第八章 现代供配电技术

1 第八章 现代供配电技术 小 结 本章介绍了变电所二次回路及自动装置、变电所综合自动化，重点讲述了直流操作电源回路、控制回路、中央信号回路和安装接线图。 1.操作电源有交流和直流之分，它为整个二次系统提供工作电源，一般为220V。在一般大中型变电所中，都用所用变提供所内用电及操作电源，直流操作电源可采用蓄电池，也可采用硅整流电源，后者较为普遍。交流操作电源可取自互感器二次侧或所用电变压器低压母线，但保护回路的操作电源通常取自电流互感器，较常用的交流操作方式是去分流跳闸的操作方式。直流操作电源充电－放电运行方式和浮充电运行方式，浮充电运行方式可提高供电的可靠性，提高蓄电池的使用寿命，所以得到了广泛应用。 2. 高压系统中，断路器控制回路、实现对断路器的手动和自动合闸或跳闸。断路器的操作有电磁操动机构、弹簧操动机构、液压和气体操作机构。 3. 中央信号系统，分事故音响信号和预告音响信号。事故信号由蜂鸣器或电笛发出并配以相应的灯光、位置等信号，预告信号用电铃发出音响信号并配以灯光、信号等信号。从功能上讲，有不能重复动作和能重复动作的事故、预告音响信号，能重复动作的音响信号采用信号脉冲继电器构成。整个变电所只有一套中央信号系统，通常安装在主控制室内的信号屏内。 4.直流系统绝缘监视主要是利用电桥平衡原理来实现的，是对直流系统是否存在接地隐患进行监视。 5.二次系统的安装接线图，包括屏面布置图，端子排图和屏后接线图。最常用的接线表示方法是相对编号法，屏内有不同一次回路的二次设备时，要标明安装单位，用罗马字母Ⅰ、Ⅱ„„等表示。接线端子用X表示，按功能分有一般端子、连接端子、试验端子等。各种回路需经端子排连接时，在端子排的排列顺序依次为交流电流、电压回路、信号回路、控制回路、其它回路。 6.自动重合闸装置是在线路发生短路故障时，断路器跳闸后进行的重新合闸，能提高线路供电的可靠性，主要用于架空线路。自动重合闸装置有机械式和电气式两种，机械式适用于弹簧操作机构的断路器，电气式适用于电磁操作机构的断路器。变电所中采用一次重合闸的重合闸装置。ARD与继电保护的配合的主要方式目前在供配电系统为重合闸后加速保护方式。 7.变电站综合自动化系统的设备配置分两个层次，变电站层和间隔层，整个系统的布置方式有集中式和分散分布式两种。系统主要由后台主机、测控主单元及间隔级的测控、保护单元组成。后台主机是变电站的监控主机，负责全站的监控、操作任务，测控主单元是自动化系统的重要组成部分，一方面实时地与间隔级的遥测、遥控、遥信及保护单元进行通信，另一方面还与后台监控系统及远方调度中心进行数据交换。间隔级的测控、保护单元主要负责具体设备的电气参数测量和各种保护功能，并将所测的、开关变位状态、故障录波及故障参数与测控主单元进行数据通信。间隔级的设备可根据变压器、线路的具体情况选择不同的测控、保护单元。自动化系统的硬件各模件具有其独立的软件程序，硬件和软件采用结构模块化设计，可以使各子程序互不干扰，提高了系统的可靠性。

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8.7自动重合闸装置（ARD） 电力系统的运行经验证明：架空线路上的故障大多数是瞬时性短路，如雷电放电、潮湿闪络、鸟类或树枝的跨接等。这些故障虽然引起断路器跳闸，但短路故障后，如雷闪过后、鸟或树枝烧毁后，故障点的绝缘一般能自行恢复。此时若断路器再合闸，便可恢复供电，从而提高了供电的可靠性。自动重合闸装置就是利用这一特点。自动重合闸装置是当断路器跳闸后,能够自动地将断路器重新合闸的装置。运行资料表明重合闸成功率约在60%～90%。自动重合闸装置主要用于架空线路，在电缆线路（电缆为架空线混合的线路除外）中一般不用ARD，因为电缆线路中的大部分跳闸多因电缆、电缆头或中间接头绝缘破坏所致，这些故障一般不是短暂的。 自动重合闸装置按动作方法可分为机械式和电气式，机械式ARD适用于弹簧操动机构的断路器，电气式ARD适用于电磁操动机构的断路器；按重合次数来分有一次重合闸、二次或三次重合闸，用户变电所一般采用一次重合闸。 8.7.1对自动重合闸的要求： 自动重合闸应满足以下要求： 1.手动或遥控操作断开断路器及手动合闸于故障线路，断路器跳闸后，自动重合闸不应动作； 2.除上述情况外，当断路器因继电保护动作或其它原因而跳闸时，自动重合闸装置均应动作； 3.自动重合次数应符合预先规定，即使ARD装置中任一元件发生故障或接点粘接时，也应保证不多次重合； 4.应优先采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸。同时也允许由保护装置来起动，但此时必须采取措施来保证自动重合闸能可靠动作； 5.自动重合闸在完成动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作。有值班人员的10kV以下线路也可采用手动复归； 6.自动重合闸应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电器保护的动作。 8.7.2电气一次自动重合闸装置

图8-24为采用DH-2型重合闸继电器的自动重合闸原理图，图中所画为合闸后的位置，1SA为断路器控制开关;2SA为自动重合闸装置选择开关,用于投入和解除ARD。

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1. 故障跳闸后的自动重合闸过程 线路正常运行时，1SA和2SA是在合上的位置，图中除1-3、21-23接通之外，其余接点均是不接通的，ARD投入工作，QF（1-2）是断开的。重合闸继电器KAR中电容器C经4R充电，其通电回路是+WC→2SA→4R→C→-WC,同时指示灯HL亮,表示母线电压正常,电容器已在充电状态。 当线路发生故障时,由继电保护(速断或过电流)动作,使跳闸回路通电跳闸,1KM电流线圈起动,1KM（1-2）闭合,但因5-8不通,1KM的电压线圈不能自保持,跳闸后,1KM电流电压线圈断电。 由于QF（1-2）闭合,KAR中的KT通电动作,KT（1-2）打开,使5R串入KT回路,以限制KT线圈中的电流,仍使KT保持动作状态,KT（3-4）经延时后闭合,电容器C对KM线圈放电,使KM动作,KM（1-2）打开使HL熄灭，表示KAR动作.KM（3-4）、KM（5-6）、KM（7-8）闭合，合闸接触器KO经+WC→2SA→KM（3-4）、KM（5-6）→KM电流线圈→KS→XB→1KM（3-4）→QF（3-4）接通正电源，使断路器重新合闸。同时后加速继电器2KM也因KM（7-8）闭合而起动,2KM辅助触点闭合。若故障为瞬时性的，此时故障应已消失，继电器保护不会再动作，则重合闸合闸成功。QF（1-2）断开,KAR内继电器均返回,但后加速继电器2KM触点延时打开，若故障为永久性的,则继电保护动作（速断或至少过电流动作）, 1KT常开闭合,经2KM的延时打开触点，接通跳闸回路跳闸,QF（1-2）闭合，KT重新动作。由于电容器还来不及充足电，KM不能动作,即使时间很长，因电容器C与KM线圈已经并联,电容C将不会充电至电源电压值。所以,自动重合闸只重合一次。 2.手动跳闸时,重合闸不应重合. 因为人为操作断路器跳闸是运行的需要,无需重合闸,利用1SA的21-23和2-4来实现。操作控制开关跳闸时, 1SA的21-23均不通(1SA选用表8-1的型号), 跳闸后仍保持断开状态,从而可靠切断了重合闸的正电源, 重合闸不可能动作.此外在操作控制开关跳闸时,在“预备跳”和“跳闸后”2-4接通，使电容器与6R并联，C充电不到电源电压而不能重合闸。 3.防跳功能 当ARD重合于永久性故障时，断路器将再一次跳闸，若KAR中KM(3-4)、KM(5-6)触点被粘住时，1KM的电流线圈因跳闸而被起动，1KM（1-2）闭合并能自锁，1KM电压线圈通电保持，1KM(3-4)断开，切断合闸回路，防止跳跃现象。 4. ARD与继电保护的配合方式 ARD与继电保护配合的主要方式目前在供配电系统为重合闸后加速保护方式。 重合闸后加速保护就是当线路上发生故障时，保护首先按有选择性的方式动作跳闸。但断路器重合后，若重合于永久性故障，则加速保护动作，切除故障。 4

假设线路上装设有带时限的过电流保护和电流速断保护，则在线路末端短路时，过电流保护应该动作，因末端是速断保护的“死区”，速断保护不会动作。过电流保护使断路器跳闸后，由于ARD动作， 将使断路器重新合闸。如果故障是永久性的,则过电流保护又要动作，使断路器再次跳闸。但由于过电流保护带有时限，因而将使故障时间延长。为了加快切除故障，提高供电的可靠性。供电系统中常采用重合闸后加速保护方式。如在图8-2４中，在ARD动作后，KM的常开触点KM（7-8）闭合，加速继电器2KM也因KM（7-8）闭合而起动,其常开开关2KM闭合。若故障为永久性的,则继电保护装置动作后，1KT常开闭合,经2KM的延时打开触点，接通跳闸回路快速跳闸。 重合闸后加速保护方式的优点为：故障的首次切除保证了选择性,所以不会扩大停电范围。其次，重合于永久性故障线路，仍能快速、有选择性的将故障切除。 另外，在图8-25中，控制开关1SA手柄在“合闸”位置时,其触点25-28接通,若1SA“合闸”于故障线路,则直接接通加速继电器2KM,也加速故障电路切除。

8.8 备用电源自动投入装置（APD） 在对供电可靠性要求较高的变配电所中，通常采用两路及以上的电源进线。或互为备用，或一为主电源，另一为备用电源。备用电源自动投入装置就是当主电源线路中发生故障而断电时，能自动而且迅速将备用电源投入运行以确保供电可靠性的装置，简称APD。 8.8.1对备用电源自动投入装置的要求 备用电源自动投入装置应满足以下要求： 1. 工作电源不论何种原因消失(故障或误操作)时，APD应动作； 2. 应保证在工作电源断开后，备用电源电压正常时，才投入备用电源； 3. 备用电源自动投入装置只允许动作一次； 4. 电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作； 5. 采用APD的情况下，应检验备用电源过负荷情况和电动机自起动情况。如过负荷严重或不能保证电动机自起动，应在APD动作前自动减负荷。 8.8.2备用电源自动投入装置 由于变电所电源进线及主接线的不同，对所采用的APD要求和接线也有所不同。如APD有采用直流操作电源的，也有采用交流操作电源的。电源进线运行方式有主（工作）电源和备用电源方式，也有互为备用电源方式。 1.主电源与备用电源方式的APD接线 图8-25为采用直流操作电源的备用电源自动投入装置原理接线图。