第九章 二次设备的选择及二次回路设计基础

电气设备一次部分第1章绪论1-1 什么是发点厂、变电站、电力系统及电力网?1-2 试述火电厂、水电厂、核电厂的基本生产过程及其特点?1-3 电力系统有哪些优越性?电力系统运行要满足哪些基本要求?1-4 电能质量的主要指标是什么?1-5 什么是一次设备和二次设备?它们各自包含哪些内容?1-6 一次设备的额定电压是如何规定的?1-7 试确定图示电力系统用电设备、发电机和变压器的额定电压（变压器用额定电压比的形式表示）。

图中所示电压为电力网额定电压。

第2章电力系统中性点的运行方式2-1 电力系统的电源中性点有哪机种运行方式?什么叫小接地电流系统和大接地电流系统?2-2 在系统发生单相接地故障时,小接地电流和大接地电流系统的相对地的电压和线电压有如何的变化?为什么小接地电流系统在发生单相接地故障时可允许短时继续运行而不允许长期运行?应采取什么对策?2-3 电网对地电容与哪些因素有关?小接地电流系统单相接地电容电流与哪些因素有关?2-4 为什么说利用消弧线圈进行全补偿并不可取?2-5 试述中性点直接接地系统在发生单相接地时的后果以及提高供电可靠性的措施?第3章电弧及电气触头的基本理论3-1 何为电弧?简述断路器触头断开时断口电弧的形成过程及由此而确定的基本灭弧方法?3-2 直流电弧稳定燃烧的条件为何?灭弧室和灭弧栅在灭弧原理上有何差别?3-3 交流电弧电流有何特点?熄灭交流电弧的条件是什么?3-4 什么叫介质强度恢复过程? 什么叫电压恢复过程?它们与哪些因素有关?3-5 在直流电弧和交流电弧中,将长电弧分割成短电弧灭弧是利用了什么原理?3-6 电气触头主要有哪几种接触形式?各有什么特点?3-7 如果电气触头发生振动是什么原因造成的?有什么危害?第4章电气设备及截流导体4-1 高压断路器的作用是什么?其常见类型有哪些?4-2 试述SF6断路器的灭弧装置的特点?4-3 隔离开关的作用是什么?4-4 熔断器的基本结构是什么?简述熔断器的熔断过程?4-5 电压互感器与电流互感器各有何作用,运行时有何特点?为什么工作时,电磁型电流互感器二次不能开路,而电压互感器不能短路。

二次回路的设计一、 二次设备的选择1、二次回路保护设备的选择1）熔断器的配置A 、控制和保护回路熔断器的配置同一安装单位的控制、保护和自动装置一般合用一组熔断器。

当一个安装单位内只有一台断路器时（如35kV 或110kV 出线），只装一组熔断器。

当一个安装单位有几台断路器时（如三绕组变压器各侧断路器），各侧断路器的控制回路分别装设熔断器。

对其公用的保护回路，应根据主系统运行方式决定接于电源侧断路器的熔断器上或另行设置熔断器。

发电机出口断路器和自动灭磁装置的控制回路一般合用一组熔断器。

两个及以上安装单位的公用保护和自动装置回路（如母线保护等），应装设单独的熔断器。

B 、信号回路熔断器的配置每个安装单位的信号回路（包括隔离开关的位置信号、事故和预告信号、指挥信号等）一般用一组熔断器。

公用的信号回路（如中央信号等）应装设单独的熔断器。

厂用电源和母线设备信号回路一般分别装设公用的熔断器。

闪光小母线的分支线上，一般不装设熔断器。

信号回路用的熔断器均应加以监视，一般用隔离开关的位置指示器进行监视，也可以用继电器或信号灯来监视。

2）熔断器的选择(1) 控制、信号和保护回路熔断器的选择熔断器应按二次回路最大负荷电流选择，即K I I MAX LD N ⋅=（9－1） N I ——熔件的额定电流，A ；MAX LD I ——二次回路最大负荷电流，A ；K ——配合系数，一般取1.5。

2、控制和信号回路设备的选择1）控制开关的选择2）信号灯及附加电阻的选择3）继电器和接触器的选择3、控制电缆的选择1）控制电缆型式及芯线的选择2）控制电缆截面的选择二、 展开接线图中的回路编号1、回路编号方法回路编号由三个及以下的数字组成对于交流电路为了区分相别，在数字前面还加上A 、B 、C 、N 等文字符号。

对于不同用途的回路规定了编号数字的范围对于一些比较重要的常见回路（例如直流正、负电源回路，跳、合闸回路）都给予了固定的编号。

变电所二次回路方案选择及继电保护的整定在各级电压等级的变电所中，使用各种电气设备，诸如变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、补偿电容器等，这些设备的任务是保证变电所安全、可靠的供电，因为选择电气设备时，必须虑及电力系统在正常和故障时的工作情况。

所谓电气设备的选择，则是根据电气设备在系统中所处的地理位置和完成的任务来确定它们的型号和参数。

电气设备选择的总原则是在保证安全、可靠工作的前提下，适当留有裕度，力求在经济上进行节约。

1 二次回路的定义和分类二次设备是指测量表计、控制及信号设备、继电保护装置、自动装置和运动装置等。

根据测量、控制、保护和信号显示的要求，表示二次设备互相连接关系的电路，称为二次接线或二次回路。

按二次接线的性质来分，有交流回路和直流回路，按二次接线的用途来分，有操作电源回路、测量表计回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路等。

2 二次回路操作电源的选择操作电源按其性质分，有直流操作电源和交流操作电源两大类。

蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险：有整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。

考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。

因此这里采用交流操作电源，并且从电流互感器取得电流源。

3 二次回路的接线要求继电保护装置即各种不同类型的继电器，以一定的方式连结与组合，在系统发生故障时，继电保护动作，作用于断路器脱扣线圈或给出报警信号，以达到对系统进行保护的目的。

继电保护的设计应以合理的运行方式和故障类型作为依据，并应满足速动性、选择性、可靠性和灵敏性四项基本要求：1.选择性：当供电系统发生故障时，要求只离故障点最近的保护装置动作，切除故障，而供电系统的其它部分仍然正常运行。

2.速动性：为了防止故障扩大，减轻其危害程度，并提高电力系统运行的稳定性，因此在系统发生故障时，保护装置应尽快动作，切除故障。

基本知识讲课内容：1、二次回路基础知识（二次回路内容、二次回路图分类、常用符号及元器件表示方式，变配电所二次设备布置）2、继电保护的基础知识（继电保护的基本任务、对继电保护的基本要球、继电保护的基本工作原理及构成、继电器的基本原理及分类、互感器的极性、方向、误差、接线）3、结合公司装置及技术说明书讲解公司装置是如何实现继电保护的基本任务，满足继电保护的基本要求的；公司装置中使用的继电器的类型；互感器的各种接线方式如何在公司装置上实现讲课要求：1、了解二次回路的基本知识2、掌握继电保护的基础知识3、针对讲课内容出相应的习题，10道左右二次回路基本知识一、二次回路内容变配电所的二次部分对于实现变配电所安全、优质和经济的电能分配具有极为重要的作用。

变配电所的电气设备按其作用的不同可分为一次设备和二次设备，其控制保护接线回路又可分为一次回路和二次回路。

一次设备是指直接输送和分配电能的高电压、大电流设备，包括电力母线、电力线路、高压断路器、高压隔离开关、电流互感器、电压互感器等。

由变配电所一次设备组成的整体称为变配电所一次部分。

二次设备是指对一次设备进行监察、控制、测量、调节和保护的低电压、小电流设备，包括继电保护及安全自动装置、操作电源、熔断器等。

由变配电所二次设备组成的整体称为变配电所二次部分。

一次回路又称为一次接线是将一次设备相互连接而形成的电路。

二次回路又称为二次接线是将二次设备相互连接而形成的电路。

包括电气设备的测量回路、控制操作回路、信号回路、保护回路等。

二次回路的工作任务是反映一次设备的工作状态及控制一次设备，即在一次设备发生故障时，能迅速反应故障，并使故障设备退出工作，保证变配电所处于安全的运行状态。

二次回路的主要内容是高压电气设备和电力线路的控制、信号、测量及监察、继电保护及自动装置、操作电源等系统。

a、控制系统控制系统是由控制器具、控制对象及控制网络构成控制系统的作用是对变电站的开关设备进行就地或远方跳、合闸操作，以满足改变主系统运行方式及处理故障的要求。

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。

第一章二次回路的基本概念1.1二次回路的概述二次回路是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路。

二次回路又称二次系统。

按功能二次回路可分为断路器控制回路、信号回路、保护回路、监测回路和自动化回路，为保证二次回路的用电，还有相应的操作电源回路等。

供电系统的二次回路功能示意图如下图所示。

图1-1二次回路功能示意图二次回路是一个具有多种功能的复杂网络，其内容包括高压电气设备和输电线路的控制、调节、信号、测量与监察、继电保护与自动装置、操作电源等系统。

分析如下：（1）控制系统由各种控制器具、控制对象和控制网络构成。

其主要作用是对变配电所的开关设备进行远方跳、合闸操作，以满足改变电力系统运行方式及处理故障的要求。

控制系统按自动化程度的不同分为手动控制、半自动控制和自动控制；按控制方式的不同分为分散控制和集中控制；按控制距离的不同分为就地控制和远方控制；按操作电源的不同分为直流控制、交流控制、强电控制和弱电控制等。

强电控制采用直流110V或220V，交流额定值100V、5A；弱电控制采用直流60V及以下，交流50V、1A及以下。

（2）信号系统由信号发送机构、接收显示原件及其网络构成。

其作用是准确、及时地显示出相应一次设备的工作状态，为运行人员提供操作、调节和处理故障的可靠依据。

信号系统按信号性质的不同分为事故信号、预告信号、指挥信号、位置信号、继电保护及自动装置动作信号等；按信号的显示方式不同分为灯光信号、音响信号和其他显示信号；按信号的相应时间不同分为瞬时动作信号和延时动作信号；按信号的复归方式不同分为手动复归和自动复归信号（3）测量与监察系统由各种电气测量仪表、监测装置、切换开关及其网络构成。

其作用是指示或记录主要电气设备和输电线路的运行参数，作为生产调度和值班人员掌握电气一次系统的运行情况，进行经济核算和故障处理的主要依据。

（4）继电保护与自动装置系统由互感器、变换器、各种继电保护及自动装置、选择开关及其网络构成。

继电保护及其二次回路基础一、概述1、二次设备之间的相互连接的回路统称为二次回路，通常包括交流电压回路、交流电流回路、控制回路、信号回路以及电源回路等。

2、常用的电气编号（回路标号）1)交流电流回路：400~599，如A411，B411，C411，N411；2)交流电压回路：600~799，如Ⅰ母电压A630、B630、C630、L630、N600，Ⅱ母电压A640、B640、C640、L640、N600，切换后电压A710、B710、C710等；3)控制回路：常用固定的数字标号，如正电源1、101、201、301，负电源2、102、202、302，合闸3、7，跳闸33、37等；4)信号回路：801~999，一般信号公共端为801。

5)电源回路：常用固定的数字标号，如控制电源+KM、-KM，保护装置电源+BM、-BM，交流电源~A、~N等。

3、关于保护的分类1)主保护：能以最快速度、有选择性地切除保护设备与线路故障，如电流差动保护、高频距离保护、工频变化量阻抗保护等；2)后备保护：主保护或断路器拒动时，用来切除故障，如距离保护、零序保护、失灵保护等。

二、线路保护1、保护屏配置220kV及以上的线路保护一般采用双重化配置，包括两套线路保护、操作箱、通道接口装置等。

110kV及以下的线路则按单套保护装置配置。

2、交流电流回路一条线路的线路保护1、2的交流电流分别取自CT的第1、第2个二次绕组，经过保护装置的模数转换、数据采集等处理后供线路保护使用。

如图2的线路保护2的电流末端还串接给故障录波装置使用。

图1 一次接线图图2 线路保护交流电流回路3、交流电压回路1)电压切换：Ⅰ段母线电压A630、B630、C630、N600以及Ⅱ段母线电压A640、B640、C640、N600引自屏顶小母线或公用测控屏，利用所挂母线刀闸的辅助接点，经过操作箱（或操作插件）的电压切换继电器1YQJ、2YQJ实现Ⅰ、Ⅱ段母线电压的切换。