自动控制系统和配电网监控系统.docx
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自动控制系统和配电网监控系统
摘要
本厂发电机组为单元控制，采用220V支流作为断路器控制和信号电源；单元控制室的电气元件采用DCS控制方式。
在单元控制室控制的设备和元件有：
发电机变压器组、高压厂用工作变压器、高压公用变压器、启动/备用变压器、低压厂用变压器。
发电机变压器组的主断路器采用一对一控制，隔离开关采用远方/就地操作。
本次设计，按要求根据提供的一次系统进行设计断路器和隔离开关的二次接线绘制二次接线图，按图纸进行查线和处理简单故障；掌握正确的接线方法。
本次设计是对所学的理论知识进行一次综合应用，在熟练掌握理论知识的同时，还必须掌握相关的技能：
1．根据设计任务书，了解系统概况。
2．结合系统实际情况，采用合理的设计方案。
3．熟悉变电站所断路器、信号、隔离开关的控制装置原理。
4．根据要求对控制回路绘制原理展开图。
本设计为600MW*2发电机组高压厂用工作变压器二次回路设计。
第一章引言，介绍了二次回路的内容、作用和地位、对二次回路的要求及其发展前景；
第二章断路器控制回路和信号回路的原理；
第三章给水泵的控制回路
第四章隔离开关控制回路的原理及方案比较；
第五章对备用电源自动投入装置外部电路的设计；
第六章对二次设备的选择及其整定和校验；
关键字断路器，隔离开关，
Abstract
Thefactoryunitsforthecontrolunit,a220Vtributariesasacircuitbreakercontrolandsignalpower;unitofelectricalcomponentsusedinthecontrolroomDCScontrol.Controlunitinthecontrolroomequipmentandcomponentsare:
Groupgeneratortransformers,highvoltagetransformerfactorywithwork,high-voltageutilitytransformers,start/backuptransformers,lowvoltagetransformerplant.TransformerGroupgeneratorsusedone-on-oneofthemaincircuitbreakercontrol,isolationswitchusingthedistance/localoperations.
Thedesign,accordingtotherequirementsofasystemdesignedcircuitbreakersandswitchesisolatethesecondarywiring.Byreadinganddrawingthesecondwiringdiagram,accordingtothedrawingsarecheckedandhandlingsimplefaultline;havetherightwiring.Thedesignofthestudybythetheoreticalknowledgetoconductacomprehensiveapplication,inmasteringtheoreticalknowledge,itisalsomustmastertherelevantskills:
1.Accordingtothedesignofthetask,understandingSystemOverview.
2.Systemwiththeactualsituation,areasonabledesign.
3.Substationfamiliarwiththecircuitbreaker,signals,switchescontroldeviceisolationprinciple.
4.Accordingtorequirementsoftheprincipleofcontrolloopstarteddrawingplans.
Thedesignforthe600MW*2generatingunithigh-voltagetransformerfactoryworkwiththesecondarycircuitdesign.
Chapter1Introduction,onthesecondarycircuit,theroleandstatusoftherequirementsofthesecondarycircuitanditsdevelopmentprospects;
ChapterIIcontrolcircuitbreakerandtheprinciplesofsignalcircuit
ChapterIIIPowerPlant
ChapterIVisolationswitchcontrolloopandtheprinciplesoftheprogrammecompared
ChapterVoftheautomaticbackuppowerdeviceexternalcircuitdesign
ChapterVIofthesecondaryequipmentandthechoiceofsettingandcalibration
Keyword:
controlcircuitbreaker,isolationswitchcontrolloop
目录
摘要..................................................................................................................................I
Abstract...........................................................................................................................II
1引言...............................................................................................................................1
1.1二次回路的作用和地位1
1.2二次回路的内容1
1.2.1控制回路1
1.2.2信号回路1
1.2.3测量回路2
1.2.4调节回路2
1.3对二次回路的基本要求2
1.3.1对测量回路的基本要求2
1.3.2对控制回路的基本要求2
1.4二次回路的前景3
2断路器控制回路和信号回路.......................................................................................5
2.1概述5
2.1.1断路器的控制类型5
2.1.2断路器类型的选择5
2.2操作机构的控制和信号回路6
2.2.1断路器的操作机构6
2.2.2断路器操作机构的选择6
3.1厂用变压器的作用11
3.2厂用工作电源进线断路器控制回路11
4隔离开关控制回路.....................................................................................................15
4.1隔离开关控制回路的要求和分类15
4.1.1隔离开关控制回路的分类15
4.1.2对隔离开关控制回路的要求15
4.2隔离开关电动操作回路15
4.1.2回路元件15
4.2.3工作原理16
4.3 隔离开关控制回路方案比较16
4.3.1电动操动双方向16
4.3.2气动操动17
4.3.3液压操动18
5备用电源自动投入装置外部电路的设计.................................................................19
5.1备用电源和设备自动投入的基本概念19
5.2AAT装置的不同接线方案20
5.3AAT装置典型接线的工作原理和参数选择22
6二次回路设备的设备的选择....................................................................................27
6.1对二次回路保护设备的选择27
6.1.1熔断器的配置27
6.1.2熔断器的选择28
6.2二次设备元件选择的条件和要求29
6.2.1电流互感器的选择29
6.2.2电压互感器的选择30
6.3对控制和信号回路设备的选择31
6.3.1控制开关的选择31
6.3.2信号和附加电阻的选择31
6.3.3继电器和接触器的选择31
结论................................................................................................................................33
致谢................................................................................................................................34
参考文献........................................................................................................................35
附录................................................................................................................................36
A1.136
A1.237
1引言
1.1二次回路的作用和地位
发电厂和变电站的电气设备分为一次设备和二次设备。
一次设备（也称主设备）是构成电力系统的主体，是直接生产、输送、分配电能的电气设备，包括发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。
二次设备是对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气设备，包括测量仪表、控制及信号器具、继电保护和自动装置等。
二次设备是通过电压互感器和电流互感器与一次设备取得电的联系。
二次设备及其相互联系的回路称为二次回路。
二次回路是电力系统安全生产、经济运行、可靠供电的重要保障，是发电厂和变电站中不可缺少的重要组部。
1.2二次回路的内容
二次回路的内容包括对发电厂和变电站一次设备的控制、测量、信号、调节、继电保护和自动装置等回路以及操作电源系统。
1．2．1控制回路
控制回路是由控制开关和控制对象（断路器、隔离开关）的传送机构及执行（或操作）机构组成的。
其作用是对一次开关设备进行“跳”、“合”闸操作。
控制回路按自动化程度可分为手动控制和自动控制两种；按控制距离可分为就地控制和距离控制两种；按控制方式可分为分散控制和集中控制两种,分散控制均为一对一控制,集中控制有一对一控制和一对N的选线控制；按操作电源性质可分为直流操作和交流操作两种；按操作电源电压和电流的大小可分为强电控制和弱电控制两种,强电控制采用较高电压（直流110V或220V）和较大电流（交流5A），弱电控制采用较低电压（直流60V以下，交流50V以下）和较小电流（交流0.5-1A）。
1．2．2信号回路
信号回路是由信号发送机构、传送机构和信号器具构成的。
其作用是反应一、二次设备的工作状态。
信号回路按信号性质分为事故信号、预告信号、指挥信号和位置信号四种；按信号显示方式可分为灯光信号和音响信号两种；按信号的复归方式可分为手动复归和自动复归两种。
这两种情况都是需要注意的。
1．2．3测量回路
测量回路是由各种测量仪表及其先关回路组成的。
其作用是指示或记录一次设备的运行参数，以便运行人员掌握一次设备运行情况。
它是分析电能质量、计算经济指标、了解系统潮流和主设备运行工况的主要依据。
1．2．4调节回路
调节回路是指调节型自动装置回路。
它是由测量机构、传送机构、调节器和执行组成。
其作用是根据一次设备运行参数的变化,实时在线调节一次设备的工作状态,以满足运行要求。
1．3对二次回路的基本要求
1．3．1对测量回路的基本要求
发电厂和变电站电测量仪表的设置应符合《电测量仪表装置设计技术规程》SDJ9—87的有关规定。
当发电厂和变电站装设有遥测装置或计算机或者技术上必要时,测量仪表采用经变送器的二次仪表。
此时，二次仪表、遥测和计算机宜共用变送器。
发电机的远方测温装置,宜装设在汽机控制屏上。
调相机的远方测温装置的装设地点，应根据调相机的值班方式确定。
变压器的远方测温装置,宜装设在相应的变压器控制屏上。
直流屏布置在控制室主环外时，宜在中央信号控制屏上增设直流母线电压表。
测量回路可为强电也可为弱电。
弱电测量参数,电流回路可选0.5A或1A；电压回路宜为100V；当为二次仪表时，应与变送器输出参数一致。
对具有返回屏的控制方式，常测表计宜布置在返回屏上,选测表计宜布置在控制台的立面上。
对运行需要经常监视的常测表计（发电机的有功、无功功率表等）及同步表计等也可布置在控制台的立面上。
当电流互感器二次侧接有常测与选测表计时,宜先接常测表计,后接选测表计。
选测接线不宜直接切换电流互感器的二次回路,宜通过中间变流器或变送器的二次侧来进行切换。
选测按钮宜分组装设（如按电压等级分组）,同一选测组内各安装单位的按钮之间应有闭锁。
1．3．2对控制回路的基本要求
发电厂和变电站宜采用强电一对一控制接线。
变电站也可采用弱电一对一控制方式。
110kV及以下变电站也可采用选线控制。
控制回路宜采用控制开关具有固定位置的接线。
对遥控及无人值班变电站的控制回路,宜采用控制开关自动复位的接线。
（1）断路器的控制回路应满足下列要求：
1）应有电源监视。
并能监视跳、合闸回路的完整性。
2）应能指示断路器合闸与跳闸的位置状态，自动合闸或跳闸时应有明显信号。
3）合闸或跳闸完成后应使命令脉冲自动解除。
4）有防止断路器“跳跃”的电气闭锁装置。
5）接线应简单可靠,使用电缆芯最少。
断路器宜采用双灯制接线的灯光监视控制回路。
断路器在合闸位置时红灯亮，跳闸位置时绿灯亮。
500kV变电站断路器采用弱电控制时也可采用单灯制接线。
在配电装置就地操作的断路器,可只装设监视跳闸回路的位置继电器,用红、绿灯作位置指示灯,正常时暗灯运行,事故时绿灯闪光,并向控制室或驻所值班室发出声、光信号。
（2）当断路器采用电流起动的“防跳”接线时,应满足以下要求：
1）防跳继电器的动作时间,不应大于跳闸脉冲发出至断路器辅助触点切断跳闸回路的时间。
2）一般利用防跳继电器的常开触点,对跳闸脉冲予以自保持。
当保护跳闸回路串有信号继电器时,该防跳继电器触点应串接其电流自保持线圈。
当选用的防跳继电器无电流自保持线圈时,亦可接适当电阻代替，电阻值应保证信号继电器能可靠动作。
3）当发电厂与变电站有两组蓄电池时，对具有两个独立跳闸系统的断路器，应由二组蓄电池的直流电源分别供电。
当保护有两组出口继电器时，也应由不同的出口继电器分别接至两个跳闸绕组。
4）分相操动机构的断路器，当设有综合重合闸或单相重合闸装置时，应满足事故时单相和三相跳、合闸的功能。
其它均应采用三相操作控制。
5）主接线为一个半断路器接线时，为使二次接线运行，调试方便，每串的二次接线宜分成五个安装单位。
当为线线串时，每条出线各为一个安装单位，每台断路器各为一个安装单位；当为线路变压器串时，变压器、出线，每台断路器各为一个安装单位。
当线路接有并联电抗器时，并联电抗器可单独作为一个安装单位。
6）500kV倒闸操作用的隔离开关应能远方及就地操作；检修用的隔离开关、接地刀闸和母线接地器宜就地操作。
220kV及以下电压的隔离开关，接地刀闸和母线接地器宜就地控制。
隔离开关、接地刀闸和母线接地器都必须有操作闭锁措施，严防电气误操作。
防电气误操作回路的电源应单独设置。
7）液压或空气操动机构的断路器，当压力降低至规定值时，应相应闭锁重合闸、合闸及跳闸回路。
对液压操动机构的断路器，宜不采用压力降低至规定值后自动跳闸的接线。
弹簧操动机构的断路器应有弹簧拉紧与否的闭锁。
8）对具有电流或电压自保持的继电器，如防跳继电器等，在接线中应标志极性。
1.4二次回路的前景
近年来随着机组容量的增大，自动化水平的提高以及计算器和微机技术的应用，发电厂及变电站的检测和控制技术得到迅速发展。
发电站和变电站控制水平的提高是监控技术发展的主要体现。
发电厂和变电站控制水平的发展过程是一个从分散到集中，从单元到综合，从低级到高级的过程，大体经历了一下四个阶段。
（1）就地分散控制
就地分散控制是在被控制对象所在地，运行人员就敌对被控制对象进行监视和控制。
这种控制方式简单易于实现，但不便于机组或各设备之间的协调控制。
就地分散控制一般适应于小型发电厂和变电站。
在大、中型发电厂和变电站中，只适用于6-10V屋内配电装置主设备的控制。
（2）电气集中控制
电气集中控制是在主控制室或网络控制室，运行人员对全厂（站）的主要电气设备集中进行监视和控制。
在主控制是主要是对发电机、主变压器、高压母线设备、高压厂用工作变压器与备用变压器和35KV以及上输电线路进行监视和控制。
这种集中控制方式一般用于单机容量为100MW及以下的发电厂和35KV及以上的变电站。
在网络控制是主要是对三绕组变压器及自耦变压器、高压母线设备和110KV及以上输电线路进行监视和控制。
这种网络集中控制方式通常与单元控制相配合。
（3）单元控制
单元控制是在单元控制室，运行人员对本单元的机、电、炉主要设备进行监视和控制。
单元控制一般用于单机容量为200MW及以上发电厂。
发电厂采用单元控制时，可根据机组台数设置数个单元控制室，根据发电厂主系统接线复杂程度不设置或设置网络控制室（主系统接线不太复杂时，可不设网络控制室，而在单元控制室另设网络控制屏）。
每个单元控制是控制一台或两台机、电、炉的主要设备。
集中电气主设备包括：
发电机或发电机——变压器组、高压厂用工作变压器和备用变压器等。
单元控制便于机、电、炉的统一调度和事故处理，有利于运行人员的协调配合，是目前我国大型发电厂广泛采用的控制方式。
电气集中控制和单元控制均属于集中控制。
（4）综合控制
综合控制是以电子计算机为核心，同时实现全厂（站）的监视、控制、测量、调节、保护、分析判断和计划决策等功能。
综合控制能更好地实现个单元的协调配合，提高控制质量和自动化水平，并在整个电力生产、输送过程中实现最佳控制，使机组的安全生产达到最优状态，因而是最高级的集中控制方式。
目前，我国大容量的发电厂和高压、超高压变电站已开始采用了计算机监控系统，特别是变电站综合自动化系统的应用，更标志着我国监控和控制技术发展到了一个新水平。
2断路器控制回路和信号回路
2.1概述
2.1.1断路器的控制类型
发电厂和变电站内,按控制方式,对断路器的控制耳企为一对一控制和一对N的选线控制。
一对一控制是利用一个控制开关控制一台断路器,一般适用于重要且操作机会少的设备，如发电机、调相机、变压器等。
一对N的选线控制是利用一个控制开关,通过选择,控制多台断路器,一般适用于馈线较多,接线和要求基本相同的高压和厂用馈线。
按其操作电源的不同，断路器的控制又可分为强电控制和弱电控制。
强电控制电压一般为110V或220V,弱电控制电压为48V及以下。
对于强电控制,按其控制地点,又分为远方控制和就地控制。
就地控制是控制设备安装在断路器附近，运行人员就地进行手动操作。
这种控制方式一般适用于不重要的设备，如6～1OKV馈线、厂用电动机等。
远方控制是在离断路器几十米至几百米的主控制室的主控制屏（台）上，装设能发出跳、合闸命令的控制开关或按钮，对断路器进行操作。
一般适用于发电厂和变电站内较重要的设备，如发电机、主变压器、35kV及以上线路和相应的并联电抗器等。
2.1.2断路器类型的选择
根据高压断路器的装设地点，可分为户内和户外两种型式。
按断路器使用的灭弧介质和灭弧原理分为油断路器（多油断路器和少油断路器）、空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器等。
由于油断路器运行维护工作量大，且有火灾的危险，而空气断路器结构复杂、制造工艺和材料要求高，有色金属消耗量大，维护工作量大等缺点，目前油断路器、空气断路器逐渐被六氟化硫断路器和真空断路器取代。
（1）六氟化硫断路器
采用具有优良灭弧性能和绝缘性能的六氟化硫气体作为灭弧介质的断路器，称为六氟化硫断路器。
这种断路器具有开断能力强、全开断时间短、体积小、运行维护工作量小等优点，但结构复杂，金属消耗量大，价格较贵。
由于六氟化硫断路器的优良性能，目前35KV及以上系统得到广泛应用，尤其以六氟化硫断路器为主体的封闭式组合电器，在高压配电装置中应用日趋广泛。
（2）真空断路器
利用真空的高介质强度来实现灭弧的断路器，称为真空断路器。
这种断路器开断能力强，灭弧迅速，运行维护简单，灭弧室不需要检修等优点。
根据以上优、缺点对比，真空断路器更适合本次设计。
2.2操作机构的控制和信号回路
2.2.1断路器的操作机构
断路器的操作机构是断路器本身附带的合、跳闸传动装置，用来使断路器合闸或维持闭合状态，或使断路器跳闸。
在操作机构中均设有合闸机构、维持机构和跳闸机构。
由于动力来源的不同，操作机构可分为电磁操作机构（CD）、弹簧操作机构（CT）、液压操作机构（CY）、电动机操作机构rU.气动操作机有〈CO笠叫其中目前应用较广的是弹簧操作机构、液压操作机构和气动操作机构。
不同型式的断路器，根据传动方式和机械荷载的不同，可配用不同型式的操作机构。
（1）电磁操作机构是靠电磁力进行合闸的机构。
这种机构结构简单，加工方便，运行可靠，是我国断路器应用较普通的一种操作机构。
由于是利用电磁力直接合闸，合闸电流很大，可达几十安至数百安，所以合闸回路不能直接利用控制开关触点接通，必须采用中间接触器（即合闸接触器）。
国产直流电磁操作机构有CD1～CD5、CD6-G、CDe、CD11、CD15型等型号。
电磁操作机构的电压一般为110V或220V，由两个线圈组成，两线圈串联，适于220V；并联，则适于110V。
目前,这种操作机构由于合闸冲击电流很大而很少采用。
（2）弹簧
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