城轨供变电技术第八章.docx

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城轨供变电技术第八章

第八章变电所信号系统

【问题导入】

在变电所中，必要安装有完善而可靠的信号装置，以供运行人员经常监视所内各种电气设备和系统的运行状态。

以便于及时发现故障，迅速消除和处理事故，统一调度和协调生产，除了依靠测量仪表或监测系统监视设备运行外，还必须借助灯光和音响信号装置来反映设备正常和非正常的运行状态。

【学习目标】

了解信号回路的类型

了解信号回路的基本要求

了解使用综合自动化系统的当今变电所的信号装置构成

第一节信号装置概述

变电所中，运行人员为了及时发现与分析故障，迅速消除和处理事故，统一调度和协调生产，除了依靠测量仪表或监视系统监视设备运行外，还必须借助灯光和音响信号装置反映设备正常和非正常的运行状态。

一.信号装置的分类

牵引变电所中的信号装置按其用途不同，一般有下列三种：

1.位置信号

它主要指示开关电器的位置状态。

一般由长亮光的红、绿信号灯组成，位置信号安装在相应的控制盘上并且在调度室微机上显示。

2.继电保护和自动装置动作信号

它主要指示故障对象和故障性质，一般由信号继电器和光字牌组成，安装在相应的保护盘或控制盘上。

3．中央信号

变电所运行中，除了正常运行状态外，还有事故状态和故障状态。

事故状态是指电路发生短路故障，并导致断路器自动跳闸而中断供电的情况。

例如当电气设备和线路发生短路故障引起断路器自动分闸。

断路器自动跳闸时，应发出事故音响信号和说明事故性质的光字牌信号。

此外，已分闸断路器的绿色信号灯（图标）闪光，表示出事故发生的对象。

故障状态是指主电路、二次电路发生故障，但未引起断路器自动跳闸的运行状况。

如主变压器油温过高、过负荷、直流系统接地等。

牵引变电所运行中发生故障运行状态时，应发出电铃音响信号，同时相应的光字牌（图标）有灯光显示，表明故障的性质和不正常运行设备的所在。

事故音响信号、预告音响信号、全所共用的光字牌信号等统一交由监控人员处理的合称为中央信号。

装置按发出信号的性质分为事故信号和预告信号。

事故状态时中央信号装置发出的相应信号称为事故信号。

事故信号分为事故音响信号（蜂鸣器）、事故灯光信号及光字牌信号。

故障状态时中央信号装置发出的相应信号称为预告信号。

预告信号一般由电铃音响信号、掉牌信号和光字牌信号组成。

预告信号包括瞬时预告信号和延时预告信号两种。

（1）瞬时预告信号

某些故障状态一经出现，就由某继电器立即发出的信号称为瞬时预告信号。

如主变压器轻瓦斯动作，主变油温过高、主变通风故障、操动机构的油气压力降低、直流电压异常、操作熔断器动作等故障状态，均发出瞬时预告信号。

（2）延时预告信号

某些故障状态出现后，需经一定的延时，经确认后，再由某继电器发出的信号称为延时预告信号。

如主变过负荷、电压互感器二次侧断线、直流控制网路断线、交流回路绝缘损坏等故障状态，均发出延时预告信号。

延时预告信号的原因：

当主电路发生短路故障时，将同时引起某些不正常的运行状态的出现，事故信号和预告信号将同时发出，不便于工作人员判断故障性质。

若这类预告信号延时发出，延时时间大于外部短路的最大切除时间，则当外部短路故障切除后，这类故障状态也随之消失，与事故信号同时启动的预告信号将自动返回，这样可以避免误发预告信号，便于工作人员分析处理事故。

二.信号装置的功能

1.事故信号装置功能

事故信号是变电所发生事故时断路器的跳闸信号，引起断路器事故跳闸的原因如下：

（1）线路或电气设备发生故障，由继电保护装置动作跳闸。

（2）继电保护或自动装量误动作跳闸。

（3）控制回路故障误跳闸。

无论何种原因引起的事故跳闸，事故信号装置均应满足如下条件。

（1）当断路器事故跳闸时，无延时发出事故音响信号，同时并使相应断路器的位置信号灯闪光或亮白灯。

（2）事故时应立即起动远动装置，发出遥信。

（3）事故音响信号应能手动复归或自动复归。

音响信号的复归方式可分为就地复归、中央复归、手动复归、自动延时复归等方式。

就地复归：

在电气设备安装所在地进行个别信号单独复归；

中央复归：

在主控制室内中央信号盘上集中复归；

手动复归：

值班人员在相应配电盘上进行复归；

自动延时复归：

信号发出后，经一定时间的延时，电路自动复归有关信号。

（4）事故时应有指明继电保护和自动装置动作情况的光信号和其他形式信号。

（5）能自动记录发生事故的时间。

（6）事故时，应能启动计算机监控系统。

（7）事故音响、灯光信号装置应能进行完好性检查试验。

2.预告信号装置的功能

预告信号是变电所中电路或电气设备出现故障状态的信号，包括以下内容：

（1）各种电气设备的过负荷。

（2）各种带油设备的油温升高超过极限。

（3）交流小电流系统接地故障。

（4）各种电压等级的直流系统接地。

（5）各种液压或气压机构压力异常、弹簧机构的弹簧未拉紧。

（6）用SF6气体绝缘设备的SF6气体密度或压力异常。

（7）各种继电保护和自动装置的交、直流电源断线。

（8）断路器的控制回路断线。

（9）电流互感器和电压互感器的二次回路断线。

（10）继电保护和自动装置的信号继电器动作未复归。

（11）其他一些值班员需要了解的运行状态也可发出预告信号。

当变电所中电路或电气设备出现故障状态时，值班人员通过预告信号装置应立即知道并及时记录与处理，防止事故发生。

因此，对预告信号装置提出以下要求：

（1）预告信号出现时，应能瞬时或延时发出与事故信号有区别的音响信号，同时有灯光信号指出不正常运行内容。

（2）能手动复归或自动复归音响信号，显示故障性质的灯光信号应保留，直至故障排除。

（3）预告信号装置应具有重复动作的功能。

所谓重复动作，主要是对音响信号而言，能重复动作是指当第一个故障出现时的音响信号解除之后，灯光信号未复归之前，也就是第一个故障末排除前，如果又出现不正常工作状态，中央信号装置仍按要求发出音响及灯光信号。

（4）预告音响、灯光信号装置应能进行完好性检查试验。

三.中央信号装置的发展概况

牵引变电所中央信号装置按照电路结构不同，经历了以下四种发展阶段。

1.电磁式中央信号装置

以冲击继电器为核心，与其他相关电磁型继电器组成具有中央复归功能重复动作的中央信号电路。

其主要缺点表现为：

冲击继电器的工作状况直接影响中央信号装置的工作可靠性，会出现漏发信号或烧坏冲击继电器的情况；信号反映不完善，信号分辨率差。

这种装置已很少使用。

2.晶体管成套中央信号装置

以晶体管成套中央信号装置为核心，配以辅助继电器箱构成中央信号装置：

结构紧凑，工作可靠，在老式牵引变电所中应用较多，现以很少使用。

3.微机模块式中央信号装置

以微机为基础，辅以相关数字电路模块，通过与必要的固体继电器的配合，构成中央信号系统。

这种系统以小液晶屏幕以及小型组合式光字牌为信号窗口，显示牵引变电所设备的各种运行状态（故障或事故状态），对各种信号进行综合判断，发出事故、预告音响及停止数字时钟信号，并给出相应远动信号。

其工作原理与晶体管成套中央信号装置相类似。

只是短时出现，很快被取代。

4．汁算机综合自动化监控系统

随着综合自动化系统对牵引变电所传统二次系统的替代，中央信号装置的功能也被监控单元所替代，甚至其功能远远超过常规信号系统功能，而在无人值守变电所中，中央信号系统被完全取消。

第二节变电所新型信号系统

随着自动化技术、计算机技术和通信技术的发展，变电所综合自动化技术得到迅速发展。

有很多按新概念、新原理设计的变电所综合自动化系统投入运行。

对于这种系统，实际上并不能简单的给出信号系统的定义，因为，信号系统已被数据通信所取代，数据通信作为一个重要环节。

其主要任务体现在两个方面，一个方面是完成综合自动化系统内部各子系统间或各种功能模块间的信息交换；另一方面是完成变电所与控制中心的通信任务。

在变电所里依靠通信网把继电保护、自动装置和监控系统紧密的联系在一起实现变电所综合自动化。

一.综合自动化系统与控制中心的通信内容、功能及特点

综合自动化系统前置机或通信控制机具有执行远动功能，会把变电所内相关信息送到控制中心，同时能接受上级调度数据和控制命令。

1.通信内容包括：

遥测、遥信、遥控、遥调信息，这也就是我们所说的四遥。

2.综合自动化系统的通信功能

（1）微机保护的通信功能：

包括接受监控系统的查询、向监控系统传送事件报告、向监控系统传送自检报告、校对时钟，与监控系统对时，修改时钟、修改保护定值、接受调度或监控系统值班人员投退保护命令、保护信号的远方复归功能、实时向监控系统传送保护主要状态等。

（2）自动装置的通信功能与信息内容：

包括小电流接地系统接地选线装置的通信内容、备用电源自投装置的通信功能、电压和无功调节控制通信功能等。

（3）微机监控系统的通信功能：

包括具有扩展远动RTU功能、具有与系统通信的功能。

3.数据远传通信线路：

使用音频电缆通信、光纤通信。

4.变电所信息传输规约

一般以开放系统互联交换信息的标准、循环式通信规约、问答式传输规约为常见。

二.综合自动化系统的数据采集

在综合自动化系统中，变电所的信号采集变得复杂，采集的量主要包括：

（1）状态量采集：

状态量包括：

断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号等。

目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。

保护动作信号则采用串行口（RS-232或RS485）或计算机局域网通过通信方式获得。

（2）模拟量采集：

常规变电站采集的典型模拟量包括：

各段母线电压，线路电压，电流和功率值。

馈线电流，电压和功率值，频率，相位等。

此外还有变压器油温，变电站室温等非电量的采集。

模拟量采集精度应能满足SCADA系统的需要。

（3）脉冲量：

脉冲量主要是脉冲电度表的输出脉冲，也采用光电隔离方式与系统连接，内部用计数器统计脉冲个数，实现电能测量。

当这些量从各个单元（RTU）采集后，一般将变电站所采集的信息传送给调度中心外，还要送给运行方式科和检修中心，以便为电气设备的监视和制定检修计划提供原始数据。

三.综合自动化系统中各信号的多向传送

由于变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全改为网络化，这些基于标准化、模块化的微处理机设计制造的标准设备，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。

这种情况下，信号量打包后一般会在多层内多向传递,如图8-1所示：

图8-1采用多层系统的综自系统中的信号传递

下面以一个主所内110KV的传输线路的远程保护的信号传递来说明

对于传输线路的远程保护，利用远程继电器，从接通继电器的时刻开始，继电器就连续采样输入信号，交由保护盘内的线路成套保护装置。

并且，系统在信号变化的整个过程中均可获得输入数据。

但由于实际原因，存贮器缓冲器中只保存了有限的采样值。

在某种意义上。

通常这种存贮器的存取是循环的，每当缓冲器贮满时，就存储下一批采样值以取代旧采样值。

这种特性能做到连续监视传输线路负载，此外还能捕捉牵引信号在正常——故障过渡时的预兆故障值和故障值。

以微处理机为基础的远程继电器的另一个共同特性是继电器正常状况和工作状态的自诊断。

这一特性对测试和维护是极其有用的，与以前的技术相比是设计上的一个重要的进步。

此外，在操作接口方面也得到了一定的改进。

用于继电器的设定、工作状态和各种牵引系统信号测量情况的各种操作均可进行显示，通过使用带有更改设定值的复杂的处理协议的终端，继电器设定过程可以得到大大的强化和简化。

所以，整个信号有各种电流、电压量的同时，还包括设备的状态信息。

而线路成套保护装置对信号采样值进行了各种逻辑和算术运算，用得是基于微机的继电器内部处理。

通过使用存贮在继电器固件内的软件流程实现了继电器算法。

下图是某一线路成套保护装置的继电器算法逻辑图：

图8-2线路成套保护装置算法逻辑

继电器算法的每个处理步骤均为独立的软件模块，使设计师能方便地改变某些模块，以便适应不同继电器的要求。

在采用远程继电器的情况下，继电器工作特性的各种不同状态，以及电压、电流和阻抗测量的各种算法，均可以使用同样的基本硬件和不同的软件编排来实现。

本图中除有基本远程继电器保护功能外，还可以包括其他功能，例如：

局部断路器失效保护、高速重闭、自动同步校验，不同步保护，瞬时记录、故障定位、SOE（事件顺序）记录等功能。

这样，在整个二次回路展开图中，我们能了解到通过站内通讯网，各测量点的电流互感器、电压互感器、RTU单元将采集量传递到1N（线路成套保护装置）、2N（线路测控装置）的过程，并且两个装置共同完成运算处理：

2N（线路测控装置）一般用来测控和提供基本的保护，如速断保护、零序过流保护，而1N（线路成套保护装置）则利用1N的结果来完成一些如距离保护等复杂运算。

运算完成后，将运算结果和装置动作出口的状态（1、0表示是否动作）上传给通讯网，交由本所主控机。

由此可见，现在变电所的信号系统已经溶于了数据交换中，并且越来越多用集成系统代替EMS的远程终端装置（RTU）。

这意味着所有的运算开始集中交由某几个装置完成，而节省成本。

图8-3新型110KV线路测控盘信号回路展开图

【教学评价】

1.信号装置包括哪几部分？

各部分作用是什么？

2.变电所常见预告信号有哪些？

哪些预告信号延时发出？

哪些预告信号瞬时发出？

为什么？

3.牵引变电所一般装设哪些信号系统？

各起什么作用？

4.说明图8-3新型110KV线路测控盘信号回路展开图中信号传递的过程？

5．警铃、蜂鸣器同时响，可能是何处故障？