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项目五 二次回路和继电保护
内容：供配电系统的二次回路是实现供配电系统安全、经济、稳定运行的重要保障。继点保护是变电站二次回路的重要组成部分，也是供配电设计的主要内容。
重点：供配电系统的二次回路；继电保护的基本知识和理论；电力变压器的继电保护；电力线路的继电保护；继电保护的整定计算方法。
项目概述
一、供配电系统的二次回路
二次回路
由二次设备组成，用来对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路，又称作二次接线系统。
是实现供配电系统安全、经济、稳定运行的重要保障。随着变电站自动化水平的提高，二次回路将起到越来越大的作用。
二次回路接线图可为现场技术人员对电气设备的安装、调试、检修、试验、查线等提供重要技术资料。
二次回路可反映一次系统的工作状态及控制、调整一次设备。当一次系统发生事故时，能够立即动作，使故障部分退出运行。
二、供配电系统的继电保护
继电保护是用来提高供配电系统运行可靠性的反事故自动装置。继电保护与其他自动装置配合工作时，还可提高供配电系统运行的稳定性，所以，继电保护是电力系统自动化的重要内容之一。
任务一 认识供配电系统的二次回路
【任务陈述】
二次回路是由继电保护、安全自动控制、系统通讯、调度自动化、DCS自动控制系统等组成的系统，是供配电系统不可缺少的重要组成部分，也是实现人与一次系统的联系监视、控制，使一次系统能安全经济地运行。通过本任务，学习者应了解供配电系统二次回路操作电源的组成及作用；理解二次回路中电测量仪表与绝缘监察装置的布置与用途；理解各种信号回路的分析方法；了解高压断路器控制及信号回路，掌握二次回路的相关技能。型变电站任务的不同，掌握工厂变电站位置的选择原则。
一、二次回路的操作电源
操作电源主要供电给控制、保护、信号、自动装置回路以及操动机械和调节机械的传动机构；供事故照明、直流油泵及交流不停电电源用电，以保证事故保安负荷的工作。直流操作电源主要用于大、中型变配电所；交流操作电源通常用于小型变电站。
【知识准备】
1. 直流操作电源
大中型变电站中的直流操作电源，主要有铅酸蓄电池和镉镍蓄电池两种。
（1）铅酸蓄电池
铅酸蓄电池由二氧化铅的正极板、铅的负极板和密度1.2~1.3g/cm3的稀硫酸电解液组成。其放电和充电时的化学反应式为：
优点：工作性能可靠。
缺点：危险、腐蚀、维护量大和占用空间等。
（2）镉镍蓄电池
镉镍蓄电池由正极板、负极板、电解液组成。正极板为氢氧化镍或三氧化镍，负极板为镉，电解液为氢氧化钾或氢氧化钠等碱溶液。
特点：工作性能可靠、腐蚀性小、大电流放电性能好、强度高和寿命长等，不需专门的蓄电池室，在大中型变电站应用普遍。
镉镍蓄电池组的放电和充电时的化学反应式为：
（3）蓄电池的运行方式
蓄电池的运行方式有充电—放电运行方式和浮充电运行方式两种。
①充电-放电运行方式
② 浮充电运行方式
蓄电池组通常采用浮充电法，即先将蓄电池充好电，然后将浮充电设备和蓄电池并联工作，浮充电设备既给直流母线上的经常性负荷供电，又以不大的电流向蓄电池浮充电，用来补偿蓄电池由于自放电而损失的能量，使蓄电池经常处于满充电状态，延长了蓄电池的寿命。
2.硅整流直流操作电源
平时硅整流电源将厂用交流电变为直流电供给操作、保护及信号回路，并向电容器组充电。
采用硅整流电容储能装置后，一般应有两个独立电源供电，一个接硅整流装置，一个备用。
特点：价格便宜，占地面积小、维护量小、不需充电装置。但可靠性差，需加装补偿电容和交流电源自动投切装置，二次回路复杂。
当电力系统发生故障时若引起厂用电源电压下降，则整流直流电压也相应下降，但充足电的电容器组可对继电保护装置和断路器跳闸线圈放电，使断路器可靠跳闸，从而保证电站运行的安全。
硅整流电容储能直流系统原理图
WO-合闸小母线 WC-控制小母线 WF-闪光小母线 1C和2C-储能电容器
3.闪光装置
直流母线上还接有直流绝缘星宿装置和闪光装置。当某一母线对地绝缘电阻降低时，检测继电器动作发出信号，闪光装置提供闪光电源，工作原理如图所示：
正常工作时，闪光小母线+WF不带电，当系统或二次回路发生故障时，继电器1K动作，使信号灯HL接于闪光小母线+WF上，闪光装置工作，利用与继电器K并联的电容器C的充放电，使继电器交替动作和释放，从而闪光小母线+WF电压交替升高和降低，信号灯发出闪光信号。
2. 交流操作电源
交流操作电源可取自于所用电变压器，当保护、控制、信号回路的容量不大时，也可取自于电流互感器、电压互感器的二次侧。
优点：接线简单、投资小，维护方便。
缺点：不完善、不能构成复杂的保护。
(1)站用变压器及其供电系统
交流操作电源一般由主变压器供电，如图所示。这种交流操作电源适用于小型变电站。
站用变一般都接在电源的进线处。
一般情况下，采用一台站用变即可，但对一些重要的变电站，要求有可靠的站用电源，此电源不仅在正常情况下能保证供电给操作电源，而且应考虑在全站停电或站用电源发生故障时，仍能实现对电源进线断路器的操作和事故照明的用电，这时一般设有两台互为备用的站用主变。
二、 电测量仪表与绝缘监视装置
供配电系统中的电气测量有三个目的：一是计费测量；；二是对供电系统中运行状态、技术经济分析所进行的测量；；三是对交、直流系统的安全状况进行监测。目的不同，对测量仪表的要求也不一样。
1.电测量仪表配置
①供配电系统的每一条电源进线上，必须装设计费用的有功电度表和无功电度表及反映电流大小的电流表。通常采用标准计量柜，计量柜内有计量专用电流、电压互感器。
②在变电站的每一段3~10kV母线上，必须装设电压表4只，其中一只测量线电压，其它三只测量相电压。
③35/6kV～10kV变压器应在高压侧或低压侧装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电度表和无功电度表各一只；6～10/0.4kV的配电变压器，应在高压侧或低压侧装设一只电流表和一只有功电度表，如为单独经济核算的单位变压器还应装设一只无功电度表。
有功电度表
无功电度表
电压表
电流表
④3~10kV配电线路应装设电流表，有功电度表，无功电度表各一只，如不是单独经济核算单位时，无功电度表可不装设。当线路负荷大于5000kVA及以上时，应装设一只有功功率表。
⑤低压动力线路上应装一只电流表。55kW及以上电动机回路应装一只电流表。照明和动力混合供电的线路上，照明负荷占总负荷的15%及以上时，应在每相上装一只电流表。如需电能计量，一般还应装设一只三相四线有功电能表。
⑥三相负荷不平衡程度大于10%的高压线路和大于5%的低压线路应装3只电流表，照明变压器、照明与动力公用的变压器应装3只电流表。
⑦电容器组总回路的每相应装设一只电流表，并应装设一只无功电能表。
（2）仪表的准确度要求
①电测量奘置的准确度不应低于表6-1的规定。指针式仪表选用1.5级，数字式仪表选用0.5级。交流指示仪表的综合准确度不应低于2.5级, 直流指示仪表的综合准确度不应低于1.5级，接于电测量变送器二次侧仪表的准确度不应低于1.0级。用于电测量奘置的电流、电压互感器及附件、配件的准确度不应低于表8-3的规定。
②电能计量装置按其计量对象的重要程度和计量电能的多少分为五类：
Ⅰ类电能计量装置：月用电量5000MWh及以上或变压器容量为10MVA及以上的高压用户；
Ⅱ类电能计量装置：月用电量1000MWh及以上或变压器容量为2MVA及以上的高压用户；
Ⅲ类电能计量装置：月用电量100MWh及以上或负荷容量为315kVA及以上的计费用户、用户内部用于承包考核用的计量点；
Ⅳ类电能计量装置：负荷容量为315kVA及以下的计费用户、用户内部技术经济指标分析、考核用的电能计量装置；
Ⅴ类电能计量装置：单相电力用户计费用的电能计量装置。
电能计量装置的准确度不应低于表6-3的规定。
2. 直流绝缘监察回路
两点接地的危害
如图中A、B两点接地时，就会使跳闸线圈YR得电而造成误跳闸事故。
因此，直流系统中应装设绝缘监察装置，以便及时发现直流系统的接地故障，尽快找出接地点，隔离故障点并排除故障。
直流系统中，正、负母线对地是悬空的，当发生一点接地时，并不会引起任何危害，但必须及时消除，否则当另一点接地时，会引起信号回路、控制回路、继电保护回路和自动装置回路的误动作。
正常状态下，直流母线正极和负极的对地绝缘良好，电阻R+和R-相等，继电器KE线圈中只有微小的不平衡电流通过，继电器不动作。
直流绝缘监视装置回路图
当某极绝缘电阻下降到一定值时，流过继电器KE线圈的电流增大，继电器KE动作，其常开触点闭合，发出预告信号，光字牌亮，同时发出音响信号。利用转换开关ST和电压表2V，可判别哪一极接地。利用转换开关1SL和电压表1V，读直流系统总的绝缘电阻，计算每极对地绝缘电阻。
供配电系统中，保护装置或监测装置动作后都要通过信号系统发出相应的信号提示运行人员。这个信号系统称为中央信号系统。
中央信号有以下几种类型：
断路器发生事故跳闸时，启动蜂鸣器（或电笛）发出声响，同时断路器的位置指示灯发出闪光，事故类型光字牌亮，指示故障的位置和类型。
①事故信号
当电气设备出现不正常运行状态时，启动警铃发出声响信号，同时标有故障性质的光字牌点亮，指示不正常运行状态的类型，如变压器过负荷、控制回路断线等。
②预告信号
三、 中央信号回路
位置信号包括断路器位置（如灯光指示或操动机构分合闸位置指示器）和隔离开关位置信号等。
③位置信号
用于主控制室向其它控制室发出操作命令和控制室之间的联系。
④指挥信号和联系信号
①中央事故信号装置应保证在任一断路器事故跳闸后，立即发出音响信号和灯光信号；
1. 对中央信号回路的要求
②中央预告信号装置应保证在任一电路发生故障时，能按要求（瞬时或延时）发出音响信号和灯光信号；
③中央事故音响信号与预告音响信号应有区别。一般事故音响信号电笛或蜂鸣器，预告音响信号用电铃；
④中央信号装置在发出音响信号后，应能手动或自动复归（解除）音响，而灯光信号及其它指示信号应保持到消除故障为止。
⑤接线应简单、可靠，应能监视信号回路的完好性。
⑥应能对事故信号、预告信号及其光字牌是否完好进行试验。
⑦中央信号一般采用重复动作的信号装置，变配电所主接线比较简单时可采用不重复动作的中央信号装置。
2. 中央事故信号回路
中央事故信号按操作电源分为交流和直流两类。按复归方法，可分为就地复归和中央复归两种。按其能否重复动作分为不重复动作和重复动作两种。
（1）集中复归不重复动作的信号回路
设断路器1QF因事故跳闸，事故信号回路起动，蜂鸣器HB发出声响。按2SB复归按钮解除音响。若此时2QF又发生了事故跳闸，蜂鸣器将不会发出声响，这就叫做“不能重复动作”。能在控制室手动复归称中央复归。1SB为试验按钮，用于检查事故音响是否完好。
(2)中央复归重复动作的事故信号回路
“重复动作”是利用控制开关与断路器辅助触点之间不对应回路中的附加电阻和信号冲击继电器实现的。
3. 中央预告信号回路
中央预告信号指在供电系统中出现不正常工作状态时发出的音响信号。中央预告信号装置分有直流和交流，也有不重复动作和重复动作两种。
(1)中央复归不重复动作预告信号回路
系统发生不正常工作状态时，
反映系统不正常状态的继电器常开触点
不正常工作状态未消除之前KS、HL、KM线圈一直是接通的，当另一设备发生不正常工作状态时， 不能重复发出音响信号，只有相应的光字牌亮。
光字牌亮
(2)中央复归重复动作预告信号回路
系统发生不正常工作状态时
电铃声响
光字牌亮
预告信号音响部分的重复动作也是靠突然并入启动回路电阻，使流过冲击继电器的电流发生突变实现的。启动回路的电阻是光字牌中的灯泡。
四、 高压断路器控制及信号回路
1. 高压断路器控制回路的要求
为了实现对断路器的控制，必须有发出跳、合闸命令的控制机构；执行操作命令的操动机构；以及传送命令到执行机构的中间传送机构等。由这几部分构成的电路，即为高压断路器的控制回路。
对断路器控制回路的基本要求如下：
1.能手动和自动跳闸与合闸；
2.应能监视控制回路操作电源及跳、合闸回路的完好性；应对二次回路短路
或过负荷进行保护 ；
3.在跳闸或合闸完成后，应能自动解除命令脉冲，切断合闸或电源；
4.应有反应断路器手动和自动跳、合闸的位置信号；
5.应具有防止断路器多次跳闸的“防跳”措施；
6.断路器的事故跳闸回路，应按不对应原理接线。
7.对于采用气压、液压和弹簧操动机构的断路器，应有压力是否正常、弹簧
是否拉紧到位的监视和闭锁回路。
2. 电磁操动机构的断路器控制回路
控制开关共有6个位置，其中“跳闸后”和“合闸后”为固定位置，其他为操作时的过渡位置。有时用字母表示6种位置，如“C”表示合闸中，“T”表示跳闸中，“P”表示预备合闸 ，“D”表示合闸后。
(1)控制开关
控制开关是断路器控制回路的主要控制元件，由运行人员操作使断路器跳、合闸，在变电所中常用的是LW2型系列自动复位控制开关，如下图示：
6个位置
(2) 控制回路
手动合闸
闭合
控制开关SA处于跳闸后位置
此时1QF接通，HG绿灯亮，表明断路器为断开状态，同时表明控制回路的两个熔断器完好，但是由于电阻1R的存在，流过合闸接触器线圈KM的电流很小，因此KM并不动作。
此时将SA顺时针旋转90°至预备合闸PC位置，使9、12接通，让信号灯与闪光小母线（+）WF相连。
绿灯HG闪光，表明SA的位置虽然与“合闸后”位置相同，但断路器仍处于“跳闸后”状态，从而提醒运行人员核对操作对象是否有误。
无误时，将SA继续顺时针旋转45°，置于合闸C。SA的5、8接通，使KM接通于+MC和-MC之间，KM1、KM2触点闭合，合闸线圈YO得电，断路器合闸。
断路器手动合闸后，断路器辅助触点1QF断开使绿灯熄灭，2QF闭合，红灯亮16-13接通。但由于2R的存在，流过跳闸线圈YR的电流很小，不足以其触点动作。
2. 电磁操动机构的断路器控制回路
SA继续旋转45°而置于跳闸位置6-7通，使跳闸线圈YR接电，断路器跳闸，红灯熄灭，绿灯发平光。
控制开关SA逆时针旋转90°置于预备跳闸位置，13-14接通闪光母线，使红灯HR发出闪光。
当松开SA后，SA自动回到跳闸后位置，10-11通，绿灯发出平光，表明断路器手动跳闸，又表明合闸回路完好。
手动跳闸
自动装置的继电器触点1K和2K的闭合分别实现合、跳闸控制。红灯发出闪光，表明断路器自动合闸，同时表明跳闸回路完好。绿灯发出闪光，表明断路器自动跳闸，又表明合闸回路完好。
断路器的自动控制
当断路器因故障跳闸时，保护出口继电器触点3K闭合，YR通电，断路器跳闸，HG发出闪光， 运行人员须将SA旋转到相应的位置上，相应的信号灯发平光。
出现多次“跳闸—合闸”现象，称为“跳跃”。跳闸电流流过防跳继电器KTL的电流线圈，使其启动， KTL1常开触点闭合自锁， KTL2常闭触点打开，其KTL电压线圈也动作，自保持。防止了跳跃现象。
断路器的防跳
［任务实施］识读二次回路图
二次回路图主要有二次回路原理接线图、二次回路原理展开图、二次回路安装接线图。
某10kV线路的过电
流保护原理接线如
图所示。
1.原理接线图
其余参看课本。
任务总结
1.二次回路操作电源分为直流和交流两大类。直流操作电源又分为蓄电池供电和硅整流直流操作电源两种。交流操作电源取自变电站主变压器和电压互感器，主要供电给继电保护和跳闸回路。
2.电气测量仪表是监视供电系统运行状况、计量电能消耗必不可少的设备，在装设和使用过程中应家的有关规定进行。绝缘监察装置的作用是专门用于监视中央信号屏上的对地绝缘状况的装置，一般装设在小电流接地系统。
3.中央信号回路和断路器控制回路是二次回路的重要部分，断路器的控制有电磁式自动控制和手动控制等方式。信号系统包括灯光监视系统、音响监视系统和闪光装置等。

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