发电厂及变电站电气二次设备概要

第9章二次设备的选择及二次回路设计基础

教学目的：掌握二次设备的选择、展开接线图中的回路编号、屏面布置图、端子排图、屏背面接线图；

复习旧课：掌握隔离开关的控制回路、隔离开关的位置指示信号、隔离开关的误操作闭锁回路；

重点：掌握二次设备的选择、展开接线图中的回路编号、屏面布置图、端子排图、屏背面接线图；

难点：掌握二次设备的选择、展开接线图中的回路编号、屏面布置图、端子排图、屏背面接线图；

引入新课：

第一节二次设备的选择

一、控制和信号回路的设备选择

1．控制开关的选择

控制开关应根据以下三个条件选择：

（1）回路接线需要的触点数量及触点闭合图表。

（2）操作的频繁程度。

（3）回路的额定电压、额定电流和分断电流。

2．跳、合闸回路中的中间继电器的选择

（1）跳、合闸位置继电器的选择。音响或灯光监视的控制回路，跳、合闸回路中选择位置继电器的要求为：

1）在正常情况下，通过跳、合闸回路的电流应小于其最小动作电流及长期热稳定电流。

2）当直流母线电压为85％额定电压时，加于继电器的电压不小于其额定电压的70％。

（2）跳、合闸继电器的选择。跳闸或合闸继电器电流自保持线圈的额定电流，除因配电磁操作机构的断路器由于合闸电流大，合闸回路设有直流接触器，合闸继电器需按合闸接触器的额定电流选择外，其他跳、合闸继电器均按断路器的合闸或跳闸线圈的额定电流来选择，并保证动作的灵敏系数不小于1. 5。

（3）自动重合闸继电器及其出口信号继电器的选择。自动重合闸继电器及其出口信号继电器额定电流的选择应与其起动元件动作电流相配合，保证动作的灵敏度不小于1. 5。

自动重合闸出口继电器及信号继电器，当其出口直接接至合闸线圈回路时，继电器的额定电流应按合闸接触器或断路器合闸线圈的额定电流来选择。

3．防跳继电器的选择

（1）防跳继电器的选型。电流起动电压自保持的防跳继电器，其动作时间应不大于断路器的固有跳闸时间。DZK 系列快速中间继电器的动作时间不大于

15ms 。

（2）防跳继电器的选择。

1）电流起动电压自保持的防跳继电器，其电流线圈的额定电流的选择应与断路器跳闸线圈的额定电流相配合，并保证动作的灵敏度不小于1. 5。

自保持电压线圈按直流电源的额定电压选择。

2）电流起动线圈动作电流的整定可以根据1）所选用继电器线圈额定电流的80％整定。这样整定能保证当直流母线电压降低到85％时继电器仍能可靠动作。

3）电压自保持线圈按80％额定电压整定为宜。

在接线中应注意防跳继电器线圈的极性。

4．信号继电器和附加电阻的选择

（1）信号继电器和附加电阻选择的原则：

l ）在额定直流电压下，信号继电器动作灵敏度一般不小于1. 4。

2）在0. 8倍额定直流电压下，由于信号继电器的串接而引起回路的压降应不大于额定电压的10％。

3）应满足信号继电器的热稳定要求。有可能发生几个信号继电器同时动作的情况时，如果选用的串联信号继电器不能同时满足上述两项要求，应选择适当的附加电阻并联在中间继电器上。电流型信号继电器允许长期通过的电流一般不大于3倍额定电流。

4）选择中间继电器的并联电阻时，应使起动中间继电器回路的保护继电器触点断开容量不大于其允许值。

（2）重瓦斯保护回路并联信号继电器或附加电阻的选择：

1）并联信号继电器应根据直流额定电压来选择。

2）当用附加电阻代替并联信号继电器时，附加电阻的选择应满足上述的原则要求。

5．常用信号灯及附加电阻的选择

在灯光监视的断路器控制回路中，信号灯及附加电阻的选择按以下两个条件进行。

（1）当灯头短路时，通过合闸回路的电流应小于其最小动作电流及长期热稳定电流。一般按不大于跳合闸线圈额定电流的10％考虑，以防误跳闸、误合闸。

（2）当直流母线电压为95％的额定电压时，加在灯泡上的电压应为其额定电压的60～70％，以保证信号灯必要的亮度。

实际上厂家生产带附加电阻的信号灯，只需按信号灯的额定电压来选择即可。

二、二次回路的保护设备

（1）二次回路的保护设备用于切除二次回路的故障，保护设备一般用熔断器，也可以用自动开关。可作为试验和检验时断开电源用。

（2）控制回路的熔断器配置原则如下：

1）当一个安装单位内只有一台断路器时，一般要共用一组熔断器。

2）当一个安装单位有几台断路器时，应分别装设熔断器。

3）同一个安装单位的控制、保护和自动装置共用一组熔断器。

4）熔断器状态需加以监视，断路器控制回路装有音响或灯光监视信号，其它回路一般要装电源监视继电器。

（3）信号回路的熔断器配置原则如下：

1）每一个安装单位的信号回路，一般要用一组熔断器。

2）公用的信号回路（如中央信号），应装设单独的熔断器。

3）电压互感器二次侧熔断器配置原则：

熔断器必须保证在电压互感器二次侧发生短路时，熔件的熔断时间应不小于保护动作时间，而在最大负荷时不熔断。自动调节励磁装置及强行励磁用的电压互感器二次回路不应装设熔断器。

（5）熔断器电流的选择

1）控制回路熔断器熔件的额定电流，只按回路最大长期负荷电流来考虑。

2）合闸回路的熔断器熔件额定电流应与合闸线圈热稳定电流相配合，一般为合闸冲击电流的1/3～1/4倍。

三、小母线的布置

1．直流电源小母线

直流电源小母线均由直流电源盘的主母线经闸刀开关、熔断器等供电。由于连接在各直流电源小母线上的受电器具数量很多，在大型发电厂及变电站中，通常接用途不同分为控制电源小母线和信号电源小母线。它们自成独立的供电网络，以保证供电的可靠性。

（1）控制电源小母线，一般布置在控制室内控制屏的顶部，由直流屏以双回路供电，各安装单位的断路器控制与继电保护等回路均由控制电源小母线供电。

（2）信号电源小母线，通常布置在控制屏和信号屏上，由直流屏以双回路供电，各安装单位的信号回路分别经小刀闸或熔断器接至此小母线。

控制与信号电源小母线，一般采用单母线方案。当装设有两组蓄电池时，可考虑采用双母线方案，

2．交流电压小母线

母线电压互感器的二次电压小母线，当采用重动继电器切换时，一般布置在控制室内的控制屏、信号返回屏或继电器屏上；当采用隔离开车辅助触点切换时一般布置在相应的配电装置内。通常这些小母线的形式为：

（l ）110kV 及以上电压级母线电压互感器二次电压小母线，一般布置在控制屏顶部。该电压级各安装单位的交流电压回路，经重动继电器触点与小母线连接。

（2）35kV 电压级采用屋外配电装置时，电压小母线布置在控制屏上。经重动继电器切换至各安装单位。当采用屋内配电装置时，电压小母线布置在配电装置内，经隔离开关辅助触点切换至各安装单位

（3）6～10kV 电压级采用屋内配电装置时，电压小母线布置在配电装置内，经隔离开关辅助触点切换至各安装单位。

（4）当电压为10kV 及以下且主母线采用双母线或单母线分段时，两母线的电压互感器应互为备用，以保证不间断供电。

3．辅助小母线

在发电厂及变电站中，根据控制、信号、继电保护、自动装置等的需要，可设置辅助小母线，如合闸脉冲小母线、闪光小母线、熔断器报警小母线、事故跳闸音响信号小母线、同期电压小母线等。这些小母线分别布置在控制室的屏上和配电装置内。

布置在控制室内的小母线，安装在屏的顶部，使用直径为6～8mm 的铜棒或铜管。小母线的数量多时，可以双层排列，但总数一般不超过28根。控制室内的小母线。按屏组分段，段间以电缆经小刀闸连接。

第二节二次回路编号

二次接线图设计完成后，要进行回路编号，以便于安装图的设计和满足安装、检修等工作的要求。二次回路编号采用数字和文字结合的方式，按照“等电位原则”进行编号。所谓等电位原则，就是在电气回路中，连接于一个点上的所有连线均给以相同的回路编号。

二次回路的编号主要包括直流回路编号、交流回路编号和小母线编号三种型式。

一、直流回路编号

直流回路编号是按安装单位进行的。一个安装单位给定的编号范围，如附表所示。

（1）一个安装单位分配约1000个号；正电源侧编单号、负电源侧编双号。

（2）每一台断路器的控制回路分配99个号。当一个安装单位有4台断路器时。它们的回路编号范围分别为l0l ～199、201～299、301～399、401～499。对于某些重要回路还规定了专用回路编号。比如，对断路器1QF 而言，正电源回路用101；负电源回路用102；合闸回路用103；合闸监视回路用105；跳闸回路用133；跳闸监视回路用135等。

（3）继电保护回路分配99个号，为了和控制回路区分开，用01～099范围编号。

（4）发电机励磁回路、信号回路、隔离开关操作闭锁回路等的编号范围，如附表所示。需要注意，附表列出的是一个安装单位给定的回路编号，换一个安装单位可重复使用这些编号，但在同一个安装单位内不允许重复使用。

（5）直流回路编号举例。断路器控制回路的编号，以图9－8为例说明。

二、交流回路编号

电流互感器与电压互感器二次回路的编号，由数字和表示相别的字母组成，如附表所示。使用时，按规定的编号范围依次编写即可，不分单双号。

（一）电流互感器二次回路编号

（1）每组电流互感器分配10个号，分配方法是：电流互感器1TA 用U411～U419、V411～V419、W411～W419、N411～N419、L411～L419；6TA 用U461～U469、V461～V469……。

（2）母线差动保护公用电流回路的编号有专门规定，如附表所示。

（3）电流互感器二次回路编号举例。

测量用电流互感器二次回路编号，以图9－9为例说明。

（二）电压互感器二次回路编号

（1）每组电压互感器分配10个号，具体分配方法是：电压互感器1TV 用

U611～U619、

V611～V619、W611～W619、N611～N619、L611～L619；对3TV 用U631～U639、V631～V639……。

（2）经隔离开关辅助触点或重动继电器切换后的电压回路，以及绝缘监察电压表的公共回路编号有专门规定，如附表所示。

（3）电压互感器二次回路编号举例。35kV 母线电压互感器二次回路编号，以图2－12为例说明。

三、小母线编号

二次回路的小母线除了有文字标号外，还规定了专用的数字编号，详见附表。

第四节控制与继电器屏的屏面布置图设计

一、控制屏的屏面布置

控制屏的屏面布置应满足下列原则：

（1）要考虑运行人员监视、操作和调节的方便；

（2）屏面设备的布置要清晰、紧凑；

（3）相同的安装单位布置形式要统一；

（4）要尽量使模拟母线连贯并与主接线一致。

对控制屏屏面布置的具体要求是：

l ）测量仪表的布置应尽量与模拟母线相对应，相序一般按纵向排列。

2）当指示仪表集中布置在模拟母线的上方时，其中心线对地面距离一般不小于1500mm 。

3）当采用槽型仪表时，可布置在模拟接线上。

4）屏面上的模拟母线要与主接线、一致，并与一次设备的实际安装位置对应。同一电压级的模拟母线应布罗在同一高度上。

5）控制室内各控制屏上光字牌的安装高度应一致，一般要求下面取齐。光字牌的布置要尽量考虑瞬时、延时信号的分类以及与模拟母线的对应性。

6）操作设备要与模拟母线相对应。各安装单位相同用途的操作设备应布置在相对应的位置，其操作方向全厂（站）必须一致。

7）采用灯光监察控制回路时，红、绿灯应布置在控制开关上部，红灯在右，绿灯在左。

8）操作设备的中心线一般对地面距离为800～1500mm ，最低不低于600mm （发电机的调压手轮例外）。辅助切换开关要布置在同一高度，通常布置在光字牌下面，模拟母线上面。

9）屏面各设备之间的距离应满足设备接线及安装的要求。据此要求，在

800mm 宽的标准控制屏面上，每行最多可安装控制开关5只；可安装方形仪表4只。

10）在同一面屏上有两个及其以上安装单位的设备时，应按纵向划分清楚。不同安装单位设备之间应有明显的界线；不同安装单位的仪表、控制开关、按钮、继电器等不允许混杂。

11）设计屏面布置时，还要考虑屏后端子排的数量。对B1系列端子屏的一侧最多不应

超过135个，两侧总和不应超过200个；对D1系列端子每侧最多布置200个。当需要端子超过上述要求时，就需将一部分二次设备移至相邻的屏上。屏边应留出50mm ，以供走线使用。

12）当在技术或经济上有显著优点时，可将少数继电器（主要是控制回路用的辅助继电器）布置在控制屏的后面或屏前。

按照上述要求，控制屏屏面布置的设备自上而下为：测量仪表、光字牌、辅助切换开关、模拟母线、控制和调整开关等。

发电机控制屏屏面布置图，如图9－1所示。

当采用控制屏台时，在屏面上布置仪表、光字牌、辅助开关；在台面上布置模拟母线、操作器具及指挥信号设备。屏的上方应标明安装单位名称。

二、继电器屏的屏面布置

以外，还要布置美观、紧凑充分利用屏面的面积。

相同安装单位的屏面布置要尽量一致；同一屏内有两个安装单位时要尽量按对称布置。

同一屏上有两个或两个以上安装单位的设备时，一般要按纵向划分开。

各屏上继电器的安装高度应保持一致，横向与纵向排列均以继电器的中心线为准。调整、检查工作较少的继电器布置在屏的上部；工作多的布置在中部。信号继电器、连接片、试验部件布置在屏的下部。中间变压器、附加电阻等不需经常观察、调整的二次设备安装在屏后。

屏面各设备之间的距离应满足安装和接线的要求。

试验部件与连接片的中心线对地距离不应小于400mm 。在屏面下部距地面250mm 处应有直径50mm 的圆孔，供实验时穿线使用。

在屏正面布置继电器时，要考虑到屏后安装端子的数量。屏的上方应标明安装单位名称。

发电机保护屏屏面布置图，如图9－2所示。

第五节端子排设计

一、端子排的种类与用途

接线端子是二次接线不可缺少的配件，各种接线端子的组合称为端子排。控制屏与继电器屏使用以下几种端子：

（1）普通端子（B1－1型）

普通端子的结构如图9－3所示。普通端子用以连接屏内设备与屏外设备，也可与连接端子相连。

2．连接端子（B1－4型〕

其结构如图9－4所示。B1－4型连接端子的绝缘件上有一缺口，与B1－1型配合使用。连接端子主要用以进行相邻端子间的连接，以达到电路分支的作用。3．试验端子（B1－2型）其结构如图9－5所示。

试验端子用于需要带电测量电流的电流互感器二次回路及有特殊测量要求的某些回路。利用此端子可在不使电路开路的情况下接入或拆除仪表。

图9－3 普通端子

图9－4 连接端子

4．连接试验端子（B1－3型）

连接试验端子是具有连接与试验双重作用的端子，一般与B1－2配合使用。5．终端端子（B1－5型）

终端端子安装在端子排的两端及不同安装单位的端子排之间，用以固定端子排。 6．标准端子（B1－6型）供直接连接屏内外导线用。 7．特殊端子（B1－7型）

其结构如图9－6所示。特殊端子通常在需要经常开断的电路中使用。接线端子允许电流一般为10A 。二、端子排设计原则

1．应使运行、检修、调试方便，适当地照顾设备与端子排相对应，尽可能节省材料。 2．同一屏上有不同安装单位时，各安装单位端子排排列应与屏面布置相对应。 3．应经端子排连接的回路：（1）屏内设备与屏外设备的连接；（2）屏内各安装单位之间的连接；

（3）屏内设备与直接接于小母线上的设备（熔断器，电阻等）之间的连接；（4）各安装单位主要保护的正电源；

（5）各安装单位主要保护的负电源，应在屏内设备之间接成环形后接至端子排；（6）为节省电缆，通过本屏转接的回路（也称过渡回路）应通过端子排。（4）电流回路和其他需要试验的回路须接至试验端子。三、端子排设计顺序（由上而下）

1．交流电流回路（不包括自动调整励磁装置的电流回路），按每组电流互感器分组，同一保护方式的电流回路一般排在一起。由上至下的顺序是：按字母

U 、V 、W 、N 排列，按数字由小到大排列。如U411，V411，W411，N411；

U412，V412……。

2．交流电压回路（不包括自动调整励磁装置的电压回路），按每组电压互感器分组。同一保护方式的电压回路一般排在一起。字母和数字由上到下的排列和电流回路的表示方式一样。如U611，V600，W611；U613，W613……。

3．信号回路，按预告、位置、事故信号分组。先是信号正电源701

，再其他数字，最

图9－5 试验端子

图9－6 特殊端子

后负电源 702。如排列次序 701、901、903、…… 951、953……730、732…… 94、194、294……702。

4．控制回路，先按各组熔断器分组。每组里先排正极回路（单号），数字由小到大，再排负极回路，数字由大至小，结尾是负电源，如101，103，133……142、140……102；201、203……202；……。

5．其他回路，有运动装置，励磁保护，自动调整励磁装置等。每一回路按极性、编号和相序排列。

6．转接回路，先排本安装单位的转接端子，再接别的安装单位的转接端子。端子排设计时应注意以下几点：

1．每个安装单位的端子排上部应该是熔断器（一般为R1型），它和端子排之间应用终端端子隔开。端子排首尾也要用终端端子固定。

2．电流回路，电压回路之间，正、负电源之间可用空余端子隔开，这样既可避免端子间的短路事故，又可作为备用端子。

3．每个安装单位的端子排末尾应留2～5个端子作为备用。

4

．端子排的每一端一般只接一根导线，特殊情况下，可接两根导线。导线截面不大于

图9－7 端子排表示方法示意图

6mm 2。如导线较多，应增加连接端子扩接。

端子排的表示方法如图9－7所示。四、端子排设计举例

图9－8为一台具有电气“防跳”的断路器控制回路图和各种表计的测量回路图。

图中的表计1PPP 、PPR 、PJ 、PRJ 、1PA 和二次设备SA 、1FU 、2FU 、HR 、HG 和位置继电器KCC 、KCT 都放在控制屏上；2PPP 和2PF 放在机旁屏；

互感器、KM 和YT 及断路器的辅助触点在高压开关柜上；KCO 和KCF 置于保护屏上。要求设计控制屏和保护屏，开关柜的端子排图。

在设计端子排之前，先将各回路编号。一般来说，两个设备之间都应编号。如两个设备固定在一起（如指示灯和附加电阻），它们之间可不编号。

1．设计控制屏端子排图

设计控制屏端子排图，先应考虑该端子排放在屏后的左侧还是右侧。若屏内仅有一个安

图9－8 端子排设计举例

装单位，放在哪一侧均可。若屏内有数个安装单位，那么根据屏面布置图，设备靠何侧，端子排也应设置在那一侧。本例的端子排假定放在控制屏右侧，那么端子排左侧和屏内设备连接，右侧就和控制电缆连接。

绘制端子排图是一种很细致的工作，必须耐心仔细地将回路图（展开图）与屏面布置图进行核对，以免将个别端子漏掉。

根据图9－8，先要将图中设备记清，哪些放在控制屏，然后把屏内各设备需和屏外设备连接的编号一一记录下来，再根据端子排设计原则，着手画控制屏端子排图。

绘制端子排图先从交流电流，交流电压回路开始。图9－8（a ）的电流回路中，ITA U 、ITA 、1TA W 在高压开关柜上，2PPP 在机旁屏上。站在控制屏的角度看，屏内设备与屏外设备的连线编号有U411、V411，W411，N411，U415，

W415，在端子排图上部按次序逐个编排。这些电流回路应该用试验端子。编号

N411，屏内1PA ，屏外接互感器的末端和2PPP ，单用一个端子不够，所以加上一个连接端子，如图9－8（b ）所示。

交流电压回路中，ITV U 和1TV W 及其熔断器1FU U 和1FU W 都放在开关柜中，2PV 、2PPP 、2PF 放在机旁屏，1PPP 放在控制屏。控制屏内设备与屏外设备的连接编号有U612、V600。W612等三个，在电流回路的下面接着编号。

接下来应该是信号回路，因此例信号回路未画出，暂略。下面编控制回路。控制回路中，控制屏内设备与屏外设备的连接编号有1，3，7，33，2等五个，也要逐个进行编排。

值得提出的编号是13，它是KCF 到QF1的连线，即从保护屏接到开关柜。从图9－8（a ）看出，保护屏到开关柜就是这一条连线，若直接连，必须用一根电缆，很浪费。现设法将保护屏的该连线通过电缆引至控制屏，再由控制屏转接到开关柜，这样就节省了一根电缆，而其余两根电缆增加了一根芯线，增价极小。这就是所谓的“转接回路”，也叫过渡回路。

端子排编排完毕后，还要将引出电缆逐根编号和选型。从图9－8（b ）可知，引出线的控制电缆共有五根。其中两根到开关柜，两根到机旁屏，一根到保护屏。根据规定，电流回路的控制电缆一般不与其他回路控制电缆合屏，须单独引出，且电缆芯线截面积不小于2. 5mm 2。电压回路可与其他回路合用一根控制电缆，电缆芯面积不小于1. 5mm 2。如至保护屏的电缆芯数为6根，可选控制电缆的规格为6×1. 5，若需备用芯线，可选8×1. 5。控制电缆芯数可查有关资料。

2．设计保护屏端子排图

编好控制屏端子排后，可着手保护屏端子排的编制。站在保护屏的角度看，它的屏内设备与屏外的连线编号有1，3，7，33，2，13；编号13原来应接到QF1；处，现已转接至控制屏，所以这6个编号全部接到控制屏，如图9－8（c ）所示。

3．设计开关柜端子排图

开关柜引至外部的连线有U411、V411、W411、N411，U612、V600、

W612，3、13、2。按电流、电压、控制回路依次表示出来，如图9－8（d ）所示。

保护屏和开关柜端子排图设计以后，也要将控制电缆编号。上述屏上控制电缆的编号与芯数必须和控制屏上对应的控制电缆编号和芯数相同。从编号和芯数的查对中还可检验端子有无漏编之处。

第三节控制与继电器屏背面接线图设计

屏背面接线图是制造厂生产屏过程中配线的依据，也是施工和运行的重要参考图纸。它是以展开接线图、屏面布置图和端子排图为原始资料，由制造厂的设计部门绘制。

屏背面接线图和屏面布置图从两个相反方向来表示设备的排列，所以屏背面接线图中设

二次回路的屏、盘在屏背面安装接线时，为了区别各种设备，要对它们注上标志符号，标示符号一般画圆圈，中间一条水平线，如图9－9所示。上半圆中的罗马字表示安装单位编号，罗马字右下角的数字表示该安装单位中的设备顺序，下半圆的符号为设备的文字符号。