变电站二次控制回路解析回路.docx

1、变电站二次控制回路解析回路第六章 二次回路第五节 电流及电压的二次回路为了满足不同测量、继电保护及安全自动装置的要求，电流、电压互感器有多种配置与接线方式。一、电流、电压互感器接用位置的选择图6-8是220kV变电所电流、电压互感器典型配置方式。所有使用系统电压的地点，都根据需要应该安装单相或三相电压互感器。图6-8中在220kV、110kV正副母线，35kV母线各设置了一组三相电压互感器，在220kV线路上设置了一组单相电压互感器。（一）电流互感器接用位置的选择在选择各类测量、计量及保护装置接入位置时，要考虑以下因素。（1）选用合适的准确度级。如图6-8中，计量对准确度要求最高，接0.2级，

2、测量回路要求相对较低接0.5级。保护装置对准确度要求不高，但要求能承受很大的短路电流倍数，所以选用5P20的保护级。(2)保护用电流互感器还要根据保护原理与保护范围合理选择接入位置，确保一次设备的保护范围没有死区。如图6-8中，2套线路保护的保护范围指向线路，应放在第三组次级，这样可以与母差保护形成交叉，如何一点故障都有保护切除。如果母差保护接在最近母线侧的第一组次级，2套线路保护分别接第二、第三次级，则在第一与第二次级间发生故障时，既不在母差保护范围，线路保护也不会动作，故障只能考远后备保护切除。虽然这种故障的几率很小，却有发生的可能，一旦发生后果是严重的。图中两组接入母差保护的次级，正副母

3、间也要交叉，否则也有死区。（3）当有旁路开关需要旁代主变等开关时，如有差动等保护则需要进行电流互感器的二次回路切换，这时既要考虑切换的回路要对应一次运行方式的变换，还要考虑切入的电流互感器二次极性必须正确，变比必须相等。（二）电压互感器原则配置（1）对于主接线为单母线、单母线分段、双母线等，在母线上安装三相式电压互感器；当其出线上有电源，需要重合闸鉴同期或无压，需要同期并列时，应在线路侧安装单相或两相电压互感器；（2）对于3/2主接线，常常在线路或变压器侧安装三相电压互感器，而在母线上安装单相互感器以供同期并联和重合闸鉴无压、鉴同期使用；（3）内桥接线的电压互感器可以安装在线路侧，也可以安装在

4、母线上，一般不同时安装。安装地点的不同对保护功能有所影响；（4）对220kV及以下的电压等级，电压互感器一般有两个次级，一组接为星形，一组接为开口三角形。在500kV系统中，为了继电保护的完全双重化，一般选用三个次级的电压互感器，其中两组接为星形，一组接为开口三角形。（5）当计量回路有特殊需要时，可增加专供计量的电压互感器次级或安装计量专用的电压互感器组。（6）在小接地电流系统，需要检查线路电压或同期时，应在线路侧装设两相式电压互感器或装一台电压互感器接线间电压。在大接地电流系统中，线路有检查线路电压或同期要求时，应首先选用电压抽取装置。通过电流互感器或结合电容器抽取电压，尽量不装设单独的电压

5、互感器。500kV线路一般都装设三只电容式线路电压互感器，作为保护、测量和载波通信公用。二、常用电流、电压互感器二次回路接线方式 (一)电流互感器二次回路的接线方式1、接线方式在变电所中，常用的电流互感器二次回路接线方式有单相接线、两相星形（或不完全星形）接线、三相星形（或全星形）接线、三角形接线、和电流接线等，如图6-9，它们根据需要应用于不同场合。现将各种接线的特点及应用场合介绍如下。(1)单相式接线，如图6-9(a)所示。这种接线只有一只电流互感器组成，接线简单。它可以用于小电流接地系统零序电流的测量，也可以用于三相对称电流中电流的测量或过负荷保护等。(2)三相星形接线又叫全星形接线，如

6、图6-9(c)所示。这种接线由三只互感器按星形连接而成，相当于三只互感器公用零线。这种接线中的零线在系统正常运行时没有电流通过（3I0=0），但该零线不能省略，否则在系统发生不对称接地故障产生3I0电流时，该电流没有通路，不但影响保护正确动作，其性质还相当于电流互感器二次开路，会产生很高的开路电压。三相星形接线一般应用于大接地电流系统的测量和保护回路接线，它能反应任何一相、任何形式的电流变化。(3)两相星形接线，如图6-9(b)所示。这种接线有两相电流互感器组成，与三相星形接线相比，它缺少一只电流互感器（一般为B相），所以又叫不完全星形接线。它一般用于小电流接地系统的测量和保护回路，由于该系统

7、没有零序电流，另外一相电流可以通过计算得出，所以该接线可以测量三相电流、有功功率、无功功率、电能等。反应各类相间故障，但不能完全反应接地故障。对于小电流接地系统，不完全星形接线不但节约了一相电流互感器的投资，在同一母线的不同出线发生异名相接地故障时，还能使跳开两条线路的几率下降了三分之二。只有当AC相接地时才会跳开两条线路，AB、BC相接地时，由于B相没有电流互感器，则B相接地的一条线路将不跳闸。 (4)三角形接线，如图6-9(d)所示。这种接线主要用于保护二次回路的转角或滤除短路电流中的零序分量。如图6-11中YN，d11组别的变压器配置差动保护时，在微机形差动保护中，常常将各侧电流互感器的

8、二次回路均接为星形，在保护装置中通过软件计算进行电流转角与电流的零序分量滤除，这样就简化了接线。(5)和电流接线，如图6-9(e)所示。这种接线是将两组星形接线并接，一般用于3/2断路器接线、角形接线、桥形接线的测量和保护回路，用以反映两只开关的电流之和。除了以上接线外，还有其它一些接线方式，但并不常见。在电流互感器的接线中，要特别注意其二次线圈的极性，特别是方向保护与差动保护等回路。当电流互感器二次极性错误时，将会造成计量、测量错误，方向继电器指向错误，差动保护中有差流等，造成保护装置的误动或拒动。2、接入顺序当一组电流互感器接入多个负载时，应考虑其接入顺序，其原则是方便设备的调试及调试中的

9、安全，还考虑到串联的顺序应使电缆最短。一般仪表回路的顺序是电流表、功率表、电度表、记录型仪表、变送器或监控系统。在保护用次级中，尽量将不同的设备单独接入一组次级，特别是母差等重要保护，需要串接的，应先主保护再后备保护，先出口跳闸的设备，再不出口跳闸的设备。这样在运行中如果要做录波器试验，可以将其推出而不影响线路保护与失灵起动装置的正常运行，如图6-12所示。由于仪表与保护对电流互感器的要求不同，所以原则上两者不能公用一组电流互感器次级，但在35kV及以下系统中对计量准确度要求不高的场合，也有测量仪表与继电保护共用一组电流互感器的方式，这时应确保满足10误差曲线要求，验算短路电流不会损坏仪表，并

10、按先保护后仪表的次序接入。3、电流二次回路的接地电流互感器二次回路必须接地，其目的是为了防止当一、二次之间绝缘时对二次设备与人身造成危害，所以一般宜在配电装置处经端子接地，这样对安全更为有利，如图6-9（a）（b）（c）（e）。当有几组电流互感器的二次回路连接构成一套保护时，宜在保护屏上设一个公用的接地点，如图6-13为主变差动保护的接地方式。对与三角形接线电流互感器二次回路也应接地，接地点选在经负载后的中心点，如图6-9（d）。在微机母差或主变差动保护中，各侧二次电流回路不再有电气连接，每个回路应该单独接地，该接地点可以接在配电装置处，也可以接在保护柜上，各接地点间不能串接。如图6-13为母

11、差保护柜端子排原理图，6-13（a）为错误接法，6-13（b）为正确接法，在错误接法中，各接地点串联后接地，一是一旦总接地点脱开，则每一组的接地都没有，第二是当其中一个回路停电需要做试验时可能影响其它运行中的回路。在由一组电流互感器或多组电流互感器二次连接成的回路中，运行中接地不能拆除，但也不允许出现一个以上的接地点，当回路中存在两点或多点接地时，如果地电网不同点间存在电位差，将有地电流从两点间通过，这将影响保护装置的正确动作。图6-14为主变差动保护电流互感器回路两点接地时流过地电流的示意图。当电流二次回路有方式切换时，要保证在不同的方式下只有一点可靠接地，这一点将在下一节中讨论。4、电流二

12、次回路的切换由于电流互感器二次回路不能开路，所以电流二次一般不应设置切换回路，但为了满足运行方式的需要，当确实需要切换时，可以设置大电流切换端子，但应确保在切换时电流互感器二次回路不能开路，切换到各种发生时保证运行中回路的方式与一次方式对应并变比、极性正确，只有一点且只能有一点接地。下面对一些常用的切换回路进行讨论。（1）内桥接线差动电流回路的切换内桥的差动回路可以不设切换回路，但在内桥或进线开关中有一台停电检修时为不影响运行中设备，方便安全措施的实施，常在回路中增加大电流切换连片，如图6-15，其中（a）为进线断路器与内桥断路器均在运行的正常方式，（b）为内桥断路器转检修后其电流互感器二次连

13、接片退出后短接的接线图。在内桥断路器转检修退出其电流回路时，如果差动保护还在运行中，则一定要先取下连片，然后将互感器侧短接接地，否则连接连片时将差动保护高压侧电流短接会造成差动保护误动。（2）旁路断路器代主变时差动电流回路的切换在设有旁路断路器的变电所，旁路断路器代主变断路器时，其差动保护相应的电流回路应该有主变的互感器切至旁路的互感器，并有两台及以上主变时，旁路的这组互感器应能分别切至这些主变的差动保护。图6-16即是切换回路的示意图，其中1号主变由旁路断路器代供，2号主变由本身断路器正常运行。当两台断路器均不旁代时，旁路的电流切换连片要短接退出。需要指出的是，旁路断路器的带路操作中任何一台

14、断路器都要视作运行设备，无论其处在合闸状态还是分闸状态，所以电流互感器的二次回路不能开路，也不能失去接地点，这点与内桥接线时的电流连接片操作不同，它要先在互感器侧短接接地，再拆开与差动保护回路的连接片。这一操作会造成差动保护回路的不平衡，会有差流产生，所以操作过程中需要停用相应的差动保护。（3）固定连接式母线差动电流回路的切换微机型母差差动保护已经得到广泛的应用，但运行中固定连接式母线差动保护仍不少。与微机母差自动判定各单元运行方式、自动将相应电流按方式加到相应母线差动保护中不同，固定连接母差保护需要将各单元的电流手动切到对应母差的回路。如图6-17是固定连接母差保护电流回路切换的示意图。该切

15、换回路与旁路代主变的切换回路有点类似，区别在于各单元的电流是切入正母或副母差动保护，而旁路代主变的电流回路是切入1号主变或2号主变的差动保护，同样不能发生电流回路开路。在A、B、C、N各相连线的切换中，N线的切换连片不能省，否则可能造成运行设备与检修设备分界不清、电流二次回路开路或运行中电流二次回路发生多点接地等情况。如图6-18中，（a）为当N线经各组连接片的接地端子时会造成多点接地。（c）中N线不经接地端子，但短接退出时仍会发生两点接地，如果接地端子不接地，则会在短接退出时发生电流二次回路开路。（b）中虽然没有多点接地或开路的问题，但短接退出的回路如果有检修工作，由于有零线相连，则对运行中

16、设备将会产生潜在的影响。（一）电压互感器的二次回路接线图6-19为典型的双母线或单母线分段主接线时的电压互感器二次回路接线原理图。图中可以看出，这里使用的是两组次级的电压互感器，一组次级三相接为星形，一组接为开口的三角形。星形的一组次级经小空气开关1(2)QA、电压互感器隔离开关辅助接点的重动继电器1（2）K接点送至二次电压小母线1(2)WVa、1(2)WVb、1(2)WVc及WVN，这组小母线供保护装置与测量设备使用。由于计量装置对精度要求较高，所以从电压互感器星形接线出口处另有一组电压经熔断器35（68）FU、 继电器1（2）K接点送专用的计量小母线1(2)WVaj、1(2)WVbj、1(

17、2)WVcj。为了减小回路压降，这组电压一般由电压互感器的二次端子箱经6mm2或更粗的电缆直接连接到计量柜上。电压互感器另一组次级接为开口三角形，其一端直接连到小母线WVN上，另一端经继电器1（2）K接点连接到小母线1(2)WVL上，供需要零序电压的保护装置等使用。因为开口三角的零序电压输出正常运行时等于0，平时无法监视其回路是否有断线等情况，所有在该回路不安装空气开关或熔断器。电压互感器的二次接线要特别注意其线圈的极性，特别开口三角回路，由于平时没有电压，在新投运时要认真检查其极性是否符合保护装置方向保护要求，否则在系统发生故障时，可能造成具有方向性的保护该动的不动，二次不该动的误动。图6-

18、19中的1WVTa就是为检查开口三角电压的极性及做零序方向保护的相量试验而设，通过测量该母线电压的极性，可以推断出3U0的极性。图6-19中1KCW与2KCW为正副母电压互感器二次回路联络的联络继电器，当正副母电压互感器二次回路需要联络并符合联络条件是，该继电器动作。电压互感器二次回路的联络既可以手动，也可以自动，具体的联络条件在后面中介绍。1、接线方式电压互感器的二次接线主要有：单相接线、单线电压接线、V/V接线、星形接线、三角形接线、中性点接有消谐电压互感器的星形接线。各接线的连接方式如图6-20所示。（1）单相接线常用于大接地电流系统判线路无压或同期，可以接任何一相，但另一判据要用母线电

19、压的对应相，如图6-20（a）。其变比一般为，需要时也可以选。（2）接于两相电压间的一只电压互感器，主要用于小接地电流系统判线路无压或同期，因为小接地电流系统允许单相接地，如果只用一只单相对地的电压互感器，如果电压互感器正好在接地相时，该相测得的对地电压为零，则无法鉴定线路是否确已无压，如果错判则可能造成非同期合闸。具体接线如6-20（b），该接线也可用两只分别接于两相的单相电压互感器来代替，用两相间的线电压来判断无压或同期。其变比一般为。（3）V/V接线主要用于小接地电流系统的母线电压测量，它只要两只接于线电压的电压互感器就能完成三相电压的测量，节约了投资。但是该接线在二次回路无法测量系统的

20、零序电压，当需要测量零序电压时，不能使用该接线。具体接线见图6-20（c），其变比一般为。（4）星形接线与三角形接线应用最多，常用于母线测量三相电压及零序电压。接线见6-20（d）、（e），星形接线的变比一般为，对三角形接线，在大接地电流系统中一般为，在小接地电流系统中为。（5）图6-20（f）为中性点安装有消弧电压互感器的星形接线。在小接地电流系统，当单相接地时允许继续运行2小时，由于非接地相的电压上升到线电压，是正常运行时的倍，特别间隙性接地还要暂态过电压，这将可能造成电压互感器铁芯饱和，引起铁磁谐振，使系统产生谐振过电压。所以使用在小接地电流系统的电压互感器均要考虑消谐问题。消谐措施有多

21、种，在开口三角线圈输出端子上接电阻性负载或电子型、微机型消谐器是其中之一，图6-20（f）中在星形接线的中性点接一只电压互感器也能，使发生接地故障时各电压互感器上承受的电压不超过其正常运行值，也能起到消谐的作用。所以该电压互感器也称为消谐电压互感器。图6-21为该接线的电压相量图，在10kV系统电压互感器的变比为，中性点的消谐电压互感器变比为，就是中性点电压互感器能工作在线电压下。当系统正常时，其相量图如图6-21（a），可以看出三相、对称，幅值等于相电压，中性点电压等于0，三相电压互感器均承受相电压，消谐电压互感器上的电压等于零，L上无电压输出。当系统发生单相接地时，如A相，其相量图如图6-

22、21（b），Ua变为0，Ub、Uc上升到倍相电压，由于消谐互感器的存在，上承受电压的相量如图6-21。可以从图中看出，三个相电压线圈上承受的仍为相电压，零序电压3U0=UL的输出幅值也为相电压57.7V，这一点与三角形接线的输出为100V不同。（6）用以鉴定同期或线路无压的线路电压互感器常采用电容型或电压抽取装置。电压收取常见的有利用高频通道中的结合电容器来抽取电压，也有通过电流互感器的末屏来抽取的，利用电压抽取装置可做到不需要增加一次设备就可获得所需的二次电压，有较好的技术经济效益。2、电压互感器二次回路的保护电压互感器相当与一个电压源，当二次回路发生短路时将会出现很大的短路电流，如果没有合

23、适的保护装置将故障切除，将会使电压互感器及其二次线烧坏。电压互感器二次回路的保护设备应满足：在电压回路最大负荷时，保护设备不应动作；而电压回路发生单相接地或相间短路时，保护设备应能可靠地切除短路；在保护设备切除电压回路的短路过程中和切除短路之后，反应电压下降的继电保护装置不应误动作，即保护装置的动作速度要足够快；电压回路短路保护动作后出现电压回路断线应有预告信号。电压互感器二次回路保护设备，一般采用快速熔断器或自动空气开关。采用熔断器作为保护设备，简单、能满足上述选择性及快速性要求，报警信号需要在继电保护回路中实现。采用自动空气开关作为保护设备时，除能切除短路故障外，还能保证三相同时切除，防止

24、缺相运行，并可利用自动开关的辅助触点，在断开电压回路的同时也切断有关继电保护的正电源，防止保护装置误动作，或由辅助接点发出断线信号。电压回路采用哪种保护方式，主要取决于电压回路所接的继电保护和自动装置的特性。当电压回路故障不能引起继电保护和自动装置误动作的情况下，应首先采用简单方便的熔断器作为电压回路的保护。在电压回路故障有可能造成继电保护和自动装置不正确动作的场合，应采用自动开关，作为电压回路的保护，以便在切除电压回路故障的同时，也闭锁有关的继电保护和自动装置。在实际工程中，通常在60kV及以下没有接距离保护的电压互感器二次回路和测量仪表专用的电压回路，都采用快速熔断器保护；对于接有距离保护

25、的电压回路，通常采用自动开关作为保护设备。近年来生产的距离保护装置一般都具有性能良好的电压回路断线闭锁装置，电压回路故障不会引起保护误动。有些运行现场在接有距离保护的电压回路也采用了熔断器作为电压回路的故障保护，运行情况良好。因此，电压回路的保护方式，要根据工程的具体情况确定。电压互感器二次侧应在各相回路和开口三角绕组的试验芯上配置保护用的熔断器或自动开关。开口三角形绕组回路正常情况下无电压，故可不装设保护设备。熔断器或自动开关应尽可能靠近二次绕组的出口处装设，以减小保护死区。保护设备通常安装在电压互感器端子箱内，端子箱应尽可能靠近电压互感器布置。3、电压二次回路的接地电压互感器二次回路的接地

26、，主要是防止一次高压串至二次侧时，可能对人身及二次设备造成威胁。在110500kV变电所中各电压等级的电压互感器应统一采用一种接地方式，推荐采用零相接地。并且，全所各电压互感器二次回路共用一个零相电压小母线(YMN)，在主控制室一点接地，在接地线上不应安装有可能断开的设备。当电压互感器离主控制室较远时，在变电所一次系统发生单相接地短路时，主控制室与电压互感器安装处的地电位差较大。为电压互感器的安全，应在配电装置处电压互感器二次绕组中性点加放电间隙或氧化锌避雷器。见图6-19。电压二次回路只能有一点接地。如果有两点接地或多点接地，当系统发生故障，地电网各点间有电压差时，将会有电流从两个接地点间流

27、过，在电压互感器二次回路产生压降，该压降将使电压互感器二次电压的准确性受到影响，严重时将影响保护装置动作的准确性。线路电压互感器可以在配电装置处一点直接接地，也可以通过小母线(WVN)接地。当在配电装置处一点接地时，线路互感器的二次回路与母线电压互感器的二次回路不能有电的联系，否则会使电压二次回路出现两点接地或多点接地。如果通过小母线(WVN)接地，则应在配电装置处加装放电间隙或氧化锌避雷器，并且注意，在线路保护停用校验时，线路可能仍有旁路代路运行，不能因拆开至小母线的N600连线而使线路电压互感器二次侧失去接地点。4、电压二次回路的切换与联络当电气主接线为双母线接线时，为了保证保护装置及测量

28、、计量等设备采集的二次电压与一次对应，必须设置二次电压的切换回路。当双母线接线或单母线分段接线，一台电压互感器检修或因故停运时，一次可以通过改单母线运行来保证电压互感器停运母线的设备继续运行，这时需要将二次回路进行联络，以确保相应的保护、计量设备继续运行。（1）电压回路的联络见图6-23。（2）正、副母间电压回路切换二次电压切换可以手动进行，如图6-25所示，由切换开关SA来选择计量、保护等设备是选用正母电压还是副母电压；也可以进行自动切换，如图6-26所示， 为提高自动切换的可靠性，1KCW、2KCW可选双位置继电器，如图6-27。双位置继电器的有点是即使直流电源消失，或隔离开关辅助接点接触

29、不良，继电器将保持在原有位置。其中6-27（a）是采用隔离开关的单辅助接点，6-27（b）是采用隔离开关的双辅助接点。（3）互为备用电压二次回路间的切换当二次回路作为多个一次设备的公共备用设备时，常常要根据需要将相应的二次回路切至对应的一次设备控制或保护回路。如同期并列回路电压的切换；如图6-28旁路代主变断路器时的电压切换。第六节 控制及信号的二次回路一、控制回路电力系统的控制对象主要包括断路器、隔离开关等，其中断路器是用来连接电网，控制电网设备与线路的通断，送出或断开负荷电流，切除故障的重要设备，其控制回路尤为重要。由于断路器的种类和型号是多种多样，故控制回路的接线方式也很多，但其基本原理

30、与要求是相似的。断路器的控制回路按其操作方式可分为按对象操作和选线操作；按控制地点可分为集中控制和就地控制；按跳合闸回路监视方式可分为灯光监视和音响监视；按操作电源种类可分为直流操作与交流操作等等。现在就一些常用的断路器控制回路进行介绍。（一）断路器控制回路的基本要求断路器的控制是通过电气回路来实现的，为此，必须有相应的二次设备，在控制室的控制屏上应有能发出跳合闸命令的控制开关（或按钮），在断路器上应有执行命令的操作机构，并用电缆将它们连接起来。断路器的控制回路应满足下列要求：（1）能进行手动跳、合闸和由继电保护与自动装置（必要时）实现自动跳、合闸，并在跳、合闸动作完成后，自动切断跳合闸脉冲电

31、流（因为跳、合闸线圈是按短时间带电设计的）；（2）能指示断路器的分、合闸位置状态，自动跳、合闸时应有明显信号；（3）能监视电源及下次操作时分闸回路的完整性，对重要元件及有重合闸功能、备用电源自动投入的元件，还应监视下次操作时合闸回路的完整性；（4）有防止断路器多次合闸的“跳跃”闭锁装置；（5）当具有单相操作机构的断路器按三相操作时，应有三相不一致的信号；（6）气动操作机构的断路器，除满足上述要求外，尚应有操作用压缩空气的气压闭锁；弹簧操作机构应有弹簧是否完成储能的闭锁；液压操作机构应有操作液压闭锁；（7）控制回路的的接线力求简单可靠，使用电缆最少。（二）基本断路器控制回路图6-29是一个基本的

32、断路器操作回路，它是一个能满足断路器控制回路要求的最为简单的回路，现在我们就通过对该回路动作过程来分析它是如何来满足断路器控制回路的要求的。控制开关的各片接点接通位置与把手位置的对应关系较为复杂，具体见表6-6。预合：顺时针转动控制开关SA至预备合闸位置，这时SA的10-11接点断开，9-10接点接通，绿灯HG由正电源改接到闪光小母线（）WS，绿灯闪亮。合闸：SA的5-8接点接通，正电源通过5-8接点接至合闸线圈LC，断路器合闸。合闸到位后，合闸回路的断路器辅助常闭接点QF断开合闸电流，一是防止5-8粘接造成合闸线圈烧坏，因为合闸线圈的热容量是按短时通电来设计的；二是防止由SA接点来断开合闸电流，由于SA接点的断弧容量不够，容易使SA接点烧坏。合闸结束后，断路器常开辅助接点QF接通分闸回路，同时SA的13-16接点接通，红灯HR亮，发平光，指示断路器在合闸位置。预分：SA的13-14接点接通，红灯闪光。分闸： S