供配电技术基础 教学课件 ppt 作者 马誌溪 第6章 二次系统

第6章 二次系统,6.1 概述 6.1.1概念 如前所述，一次回路是直接生产、输送、分配电能的电气设备，包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、输电线路等构成的系统，又称为一次系统，是电力系统的主体。而二次回路则是对一次回路进行监测、计量、控制、保护、及调节的系统，又称为二次系统。二次回路在供配电系统中虽然是一次回路的辅助系统，但它对一次回路的安全、可靠、优质和经济合理地运行有着十分重要的作用，是供配电系统中不可缺少的重要组成部分。二次回路的功能如图6-1所示。,图6-1 供配电系统的二次回路功能示意图(点画线框内为一次回路),6.1.2 分类,1. 按电源性质分 分为直流回路和交流回路，交流回路又分由电流互感器供电的交流电流回路和由电压互感器供电的交流电压回路。 2. 按用途分 分为操作电源回路、测量表计（或计量表计）和监视回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护回路和自动装置回路等。,3. 按表达方式分 （1）原理结线图 用来表示二次回路中各设备的电气联系和工作原理，按功能绘制，如控制回路、保护回路、信号回路等。又分为： 1）归总式。采用集中表示方法，即在原理图中与一次接线有关的部分各设备是用整体的形式画在一起。当设备较多时，接线相互交叉太多，不易表示清楚，故多在介绍原理时使用。,2）展开式。将每套装置的各部分按功能分开绘制，如交流电流回路、交流电压回路、直流操作回路和信号回路等。它常拆开同一仪表或继电器的电流线圈、电压线圈和触点，分画在不同回路里。故必须注意将同一元件的线圈和触点用相同的文字符号表示。展开式接线图中，回路右侧附有文字说明，便于理解。其特点是条理清晰、易阅读、便分析和检查，对复杂的二次回路更显突出。实际工作中，展开图用的最多。 （2）安装接线图 它是根据施工安装的要求，表示二次设备的具体位置和布线方式的图，包括平面布置图、端子排图和屏后安装接线图。安装接线图是以设备（如开关柜、继电器屏、信号屏等）为对象绘制，是生产制造、现场施工安装、维护必不可少的图纸。,6.1.3 二次系统的电源,1. 操作电源 （1）要求 它是供给全变配电所开关电器的控制、继电保护、自动装置和中央信号等系统的电源，其基本要求如下。 1）保证供电的可靠性。 2）具有足够的容量。 3）纹波系数小 不大于5。 4）使用寿命、维护工作量、设备投资、布置面积均应合理。,（2）分类 直流操作电源 1）变电站的直流负荷 按其用电特性可分为三种。 经常性负荷：在各种运行状态下，由直流电源不间断地供电，比如，经常带电的直流继电器、信号灯、位置指示器和经常点燃的直流照明灯；由直流供电的交流不停电电源，即逆变电源装置；为弱电控制提供的弱电电源变换装置。, 事故性负荷：事故情况下必须由直流电源供电的负荷，包括应急照明、汽轮机或一些重要辅助机械的润滑油泵和载波通信的备用电源等。 冲击负荷：断路器合闸时的短时冲击电流及此时直流母线所承受的其他负荷（包括经常性负荷和事故负荷）电流的总和。 2）蓄电池组供电的直流操作电源 在一些大中型变电所中，可采用蓄电池组作直流操作电源。 蓄电池。 铅酸蓄电池-由二氧化铅（Pb02）的正极板、铅的负极板和密度1.21.3g/cm³为的稀硫酸电解液组成。,单个铅酸蓄电池的额定端电压为2V，充电后可达2.7V，放电后降到1.95V。为满足220V的操作电压，需要2301.95118个，考虑到充电后端电压升高，为保证直流系统正常电压，长期接入操作电源母线的蓄电池个数为2302.788个，而1188830个蓄电池用于调节电压，接于专门的调节开关上。 蓄电池使用一段时间后，电压下降，需用专门的充电装置充电。它不受供电系统影响，工作可靠，但有一定危险性和污染性，需专门的蓄电池室放置，且需考虑防腐、防爆，投资大。因此，变电所现已不大采用。,镉镍蓄电池-由氢氧化镍Ni(OH)3或三氧化镍（Ni2O3）的活性物质构成的正极板、镉（ cd）的负极板，氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）等碱溶液构成的电解液组成。 电解液仅传导电流，不参加反应，充放电过程中密度不变。单个镉镍蓄电池的端电压额定值为1.2V，充电后可达1.75V，由硅整流设备采用浮充电或强充电方式充电。镉镍蓄电池的特点是不受供电系统影响、工作可靠、腐蚀性小、大电流放电性能好、比功率大、强度高、寿命长、不需专门的蓄电池室，可安装于控制室，故大中型变电所中应用普遍。,阀控式密封铅酸蓄电池-它在使用过程中可以保持阀控式密封，不需加酸、加水维护，无酸雾逸出，不污染环境，腐蚀设备，电池可立放、卧放或积木式安装，不需考虑防酸问题。鉴于其优良的性能，在近几年来新型免维护的阀控式密封铅酸蓄电池组得到了迅猛发展，已成为替代普通铅酸蓄电池和镉镍电池的理想产品，推荐用于35kV及以下变电所。, 蓄电池的容量：在指定的放电条件下（温度、放电电流、终止电压）所放出的电量，称为蓄电池的容量（Q），单位为A.h（安培小时），是蓄电池蓄电能力的重要标志。蓄电池的容量一般分为额定容量和实际容量：额定容量指充足电的蓄电池在25时，以10h放电率所能放出的电能；实际容量与放电电流、温度、电解液的密度及质量、充电程度等因素有关。放电率可用放电电流表示，也可用放电到终止电压的时间来表示，单位为h（小时）。,蓄电池不允许用过大的电流放电，但可在几秒钟的短时间内承担冲击电流，此电流可比长期放电电流大很多，因此可作为电磁型操作机构的合闸电源。每一种蓄电池都有其允许的最大放电电流值，允许时间为5s。 蓄电池的运行方式。 充电放电方式 蓄电池供电-1QK断（2、5处于中间位置），2QK合，供电电流为I2； 蓄电池充电-1QK向右（2356通），2QK合，充电电流为I1；为保证事故情况下蓄电池可靠工作，放电到容量的6070，即应向蓄电池组充电，以联动的选择开关12S调整蓄电池充放电数量；,整流电源供电（蓄电池停止工作）-1QK左（1245通），2QK断，供电电流I2，充放电过程为维持直流母线电压。 充电放电运行方式工作的缺点是需频繁地充电，通常每隔12昼夜充电一次，蓄电池老化快，使用寿命短，运行维护较复杂，所以，这种运行方式很少采用。 浮充电运行方式（见图6-2） 此时1QK向右（2356通），2QK合，整流电源供给的电流为I1、的矢量和。浮充电运行方式蓄电池和浮充电硅整流设备并联工作。正常运行时，硅整流设备给负荷供电，同时以很小电流向蓄电池浮充电，用以补偿蓄电池自放电，使蓄电池经常处于满充电状态，并承担短时的冲击负荷，这大大减少了充电次数。既提高了直流系统供电的可靠性，又提高了蓄电池的使用寿命，所以得到了广泛应用。,图6-2 蓄电池充电放电方式简化电路图,3) 硅整流直流操作电源。 硅整流带电容储能的直流操作电源：单独用整流器供电，当交流供电电压降低或消失时，直接影响直流系统正常工作。而采用此方式，系统正常时整流器供电并对电容器储能；交流电压低或消失时，电容器已储能可供电。电磁式操作机构为电容储能，弹簧操作机构为电动机储能。 其电容储能式硅整流直流系统示意如图6-3所示。硅整流装置的电源来自所用变压器的低压母线。为保证可靠性，采用两路电源和两台硅整流装置，其中U1容量大，主要用作断路器合闸回路电源，并可向保护和信号回路供电；U2容量小，仅向控制、保护和信号回路供电。两组硅整流之间用电阻R和二极管V3隔开。 V3起逆止作用，只允许合闸母线向控制母线供电，而不允许反向供电。电阻R起保护V3作用，限制控制母线短路时流过V3的电流。,在直流母线上引出了若干条线路，分别向合闸回路、信号回路、保护回路等供电。在保护回路中C1、C2为储能电容器组，所储存的电能作为事故情况下继电保护回路和跳闸回路的操作电源。逆止元件V1、V2的作用是在事故情况下，交流电源电压降低引起操作电压降低时，禁止电容器向控制母线WC供电，仅向保护回路供电。为防止储能电容器开路或老化，即电容器容量降低或失效，用绝缘监视装置监视正负母线及直流回路对地绝缘电阻。并定期检查电容器的电压、泄漏电流和容量。闪光装置自±WC取得电源，产生断续电源供±WF（“WC”与“WF”共同一母线），以作闪光信号电源。 储能电容器多采用容量大的电解电容器，其容量应能保证继电保护和跳闸线圈回路可靠地动作,图6-3 硅整流带电容储能直流系统原理图,C1，C2储能电容器；WC控制小母线；WF闪光信号小母线；WO合闸小母线, 复式整流的直流操作电源：见图6-4，复式整流指提供直流操作电压的整流器电源有两个： 电压源由所用变压器或电压互感器供电； 电流源由电流互感器供电。 然后经铁磁谐振稳压器（当稳压要求较高时装设）和硅整流器供电给控制等二次回路。由于复式整流装置有电压源和电流源，因此能保证供电系统正常和事故情况下均能可靠地供电给直流系统。与电容储能式相比，复式整流装置的输出功率更大，电压稳定性更好。, 交流操作电源 交流操作电源有两种途径获得： 1)所用电变压器； 2)互感器 当保护、控制、信号回路的容量不大时，取自电流互感器，电压互感器的二次侧。 当交流操作电源取自电流、电压互感器时，通常在电压互感器二次侧安装100/220V的隔离变压器。但用于保护的操作电源时，取自电流互感器，利用短路电流本身进行保护，并使断路器跳闸，从而切除故障。,图6-4 复式整流装置的结线示意图 TA电流互感器 TV电压互感器 U1、U2硅整流器,图6-5为常用的去分流跳闸操作方式的过电流保护回路原理接线。线路正常工作时，由于继电器KA 的动断触点闭合，跳闸线圈YR被短接，断路器闭合运行；当线路发生过电流故障时，KA动作，其动断触点断开，它对跳闸线圈YR的分流作用失去。电流互感器二次侧电流流过YR，YR动作，则断路器分闸。,图6-5 以短路时TA二次侧电流为电源的“去分流跳闸电路”原理图,交流操作系统中，按各回路的功能，也设置相应的操作电源母线，如控制母线、闪光小母线、事故信号和预告信号小母线等。各回路的电路结构与直流操作系统中相应回路的电路结构相似，原理也基本相同，差别在于交流操作系统均使用交流电气元件，直流操作系统均使用直流电气元件。 交流操作电源的优点是：接线简单、投资低廉、维修方便。缺点是：交流继电器性能没有直流继电器完善，不能构成复杂的保护。因此，交流操作电源一般用于满足继电保护要求，出线回路少的小型变配电站。保护要求较高的中小型变配电站，采用直流操作电源。,一般所用电源直接引自该变电所的变压器0.22/0.38kV侧，重要变电所应从来自不同电源的两台变压器二次侧取得两回电源。规模大的变、配电所，设专用的所用变压器。 2.变、配电所所用电源 变、配电所为维持自身的正常运转的开关操作系统、控制回路、信号回路、保护回路以及照明、维修等需要的电源，统称为所用电源。所用电源非常重要，它是变电站正常供电的基础，因此所用电源的负荷等级与变配电站供电范围的最高负荷等级相同。,6.2 高压断路器的控制和信号回路,6.2.1概述 1.控制回路 （1）控制方式 高压断路器的控制回路指控制（操作）高压断路器分、合闸的回路，其控制方式可分为两种： 1）就地控制。一般10kV及以下的断路器多采用就地控制，其控制机构就安装在执行机构所在的高压开关柜上，因而无需控制电缆；,2）集中控制 35kV以上的断路器多采用集中控制。其控制机构安装在距离设备几十或几百米以外的控制室内，控制屏上有相应的灯光信号反映出断路器的位置状态，控制机构与执行机构间需通过控制电缆联络。 （2）构成 1）控制机构。即发出分、合闸命令的控制开关或控制按钮，常用的控制开关是LW2系列（现以LW39取代）自动复位组合开关。 LW2型组合开关的结构。外形结构如图 6-6所示，触点盒共有14种，一般采用la、4、6a、 20、40五种类型。,图6-6 LW2系列控制开