变电站概述演示幻灯片.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,变电站概述,1,第一章 变电站的作用,1.1,电能的产生,发电厂类型：火电厂、热电厂、水电厂、核电站、风电站、太阳能电站,1.2,电能的传输,设定需要传输的功率为,S,，线路电压为,U,，则线路中的电流,I=S/U,。,损耗的电能以导线发热的形式体现，发热损耗,Q=I2R,。由此可以得出结论：在传输功率和线路长度一定的情况下（,S,、,R,为定值），随着电压,U,的升高，,I,不断降低，则输电线路的损耗也会降低。所以，为了降低电能在线路上的损耗，电厂在电能产生以后，会通过升压站将电压增高，然后再通过输电线路将电能传输出去。对于远距离输电，高电压等级的优势非常明显。,2,火电厂,3,水电厂,4,风电厂,5,核电厂,6,1.3,电网的构成,我们经常提到电网这个概念，什么是电网呢？网，其实是一组纵横交错并且有交叉点（节点）的线，这些线被节点分成了线段，几条线段及它们的节点则组成了网眼。,如此一来，整个电力系统的拓扑结构和,“,网,”,是非常类似的：输电线路就是,“,线,”,，变电站就是,“,节点,”,，一个,“,网眼,”,上的变电站和线路则形成了我们常说的,“,环网,”,。,变电站的建设依据：容载比、强化电网结构,7,图,1-,电网规划图,8,1.4,变电站的作用,降压和电能的分配是变电站的主要功能。,降压：变压器实现,电能分配：母线实现,9,图,2-,变电站主接线示意,10,1.4.1,降压,变压器的基本原理：一个铁芯上面绕有两组线圈，匝数分别为,N1,、,N2,，则两侧的电压比,U1/U2=N1/N2,，两侧的电流比,I1/I2=N2/N1,。如果,N1N2,，就是降压变压器，反之就是升压变压器。,220kV,变电站其实指的就是高压侧进线为,220kV,线路，配置,220/110/10kV,变压器，低压侧出线为,110kV,线路的变电站。一般来讲，我们用变电站的最高电压等级作为变电站的电压标识。,配置升压变压器的变电站，习惯上称为,“,升压站,”,以区别于一般的降压变电站,11,1.4.2,电能的分配,从图,2,不难看出，,220kV,变电站内,110kV,出线的数量明显多于,220kV,进线的数量，这就是变电站的另一个作用：电能分配。电能从变压器的,110kV,侧输出后，并没有直接经输电线路输出，而是进入了,110kV,母线，这是因为变压器的输出功率足够数座,110kV,变电站使用。,110kV,母线上的多条,110kV,线路处于并联的关系，所以它们的电压是一样的，它们的电流之和与变压器的,110kV,侧的输出电流是一样的。,12,母线与水管的比较,13,1.5,开关站,没有变压器的,“,变电站,”,叫做开关站，它只有一个电压等级。它的结构类似于我们家里的小配电箱：电能通过一个额定电流很大的总开关进来，然后经过很多小开关分别输出到客厅、卧室、厨房等等，这些小开关的分,/,合相互独立。显然，它只有电能分配的作用，最常见的开关站是市区的,10kV,开闭所。,14,图,3-10kV,开闭所主接线示意图,15,第二章 变电站的构成,从电气技术的角度来讲，变电站由一次设备和二次设备组成。这个说法非常笼统，也非常抽象。从工程和实践的的角度来讲，变电站有以下几个部分组成：,主控制楼：主控室、休息室,室外土建：设备构架、设备基础、站区道路、电缆沟,一次设备：断路器、隔离开关、接地刀、变压器、母线,二次设备：微机保护、微机测控、操作箱、自动装置,电源系统：交流系统、直流系统、逆变电源,通信系统：光端机、配线架,环境系统：火灾自动报警、图像监视,16,2.1,变电站的技术指标,技术指标一般都是对电气设备而言的，例如工作电压、额定电流等。那么，我们能否找到几个指标来衡量变电站呢？答案是肯定的。,变电站的两个主要指标是：电压等级，决定了该变电站在电网中的地位；变压器总容量，决定了该变电站的电能变换能力。,17,2.2,如何快速了解一座变电站,在我们到达一座变电站时，我们需要快速的对这座变电站有一个整体的认识，以便于我们进行后续的工作。我们需要两张图纸来解决这个问题：,电气主接线图,和,电气总平面布置图,。,电气主接线图,显示了变电站的规模及一次设备的技术参数。变电站的规模：进线数量、出线数量、变压器容量及台数等。一次设备技术参数：断路器额定电流、变压器阻抗等。,电气总平面布置图,显示了变电站内设施的布局，最主要的就是一次设备的布置。,电气总平面布置图,其实就是变电站的俯视图。,18,2.3,什么是间隔,在工作当中，我们经常说变压器间隔、出线间隔，那么，什么是间隔呢？简单地讲，我们可以把为了实现某种功能而配置的电气设备的组合称为间隔，间隔的名称是以它所要实现的功能命名的。在图,4,中，我们画出了几个间隔的示意。在变电站中，最重要的几个间隔有：进线间隔、变压器间隔、出线间隔、电压互感器间隔、电容器间隔。,19,图,4-,变电站间隔示意图,20,2.4,变电站的模块化,在明确了,“,间隔,”,的概念后，我们可以随便对比两个相同电压等级的变电站，它们的区别仅在于同样间隔的数量和变压器的容量。,变电站的设计，目前也在走标准化、模块化的道路。以,220kV,线路间隔为例，它所需要的设备类型与数量、设备的布置方式、占地面积等几乎都是固定的，这就是一个模块。根据需要，我们就可以利用这种模块很快的拼出一个变电站的大致模样。,21,第三章 变电站的电源系统,变电站作为一个庞大而复杂的电气设备的结合体，它自身也是一个重要的负荷，这就是我们所说的所用电。变电站的所用电，分为交流和直流两个独立的系统。,3.1,站用交流系统,3.1.1,交流负荷,变电站的交流负荷也可以大致分为两个部分：人员用电和设备用电。人员用电，主要指值班人员的生活用电、主控楼的照明和空调、室外照明、室外维修电源等。设备用电，主要指开关设备（断路器、隔离开关等）配置的电动机构的电机用电、变压器冷却系统、配电室温控系统等。,22,3.1.2,交流电源,变电站的交流电源来自两台所用变压器，其低压侧为,380V,，在供电时可以实现自动互投。一般情况下，这两台所用变的高压侧均由变电站主变压器供电，也有一台所用变由站外电源供电的情况。,如果两台所用变的都由站内主变压器供电，那么在发生故障全站失压的情况下，整个站用交流系统也会随之失压，这是非常不利于事故处理和抢修的。在目前的电网构架情况下，,220kV,变电站全站失压的概率是非常小的，所以一般采用两台所用变都由站内主变供电的方案。,23,3.1.3,交流接线,所用电屏用于实现站用电交流系统低压部分的进线和分配功能，它的接线也可以用图,-5,来表示。我们对比一下图,5,和图,3,，其实所用电屏就是一个开关站。,两条交流进线必须能够实现自动互投。以图,5,为例，正常情况下，两条线路均带电，但只有,#1,线路的进线断路器,DL1,合闸带全站交流负荷运行，,#2,线路的进线断路器,DL2,处于断开位置。当,#1,线路或者,#1,站用变发生故障不能继续供电时，,ATS,装置能够检测到,#1,线路失压、,DL1,跳闸而自动将,DL2,合闸，使,#2,线路带全站负荷运行。,ATS,的动作逻辑类似于变电站二次设备中的备自投装置。,24,图,5-,交流系统接线图,25,3.2,站用直流系统,尽管几率非常小，站用交流系统还是存在全部失压的情况。对于某些不能停电的设备，例如微二次设备、通信系统、断路器的操作回路等，都采用直流系统供电。,3.2.1,直流负荷,使用直流系统供电的设备主要包括：各种二次设备、断路器的控制回路、事故照明系统、直流电机、逆变电源模块、通信系统,DC/DC,模块。,26,3.2.2,直流电源,目前，变电站采用的直流电源以高频开关模块为主。高频开关模块的功能是将输入的交流变换为直流输出，整个过程称为,AC/DC,，其具体原理在此不作详细介绍。高频开关模块的输出参数是安培,A,，即按电流值配置，其配置数量原则,N+1,冗余。所谓,N+1,冗余就是指：如果计算结果需要,N,台，实际配置就为,N+1,台，即备用,1,台。,交流电源经高频开关模块变换成直流后分为两路：一路输出至直流母线，经馈线开关向直流负荷供电；一路输出至蓄电池，对蓄电池进行充电，蓄电池充电完成以后，一直处于浮充状态，它与直流母线一直处于连接状态。,在交流电源消失后，高频开关模块输出的直流随即消失，蓄电池从浮充状态改为放电状态对直流母线提供电源。直流系统的接线图如图,6,所示,27,图,6-,直流系统接线图,28,直流屏照片,29,3.2.2,蓄电池,我们现在使用的蓄电池基本都是阀控免维护铅酸蓄电池，它的,“,充,/,放电,”,原理在此不做详细介绍，主要介绍一下蓄电池的几个主要技术指标。,电压。绝大多数变电站使用的都是,220V,的直流电源，一小部分变电站使用,110V,的直流系统。以,220V,直流系统为例，常规阀控铅酸蓄电池的单只浮充电压为,2.23-2.27V,，直流母线电压为,1.05,倍标称电压,1.05*220=231.,根据电路原理，我们需要,2312.23=103.58103,只蓄电池串联才能得到这个电压。也就是说，电压与只数有关。,30,容量。正常情况下，直流负荷都是由高频开关模块供电，在交流系统失压后，所有的直流负荷都是由蓄电池组供电的。所以，直流负荷是选择蓄电池容量的主要依据。,蓄电池的容量的大小决定了蓄电池的放电能力，容量的单位是,Ah,，也就是电流和时间的乘积。经常用到的蓄电池容量是,200Ah,、,300Ah,，它的实际意义是什么呢？由于无人值班变电站要求直流系统能够在交流消失后持续供电,2,小时，所以一只电压为,2V,、容量为,200 Ah,的蓄电池应该能以,2V,、,100A,的形式供电,2,小时。,103,只这样的蓄电池串连在一起，就构成了一个,220V,、,200Ah,的蓄电池组。容量是蓄电池的构造决定的，与连接方式无关。,31,3.3,逆变电源,变电站配备有综自后台机、五防后台机等电脑和打印机，这些设备只能使用交流供电，那么，在交流系统失压的情况它们如何工作呢？,逆变电源就是用于对这些设备供电的。所谓逆变，就是指,“,直流,交流,”,的变换。逆变模块进线端为两路：一路交流、一路直流，两路为并联关系。交流可以直接输出，直流经模块转换为交流后与直接输出的交流汇为一处。,后台机等设备在平时由交流输入直接供电，交流消失后由直流系统的蓄电池组经逆变模块供电。,32,3.4 DC/DC,转换器,在最初的变电站设计中，通信系统由一套独立的直流系统供电，包括高频开关模块和蓄电池。随着电磁机构断路器的取消，变电站的直流负荷其实已经很小了，适当的选择高频开关模块和蓄电池的容量就可以同时保证电气设备和通信设备的供电要求。,由于通信系统采用的是,-48V,电源，所以变电站按,N+1,冗余原则配置,220V/48V,电压转换模块得到,48V,的直流电压，然后将正极接地使其电压为零，负极的电压则变为,-48V,用于向通信设备供电。可以简单的认为,DC/DC,转换器就是一个直流变压器。,33,第四章 图像监视和火灾报警系统,4.1,图像监控系统,变电站作为一个比较重要的工业建筑，配置图像监视系统（即遥视）出于两个方面的考虑：一是方便本站或集控站值班人员监视变电站内的设备状态，二是为了监视是否有外来人员进入变电站。,图像监控系统由摄像机和遥视主站两部分组成。摄像机主要分布在配电装置区、主控室和进,/,出口，有球机（摄像机监视方向可调）、枪机（摄像机监视方向固定）、红外摄像机（夜视功能）等。遥视主站布置在主控室，主要包括显示器（各摄像机的画面分格显示）和硬盘录像机。,34,与图像监视系统配套使用的还有红外探测器，它成对配置安装在变电站的围墙上，每面墙一对以探测是否有外人翻墙而入。它的作用原理类似于我们经常看到的神偷电影里面的经典场景：红色的射线藏在不起眼的角落，一旦被人的身体遮挡导致接收端收不到射线，报警器就会自动启动。,35,摄像机,36,红外探测器,37,4.2,火灾报警系统,为了及早发现火灾情况，在变电站主控楼配置火灾自动报警系统。这套系统主要包括：感烟探测器（分布在配电装置区、主控室和生活区）、手动报警按钮和声光报警器。,感烟探测器安装在房顶，所需数量按照房顶面积和构造由公式得出，它探测到烟雾后会自动启动声光报警器以通知值班人员。手动报警按钮安装在各主要空间的门口，便于值班人员发现火灾后逃离现场时启动。,38,感烟探测器,39,手动报警器,40,第五章 通信系统,变电站的通信系统由光端机、光纤配线架、音频配线架、,PCM,等设备组成。,其作用就是将变电站监控系统中需要远传的模拟信号和数字信号转换为光信号，再经由光缆传输至集控站和调度中心。,41,第六章 一次设备,变电站的一次设备主要包括变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、电容器等。,一次设备是变电站的主体，是电网最重要的组成部分。从理论上讲，只有一次设备而没有二次设备并不影响电网的电路功能。,如果将整个电网看作是一个复杂的电路，那么某些一次设备就是这个电路中的元件，我们可以称之为,“,电路设备,”,。哪些设备是,“,电路设备,”,，哪些不是呢？区分的标准是什么呢？,42,6.1,电路设备,如果将图,1,中的设备在理想情况下、保证变电站功能的前提下尽可能的减少，那么我们可以只保留：断路器、变压器、必要的导线、电容器，这些就是,“,电路设备,”,。,电流互感器和电压互感器虽然属于一次设备，其功能确是仅为二次设备服务；电抗器是为了在发生短路故障时限制短路电流设置的，理想情况下也可以去掉；隔离开关只是在断路器两侧形成明显的断开点，在断路器绝对可靠的前提下也可以取消。,43,6.2,电力变压器,变压器的功能和基本原理在上文中已经介绍过了，再此不再赘述。,6.2.1,变压器的构造,铁芯与绕组,外壳,变压器油,44,6.2.2,变压器的散热,变压器的铁芯部分实际上也是一个电阻，在导电的同时自己也会消耗一部分电能，这就是变压器的自身损耗。这个损耗以发热的形式表现出来。,自冷：自然冷却,风冷：利用风扇加速冷却,强油风冷：在风冷的基础上利用油泵加速变压器油的流动,45,6.3,断路器,6.3.1,电弧的产生,用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于,1020,伏，电流不小于,80100mA,，电器的触头间便会产生电弧。,6.3.2,断路器熄弧的技术条件,良好的绝缘介质,快速动作,46,6.3.3,断路器的分类,断路器的分类方法有很多种，按照操作机构的不同分为弹簧机构断路器、气动机构断路器和液压机构断路器；按照工作（绝缘）介质的不同分为六氟化硫（,SF6,）断路器、真空断路器和油断路器；按照工作电压的不同分为高压断路器、低压断路器等。按照不同分类方法分出的不同类型之间是可以互相组合的，如,“,SF6,弹簧断路器,”,、,“,真空弹簧断路器,”,等。,气压机构、液压机构逐渐退出运行，本文不再详述；油绝缘断路器逐渐退出运行，亦不再详述。我们现在能看到的断路器大致只有三种：,35kV,及以上电压等级的,SF6,绝缘弹簧机构断路器、,10kV,及一小部分,35kV,电压等级的真空绝缘弹簧机构断路器，,380V,电压等级的空气绝缘手动断路器，也就是我们平时说的空气开关。,47,弹簧机构的工作原理,在合闸操作之前，我们使用电动机将一条弹性很大的弹簧压缩并且锁死，这样它就具有了很大的势能，这个过程称为,“,合闸储能,”,。合闸指令发出后，锁死弹簧的梢子会松开，弹簧的势能瞬时释放将动触头顶至静触头处，同时将分闸弹簧储能。合闸弹簧释放后，储能电动机会自动启动将其再次储能。,通过弹簧的作用，保证了两个触头处于放电距离的时间尽可能地短。但是这样还是会出现电弧，所以我们就把动触头和静触头密封在一个密闭容器中，里面充满一定气压的绝缘性能非常好的,SF6,气体。在,10kV,电压等级断路器中，这个密闭容器里面被抽成真空，因为真空的灭弧性能也不错。在,380V,电压等级的断路器中，没有密闭容器，因为常规情况下，空气可以熄灭操作时产生的电弧。,48,6.3.4,断路器的主要技术参数,额定电压与最高电压：,3-200kV,内，最高电压为,115%,额定电压，即,110kV,断路器最高工作电压为,126kV,，,220kV,断路器最高工作电压,252kV,。,额定电流：断路器允许长期通过的电流。,额定开断电流：断路器能保证开断的最大短路电流。,49,6.4,隔离开关,隔离开关大部分情况下都是伴随断路器出现的，每一台断路器的两侧都会各配置一台隔离开关。其原因在于，断路器的动、静触头都是处于密封状态的，我们无法直接观察其是否接触，而只能利用指示牌或者辅助接点间接获知断路器的状态。隔离开关的作用就是在断路器的两侧形成明显的断开点。,按照我们之前的理论，我们也可以认为隔离开关是一个动作缓慢的空气绝缘、手动或者电动机构的断路器。显然，它不具备,“,分,/,合,”,大电流的能力。也就是常规的说法，隔离开关不能带负荷操作。我们会在断路器合闸之前先闭合隔离开关，在断路器分闸之后再断开隔离开关。,50,6.5,电流互感器和电压互感器,6.5.1,电流互感器（,TA,）,电流互感器的作用是将流经一次设备的大电流转换成二次设备使用的小电流，其工作原理相当于一个阻抗很小的变压器。电流互感器的一次绕组与一次主电路串联，二次绕组接负荷。电流互感器二次侧不允许开路。,电流互感器的变比一般为,X,：,5A,。它的含义是：首先，,X,不小于该设备可能出现的最大长期负荷电流，如此即可保证一般情况下,TA,二次侧电流不大于,5A,；其次，被保护设备发生短路故障时，在短路电流不使,TA,饱和的情况下，,TA,二次侧电流依然可以按照此变比从一次电流进行折算。,在一次配电装置距离控制室较远时，为了增加电流互感器的二次允许负荷，减小连接电缆的导线截面及提高精确等级，多选用二次侧额定电流为,1A,的电流互感器。,51,在变电站中，电流互感器用于三种回路：保护回路、测量回路和计量回路，而这三种回路对电流互感器的准确级要求是不同的。简单地讲，测量、计量级二次绕组着重于精度，即误差要小；保护级二次绕组着重于抗饱和能力，即在发生短路故障时，短路电流超过一次额定电流许多倍的情况下，电流互感器一次侧电流与二次侧电流的比值仍在一定允许误差范围内接近理论变比。,在星形接线中，电流互感器二次侧中性点必须接地，只是在不同情况下的接地点不同。用于差动保护的各电流互感器的二次侧必须在一点接地，接地点一般选在保护屏上；用于其余保护和测量、计量的电流互感器均是在现场接地。,52,6.5.2,电压互感器（,TV,）,电压互感器的作用是将电力系统的一次电压按一定的变比转换为要求的二次电压，其工作原理与变压器基本相同。电压互感器的一次绕组并联接在主电路上，二次绕组接负荷。,变电站均采用 星形,-,星形*,-,开口三角接线。开口三角处平时无电压，故障时有零序电压。,53,6.6,电容器,电能由两部分组成：有功功率和无功功率。在各种用电设备中，除了白炽灯只消耗有功功率、极少数同步电机可以发出一部分无功功率外，大多数用电设备都要消耗无功功率。,有功功率的电源只有一个，那就是发电机。无功功率的电源除了发电机，还有调相机、电容器和静止补偿器。,在长距离输电时，传输的能量越多，损耗也随之越大。有功功率必须丛发电厂传输而来，这部分功率在线路上引起的损耗是无法避免的。在靠近负荷的地方生产无功功率，然后和从远方传输来的有功功率会合以后再经过一段较短的线路输送到负荷处，避免无功功率在长线路上的损耗。这种处理方式称为无功功率的就地补偿，在变电站内最常用的无功功率电源就是电力电容器组。,54,6.7,接地,在电力系统中，将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接叫做接地。,接地的功用除了将一些无用的电流或是噪声干扰导入大地外，最大功用为保护使用者不被电击。,在变电站建设之前，将很多的钢材连接成网状埋在变电站的地下，这就是,“,地网,”,。地网与大地的接触面积比较大，也更为可靠所有需要接地的金属部分用接地扁钢（刷为黄绿相间的颜色）与地网焊接在一起，即视为接地。,变电站内一切带电设备的不带电外壳或者构架够应该接地。例如变压器的外壳、隔离开关的金属支架、开关柜的外壳等。,55,220kV,双母线,56,220kV,线路母线侧隔离合位,57,220kV,线路母线侧隔离分位,58,220kV,线路断路器及端子箱,59,220kV,线路,TA,与线路侧隔离,60,220kV TV,与避雷器,61,变压器,62,变压器风冷,63,110kV,线路间隔,64,110kV,双母线,65,110kV,线路母线侧隔离合位,66,110kV,线路母线侧隔离分位,67,110kV,线路断路器及端子箱,68,110kV,线路,TA,与线路侧隔离,69,110kV TV,与避雷器,70,接地,71,避雷针,72,室外,GIS,及电缆沟,73,室内,GIS,及排风扇,74,电缆沟,75,电缆隧道,76,XGN,开关柜,77,10kV KYN,开关柜,78,VD4,断路器手车,79,手车位置示意图,80,35kV KYN,开关柜,81,微机五防锁,82,机械闭锁,83,6.8.1,单母线分段,84,6.8.2,双母线,85,单母线分段与双母线的比较,从母线意义上讲，两者并无本质区别，只是两段母线的布置方式不同。对于连接于其上的设备，采用双母线接线时，可靠性和灵活性较大。,86,6.8.3,内桥与外桥,桥型接线：三台断路器与两条线路、两台主变的接线形式。,桥断路器在主变进线断路器与变压器之间，称为内桥接线。,桥断路器在主变进线断路器与线路之间，称为外桥接线。,87,内桥与外桥的比较,88,第七章 继电保护,继电保护装置，就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的自动装置。,基本任务：迅速而有选择性的切除故障元件。,基本原理：发生短路故障后，总是伴随着电流增大、电压降低、线路时段测量阻抗减小。,基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性,89,7.1,继电保护的命名,以保护原理命名：过流保护、距离保护、高频保护、差动保护等,以被保护设备命名：线路保护、变压器保护、母线保护等,90,7.2,常见保护原理分析,三段式过流保护,三段式距离保护,零序保护,高频保护,差动保护,91,7.3,电气设备常见继电保护配置,220kV,线路：高频保护、光纤差动保护,110kV,线路：距离保护、光纤差动保护、零序保护,35/10kV,线路：过流保护,变压器：差动保护、过流保护、本体保护,92,7.4,继电保护范围,线路保护：指向线路,变压器本体保护：变压器,变压器差动保护：变压器各侧进线断路器之间,变压器高后备保护：变压器高压侧断路器指向低压侧线路,变压器低后备保护：变压器低压侧断路器指向低压侧线路,母差保护：连接于母线的各断路器之间,93,220kV,变电站各继电保护装置保护范围示意,94,110kV,变电站各继电保护装置保护范围示意,95,第八章 二次设备,8.1,二次设备的分类,从功能上讲，可以将变电站自动化系统中的微机型二次设备分为微机保护、微机测控、操作箱、自动装置等。,微机保护。实现继电保护功能，每一个含断路器的间隔都会配置属于自己的微机保护装置，,110kV,及以下都是一套，,220kV,都是两套。,微机测控。每一个含断路器的间隔都要配置一台微机测控，与电压等级无关。测，就是指测量，包括电流、电压以及各种信号等；控，就是指控制，微机测控用于对断路器及本间隔进行手动控制。,操作箱。每一台断路器要配置一台操作箱，用于执行微机保护和微机测控发出的对断路器的操作指令。,220kV,断路器的操作箱是独立装置，,110kV,断路器的操作箱与微机保护合为一体。,96,8.2,二次设备的工作方式,微机保护是根据所需功能配置的，也就是说，不同的电力设备配置的微机保护是不同的，但各种微机保护的工作方式是类似的。笼统地来说，我们可以将这个方式概括为,“,开入,”,与,“,开出,”,两个过程。事实上，整个变电站自动化系统的所有二次设备几乎都是以这两种模式工作的，只是开入与开出的信息类别不同而已。,微机测控与微机保护的配置原则完全不同，它是对应于断路器配置的。所以，几乎所有的微机测控的功能都是一样的，区别仅在于其容量的大小而已。如上所述，微机测控的工作方式也可以概括为,“,开入,”,与,“,开出,”,两个过程。,操作箱也是对应于断路器配置的。,97,8.2.1,开入,微机保护和微机测控的开入量都分为两种：模拟量和数字量。,模拟量的开入,微机保护需要采集电流和电压两种模拟量进行运算，以判断其保护对象是否发生故障。,微机测控开入的模拟量除了电流、电压外，有时还包括温度量（主变测温）、直流量（直流电压测量）等。微机测控开入模拟量的目的是获得其数值，同时也进行简单的计算以获得功率等其他电气量数值。,98,数字量的开入,数字量也称为开关量，它是由各种设备的辅助接点通过,“,开,/,闭,”,转换提供的，只有两种状态。,微机保护对外部数字量的采集采用电压为直流,24V,的弱电回路。,微机测控对数字量的采集主要包括断路器机构信号、隔离开关及地刀状态信号等。这类信号的触发装置（即辅助开关）一般在距离主控室较远的地方，为了减少电信号在传输过程中的损失，通常采用电压为直流,220V,的强电回路进行传输。同时，为了避免强电系统对弱电系统形成干扰，在进入微机运算单元前，需要使用光耦单元对强电信号进行隔离、转换而变成弱电信号。,99,8.2.2,开出,对微机保护而言，开出指的是微机保护根据自身采集的信息，加以运算后对被保护设备目前状况作出的判断以及针对此状况作出的反应，主要包括操作指令、信号输出等反馈行为。之所以说是反馈行为，是因为微机保护的动作永远都是被动的，即受设备故障状态激发而自动执行的。,对微机测控而言，开出指的是对断路器及各类电动机构（隔离开关、地刀）发出的操作指令。与微机保护不同的是，微机测控自身不会产生信号，而且其开出的操作指令也是手动行为，即人为有目的发出的。,100,操作指令,一般来讲，微机保护只针对断路器发出操作指令。对线路保护而言，这类指令只有两种：,“,跳闸,”,或者,“,重合闸,”,；对主变保护、母差保护而言，这类指令只有一种：,“,跳闸,”,。,在某些情况下，微机保护也会对一些电动设备发出指令，如,“,主变过负荷启动风机,”,会对主变风冷控制箱内的风机控制回路发出启动命令；对其它微机保护或自动装置发出指令，如,“,母差保护动作闭锁线路保护重合闸,”,、,“,主变保护动作闭锁内桥备自投,”,等。微机保护发出的操作指令属于,“,自动,”,范畴。,微机测控发出的操作指令可以针对断路器和各类电动机构，这类指令也只有两种，对应断路器的,“,跳闸,”,、,“,合闸,”,或者对应电动机构的,“,分,”,、,“,合,”,。微机测控发出的操作指令属于,“,手动,”,范畴，也就是说，微机测控发出的操作指令必然是人为作业的结果。,101,信号输出,微机保护输出的信号只有两种：,“,保护动作,”,、,“,重合闸动作,”,。线路保护同时具备这两种信号，主变保护只输出,“,保护动作,”,一种信号。至于,“,装置断电,”,之类的信号属于装置自身故障，严格意义上讲不属于,“,保护,”,范畴。,微机测控不产生信号。微机测控也输出信号，它会将自己采集的开关量信号进行模式转换后通过网络传输给监控系统，起到单纯的转接作用。,102,8.3,微机保护、测控与操作箱的联系,对于一个含断路器的设备间隔，其二次设备系统均由三个独立部分组成：微机保护、微机测控、操作箱。这个系统的工作方式有三种，如下所述。,在后台机上使用监控软件对断路器进行操作时，操作指令通过网络触发微机测控里的控制回路，控制回路发出的对应指令通过控制电缆到达微机保护里的操作箱，操作箱对这些指令进行处理后通过控制电缆发送到断路器机构箱内的控制回路，最终完成操作。动作流程为：微机测控,操作箱,断路器。,103,在微机测控屏上使用操作把手对断路器进行操作时，操作把手的控制接点与微机测控里的控制回路是并联的关系，操作把手发出的操作指令通过控制电缆到达微机保护里的操作箱，操作箱对这些指令进行处理后通过控制电缆发送到断路器机构箱内的控制回路，最终完成操作。使用操作把手操作也称为,“,强电手操,”,，它的作用是防止监控系统发生故障时（如后台机,“,死机,”,等）无法操作断路器。所谓,“,强电,”,，是指断路器操作的启动回路在直流,220V,电压下完成，而使用后台机操作时，启动回路在后台机的弱电回路中。动作流程为：操作把手,操作箱,断路器。,104,微机保护在保护对象发生故障时，根据相应电气量计算的结果做出判断并发出相应的操作指令。操作指令通过装置内部接线或控制电缆到达操作箱，操作箱对这些指令进行处理后通过控制电缆发送到断路器机构箱内的控制回路，最终完成操作。动作流程为：微机保护,操作箱,断路器。,微机测控与操作把手的动作都是需要人为操作的，属于,“,手动,”,操作；微机保护的动作是自动进行的，属于,“,自动,”,操作。操作类型的区别对于某些自动装置、联锁回路的动作逻辑是重要的判断条件。,105,8.4,主控制室的布局,控制台：综自后台机、微机五防主机、遥视系统主机,屏柜布置见附图,106,图,7-,主控室平面置图,107,综自、遥视、五防后台机,108,8.5,二次回路的电路学模型,有源回路,无源接点,在一个两端电压为直流,220V,的电路中，存在一个断开点（控制开关或辅助接点）使该电路不能导通。在某一情况下，该断开点可以闭合使电路导通，电路中的其他元件带电；在相反情况下，该断开点又断开该电路使电路中的其他元件失电。,109,图,8-,二次回路的电路学模型,110,8.6,二次图纸的分类与识图,二次图纸的分类与二次设备工作方式的分类是对照的，我们可以将它们简单地分为：电流电压回路图（模拟量开入）、信号采集回路图（数字量开入）、控制及操作回路图（开出）等。,由于图纸是与装置对应的，所以我们在拿到一张二次图纸时，首先要明确这张图纸是对应于哪个装置的，这个装置的作用是什么，这张图纸显示的是这个装置的哪一部分功能，这部分功能的动作逻辑是什么，这些逻辑是通过哪些回路一步步地完成的。按照这个顺序，我们就可以从整体到细节地看明白一张二次图纸了。,在看二次图纸时，需要多张图纸一起看，这是由于回路之间的交叉联系造成的。我们在看图时，应该按照某一个功能把所有相关的图纸全部找出来，按照动作逻辑逐张看完。,111,线路二次接线,举个例子来说，比如今天我们一起去看电影，领导给我们配了一辆大巴、一个司机。大家集合上车以后，领导用电台告诉司机：开车！司机收到指令，踩油门，车子就出发了。司机一边开车，一边不断向领导汇报：时速*公里；载客*人；车门已经关闭,突然，路边山上掉下来一块巨石，司机看见以后迅速做出判断：过不去，必须停车。踩刹车，停住以后向领导汇报：前方出现故障，已经停车。领导说：我已经通过道路监控系统看到，马上联系抢修人员。抢修人员达到后，搬走巨石，汽车继续前进。到达电影院后，司机并没有停车而是继续前进，领导用电台指示司机：停车。司机收到指令后踩刹车，汽车停稳，我们就可以进电影院了。,112,如果我们把这辆汽车作为一个出线间隔，汽车的动力系统作为断路器，那么司机的眼睛、耳朵相当于互感器；神经相当于控制电缆；大脑相当于微机保护,+,微机测控；手和脚相当于操作箱。电台和道路监控相当于变电站的监控网络。那么，以上看电影的过程和出线间隔的运行过程是相互对照的。,113,司机接到领导开车指令后踩油门,“,手动合闸,”,指令由值班人员发出后，经操作箱执行合闸操作；,司机报告路况及车况,微机测控采集各种开入量：负荷电流、隔离开关状态等,司机看见路面上有巨石并主动停车,线路上有故障，电流互感器测得短路电流后，微机保护做出跳闸判断，并由操作箱执行。,司机汇报发生故障,断路器跳闸后，事故音响启动，值班人员查看故障情况。,道路抢修人员到达现场,线路工区、保护班出动，排除故障。,汽车再次出发,再次手动合闸，设备运行正常。,到达电影院后司机不停车,微机保护在无故障情况下不会动作跳闸，微机测控在未接到远方指令时也不会向操作箱发出跳闸信号。,114,第二天，我们又去看电影。半路上司机急刹车，原来是他看到前面又有一块巨石掉下来了。等一秒钟，司机感觉巨石已经滚到马路那边去了，就再次踩油门开车，这就叫,“,自动重合闸,”,。接下来有两种情况：巨石已经过去了，汽车正常通行，这就叫,“,瞬时性故障，重合闸成功,”,；汽车刚启动，司机马上发现，巨石停在路中间了！刹车，拧钥匙熄火。这就叫,“,永久性故障，重合闸失败，禁止再次重合闸,”,。,115,第三天，我们又去看电影。又有一块巨石落在路中间了，问题是司机昨天晚上喝多了，现在还迷迷糊糊，直接就撞上去了，这就叫,“,保护拒动,”,。后面的车子躲闪不及，追尾了，这就叫,“,保护拒动导致事故范围扩大,”,。路上的车越堵越多，道路监控系统发现后把这条路从入口封了，这就叫,“,保护拒动，上一级保护跳闸,”,。,116,第四天，我们又去看电影。路况非常好，司机突然刹车，问他为什么，他说停下看风景，这就叫,“,保护误动,”,。,117,第五天，我们又去看电影。半路上，司机说自己身体不舒服，这就叫,“,装置异常,”,。是停车换司机还是让司机带病工作，这得看司机的病的严重程度而定。,118,第六天，我们又去看电影。半路上，大风刮来一块帆布把汽车前挡风玻璃遮得严严实实，司机什么都看不见了，这就叫,“,PT/CT,断线,”,，必须停车处理。,119,第七天，我们又去看电影。走到半路，司机突然双腿抽筋不能动了，这就叫,“,控制回路断线,”,。,120,提问：我们到底看了几场电影？,121,