工厂供电系统的二次回路和自动装置

工 厂 供 电天津理工大学中环信息学院自动化工程系 本 章 首 先 讲 述 二 次 回 路 概 念 及 其 操 作 电 源 ， 接 着依 次 讲 述 高 压 断 路 器 的 控 制 与 信 号 回 路 、 常 用 的 电 测量 仪 表 和 绝 缘 监 视 装 置 ， 最 后 介 绍 线 路 自 动 重 合 闸 和备 用 电 源 自 动 投 入 装 置 ， 并 简 介 工 厂 供 电 系 统 远 动 化 ，最 后 讲 述 二 次 回 路 的 安 装 接 线 及 接 线 图 的 绘 制 问 题 。 7.1 7.2 7.4 电 源 性 质 交 流 回 路直 流 回 路分 类 交 流 电 流 回 路交 流 电 压 回 路 电 流 互 感器供 电 电 压 互 感 器供 电用 途 断 路 器 控 制 回 路信 号 回 路测 量 回 路继 电 保 护 回 路自 动 装 置 回 路 是 供 给 全 所 开 关 电 器 的 控 制 回 路 、 继 电 保 护 回 路 、自 动 装 置 和 中 央 信 号 系 统 的 最 重 要 的 电 源 ， 在 任 何 情况 下 都 应 保 证 供 电 的 可 靠 性 。 7.1.2 操 作 电 源（ 1） 应 保 证 供 电 的 可 靠 性 ， 最 好 有 独 立 的 直 流 操 作 电 源 。（ 2） 应 具 有 足 够 的 容 量 ， 以 保 证 正 常 运 行 时 ， 操 作 电 源母 线 (以 下 简 称 母 线 )电 压 波 动 范 围 小 于 5 额 定 值 ； 事故 时 的 母 线 电 压 不 低 于 90 额 定 值 。（ 3） 波 纹 系 数 小 于 5%。（ 4） 使 用 寿 命 、 维 护 工 作 量 、 设 备 投 资 、 等 应 合 理 。对 操 作 电 源 的 基 本 要 求 操 作 电 源 的 分 类 直 流 操 作 电 源 （ 1） 硅 整 流 电 容 储 能 直 流 电 源 硅 整 流 电 容 储 能 直 流 电 源 是 一 种 非 独 立 式 的 直 流电 源 。 它 是 由 硅 整 流 设 备 和 电 容 器 组 成 的 。 （ 2） 蓄 电 池 直 流 电 源 蓄 电 池 是 一 种 独 立 可 靠 的 直 流 电 源 ， 它 不 受 交 流电 源 的 影 响 。 它 是 发 电 厂 和 变 电 站 常 用 的 操 作 电 源 。 交 流 操 作 电 源 高 压 断 路 器 的 控 制 回 路 就 是 控 制 （ 操 作 ） 断 路器 分 、 合 闸 的 回 路 。 操 作 机 构 有 手 动 式 、 电 磁 式 、液 压 式 和 弹 簧 储 能 式 。 电 磁 式 操 作 机 构 只 能 采 用 直流 操 作 电 源 ， 手 动 式 和 弹 簧 储 能 式 可 交 直 流 两 用 ，但 一 般 采 用 交 流 操 作 电 源 。 信 号 回 路 是 用 来 指 示 一 次 电 路 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 断 路 器 的 位 置 信 号 用 来 显 示 断 路 器 正 常 工 作 的位 置 状 态 。 一 般 是 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 正 常 工 作 的 位 置 状 态 ，红 灯 闪 光 ， 表 示 断 路 器 自 动 合 闸 ； 绿 地 闪 光 ， 表 示断 路 器 自 动 跳 闸 。 预 警 信 号 是 在 一 次 设 备 出 现 不 正 常 状 态 时 或 在故 障 初 期 发 出 的 报 警 信 号 。对 断 路 器 的 控 制 和 信 号 回 路 的 主 要 要 求引 起 值 班 人 员 注 意 采 用 弹 簧 操 作 机 构 的 断 路 器 控 制 和 信 号 回 路WC-控 制 小 母 线 WS-信 号 小 母 线 WAS-事 故 信 号 小 母 线 SA-控 制 开 关SB-按 钮 RD-红 色 指 示 灯 GN-绿 色 指 示 灯 YO-合 闸 线 圈 YO-跳 闸 线 圈QF16-断 路 器 辅 助 触 点 SQ1、 SQ2-触 能 位 置 开 关 M-储 能 电 机 测 量 回 路 是 变 电 所 二 次 回 路 的 重 要 组 成 部 分 。 运 行人 员 必 须 依 靠 测 量 仪 表 了 解 供 配 电 系 统 的 运 行 状 态 ， 监视 电 气 设 备 的 运 行 参 数 。 电 气 设 备 和 线 路 的 运 行 参 数 主 要 有 ： 电 流 、 电 压 、频 率 、 电 能 、 温 度 、 绝 缘 电 阻 等 。 相 应 的 仪 表 有 ： 电 流表 (A)、 电 压 表 (V)、 频 率 表 (Hz)、 同 步 表 、 有 功 功 率 表(W)、 无 功 功 率 表 (var)、 有 功 电 度 表 (Wh)、 无 功 电 度 表(varh)等 。 绝 缘 监 视 装 置 用 于 小 接 地 电 流 的 系 统 中 ， 以 便 及时 发 现 单 相 接 地 故 障 ， 设 法 处 理 ， 以 免 故 障 发 展 为 两相 接 地 短 路 ， 造 成 停 电 事 故 。 绝 缘 监 视 装 置 可 采 用 三 个 单 相 双 绕 组 电 压 互 感 器和 三 只 电 压 表 ， 也 可 采 用 三 个 单 相 三 绕 组 电 压 互 感 器或 一 个 三 相 五 芯 柱 三 绕 组 电 压 互 感 器 ， 接 成 Y0的 二 次绕 组 ， 其 中 三 只 电 压 表 均 接 各 相 的 相 电 压 。 概 述 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 性 的 ， 这 些 故 障 在 断 路 器 跳 闸 后 ， 多 数 能 很 快地 自 行 消 除 。 线 路 大 多 能 恢 复 正 常 运 行 。 因 此 ， 如 采 用 自 动重 合 闸 装 置 （ 简 称 ARD） ， 使 断 路 器 在 跳 闸 后 ， 经 极 短 时 间 又自 动 重 新 合 闸 ， 从 而 可 大 大 提 高 供 电 可 靠 性 ， 避 免 因 停 电 而给 国 民 经 济 带 来 的 巨 大 损 失 。 自 动 重 合 闸 装 置 按 其 操 作 方 式 分 ， 有 机 械 式 和 电 气 式 ；按 组 成 元 件 分 ， 有 机 电 型 和 晶 体 管 型 ； 按 重 合 次 数 分 ， 有 一次 重 合 式 、 二 次 重 合 式 和 三 次 重 合 式 。 供 配 电 系 统 中 采 用 的 ARD， 一 般 是 一 次 重 合 式 ， 因为 一 次 重 合 式 ， 比 较 简 单 经 济 ， 而 且 基 本 上 能 满 足 供 电可 靠 性 要 求 。 运 行 经 验 证 明 ， ARD的 重 合 功 率 随 着 重 合次 数 的 增 加 而 显 著 降 低 。 对 架 空 线 路 来 说 ， 一 次 重 合 成功 率 可 达 60% 90%， 而 二 次 重 合 成 功 率 只 有 15%左 右 ，三 次 重 合 成 功 率 仅 3%左 右 。 因 此 ， 一 般 工 矿 企 业 的 供 配电 系 统 中 只 采 用 一 次 重 合 闸 。 电 气 一 次 ARD的 基 本 原 理 和 要 求 （ 1） 手 动 合 闸 按 下 合 闸 按 钮 SB1， 使 合 闸 接 触 器 KO通 电 动 作 ， 从 而 使 合 闸 线 圈 YO动 作 ， 使 断 路 器 合 闸 。 （ 2） 手 动 跳 闸 按 下 跳 闸 按 钮 SB2， 接 通 跳 闸 线 圈 YR的 回 路 ， 使 断 路 器 跳 闸 概 述 在 要 求 供 电 可 靠 性 较 高 的 企 业 变 配 电 所 中 ， 通常 设 有 两 路 及 以 上 的 电 源 进 线 ， 或 设 有 厂 用 自 备 电源 。 在 车 间 变 电 所 低 压 侧 ， 大 多 设 有 与 相 邻 车 间 变电 所 相 连 的 低 压 联 络 线 。 如 果 在 作 为 备 用 电 源 的 线路 上 装 设 备 用 电 源 自 动 投 入 装 置 （ 简 称 APD） ， 则在 工 作 电 源 线 路 突 然 断 电 时 ， 利 用 失 压 保 护 装 置 使该 线 路 的 断 路 器 跳 闸 ， 而 备 用 电 源 线 路 的 断 路 器 则在 APD作 用 下 迅 速 合 闸 ， 使 备 用 电 源 投 入 运 行 ， 从而 大 大 提 高 供 电 可 靠 性 。 APD的 基 本 原 理 高 压 双 电 源 互 为 备 用 的 APD电 路 示 例 注：“”表示触点接通。 概 述 随 着 工 业 生 产 的 发 展 和 科 学 技 术 的 进 步 ， 有 的 企业 特 别 大 型 企 业 供 配 电 系 统 的 控 制 、 信 号 和 监 测 工 作 ，已 开 由 人 工 管 理 、 就 地 监 控 发 展 为 运 动 化 ， 实 现 遥 控 、遥 信 、 遥 测 ， 即 所 谓 “ 三 遥 ” ； 如 加 上 遥 调 ， 即 所 谓“ 四 遥 ” 。 供 配 电 系 统 的 运 动 装 置 ， 现 在 多 采 用 微 机 （ 微 型电 子 计 算 机 ） 来 实 现 。 微 机 控 制 的 供 电 系 统 运 动 装 置 简 介 微 机 控 制 的 供 电 系 统 运 动 装 置 ， 由 调 度 端 、 执行 端 及 联 系 两 端 的 信 号 通 道 等 三 部 分 组 成 。 1 调 度 端 调 度 端 由 操 纵 台 和 数 据 处 理 用 微 机 组 成 。操 纵 台 包 括 ： 供 电 系 统 模 拟 盘 ， 其 上 绘 有 供 电 系 统主 电 路 图 ， 主 电 路 图 上 每 台 断 路 器 都 装 有 跳 、 合 闸 状态 指 示 灯 。 数 据 采 集 和 监 倥 用 计 算 机 系 统 一 套 ， 包括 ： 主 机 一 台 ， 用 以 发 出 各 项 指 令 进 行 操 作 ； 打 印 机一 台 ， 可 根 据 指 令 随 时 打 印 出 所 需 要 的 数 据 资 料 ； 彩色 CRT（ 显 示 器 ） 一 台 ， 用 以 显 示 系 统 全 部 或 局 部 的工 作 状 态 和 有 关 数 据 以 及 各 种 操 作 命 令 和 事 故 状 态 等 。 若 干 路 就 地 常 测 入 口 ， 通 过 数 字 表 ， 将 信 号 输 入 计算 机 ， 并 用 以 随 时 显 示 全 厂 电 源 进 线 的 电 压 和 功 率 。 通 信 接 口 ， 用 以 完 成 与 数 据 处 理 用 微 机 之 间 的 通 信联 络 。 数 据 处 理 用 微 机 的 功 能 主 要 有 ： 根 据 所 记 录 的 全 天 小 时 平 均 负 荷 绘 出 全 厂 用 电 负 荷曲 线 ； 按 全 厂 有 功 电 能 、 功 率 因 数 及 最 大 需 电 量 等 计 算 每月 总 电 费 ； 统 计 全 厂 高 峰 负 荷 时 间 的 用 电 量 ； 根 据 需 要 ， 统 计 各 配 电 线 路 的 用 电 情 况 ； 统 计 和 分 析 系 统 的 运 行 情 况 及 事 故 情 况 等 。2 信 号 通 道 信 号 通 道 是 用 来 传 递 调 度 端 操 纵 台 与 执 行 端 控 制箱 之 间 往 返 的 信 号 用 的 通 道 ， 一 般 采 用 带 屏 蔽 的 电 话电 缆 ， 控 制 距 离 小 于 1km时 ， 也 可 才 用 控 制 电 缆 或 塑料 绝 缘 导 体 线 。 通 道 的 敷 设 一 般 采 用 树 干 式 ， 各 车 间变 电 所 通 过 分 线 盒 与 之 相 联 。 4 电 能 遥 测遥 测 有 功 和 无 功 电 能 按 GB501711992 电 气 装 置 安 装 工 程 盘 、 柜 及 二 次 回 路结 线 施 工 及 验 收 规 范 规 定 ， 二 次 回 路 的 接 线 应 符 合 下 列 要 求 ： （ 1） 按 图 施 工 ， 接 线 正 确 。 （ 2） 导 线 与 电 气 元 件 间 采 用 螺 栓 连 接 、 插 接 、 焊 接 或 压 接 等 ，均 应 牢 固 可 靠 。 （ 3） 盘 、 柜 内 的 导 线 不 应 有 接 头 ， 导 体 芯 线 应 无 损 伤 。（ 4） 电 缆 芯 线 和 所 配 导 线 的 端 部 均 应 标 明 其 回 路 编 号 ， 编 号正 确 ， 字 迹 清 晰 且 不 易 脱 色 。 （ 5） 配 线 应 整 齐 、 清 晰 、 美 观 、 导 体 绝 缘 应 良 好 ， 无 损 伤 。（ 6） 每 个 接 线 端 子 的 每 侧 接 线 应 为 1根 ， 不 得 超 过 2根 。 （ 7） 二 次 回 路 接 地 应 设 专 用 螺 栓 。 （ 8） 盘 、 柜 内 的 配 线 ， 电 流 回 路 应 采 用 电 压 不 低 于500V的 铜 芯 绝 缘 导 体 ， 其 截 面 不 应 小 于 2.5mm2； 其他 回 路 截 面 积 不 应 小 于 1.5 mm2； 对 电 子 元 件 回 路 、弱 电 回 路 采 用 锡 焊 连 接 时 ， 在 满 足 载 流 量 和 电 压 降及 有 足 够 机 械 强 度 的 情 况 下 ， 可 采 用 不 小 于 0.5 mm2截 面 的 绝 缘 导 体 。 用 于 连 接 门 上 的 电 器 、 控 制 台 板 等 可 动 部 分 的导 体 ， 还 应 符 合 下 列 要 求 ：（ 1） 采 用 多 股 软 导 线 ， 敷 设 长 度 应 有 适 当 裕 度 。（ 2） 线 束 应 有 外 套 塑 料 管 等 加 强 绝 缘 层 。（ 3） 与 电 器 连 接 时 ， 端 部 应 绞 紧 ， 并 应 加 终 端 附 或搪 锡 ， 不 得 松 动 、 断 股 。（ 4） 在 可 动 部 位 两 端 应 用 卡 子 固 定 。 引 入 盘 、 柜 内 的 电 缆 及 其 芯 线 应 符 合 下 列 要 求 ： （ 1） 引 入 盘 、 柜 的 电 缆 应 排 列 整 齐 ， 编 号 清 晰 ， 避免 交 叉 ， 并 应 固 定 牢 固 ， 不 得 使 所 接 的 端 子 排 受 到 机械 应 力 。 （ 2） 铠 装 电 缆 在 进 入 盘 、 柜 后 ， 应 将 钢 带 切 断 ， 切断 处 的 端 部 应 扎 紧 ， 并 应 将 钢 带 接 地 。 （ 3） 使 用 于 静 态 保 护 、 控 制 等 逻 辑 回 路 的 控 制 电 缆 ，应 采 用 屏 蔽 电 缆 ， 其 屏 蔽 层 应 按 设 计 要 求 的 接 地 方 式予 以 接 地 。 （ 4） 橡 胶 绝 缘 的 芯 线 应 外 套 绝 缘 管 保 护 。 （ 5） 盘 、 柜 内 的 电 缆 芯 线 ， 应 按 垂 直 或 水 平 有 规 律地 配 置 ， 不 得 任 意 歪 斜 交 叉 连 接 。 备 用 芯 长 应 留 有 适当 余 量 。 （ 6） 强 、 弱 电 回 路 不 应 使 用 同 一 根 电 缆 ， 并 应 分 别成 束 分 开 排 列 。 7.5.2 二 次 回 路 接 线 图 的 绘 制 接 线 图 的 绘 制 要 求 应 遵 循 GB6988.51996 电 气 制图 接 线 图 和 接 线 表 的 规 定 ， 其 图 形 符 号 应 符 合GB47281954.85 电 气 图 用 图 形 符 号 的 有 关 规 定 ， 其文 字 符 号 包 括 项 目 代 号 应 符 合 GB50941985 电 气 技 术中 的 项 目 代 号 及 GB71591987 电 气 技 术 中 的 文 字 符号 制 订 通 则 的 有 关 规 定 。 接 线 图 的 绘 制 方 法1、 二 次 设 备 的 表 示 方 法二 次 设 备 都 必 须 按 GB50941985标 明 其 项 目 种 类 代 号 。2、 接 端 子 的 表 示 方 法盘 （ 柜 ） 外 的 导 线 或 设 备 与 盘 上 的 二 次 设 备 相 连 时 ， 必须 经 过 端 子 排 。 端 子 排 由 专 门 的 接 线 端 子 板 组 合 而 成 。 接 线 端 子 板 分 为 普 通 端 子 、 连 接 端 子 、 实 验 端 子和 终 端 端 子 等 形 式 。 在 二 次 回 路 接 线 图 中 ， 端 子 排 中 各 种 形 式 端 子 板 的 符号 标 志 如 上 图 所 示 。 端 子 （ 板 ） 的 文 字 符 号 为 X， 端 子 的 前 缀 符 号 为 “ ： ” 。 实 验 端 子 板 的 结 构 和 应 用 3 连 接 导 线 的 表 示 方 法 二 次 回 路 接 线 图 中 端 子 之 间 的 连 接 导 线 有 以 下 两种 表 示 方 法 ：1） 连 续 表 示 法 如 图 a)所 示 。 中 断 线 表 示 法 。 如 图 b)所 示 。a) 连 续 线 表 示 法 b)中 断 线 表 示 法 是 通 过 硅 整 流 设 备 ， 将 交 流 电 源 变 换 为 直 流 电 源 ，作 为 发 电 厂 和 变 电 所 的 直 流 操 作 电 源 。一 、 硅 整 流 电 容 储 能 直 流 系 统储 能 电 容 器 组 为 了 保 证 在 交 流 系 统 发 生 短 路 故 障 时 ，仍 然 能 使 控 制 、 保 护 及 断 路 器 可 靠 动 作 。两 组 整 流 器 U1和 U2。 U1容 量 大 ， 供 给 合 闸 电 源 ； U2容 量 小 ， 供 给 控 制 、 保 护 电 源 。 V3保 证 只 能 由 U1 向 U2供 电 。 V1、 V2保 证 储 能 电 容 器 组 不 向 直 流 母 线 供 电 。整流操作的直流系统 二 、 复 式 整 流 的 直 流 操 作 电 源电 压 源电 流 源 返 回输 出 功 率 更 大 ，电 压 稳 定 性 更 好 蓄电池直流系统 返回