等行程开关等微动开关微动开关行程开关行程开关行程开关等行程开关等限位开关限位开关弹簧操动机构弹簧操动机构航空插头航空插头智能控制器智能控制器手动储能轴手动储能轴合闸按钮合闸按钮分闸按钮分闸按钮分合闸指示分合闸指示二次插件二次插件弹簧操动机构弹簧操动机构辅助开关辅助开关航空插头航空插头航空插头航空插头手动储能轴手动储能轴合闸按钮合闸按钮分闸按钮分闸按钮分合闸指示分合闸指示计数器计数器储能指示储能指示断路器断路器底盘车底盘车 采用弹簧操动机构采用弹簧操动机构的断路器是利用合闸前的断路器是利用合闸前弹簧储足的能量，克服弹簧储足的能量，克服分闸弹簧的反作用力来分闸弹簧的反作用力来合闸。合闸。
