《風(fēng)電場電氣系統(tǒng) 》 課件 第4、5章 風(fēng)電場一次設(shè)備的選擇、風(fēng)電場電氣二次系統(tǒng)

風(fēng)電場電氣系統(tǒng)第4章風(fēng)電場一次設(shè)備的選擇第4章風(fēng)電場一次設(shè)備的選擇

關(guān)注的問題電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件和校驗(yàn)方法是什么？變壓器的容量、臺數(shù)和型式應(yīng)怎樣進(jìn)行選擇？開關(guān)設(shè)備的型式和參數(shù)怎樣選擇？CT和PT怎樣選擇？載流導(dǎo)體選擇和校驗(yàn)應(yīng)如何計(jì)算？教學(xué)目標(biāo)了解風(fēng)電場一次電氣設(shè)備選擇的一般條件和技術(shù)條件，了解熱穩(wěn)定校驗(yàn)、動穩(wěn)定校驗(yàn)和環(huán)境校驗(yàn)方法，理解和掌握電氣設(shè)備的型式、參數(shù)與其在風(fēng)電場中運(yùn)行環(huán)境的關(guān)系能對風(fēng)電一次設(shè)備的選擇進(jìn)行初步分析和簡單計(jì)算?！?.1導(dǎo)體的發(fā)熱和電動力

§4.1.1導(dǎo)體長期發(fā)熱和載流量當(dāng)電流流過導(dǎo)體時(shí)，由于有電阻存在將造成能量損耗，同時(shí)由于渦流和磁滯損耗，在導(dǎo)體附近的磁場中也將有一部分能量損耗，這些能量的損耗將轉(zhuǎn)換為熱能，使導(dǎo)體的溫度升高。為保證導(dǎo)體可靠工作，往往要對導(dǎo)體正常工作時(shí)的最高允許溫度做出限制：

①對于一般裸導(dǎo)體，最高允許溫度一般為70℃；

②對于計(jì)及日照的鋼芯鋁絞線和管形導(dǎo)體，最高允許溫度一般為80℃；

③對于接觸面有鍍錫的可靠覆蓋層，最高允許溫度一般為85℃。

§4.1.1導(dǎo)體長期發(fā)熱和載流量

由于導(dǎo)體正常運(yùn)行時(shí)，電流運(yùn)行于額定電流，發(fā)熱量不是很大，可以持續(xù)運(yùn)行而不超過導(dǎo)體的最高允許溫度，因此稱導(dǎo)體正常運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱過程為長期發(fā)熱?？紤]到導(dǎo)體本身的發(fā)熱和散熱過程，電流和溫度的關(guān)系如下：式中

I為導(dǎo)體載流量；

αw為導(dǎo)體的散熱系數(shù);F為散熱面積;

θw為帶電運(yùn)行的導(dǎo)體的溫度；

θ0為環(huán)境溫度；R為單位長度的導(dǎo)體電阻§4.1.2導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱短路發(fā)生后，導(dǎo)體中流過的電流急劇增加，熱量積累也非常迅速（按照電流的平方產(chǎn)生），但是短路不允許持續(xù)很長時(shí)間，繼電保護(hù)會盡可能快地將其切除，因此這一過程被稱為短時(shí)發(fā)熱。一般采用短路電流熱效應(yīng)來計(jì)算短路后的導(dǎo)體發(fā)熱熱積累。短路電流熱效應(yīng)計(jì)算公式如下：

其中，Ikt為短路電流；tk為短路時(shí)間

§4.1.2導(dǎo)體短時(shí)發(fā)熱由于短路電流的變化規(guī)律十分復(fù)雜，很難用簡單的解析表達(dá)式來計(jì)算，因此工程中常用一種簡化的實(shí)用計(jì)算法來計(jì)算

：

其中Qp為短路電流周期分量所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，Qnp為短路電流非周期分量所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。當(dāng)短路電流切除時(shí)間超過1秒時(shí)，發(fā)熱主要由周期分量決定，可忽略非周期分量的影響§4.1.3導(dǎo)體短路時(shí)的電動力短路的時(shí)候電流急劇增大，導(dǎo)體所受的電動力也急劇增大，很可能造成導(dǎo)體的變形扭曲，導(dǎo)致電氣設(shè)備的損壞

一般情況下，系統(tǒng)中發(fā)生三相故障時(shí)的短路電流最大，而且短路電流的最大數(shù)值出現(xiàn)在短路后最初的半個(gè)周期（常按t=0.01s分析），此時(shí)的短路電流的最大峰值被稱為最大沖擊電流

ish三相導(dǎo)體中B相（中間相）的電動力最大，大小為：§4.2電氣設(shè)備選擇的一般條件

電氣主接線是由導(dǎo)體和電氣設(shè)備連接而構(gòu)成的電路。選擇適合本地使用的導(dǎo)體和電氣設(shè)備，不僅需要考慮電氣設(shè)備的電氣參數(shù)，還需綜合考慮電氣設(shè)備所處的環(huán)境因素，此外也要注意電氣設(shè)備運(yùn)行可能給環(huán)境帶來的影響?！?.2.1電氣設(shè)備選擇的一般條件選擇適用的電氣設(shè)備，首先要確定其額定參數(shù)，同時(shí)，還要考慮設(shè)備安裝地點(diǎn)的環(huán)境因素，此外，必須考慮電力系統(tǒng)中短路所造成的巨大短路電流對系統(tǒng)的損害在選擇電氣設(shè)備時(shí)，必須考慮下列各項(xiàng)原則：應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展。應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核。應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。與整個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)諧調(diào)一致。同類設(shè)備盡量減少品種。選用的新產(chǎn)品均應(yīng)具有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格?！?.2.2電氣設(shè)備選擇的技術(shù)條件§4.2.2.1按照正常工作狀態(tài)選擇

對電氣設(shè)備來說，首先要考慮其是否可以承受流過的電流和加于其上的電壓：（1）額定電壓

即電氣設(shè)備的額定電壓UN要大于設(shè)備安裝處的電網(wǎng)額定電壓Uns

（2）額定電流

即運(yùn)行中的電氣設(shè)備額定電流IN不得低于所在回路在各種可能運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流

Imax?！?.2.2.2按照短路狀態(tài)校驗(yàn)

按照正常條件選出的電氣設(shè)備必須要校驗(yàn)一下其熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定能力

（1）設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流It和時(shí)間t，并以此校驗(yàn)其熱穩(wěn)定性是否滿足要求：其中Qk是實(shí)際計(jì)算得到的短路電流熱效應(yīng)

（2）設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流幅值ish及其有效值Ish，以此校驗(yàn)電氣設(shè)備是否可以滿足動穩(wěn)定的要求：

其中ish和Ish為實(shí)際計(jì)算得到的沖擊電流幅值（kA）§4.2.2.2按照短路狀態(tài)校驗(yàn)Qk和ish需要由短路電流計(jì)算求得在計(jì)算Qk時(shí)需要選取合適的短路時(shí)間，一般考慮短路時(shí)間tr為保護(hù)動作時(shí)間tpr和斷路器全開斷時(shí)間tbr之和，即：

tpr一般采用后備保護(hù)動作時(shí)間

tbr為斷路器的固有分閘時(shí)間和斷路器觸頭開始拉開直至觸頭間電弧完全熄滅的時(shí)間之和。§4.2.2.2按照短路狀態(tài)校驗(yàn)對于以下幾種情況，也可以不去校驗(yàn)動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性：

1)用熔斷器保護(hù)的電氣設(shè)備，其熱穩(wěn)定由熔斷時(shí)間保證，故可不驗(yàn)算熱穩(wěn)定。

2)采用有限流電阻的熔斷器保護(hù)的設(shè)備。其回路電流被電阻限制。

3)裝設(shè)在電壓互感器回路中的裸導(dǎo)體和電氣設(shè)備。§4.2.3電氣選擇的環(huán)境因素應(yīng)根據(jù)具體工作場所的實(shí)際情況有針對性地選擇電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)和型式1）溫度如果周圍的環(huán)境溫度不是40℃，則設(shè)備的允許電流須按一定的規(guī)則進(jìn)行修正2）日照當(dāng)設(shè)備提供的額定載流量未考慮日照時(shí)，在電氣設(shè)計(jì)中可以按電氣設(shè)備額定電流值的80％滿足電流要求來選擇設(shè)備

3）風(fēng)速當(dāng)最大風(fēng)速超過35m/s時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)和布置時(shí)采取有效防護(hù)措施§4.2.3電氣選擇的環(huán)境因素

4）冰雪在積雪和附冰嚴(yán)重的地區(qū)，應(yīng)采取措施防止冰串引起瓷件絕緣發(fā)生對地閃絡(luò)5）濕度一般高壓電氣設(shè)備可在環(huán)境溫度為+20℃、相對濕度為90％的環(huán)境中使用

6）污穢

7）海拔對安裝在海拔高度超過1km地區(qū)的電氣設(shè)備外絕緣一般應(yīng)加強(qiáng)8）地震選擇設(shè)備時(shí)要考慮本地地震烈度，選用可以滿足地震要求的產(chǎn)品§4.2.4環(huán)境保護(hù)

選擇電氣設(shè)備時(shí)，還應(yīng)該考慮電氣設(shè)備對周圍環(huán)境的影響，主要考慮電磁干擾和噪聲。

電磁干擾電氣設(shè)備及金具在最高工作相電壓下，晴天的夜晚不應(yīng)出現(xiàn)可見電暈；110kV及以上的電氣設(shè)備，戶外晴天無線電干擾電壓不應(yīng)大于2500μV噪聲在距電氣設(shè)備2m處，連續(xù)性噪聲不應(yīng)大于85dB；非連續(xù)性噪聲，屋內(nèi)設(shè)備不應(yīng)大于90dB，屋外設(shè)備不應(yīng)大于110dB§4.3變壓器的選擇

§4.3.1變壓器的容量和臺數(shù)風(fēng)電場中的變壓器包括主變壓器、集電變壓器和場用變壓器風(fēng)電場各種變壓器容量的確定方法如下：（1）集電變壓器集電變壓器的選擇，可以按照常規(guī)電廠中單元接線的機(jī)端變壓器的選擇方法進(jìn)行。即：按發(fā)電機(jī)額定容量扣除本機(jī)組的自用負(fù)荷后，留10%的裕度確定§4.3.1變壓器的容量和臺數(shù)

（2）升壓站的主變壓器對于升壓站中的主變壓器，則參照常規(guī)發(fā)電廠有發(fā)電機(jī)電壓母線的主變壓器進(jìn)行選擇：①主變?nèi)萘康倪x擇應(yīng)滿足風(fēng)電場對于能量輸送的要求，即主變壓器應(yīng)能夠?qū)⒌蛪耗妇€上的最大剩余功率全部輸送入電力系統(tǒng)。②有兩臺或多臺主變并列運(yùn)行時(shí)，當(dāng)其中容量最大的一臺因故退出運(yùn)行時(shí)，其余主變在允許的正常過負(fù)荷范圍內(nèi)，應(yīng)能輸送母線最大剩余功率。§4.3.1變壓器的容量和臺數(shù)

（3）場用變壓器風(fēng)電場場用變壓器的選擇，容量按估算的風(fēng)電場內(nèi)部負(fù)荷并留一定的裕度確定。變壓器的臺數(shù)與電壓等級、接線形式、傳輸容量、與系統(tǒng)的聯(lián)系緊密程度等因素有密切關(guān)系：

①與系統(tǒng)有強(qiáng)聯(lián)系的大型、特大型風(fēng)電場，在一種電壓等級下，升壓站中的主變應(yīng)不少于2臺。②與系統(tǒng)聯(lián)系較弱的中、小型風(fēng)電場和低壓側(cè)電壓為6-10kV的變電所，可只裝1臺變壓器?！?.3.2變壓器的型式（1）相數(shù)

用一臺三相變壓器還是用三臺單相變壓器組，就要根據(jù)具體情況確定，一般要考慮以下原則：①當(dāng)不受運(yùn)輸條件限制時(shí)，330kV及以下的電力系統(tǒng)，一般都應(yīng)選三相變壓器。②當(dāng)風(fēng)電場連接到500kV的電網(wǎng)時(shí)，宜經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比較后，確定選用三相變壓器、兩臺半容量的三相變壓器或單相變壓器。③對于與系統(tǒng)聯(lián)系緊密的500kV變電站，除考慮運(yùn)輸條件外，還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)和負(fù)荷情況，分析變壓器故障對系統(tǒng)的影響，以確定選用單相或三相變壓器?！?.3.2變壓器的型式（2）繞組數(shù)

繞組數(shù)一般對應(yīng)于變壓器所連接的電壓等級，即電壓變化的數(shù)目。分裂變壓器的電壓等級和繞組數(shù)不對應(yīng)，它的電磁結(jié)構(gòu)是高壓或低壓側(cè)有兩個(gè)繞組，而這兩個(gè)繞組的電壓等級相同。當(dāng)風(fēng)電場中的變壓器連接三個(gè)電壓等級（其中兩個(gè)為升高的電壓等級）時(shí)，可以選擇采用2臺雙繞組變壓器或者1臺三繞組變壓器。對于容量為125MW及以下的風(fēng)電場，可采用三繞組變壓器，三繞組變壓器的臺數(shù)一般不超過2臺對于200MW及以上的風(fēng)電場，采用雙繞組變壓器加聯(lián)絡(luò)變壓器連接多個(gè)電壓等級。聯(lián)絡(luò)變一般采用自耦變壓器§4.3.2變壓器的型式（3）接線組別變壓器三相繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致電力系統(tǒng)采用的變壓器三相繞組連接方式只有“Y”和“△”兩種在我國，110kV及以上電壓等級中，變壓器三相繞組都采用“Yn”連接；35kV采用“Y”連接，而中性點(diǎn)多通過消弧線圈接地。35kV以下，采用“△”連接。在發(fā)電廠和變電站中，考慮系統(tǒng)或機(jī)組的同步并列要求以及限制三次諧波等因素，主變壓器一般都選用Yn/△11常規(guī)接線?！?.3.2變壓器的型式（4）調(diào)壓方式根據(jù)分接頭的切換方式，變壓器的調(diào)壓方式有兩種：無激磁調(diào)壓：不帶電切換，調(diào)壓范圍在±2×2.5%以內(nèi)；有載調(diào)壓：帶負(fù)荷切換，調(diào)壓范圍在30%，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

一般來說，有載調(diào)壓只在下列情況選用：①接于風(fēng)電場這種出力變化大的發(fā)電廠的主變，特別是潮流方向不固定，且要求變壓器副邊電壓維持在一定水平。②接于時(shí)而為送端，時(shí)而為受端，具有可逆工作特點(diǎn)的聯(lián)絡(luò)變壓器。為保證供電質(zhì)量，要求母線電壓恒定。③發(fā)電機(jī)經(jīng)常在低功率因數(shù)下運(yùn)行?！?.3.2變壓器的型式（5）冷卻方式：自然風(fēng)冷：7500kVA以下的小容量變壓器靠自然的風(fēng)吹進(jìn)行冷卻

強(qiáng)迫空氣冷卻：容量大于10000kVA的變壓器常采用人工風(fēng)冷

強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻：水源充足的地方采用此方式極為有利

強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻：近年來大型變壓器都采用這種方式水內(nèi)冷變壓器充氣式變壓器§4.3.2變壓器的型式例4-1：某風(fēng)電場安裝1500kW風(fēng)電機(jī)組33臺，風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備耗電不大于3%，請選擇風(fēng)電機(jī)組中升壓變壓器的容量？解：

注：0.85為功率因數(shù)§4.3.2變壓器的型式

例4-2：例1中的風(fēng)電場，每11臺機(jī)組升壓為35kV集成一路接入風(fēng)電場升壓站，升壓站接有一路110kV架空線路，請從下表中選擇升壓站主變壓器？序號型號額定電壓連接組標(biāo)號高壓中壓低壓1SFP7-120000/110121±2×2.5%13.8YN,d112SFP-120000/11012135YN,d113SFZ10-63000/110121±8×1.25%35YN,d114SFZ9-63000/110121±8×1.25%10.5YN,d115SSZ9-63000/110110±8×1.25%38.5，356.3.，6.6，

10.5，11YN,d116S9-800/3535±5%3.15，6.3，10.5Y,d117OSFPS-120000/220220±2×2.5%12110.5YN,yn，d11§4.3.2變壓器的型式

解：風(fēng)電場的總裝機(jī)容量為

主變臺數(shù)的選擇：考慮變壓器檢修，風(fēng)電場中應(yīng)裝設(shè)兩臺主變壓器。

主變?nèi)萘康倪x擇：由于風(fēng)電的不連續(xù)特性，風(fēng)電場的利用小時(shí)數(shù)低以及主變具備一定的過負(fù)荷運(yùn)行特性，因此要求當(dāng)一臺主變停運(yùn)的時(shí)候，另一臺主變可以依據(jù)其自身過負(fù)荷能力將風(fēng)電場生產(chǎn)的全部電能送入，計(jì)算如下：電機(jī)組發(fā)電時(shí)，潮流從風(fēng)電場送到電網(wǎng)；風(fēng)電機(jī)組不發(fā)電時(shí)，潮流從系統(tǒng)倒送站用電，電壓波動較大，選用有載調(diào)壓變壓器。由上所述，選上表中3為升壓站主變壓器?！?.3開關(guān)電氣設(shè)備的選擇§4.3.1斷路器的選擇§4.3.1.1斷路器的型式根據(jù)滅弧介質(zhì)，斷路器可以分為：油斷路器（多油、少油）、壓縮空氣斷路器、SF6斷路器、真空斷路器等。應(yīng)根據(jù)各種類型斷路器的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)以及使用環(huán)境和條件等，來合理選擇斷路器的型式。

§4.3.1.2斷路器的電氣參數(shù)

選擇高壓斷路器時(shí)，不僅要考慮其額定電壓和額定電流的大小，還要考慮其對故障電流的開合能力，即考慮其額定開斷電流和短路關(guān)合電流。（1）額定電流和電壓

即斷路器的額定電壓UN要大于其安裝位置的電網(wǎng)額定電壓Uns。即斷路器的額定電流IN不得低于所在回路在各種可能運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax?！?.3.1.2斷路器的電氣參數(shù)（2）額定開斷電流指在額定電壓下可能開斷的最大電流，其值不應(yīng)小于實(shí)際開斷瞬間的短路電流周期分量Ipt

（3）短路關(guān)合電流要求斷路器具有關(guān)合短路電流的能力即短路關(guān)合電流要大于等于短路后的最大沖擊電流

（4）熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定的校驗(yàn)§4.3.1.2斷路器的電氣參數(shù)例4-3：請計(jì)算例2中的主變高壓側(cè)斷路器的最大持續(xù)工作電流？解：主變壓器高壓側(cè)最大持續(xù)工作電流為：§4.3.1.2斷路器的電氣參數(shù)例4-4：例3中主變高壓側(cè)短路電流數(shù)據(jù)如下表，

已知110kV系統(tǒng)后備用保護(hù)動作最長時(shí)間為3s，風(fēng)電場接入系統(tǒng)可以認(rèn)為是無窮大，請?jiān)谙卤碇谐醪竭x擇斷路器

三相短路電流周期分量（kA）短路沖擊電流峰值（kA）短路沖擊全電流有效值（kA）8.7322.2713.27序號型號額定電壓額定電流額定開斷電流極限通過電流熱穩(wěn)定電流固有分閘時(shí)間合閘時(shí)間3s5s1LW6-220/315022031505012531.50.030.092LW36-126/20001262000218031.50.060.093SW4-110/1000110100018.455210.060.254ZN4-10/20001020004011043.50.060.06§4.3.1.2斷路器的電氣參數(shù)解：1、短路計(jì)算時(shí)間2、由于tk＞1s，不計(jì)短路電流非周期分量，短路電流的熱效應(yīng)Qk等于周期分量熱效應(yīng)Qp，又由于風(fēng)電場接入無窮大系統(tǒng)，簡化計(jì)算：

3、4、斷路器選擇：1）額定電壓，由表知1、2、3號斷路器均可滿足要求，由于1號斷路器用于220kV，暫不考慮。2）2、3號斷路器的額定電流，額定開斷電流和額定關(guān)合電流均滿足要求。3）3號斷路器為戶外少油型，造價(jià)較低但維護(hù)工作量較大，2號斷路器為自能式高壓六氟化硫斷路器，雖造價(jià)較高，但此種開關(guān)性能好，可靠性高，使用方便，因此選用2號斷路器?！?.4.2隔離開關(guān)的選擇

隔離開關(guān)不需要選擇開斷電流和關(guān)合電流，而其它參數(shù)的確定方法則與斷路器完全相同?！?.4.3熔斷器的選擇§4.4.3.1熔斷器的型式根據(jù)安裝地點(diǎn)，高壓熔斷器可以分為屋外跌落式、屋內(nèi)式。屋外跌落式常裝設(shè)于高壓桿上變壓器的高壓側(cè)，作為保護(hù)。熔斷器還可以分為限流型或不限流型。不限流熔斷器在熔件熔化后，在第一次過零或經(jīng)過幾個(gè)半周期之后電弧才熄滅。限流熔斷器在熔件熔化后，其電流在未達(dá)到最大值之前就立即減小到零?！?.4.3.2熔斷器的額定電壓高壓熔斷器的額定電壓UN必須大于或等于熔斷器安裝處電網(wǎng)的額定電壓Uns，即熔斷器額定電壓的確定原則與其它電氣設(shè)備沒有區(qū)別?！?.4.3.3熔斷器的額定電流熔斷器額定電流的選擇，主要是熔體的額定電流的選擇。（1）被保護(hù)設(shè)備是35kV及以下的電力變壓器時(shí)，熔體的額定電流按下式選擇其中

K為可靠系數(shù)（不計(jì)電動機(jī)自啟動時(shí)=1.1~1.3，考慮電動機(jī)自啟動時(shí)=1.5~2.0）；Imax為電力變壓器回路的最大工作電流

（2）被保護(hù)設(shè)備是電力電容器時(shí)，熔體的額定電流按下式選擇：其中K為可靠系數(shù)（保護(hù)單臺電容器時(shí)=1.5~2.0，保護(hù)一組電容器時(shí)=1.3~1.8）；INC為電力電容器回路的額定電流§4.4.3.4熔斷器的開斷電流對于沒有限流作用的熔斷器，選擇時(shí)用沖擊電流的有效值Ish校驗(yàn)開斷電流，即：對于有限流作用的熔斷器，電流在達(dá)到最大值之前已經(jīng)截?cái)?，因此可不?jì)非周期分量的影響，而采用I''進(jìn)行校驗(yàn)§4.4.3.5熔斷器選擇性的校驗(yàn)

為了保證前后兩級熔斷器之間或熔斷器與電源（或負(fù)荷）保護(hù)裝置之間動作的選擇性，應(yīng)進(jìn)行熔體選擇性校驗(yàn)。F3F2F1ttIt0tF1tF2F2所在回路發(fā)生短路時(shí)，流過F1的短路電流基本相同，因此要求F1熔斷器的電流要大于F2，以保證此時(shí)F1的斷開時(shí)間要長于F2?！?.5

互感器的選擇

§4.5.1

電流互感器的選擇§4.5.1.1種類和型式的選擇選擇電流互感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)安裝地點(diǎn)（如屋內(nèi)、屋外）和安裝方式（如穿墻式、支持式、裝入式等）選擇其型式。當(dāng)一次電流較?。ㄔ?00A及以下）時(shí)，宜優(yōu)先采用多匝式電流互感器當(dāng)采用弱電控制系統(tǒng)或配電裝置距離控制室較遠(yuǎn)時(shí)，二次額定電流應(yīng)盡量采用1A；而強(qiáng)電系統(tǒng)用5A?！?.5.1.2一次回路額定電壓和電流一次回路的額定電壓UN和額定電流I1N應(yīng)滿足：為確保所供儀表的準(zhǔn)確度，電流互感器的一次側(cè)額定電流應(yīng)盡可能與最大工作電流接近?！?.5.1.3準(zhǔn)確級和額定容量為了保證測量儀表的準(zhǔn)確度，電流互感器的準(zhǔn)確級不得低于所供測量儀表的準(zhǔn)確級。由選定的準(zhǔn)確級所規(guī)定的互感器額定容量，應(yīng)大于或等于二次側(cè)所接負(fù)荷，即：

ra,rre分別為二次側(cè)回路中所接儀表和繼電器設(shè)備的電流線圈電阻，rc為接觸電阻，rL為連接導(dǎo)線電阻§4.5.1.3準(zhǔn)確級和額定容量電流互感器常用接線方式圖（a）用于對稱三相負(fù)荷，測量一相電流，LC=2L；圖（b）為星型接線，可不計(jì)中性線電流，LC=L，常用于110kV及以上線路和發(fā)電機(jī)、變壓器等重要回路；圖（c）為不完全星型接線，常用于35kV及以下電壓等級的不重要出線?！?.5.1.4熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗(yàn)

(1)熱穩(wěn)定校驗(yàn)

電流互感器熱穩(wěn)定能力常以1s允許通過的熱穩(wěn)定電流I1或一次額定電流I1N的倍數(shù)Kt來表示。熱穩(wěn)定校驗(yàn)式為(2)動穩(wěn)定校驗(yàn)多匝式一次繞組主要經(jīng)受內(nèi)部電動力；單匝式一次繞組不存在內(nèi)部電動力，則電動力穩(wěn)定性由外部電動力決定。內(nèi)部外部§4.5.2電壓互感器的選擇§4.5.2.1種類和型式的選擇

應(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)和使用條件選擇電壓互感器的種類和型式。①在6～35kV屋內(nèi)配電裝置中，一般采用油浸式或澆注式電壓互感器；110～220kV配電裝置通常采用串級式電磁式電壓互感器。②在500kV配電裝置中，配置有雙套主保護(hù)，并考慮到后備保護(hù)、自動裝置和測量的要求，電壓互感器應(yīng)具有三個(gè)二次繞組。③三相式只在20kV以下才有三相式產(chǎn)品。三相五柱式電壓互感器廣泛用于3～15kV系統(tǒng)；而三相三柱式電壓互感器很少采用。④當(dāng)二次側(cè)負(fù)荷不對稱，三相式電壓互感器的三相磁路不對稱，所以當(dāng)接入精度要求較高的計(jì)費(fèi)電能表時(shí)，可采用三個(gè)單相電壓互感器組或兩個(gè)單相電壓互感器接成不完全三角形?！?.5.2.2一次和二次額定電壓應(yīng)根據(jù)互感器的接線方式來確定其相電壓或相間電壓?！?.5.2.3容量和準(zhǔn)確級選擇互感器的額定容量（對應(yīng)于所要求的準(zhǔn)確級），應(yīng)不小于電壓互感器的二次負(fù)荷，即S2N≥S2

，而二次負(fù)荷

分別為各儀表的視在功率、有功功率、無功功率和功率因數(shù)。計(jì)算電壓互感器的各相負(fù)荷時(shí)，必須注意互感器和負(fù)荷的接線方式。§4.6導(dǎo)體的選擇導(dǎo)體的選擇主要是選擇其截面，以保證導(dǎo)體在正常運(yùn)行時(shí)可以通過一定的電流而發(fā)熱不會超過其限值，在發(fā)生故障時(shí)可以滿足熱穩(wěn)定要求，對于硬導(dǎo)體還需要校驗(yàn)其動穩(wěn)定和共振情況。常見的軟導(dǎo)體為鋼芯鋁絞線、組合導(dǎo)線、分裂導(dǎo)線和擴(kuò)徑導(dǎo)線。§4.6.1導(dǎo)體截面的選擇導(dǎo)體的截面一般按照工作電流或經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行選擇。對于年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)大（大于5000小時(shí)），傳輸容量大，母線較長（大于20m）的情況，一般按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，其它情況可按照工作電流選擇。

（1）按回路持續(xù)工作電流選擇

其中Imax-導(dǎo)體所在回路的持續(xù)工作電流；Ial–在額定環(huán)境溫度25°C時(shí)導(dǎo)體允許電流；K–與實(shí)際環(huán)境溫度和海拔有關(guān)的綜合校正系數(shù)導(dǎo)體最高允許溫度(℃)適應(yīng)范圍海拔高度(m)實(shí)際環(huán)境溫度(℃)+20+25+30+35+40+45+50+70屋內(nèi)矩形、槽型、管型導(dǎo)體和不計(jì)日照的屋外軟導(dǎo)線1.051.000.940.880.810.740.67+80計(jì)及日照時(shí)屋外軟導(dǎo)線1000及以下2000300040001.051.010.970.931.000.960.920.890.950.910.870.840.890.850.810.770.830.790.750.710.760.69計(jì)及日照時(shí)屋外管型導(dǎo)體1000及以下2000300040001.051.000.950.911.000.940.900.860.940.880.840.800.870.810.760.720.800.740.690.650.720.63§4.6.1導(dǎo)體截面的選擇與環(huán)境溫度和海拔有關(guān)的綜合校正系數(shù)K§4.6.1導(dǎo)體截面的選擇（2）按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇

其中SJ

–經(jīng)濟(jì)截面,mm2；

Imax–回路持續(xù)工作電流,A；

J–經(jīng)濟(jì)電流密度，A/mm2,如右圖。1—變電站站用、工礦用及電纜線路的鋁線紙絕緣鉛包、鋁包、塑料護(hù)套及各種鎧裝電纜；2—鋁矩形、槽形母線及組合導(dǎo)線；3—火電廠廠用鋁線紙絕緣鉛包、鋁包、塑料護(hù)套及各種鎧裝電纜；4—35～220kV線路的LGJ、LGJQ型鋼芯鋁絞線§4.6.2電暈電壓校驗(yàn)

對110kV及以上電壓等級的裸導(dǎo)體，需要按晴天不發(fā)生全面電暈的條件來校驗(yàn)，即裸導(dǎo)體的臨界電壓Ucr應(yīng)大于最高工作電壓Umax。§4.6.3熱穩(wěn)定校驗(yàn)

在校驗(yàn)導(dǎo)體熱穩(wěn)定時(shí)，若計(jì)及集膚效應(yīng)系數(shù)Kf的影響，由短路時(shí)發(fā)熱的計(jì)算公式可得到短路熱穩(wěn)定所決定的導(dǎo)體最小截面Smin為：

Qk－短路熱效應(yīng)，A2s；，為熱穩(wěn)定系數(shù)工作溫度（℃）4045505560657075808590硬鋁及鋁錳合金9997959391898785838281硬銅186183181179176174171169166164161§4.6.4硬導(dǎo)體的動穩(wěn)定校驗(yàn)各種形狀的硬導(dǎo)體通常都安裝在支柱絕緣子上，短路沖擊電流產(chǎn)生的電動力將使導(dǎo)體發(fā)生彎曲，因此，硬導(dǎo)體應(yīng)按彎曲情況進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。而軟導(dǎo)體不必進(jìn)行動穩(wěn)定校驗(yàn)?！?.6.4.1矩形導(dǎo)體

①相間應(yīng)力σph的計(jì)算矩形導(dǎo)體構(gòu)成的母線，會受到相間應(yīng)力的作用。導(dǎo)體最大相間計(jì)算應(yīng)力σph為

式中

fph為單位長度導(dǎo)體上所受相間電動力，N/m；L為導(dǎo)體支柱絕緣子間的跨距，m；M為導(dǎo)體所受的最大彎矩，N·m；W為導(dǎo)體對垂直于作用力方向軸的截面系數(shù)。§4.6.4.1矩形導(dǎo)體②條間應(yīng)力σb的計(jì)算每相母線由多條矩形導(dǎo)體組成時(shí)，同相的各條導(dǎo)體之間也會有電動力作用。對于長邊為h，短邊為b的矩形導(dǎo)體，條間應(yīng)力σb可按下式計(jì)算

Mb-邊條導(dǎo)體所受彎矩，按兩端固定的勻載荷梁計(jì)算，

W-導(dǎo)體對垂至于條間作用力的截面系數(shù)

，fb-條間襯墊跨距，m；

Lb-單位長度導(dǎo)體上所受的條間作用力，N/m。§4.6.4.1矩形導(dǎo)體每一相由雙條導(dǎo)體組成時(shí)，認(rèn)為相電流在兩條導(dǎo)體中平均分配，條間作用力為：每一相由三條導(dǎo)體組成時(shí)，認(rèn)為中間條通過20﹪相電流，兩側(cè)條各通過40﹪，當(dāng)條間中心距離為2b時(shí)，受力最大的邊條作用力為：其中K為導(dǎo)體條之間的截面形狀系數(shù)§4.6.4.1矩形導(dǎo)體導(dǎo)體條之間的截面形狀系數(shù)K雙條矩形導(dǎo)體（豎立）俯視圖§4.6.4.1矩形導(dǎo)體

條間裝設(shè)襯墊（螺栓）是為了減小σb，墊間允許的最大跨矩，即臨界跨矩Lcr，可由下式?jīng)Q定：不同導(dǎo)體材料的λ系數(shù)導(dǎo)體材料每相兩條導(dǎo)體每相三條導(dǎo)體銅17741355鋁10031197§4.6.4.1矩形導(dǎo)體③矩形導(dǎo)體的動穩(wěn)定校驗(yàn)每相只有單條導(dǎo)體的情況，由于沒有條間應(yīng)力，導(dǎo)體最大相間應(yīng)力σal應(yīng)小于導(dǎo)體材料允許應(yīng)力σph

，即

每相母線由多條矩形導(dǎo)體組成時(shí)，導(dǎo)體所受的應(yīng)力由相間應(yīng)力

σph和條間應(yīng)力σb疊加而成，則母線滿足動穩(wěn)定的條件為§4.6.4.2

槽形導(dǎo)體槽形導(dǎo)體應(yīng)力的計(jì)算方法與矩形導(dǎo)體相同。按(a)布置，導(dǎo)體截面系數(shù)W＝2WX；按圖(b)布置，W=2WY（a）垂直布置

（b）水平布置

（c）導(dǎo)體截面§4.6.5

硬導(dǎo)體共振校驗(yàn)當(dāng)已知導(dǎo)體材料、形狀、布置方式和應(yīng)避開的自振頻率（一般為30～160Hz）時(shí)，保證導(dǎo)體不發(fā)生共振的最大絕緣子跨矩Lmax為：§4.6.6封閉母線的選擇可按電氣設(shè)備選擇的一般條件中所述的方法來進(jìn)行選擇和校驗(yàn)；同時(shí)應(yīng)根據(jù)具體工程情況，向制造廠提供有關(guān)資料，供制造廠進(jìn)行布置和連接部分的設(shè)計(jì)。當(dāng)選用非定型封閉母線時(shí)，應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)體和外殼發(fā)熱、應(yīng)力及絕緣子抗彎的計(jì)算，并進(jìn)行共振校驗(yàn)。風(fēng)電場電氣系統(tǒng)第5章風(fēng)電場電氣二次系統(tǒng)第5章風(fēng)電場電氣二次系統(tǒng)

關(guān)注的問題電氣二次系統(tǒng)的概念和功能是什么？主要設(shè)備的種類有哪些？主要的電氣二次回路，電氣二次系統(tǒng)的圖形表示方法風(fēng)電場和升壓變電站電氣二次系統(tǒng)的構(gòu)成變電站綜合自動化技術(shù)教學(xué)目標(biāo)了解電氣二次部分的含義和功能，其主要設(shè)備及其原理和功能，掌握電氣二次系統(tǒng)的圖形表示方法，了解風(fēng)電場和升壓變電站電氣二次系統(tǒng)的構(gòu)成，對我國目前普遍采用的變電站綜合自動化技術(shù)有一定認(rèn)知。第5章風(fēng)電場電氣二次系統(tǒng)

對一次設(shè)備的工作進(jìn)行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)以及為運(yùn)行、維護(hù)人員提供運(yùn)行工況或生產(chǎn)指揮信號所需的低壓電氣設(shè)備，稱為二次設(shè)備，如熔斷器、控制開關(guān)、繼電器、控制電纜等。

由二次設(shè)備相互連接，構(gòu)成對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)的電氣回路稱為二次回路或二次接線系統(tǒng)?！?.1繼電器§5.1.1繼電器的結(jié)構(gòu)和原理在電路中，繼電器控制邏輯的實(shí)現(xiàn)依賴于其自身結(jié)構(gòu)，即線圈和觸點(diǎn)的基本設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的電磁型繼電器由線圈、觸點(diǎn)以及它們的接線端子和可動鐵片、復(fù)位彈簧組成。觸點(diǎn)端子觸點(diǎn)端子線圈端子

線圈端子觸點(diǎn)線圈部分可動鐵片當(dāng)繼電器線圈帶電后，繼電器觸點(diǎn)在可動鐵片的帶動下位置發(fā)生變化，這是線圈中流過電流所產(chǎn)生的電磁力吸引可動鐵片的結(jié)果。i§5.1.1繼電器的結(jié)構(gòu)和原理繼電器的線圈和觸點(diǎn)可以分別接入不同的電路中，從而實(shí)現(xiàn)由線圈至觸點(diǎn)的順序控制。

線圈可以反映不同的電氣量，進(jìn)而用于實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)位置的變換。通常所要反映的電氣量有若干種，例如某一特定電壓/電流（可以是交流也可以是直流）的有或無、大或小，等等，以此來實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的各種邏輯。

繼電器的觸點(diǎn)也可以有不同的邏輯。依靠不同類型的線圈和不同類型的觸點(diǎn)，繼電器可以實(shí)現(xiàn)二次回路中比較復(fù)雜的邏輯。§5.1.1繼電器的結(jié)構(gòu)和原理BSHD電路1電路2+－5V－+220V按鈕BS的觸點(diǎn)處于打開位置，電路1開路，繼電器線圈不帶電，連接于電路2中的繼電器觸點(diǎn)處于打開位置。當(dāng)按鈕按下時(shí)，電路1接通，繼電器線圈中有電流流過，產(chǎn)生磁場，形成線圈對可動鐵片的吸附，連接于電路2中的繼電器觸點(diǎn)閉合，接于電路2中的燈泡會亮起來?！?.1.2

繼電器表示符號在專業(yè)研究和工程實(shí)踐中，往往采用類似于電氣主接線（一次系統(tǒng)）的處理方式，以簡化的符號來表示繼電器和二次電路。395786421繼電器內(nèi)部示意+220V-220V+220V-220V-220V+220V+220V-220VHDLDHAKCSB電路1電路2電路4電路3圖中的繼電器有8個(gè)接線端子，其線圈通過7-8端子與外部電路連接、1-2端子間為常開觸點(diǎn)、4-6端子間接有延時(shí)閉合的常閉觸點(diǎn)、5-9端子間為常閉觸點(diǎn)、5-3端子間為常開觸點(diǎn)，而端子5是端子3和9的公共端子?！?.1.2

繼電器表示符號除電磁型繼電器外還有晶體管繼電器、靜態(tài)繼電器及微機(jī)繼電器等，分別采用二極管、集成電路和微處理器等元件來實(shí)現(xiàn)相同的邏輯。對于復(fù)雜的電氣二次系統(tǒng)，需要采用各種不同種類的繼電器來構(gòu)建二次電路，實(shí)現(xiàn)其控制、監(jiān)視和保護(hù)等功能?！?.1.3常用的繼電器類型在電氣二次系統(tǒng)中常見的繼電器有：電流繼電器、電壓繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器、功率方向繼電器、差動繼電器、沖擊繼電器、信號繼電器，等等。這些繼電器的主要區(qū)別在于其控制電路的不同?！?.1.3.1電流繼電器電流繼電器反映一次回路中的電流越限，常用于二次系統(tǒng)的保護(hù)回路，例如用于電機(jī)、變壓器和輸電線路等設(shè)備的過負(fù)荷及短路保護(hù)。它的繼電器線圈接入CT的二次側(cè)交流電流回路，觸點(diǎn)則引出至直流控制回路，用以啟動時(shí)間繼電器的動作或直接觸發(fā)斷路器分閘?！?.1.3.1電流繼電器21436587啟動時(shí)間繼電器或直接接于控制回路觸發(fā)斷路器QF跳閘ICIC＇QFXX線繼電器端子接線圖繼電器接線端子2和8之間的兩個(gè)線圈串聯(lián)，2和8端子和繼電器外部的CT交流電路相連，用于判別某線路中C相電流是否超過繼電器的整定值。當(dāng)電流越限時(shí)，繼電器接線端子1和3之間的常開觸點(diǎn)閉合，觸發(fā)保護(hù)回路中的時(shí)間繼電器動作，或直接用于控制回路中的斷路器跳閘?！?.1.3.2電壓繼電器電壓繼電器用于繼電保護(hù)裝置中的過電壓保護(hù)或欠電壓閉鎖其線圈接入PT二次側(cè)的交流電壓小母線上，觸點(diǎn)用于啟動控制回路跳閘或與其它保護(hù)繼電器組成相關(guān)保護(hù)邏輯。21436587繼電器端子接線圖A

BCNPT二次交流電壓小母線至其它保護(hù)裝置至其它保護(hù)裝置閉鎖其它回路電壓繼電器引入PT二次交流電壓小母線的A、C相之間的線電壓，用于閉鎖其它保護(hù)元件。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，接線端子2和8串聯(lián)的線圈帶有100V左右的電壓，其常閉觸點(diǎn)此時(shí)打開，實(shí)現(xiàn)對其它電路的閉鎖；當(dāng)AC之間的線電壓降低到整定值時(shí)，觸點(diǎn)閉合，將外部電路開放。§5.1.3.3功率繼電器：功率繼電器判別某支路上流過的功率的方向，動作限值是一個(gè)角度區(qū)間。當(dāng)電流和電壓的相角差處于某一設(shè)定的區(qū)間內(nèi)時(shí)，繼電器動作。ABCN至其它保護(hù)裝置至其它保護(hù)裝置214365繼電器端子接線圖I*U*IaIa＇QFPTCT常用的采用90°接線的功率繼電器如圖所示，其接線端子5和6之間的電壓線圈接BC相電壓，而接線端子2和4之間的電流線圈接入A相電流。當(dāng)電壓和電流的相角差落于整定區(qū)間內(nèi)時(shí)，繼電器接線端子1和3之間的常開觸點(diǎn)§5.1.3.4差動繼電器：圖中繼電器的節(jié)點(diǎn)端子2、5、3及1采用星型接法，分別與變壓器高、中、低三側(cè)的C相CT相接，在繼電器內(nèi)部經(jīng)過變流器匯流形成差流；差流再變換到二次繞組上，接于二次繞組的電流繼電器感應(yīng)差流的大小，決定是否動作；當(dāng)差流越限（時(shí)，繼電器接線端子10和12之間的常開觸點(diǎn)閉合?！?.1.3.5

時(shí)間繼電器常由其它繼電器或控制元件啟動，用以判別某一狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，使被控設(shè)備或電路按照預(yù)定的時(shí)間動作。436521送去斷路器操作機(jī)構(gòu)87KM+KM-繼電器端子接線圖KA圖為由電流繼電器和時(shí)間繼電器組成的帶時(shí)限過電流邏輯電路當(dāng)電流繼電器KA觸點(diǎn)閉合后，時(shí)間繼電器的線圈帶電，但接線端子4和6之間的延時(shí)閉合常開觸點(diǎn)并不閉合，只有當(dāng)KA觸點(diǎn)持續(xù)閉合，時(shí)間繼電器線圈持續(xù)帶電超過時(shí)間繼電器整定的時(shí)間后，4和6之間的延時(shí)閉合常開觸點(diǎn)才閉合，給斷路器操作機(jī)構(gòu)發(fā)出跳閘命令。§5.1.3.6中間繼電器中間繼電器常用于二次系統(tǒng)中增加某一控制電路觸點(diǎn)數(shù)量和容量43652187BM+BM-繼電器端子接線圖KAKM1+KM2+KM3+斷路器1操作機(jī)構(gòu)斷路器2操作機(jī)構(gòu)斷路器3操作機(jī)構(gòu)KM1-KM2-KM3-當(dāng)電流繼電器KA觸點(diǎn)閉合后，中間繼電器的線圈帶電，其三個(gè)常開觸點(diǎn)閉合，閉合的觸點(diǎn)用于觸發(fā)多個(gè)斷路器操作機(jī)構(gòu)的跳閘。通過本例可以看出，使用中間繼電器可以方便地實(shí)現(xiàn)將某一控制命令下發(fā)到多個(gè)控制回路中?！?.1.4繼電保護(hù)的接線圖§5.1.4.1

原理接線圖在二次系統(tǒng)的應(yīng)用中常采用原理接線圖來描述某一設(shè)備的繼電保護(hù)動作原理。CAKA1KA2KA1KA2XBKSKSQFQFYT至信號++-KA1、KA2交流電流繼電器KS信號繼電器QF斷路器YT斷路器跳閘線圈XB連接片（壓板）上圖為10kV及35kV線路中常用的采用兩相CT作為相間保護(hù)的電流速斷保護(hù)原理圖。原理接線圖只描述繼電保護(hù)回路搭建的基本原理§5.1.4.2展開接線圖展開圖對于二次回路的描述是按照回路表示的，由于不同的回路實(shí)現(xiàn)不同的功能，因此它其實(shí)是以功能來描述二次回路的。KA2KA1TAaTAcA411C411N411KA1KA2KSXBQFYTKS至信號+-交流回路速斷保護(hù)直流回路電源跳閘回路信號整個(gè)回路的布置采用從上往下、從左往右的方式來描述邏輯功能的實(shí)現(xiàn)。為了便于理解，圖形描述的右側(cè)一般需要加入對回路的文字描述。相間電流速斷保護(hù)的展開接線圖§5.2

二次部分的其它元件

§5.2.1接觸器接觸器的原理和繼電器類似，電力系統(tǒng)中常用的電磁型的接觸器，也是依靠線圈帶電來吸附觸點(diǎn)的分合。在電氣二次部分，接觸器常用于斷路器的合閘，其線圈接于斷路器的操作回路，觸點(diǎn)接入合閘回路，用以分合較大的合閘電流。§5.2.1接觸器斷路器輔助觸點(diǎn)不同于繼電器觸點(diǎn)，它是位置觸點(diǎn)，聯(lián)動于斷路器位置的變化，當(dāng)斷路器處于分位時(shí)，常開觸點(diǎn)為分、常閉觸點(diǎn)為合，斷路器分閘時(shí)則剛好相反。為了顯示斷路器的當(dāng)前狀態(tài)，在電動合閘回路和電動分閘回路中并聯(lián)有紅綠燈指示回路。在電力系統(tǒng)中常用紅燈表示斷路器處于合閘位置，綠燈表示斷路器處于分閘位置；但電路連接中，卻是綠燈串聯(lián)高電阻接入合閘回路，而紅燈串聯(lián)高電阻接入分閘回路?！?.2.1接觸器SB1SB2LDRHDYTKMQFQFRFU1FU2FU3FU4KMKMYC+-控制小母線熔斷器電動合閘回路綠燈指示回路電動跳閘回路紅燈指示回路合閘回路+-QF1234SB1和斷路器QF常閉輔助觸點(diǎn)（1、2之間）、合閘接觸器KM的線圈形成合閘回路；SB2和斷路器QF常開輔助觸點(diǎn)（3、4之間）、跳閘線圈YT形成跳閘回路。§5.2.1接觸器當(dāng)斷路器QF為分閘狀態(tài)時(shí)，其常開輔助觸點(diǎn)為分位（3、4之間），常閉輔助觸點(diǎn)為合位（1、2之間）。綠燈由于帶有電壓發(fā)出平光，指示斷路器當(dāng)前處于分閘位置。當(dāng)合閘按鈕SB1按下時(shí)，接觸器流過較大電流，其觸點(diǎn)閉合，合閘線圈YC帶電，將斷路器QF閉合。常開觸點(diǎn)閉合（3、4之間），而常閉觸點(diǎn)（1、2之間）打開。觸器KM的線圈都不再帶電，其觸點(diǎn)打開，合閘線圈也不再帶電。紅燈則發(fā)出平光，指示斷路器處于合閘位置?！?.2.2控制開關(guān)除了一些簡單控制回路以外，常用控制開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電路的復(fù)雜邏輯控制。手柄接線端子所示為LW15型控制開關(guān)，其正面有用于人工控制的手柄，手柄有三個(gè)位置，中間位置可以順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°。其后部為接線端子，用來連接電路，最終實(shí)現(xiàn)對于電路的控制。

手柄位置觸點(diǎn)45°0°

45°1

2×3

4××5

6××78×910ק5.2.2控制開關(guān)LDRHDYTKMQFQFRFU1FU2FU4KM+-控制小母線熔斷器電動合閘回路綠燈指示回路電動跳閘回路紅燈指示回路合閘回路WC+WC-123412345678WL+故障跳閘閃光指示KMQFM708+-700910SAFU3YCSA事故音響回路KA保護(hù)跳閘56

應(yīng)用了控制開關(guān)的斷路器控制回路簡化示意圖§5.2.2控制開關(guān)上圖中控制開關(guān)的引入不僅實(shí)現(xiàn)了斷路器的合閘和分閘，還引入閃光指示回路及事故音響回路作為故障后的燈光和音響信號指示。圖中還引入了外部保護(hù)電路中保護(hù)繼電器的觸點(diǎn)KA，它接入斷路器控制回路中，當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，其對應(yīng)保護(hù)繼電器動作觸發(fā)故障電氣設(shè)備相關(guān)斷路器跳閘，將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中切除出去?！?.2.2控制開關(guān)斷路器合閘過程：手柄一般處于0°位置，5、6間的觸點(diǎn)閉合，此時(shí)斷路器QF常開輔助觸點(diǎn)在合位，因此WL+、SA5、SA6、LD、R、QF1、QF2、KM、WC-形成回路。LD會發(fā)出閃光。手柄順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，SA1和SA2將接通，其它觸點(diǎn)斷開。KM觸點(diǎn)閉合，導(dǎo)通合閘回路，使得斷路器合閘。合閘后，手柄將自動返回到0°位置。此時(shí)斷路器QF常開輔助觸點(diǎn)閉合、常閉輔助觸點(diǎn)打開。紅燈指示回路中WC+、HD、R、QF3、QF4、YT、WC-形成回路，紅燈平光?！?.2.2控制開關(guān)

故障跳閘過程：

KA的閉合將直接導(dǎo)致：WC+、KA、QF3、QF4、YT和WC-之間形成回路，最終WC+和WC-上的電壓完全作用于跳閘線圈YT上，斷路器跳閘。斷路器跳閘后其輔助觸點(diǎn)的位置發(fā)生變化，將導(dǎo)致結(jié)果：1）事故音響回路中的M708+、SA9、SA10（此時(shí)手柄位置未發(fā)生變化）、QF5、QF6、-700導(dǎo)通，M708+接入中央信號回路（上圖中未顯示）,發(fā)出事故音響。2）WL+、SA5、SA6、LD、R、QF1、QF2、KM、WC-形成回路，綠燈閃光指示當(dāng)前斷路器位置異常?！?.2.3

小母線在二次系統(tǒng)中，除了直流電源小母線用于給不同的設(shè)備分配電能，交流電壓小母線和輔助小母線主要用于集中和分配信號。

直流電源小母線用于實(shí)現(xiàn)直流屏柜向不同的保護(hù)裝置、測控裝置等設(shè)備供電。

交流電壓小母線用于PT二次側(cè)電壓信號向不同保護(hù)測量裝置的分配。在發(fā)電廠及變電站中，根據(jù)控制、信號、繼電保護(hù)、自動裝置等的需要，可設(shè)置輔助小母線，這些小母線分別布置在控制室的屏上和配電裝置內(nèi)?！?.2.4接線端子、電纜和絕緣導(dǎo)線繼電器、接觸器、控制開關(guān)、指示燈、各類保護(hù)和自動裝置等基本元件，需要連接成可以實(shí)現(xiàn)二次系統(tǒng)測量、控制、監(jiān)視和保護(hù)功能的電路。這些設(shè)備的連接需要依靠導(dǎo)體和接線端子來實(shí)現(xiàn)。常用的導(dǎo)體為絕緣導(dǎo)線和電纜，絕緣導(dǎo)線主要用于屏內(nèi)或裝置內(nèi)配線，而電纜用于連接距離較遠(yuǎn)的設(shè)備。

屏柜或裝置內(nèi)部的連線一般以絕緣導(dǎo)線來實(shí)現(xiàn)。

屏柜之間、室內(nèi)外之間的二次設(shè)備的連接則需要采用控制電纜來實(shí)現(xiàn)。

接線端子是二次系統(tǒng)中用于連接屏柜內(nèi)部和外部的連接元件§5.2.5

成套保護(hù)裝置和測控裝置

成套式的保護(hù)裝置，即將保護(hù)元件、控制元件等集中于單一裝置中，裝設(shè)于保護(hù)、測控屏柜中提供給用戶使用。用戶只需要使用電纜將保護(hù)、測控屏柜和其他屏柜及斷路器等設(shè)備連接起來就完成了二次回路的構(gòu)建?！?.2.5

成套保護(hù)裝置和測控裝置所示為國外常見的元件組屏方式，微機(jī)繼電器、電磁型繼電器、控制把手等元件都布置于屏柜表面，一些連接需要運(yùn)行人員自行完成。圖為我國普遍采用的成套保護(hù)和測控裝置，實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測控功能的具體元件集成在單一的裝置之中，不需要運(yùn)行人員關(guān)注如何連接?！?.3

二次回路

電氣二次部分的測量、監(jiān)視、控制和保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，需要由各類繼電器、控制開關(guān)、指示燈等元件搭建相應(yīng)的電路，這些功能不同的電路統(tǒng)稱為二次回路。

根據(jù)所實(shí)現(xiàn)的功能，二次回路可以分為：保護(hù)回路，控制回路，測量和監(jiān)視回路，信號回路，為其提供電源的直流電源系統(tǒng)。§5.3.1

保護(hù)回路繼電保護(hù)回路用于實(shí)現(xiàn)對一次設(shè)備和電力系統(tǒng)的保護(hù)功能，它引入CT和PT采集的電流和電壓并進(jìn)行分析，最終通過跳閘或合閘繼電器的觸點(diǎn)將相關(guān)的跳閘/合閘邏輯傳遞給對應(yīng)的斷路器控制回路?！?.3.2控制回路控制回路的控制對象主要是斷路器、隔離開關(guān)。控制回路不僅要求可以人工對被控對象進(jìn)行操作，還要可以引入繼電器等設(shè)備的觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自動控制。對于斷路器和隔離開關(guān)的控制可以采用遠(yuǎn)方控制或就地控制方式。在控制回路中需要有直流電源，這是因?yàn)榭刂苹芈分性O(shè)備的運(yùn)行需要電能，同時(shí)控制回路功能的實(shí)現(xiàn)還依賴于可以傳遞邏輯的電信號。§5.3.3測量回路

測量回路是由各種測量儀表及其相關(guān)回路組成的，其作用是指示和記錄一次設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，以便運(yùn)行人員掌握一次設(shè)備運(yùn)行情況。它是分析電能質(zhì)量、計(jì)算經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、了解系統(tǒng)潮流和主設(shè)備運(yùn)行工況的主要依據(jù)。測量回路分為電流回路與電壓回路?！?.3.4信號回路

信號系統(tǒng)由信號發(fā)送機(jī)構(gòu)、接收顯示元件及其傳遞網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其作用是準(zhǔn)確、及時(shí)地顯示出相應(yīng)的一次設(shè)備的工作狀態(tài)，為運(yùn)行人員提供操作、調(diào)節(jié)和處理故障的可靠依據(jù)。信號回路按其電源可分為強(qiáng)電信號回路和弱電信號回路。按其用途可分為位置信號、事故信號、預(yù)告信號、指揮信號和聯(lián)系信號。

事故信號和預(yù)告信號都需要在主控室或集中控制室中反映出來，他們是電氣設(shè)備各信號的中央部分，通常稱為中央信號將事故信號、預(yù)告信號回路及其他一些公共信號回路集中在一起成為一套裝置，稱為中央信號裝置§5.3.5操作電源系統(tǒng)

在變電站中，繼電保護(hù)和自動裝置、控制回路、信號回路及其他二次回路的工作電源，稱為操作電源。操作電源系統(tǒng)，由電源設(shè)備和供電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。變電站的操作電源有直流操作電源和交流操作電源兩種?！?.3.5操作電源系統(tǒng)

直流操作電源又可分為獨(dú)立式直流電源和非獨(dú)立式直流電源。獨(dú)立式直流電源有蓄電池直流電源和電源變換式直流電源；非獨(dú)立式直流電源有硅整流電容儲能直流電源和復(fù)式整流直流電源。

交流操作電源系統(tǒng)就是直接使用交流電源，正常運(yùn)行時(shí)一般由PT或站用變壓器作為斷路器的控制和信號電源，故障時(shí)由CT提供斷路器的跳閘電源。

還有一種交流不間斷電源系統(tǒng)(UPS)，可向需要交流電源的負(fù)荷提供不間斷的交流電源。它的基本原理是將來自蓄電池的直流變換成正弦交流電?！?.4

相對編號法與安裝接線圖

實(shí)際工程應(yīng)用中要采用安裝接線圖來實(shí)現(xiàn)電路的連接，安裝接線圖的完成要依賴于相對編號法則來實(shí)現(xiàn)。+BM-BM1D281D52…

……

…圖為一個(gè)保護(hù)測控屏柜的屏柜布置圖，描述的是保護(hù)測控屏柜上裝置的實(shí)際布設(shè)，并賦予每個(gè)元件以唯一的編號。每個(gè)元件的接線端子也進(jìn)行編號，從而實(shí)現(xiàn)了連接部分的編號唯一?！?.4

相對編號法與安裝接線圖主控制室至隔離開關(guān)至隔離開關(guān)CT斷路器電纜溝1324二次系統(tǒng)連接示意圖1、繼電保護(hù)屏柜2、室外端子箱3、斷路器機(jī)構(gòu)箱4、CT二次接線盒§5.4

相對編號法與安裝接線圖

屏柜和外部設(shè)備的連接則往往采用回路號標(biāo)注的方式。至室外XX線端子箱至室外XX線端子箱4×2.5mm28×1.5mm28×1.5mm24×2.5mm28×1.5mm24×1.5mm24×1.5mm24×2.5mm24×2.5mm24×2.5mm2至主控室XX線保護(hù)屏至主控室XX線保護(hù)屏至A相CT至B相CT至C相CT至母線側(cè)刀閘至線路側(cè)刀閘至斷路器機(jī)構(gòu)箱圖分別為繼電保護(hù)接線端子與端子箱的接線?？梢钥闯?，繼電保護(hù)、端子箱、斷路器機(jī)構(gòu)箱和CT接線盒等設(shè)備之間由電纜連接，用于傳輸信號的電纜芯被以唯一的回路號所標(biāo)注，使得我們可以很清楚這一電纜及其芯線所在二次回路及其功能?！?.5

風(fēng)電廠的二次部分

§5.5.1風(fēng)電機(jī)組的保護(hù)、控制、測量、信號風(fēng)力發(fā)電廠的監(jiān)控系統(tǒng)分為現(xiàn)地單機(jī)控制、保護(hù)、測量和信號以及中控室對各臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行集中監(jiān)控，也可在遠(yuǎn)方（業(yè)主營地或調(diào)度機(jī)構(gòu)）對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行監(jiān)視。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制器系統(tǒng)包括二部分：第一部分為計(jì)算機(jī)單元，主要功能是控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；第二部分為電源單元，主要功能是使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)同期?！?.5.2箱式變電站中變壓器的保護(hù)、控制、測量、信號

變壓器配置高壓熔斷器保護(hù)、避雷器保護(hù)和負(fù)荷開關(guān)，采用高壓熔斷器做為短路保護(hù)，避雷器用于防御過電壓，負(fù)荷開關(guān)用于正常分合電路，不裝設(shè)專用的繼電保護(hù)裝置。

§5.5.3風(fēng)電廠控制室的控制、測量、信號風(fēng)電廠控制室布置在110kV變電所內(nèi)，與110kV變電所中控室在同一房間內(nèi)。在中控室內(nèi)采用微機(jī)對風(fēng)電廠廠區(qū)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行集中監(jiān)控和管理?！?.5.4遙測和遙信系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控人員可通過人機(jī)對話完成遠(yuǎn)方監(jiān)視任務(wù)。操作方法與在升壓變電站控制室的值班人員的操作方法基本相同。遙測、遙信、遙控、遙調(diào)被成為變電站綜合自動化中的四遙。

“測”其實(shí)指測量，及電流電壓等模擬量數(shù)據(jù)的本地搜集及遠(yuǎn)方傳輸與監(jiān)視；

“信”指信號，指發(fā)生在發(fā)電廠和變電站中的某一設(shè)備或系統(tǒng)狀態(tài)的變化；

“控”指控制，其控制對象為斷路器、隔離開關(guān)等控制設(shè)備；

“調(diào)”指調(diào)整，調(diào)整不同于控制，控制最終實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)的變化，而調(diào)整是在某一狀態(tài)范圍的調(diào)整。

§5.6

升壓變電站的二次部分

按照“無人值班”（少人值守）原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式，通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)組的啟、停及并網(wǎng)操作、主變高壓側(cè)斷路器和線路斷路器的操作、站用電切換、輔助設(shè)備控制等?！?.6.1升壓站的控制、測量、信號（1）110kV及以上變電所的控制、測量和信號的原則：a)110kV變電所的主要電氣設(shè)備可現(xiàn)地控制也可采用集中監(jiān)控系統(tǒng)。b)110kV隔離開關(guān)、與相應(yīng)的斷路器和接地刀閘之間，裝設(shè)閉鎖裝置。c)110kV變電所監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為站級層和間隔層，網(wǎng)絡(luò)按雙網(wǎng)考慮，通信介質(zhì)采用光纖。站級層采用總線型?！?.6.1升壓站的控制、測量、信號（2）監(jiān)控系統(tǒng)的功能：運(yùn)行監(jiān)視功能事故順序記錄和事故追憶功能運(yùn)行管理功能遠(yuǎn)動功能運(yùn)行管理功能§5.6.1升壓站的控制、測量、信號（3）電測量：

全站配置一套計(jì)費(fèi)裝置，關(guān)口計(jì)費(fèi)點(diǎn)設(shè)置為：產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)，即在變電站110kV出線及對側(cè)變電站接入間隔中實(shí)施。

同時(shí)在本站配置一臺電量采集器，完成對電能表的數(shù)據(jù)采集。電度測量選擇智能式電子電度表（4）信號及其傳遞：信號分為電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號，電氣設(shè)備和線路事故和故障信號。按《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)可行性研究報(bào)告》將系統(tǒng)要求的遙測量和遙信信號通過相互獨(dú)立的通道傳輸?shù)降卣{(diào)。

§5.6.2升壓站的繼電保護(hù)（1）110kV主變壓器保護(hù)：

主變壓器保護(hù)：配置一套二次諧波制動原理的微機(jī)型縱差保護(hù)，保護(hù)動作跳變壓器各側(cè)斷路器。

差動保護(hù)是變壓器的基本電氣量主保護(hù)，用于保護(hù)變壓器本身故障，其原理為基爾霍夫電流定律，將變壓器看作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，則流入變壓器的電流應(yīng)該和流出的相同。k1?KDIr.TA1???II.III.TA2I1.I2.k2?KDIr.TA1???II.III.TA2I1.I2.雙繞組變壓器差動保護(hù)單相原理接線圖

§5.6.2升壓站的繼電保護(hù)除了比率制動差動保護(hù)，一般還裝設(shè)差動速斷保護(hù)用于快速動作于較為嚴(yán)重的故障。非電量保護(hù)：重瓦斯、輕瓦斯、油溫、繞組溫度、壓力釋放，保護(hù)動作于發(fā)信號。非電量保護(hù)也用于保護(hù)變壓器本體除了裝設(shè)主保護(hù)，變壓器還裝設(shè)有后備保護(hù)，后備保護(hù)用于防御變壓器本身和外部系統(tǒng)的故障，常見的后備保護(hù)是用于防止相見短路的電流保護(hù)和用于防止接地短路的零序電流和零序電壓保護(hù)。

§5.6.2升壓站的繼電保護(hù)容量較大的變壓器則一般采用帶時(shí)限的過電流保護(hù)作為后備保護(hù)

在220kV以上系統(tǒng)，為了保護(hù)變壓器本身，復(fù)合電壓閉鎖過流還需要加裝方向元件

為了防御外部或變壓器本體的接地故障，還裝設(shè)有零序電流和零序電壓保護(hù)

此外，變壓器還裝設(shè)有主變過負(fù)荷保護(hù)，帶時(shí)限動作于發(fā)信、啟動風(fēng)扇、閉鎖有載調(diào)壓，或跳低壓側(cè)分段斷路器。

§5.6.2升壓站的繼電保護(hù)（2）110kV或220kV線路保護(hù)：

對于風(fēng)電場中的220kV或110kV線路保護(hù)，也需要裝設(shè)相應(yīng)的線路保護(hù)對于國內(nèi)成套式線路保護(hù)來講，110kV線路保護(hù)常裝設(shè)有三段式距離保護(hù)和四段式零序保護(hù)，成套保護(hù)本身一般還裝設(shè)有自動重合閘，用于區(qū)分線路的瞬時(shí)性故障和永久性故障

對于220kV及以上的電氣設(shè)備要求繼電保護(hù)雙重化配置，即裝配兩套獨(dú)立工作的繼電保護(hù)裝置，同時(shí)一般加裝可以保護(hù)線路全長的全線速動保護(hù)，即高頻、電流差動保護(hù)。

§5.6.2升壓站的繼電保護(hù)（3）站用變保護(hù)

設(shè)置電流速斷、限時(shí)電流速斷和過電流保護(hù)，保護(hù)動作于跳開所用變斷路器。零序過電流保護(hù)，動作于跳開主變低壓側(cè)斷路器。

（4）10~35kV進(jìn)線保護(hù)

限時(shí)電流速斷、過電流、零序過電流保護(hù)，保護(hù)動作于斷開本進(jìn)線斷路器。

§5.6.2升壓站的繼電保護(hù)（5）10~35kV電容器保護(hù)裝設(shè)限時(shí)電流速斷、定時(shí)限過電流、過欠電壓、不平衡電壓、零序過電流保護(hù)，保護(hù)動作于斷開電容器回路斷路器。（6）其它配置

一般要配置一個(gè)錄波裝置柜，記錄設(shè)備事故時(shí)的線路和主變電流電壓等參數(shù)值的變化波形。線路及主變部分綜自設(shè)備布置在主控室或單獨(dú)的繼電器室?！?.6.3升壓站的操作電源系統(tǒng)

操作電源系統(tǒng)包括直流和交流系統(tǒng)

變電所直流系統(tǒng)電壓采用DC220V交流電源供電的集中監(jiān)控設(shè)備可由交流不停電電源供電?！?.6.4升壓站的圖像監(jiān)控