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电气二次回路

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电气二次回路

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重要性质

　　二次回路的故障常会破坏或影响电力生产的正常运行。例如若某变电所差动保护的二次回路接线有错误，则当变压器带的负荷较大或发生穿越性相间短路时，就会发生误跳闸；

　　若线路保护接线有错误时，一旦系统发生故障，则可能会使断路器该跳闸的不跳闸，不该跳闸的却跳了闸，就会造成设备损坏、电力系统瓦解的大事故；若测量回路有问题，就将影响计量，少收或多收用户的电费，同时也难以判定电能质量是否合格。因此，二次回路虽非主体，但它在保证电力生产的安全，向用户提供合格的电能等方面都起着极其重要的作用。也可以保护电力的流通...

　　电气二次回路 - 标号及标号基本原则

　　为便于安装、运行和维护，在二次回路中的所有设备间的连线都要进行标号，这就是二次回路标号。标号一般采用数字或数字与文字的组合，它表明了回路的性质和用途。

回路标号的基本原则是：凡是各设备间要用控制电缆经端子排进行联系的，都要按回路原则进行标号。此外，某些装在屏顶上的设备与屏内设备的连接，也需要经过端子排，此时弄顶设备就可看作是屏外设备，而在其连接线上同样按回路编号原则给以相应的标号。

如果甲乙两个设备的接线端子需要连接起来，在甲设备的接线端子上，标出乙设备接线端子的编号，同时，在乙设备该接线端子上标出甲设备接线端子的编号，即两个接线端子的编号互相对应，这表明甲乙两设备的相应端子应该连接起来。这种编号方法称为相对编号法。

开关柜是一种电设备，外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置

基本原则

　　为便于安装、运行和维护，在二次回路中的所有设备间的连线都要进行标电气二次回路号，这就是二次回路标号。标号一般采用数字或数字与文字的组合，它表明了回路的性质和用途。

　　为了明确起见，对直流回路和交流回路采用不同的标号方法，而在交、直流回路中，对各种不同的回路又赋于不同的数字符号，因此在二次回路接线图中，我们看到标号后，就能知道这一回路的性质而便于维护和检修。

基本方法

　　1）用3位或3位以下的数字组成，需要标明回路的相别或某些主要特征时，可在数字标号的前面（或后面）增注文字符号。

　　2）按“等电位”的原则标注，即在电气回路中，连于一点上的所有导线（包括接触连接的可折线段）需标以相同的回路标号。

　　3）电气设备的触点、线圈、电阻、电容等元件所间隔的线段，即视为不同的线段，一般给予不同的标号；对于在接线图中不经过端子而在屏内直接连接的回路，可不标号。

几种回路

　　1、从电流互感器、电压互感器二次侧端子开始到有关继电保护装置的二次回路（对多油断路器或变压器等套管互感器，自端子箱开始）。

　　2、从继电保护直流分路熔丝开始到有关保护装置的二次回路。

　　3、从保护装置到控制屏和中央信号屏间的直流回路。

　　4、继电保护装置出口端子排到断路器操作箱端子排的跳、合闸回路。

简要目录

电气回路二次设计

第一节

电流互感器

电流互感器（CT）是电力系统中很重要的电力元件，作用是将一次高压侧的大电流通过交变磁通转变为二次电流供给保护、测量、录波、计度等使用，本局所用电流互感器二次额定电流均为 5A，也就是铭牌上标注为 100/5， 200/5 等，表示一次侧如果有 100A 或者 200A 电流，转换到二次侧电流就是 5A。电流互感器在二次侧必须有一点接地，目的是防止两侧绕组的绝缘击穿后一次高电压引入二次回路造成设备与人身伤害。同时，电流互感器也只能有一点接地，如果有两点接地，电网之间可能存在的潜电流会引起保护等设备的不正确动作。如图 1.1，由于潜电流 IX 的存在，所以流入保护装置的电流 IY≠I，当取消多点接地后 IX＝0，则 IY＝I。 IY

保护装置

I CT 绕组 IX

在一般的电流回路中都是选择在该电流回路所在的端子箱接地。但是，如果差动回路的各个比较电流都在各自的端子箱接地，有可能由于地网的分流从而影响保护的工作。所以对于差动保护，规定所有电流回路都在差动保护屏一点接地。

图 1.1 电流互感器实验 1、极性实验功率方向保护及距离保护，高频方向保护等装置对电流方向有严格要求，所以 CT 必 2、变比实验须做极性试验，以保证二次回路能以 CT 的减极性方式接线，从而一次电流与二次电流的方向能够一致，规定电流的方向以母线流向线路为正方向，在 CT 本体上标注有 L1、L2，接线盒桩头标注有 K1、K2，试验时通过反复开断的直流电流从 L1 到 L2，用直流毫安表检查二次电流是否从 K1 流向 K2。线路 CT 本体的 L1 端一般安装在母线侧，母联和分段间隔的 CT 本体的 L1 端一般都安装在 I 母或者分段的 I 段侧。接线时要检查 L1 安装的方向，如果不是按照上面一般情况下安装，二次回路就要按交换头尾的方式接线。 CT 需要将一次侧电流按线性比例转变到二次侧，所以必须做变比试验，试验时的标准 CT 是一穿心 CT，其变比为（600/N）/5，N 为升流器穿心次数，如果穿一次，为 600/5。对于二次是多绕组的 CT，有时测得的二次电流误差较大，是因为其他二次回路开路，是 CT 磁通饱和，大部分一次电流转化为励磁涌流，此时应当把其他未测的二次绕组短接即可。同理在安装时候，未使用的绕组也应该全部短接，但是要注意，有些绕组属于同一绕组上有几个变比不同的抽头，只要使用了一个抽头，其他抽头就不应该短接，如果该绕组未使用，只短接最大线圈抽头就可以。变比试验测试点为标准 CT 二次电流分别为 0.5A，1A，3A，5A， 10A，15A 时 CT 的二次电流。 3、绕组的伏安特性理想状态（6）位置继电器 HWJ，TWJ 的作用有两个，一是显示当前开关位置，二是监视跳、合线圈，例如，在运行时，只有 TQ 完好，TWJ 才动作。前面讲了，在开关运行时，TQ 上有分压，在开关断开时，HQ 上有电压。若跳、合圈的动作电压低于所分到的电压开关会误动。根据规定，线圈电压应为直流全电压的 35%— 70%，即 77V—154V。这就是跳、合闸实验。注意做实验时候应该读取线圈动作时候的负载电压。随着断路器技术水平的发展，机构内部的二次回路已发生极大的变化，不再是单一断路器的辅助接点 DL，加入了弹簧储能接点，气压接点等（当然，它们的逻辑图仍然可以简化成图 2.16 所示）。有时该二次回路与操作回路有不兼容的情况，以西安高压开关厂的 LW25-126 型号开关为例，这个合闸回路可以由图 2.17 简单表示。 CN 合闸弹簧储能接点，储能完毕后接点闭合 QY 开关内部气压常开接点，充气完毕后接点闭合

+KM 1 LD TWJ D38 2 －KM

KK 5 8 D41 7

52Y

CN DL1

QY HQ

DL2 52Y

R TQ 52Y

图 2.17

当手动合闸时 KK 动作，合闸过程中 DL1 断开，DL2 闭合，整个回路由 KK、DL2、R、 52Y 线圈勾通，52Y 线圈动作，52Y 开接点闭合，合闸后回路 LD、TWJ、52Y 开接点、并联的 R 和 52Y 时间接点、 52Y 线圈勾通（虽然 52Y 时间接点延时断开，但不影响回路逻辑）。尽管这个回路阻值较大，不能让 LD 亮，不能让 TWJ 动作，但是足以让 52Y 线圈一直保持动作状态，所有 52Y 闭接点一直断开，HQ 被隔离。即使是断路器跳开，52Y 闭接点也不会返回，影响了下一次合闸，此时就必须将操作电源断开一下让 52Y 复归。该 52Y 回路设计是断路器厂家机构内部的防跃功能，但是由于 52Y 与保护元件 TWJ 等的电气参数不匹配，52Y 线圈动作电压过小所致。为此，采用以下办法解决此弊端：断开 D11 和 D12 的短接线， D11 直接接在断路器辅助闭接点上，回路命名 7’ 如图 2.18 ，简示。

电气回路二次设计

这种接线的缺点是 TWJ 和 LD 不再监视合圈 HQ 是否完好。

+KM 1 LD TWJ D38 7’ DL1 －KM 2

KK 5 8 D41 图 2.18 7

DL1 HQ

操作回路最重要的也是最常见的故障信号是“控制回路断线” ，控制回路断线原理如图 2.19

701 HWJ TWJ

901

控制回路断线

图 2.19

当 HWJ 与 TWJ 都不动作时发“ 控制回路断线 ” ，现象是开关位置信号消失，位置指示灯熄灭，光字牌或者后台机发信号，保护报“THWJ”信号等。控制回路断线故障原因一般有：（1）控制保险损坏；（2）开关断开状态下未储能；（3）气压低机构内部气压接点断开操作回路；（4）跳、合线圈有烧坏；（5）断路器辅助接点接触不良；（6）电缆芯 37 或 7极化量 Up 一般选择用故障时候的正序电压 U1，因为在比相式继电器中，极化量是作为基准量与 Uop 比相，通常要求 Up 能保持故障前电压的相位不变，幅值不能太小，比较容易取得的电气量。正序电压 U1 能够很好的满足要求。以 A 相故障分析 ⑴ 单相故障 2 U1a = 3 Ua ⑵ A、B 两相故障 1 U1a= 2 Ua ⑶ A、B 两相接地故障 1 U1a= 3 Ua ⑷ 三相对称故障 U1a≈0 （注：以上公式推导过程可参阅《技术问答》第 2 版第 23 页）因此采用正序电压为极化量能很好的保持故障前正常电压的特征。当三相短路时，保护的正序电压低于 10%正常电压，这时保护进入低压测量程序，一般就采用记忆回路记住正常时的工作电压。 Uop 继电器的比相方程－90°＜arg ＜ 90° (式 3.5) Up 工作电压：Uop=U－I*Zzd

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极化电压：Up=－U1m 在图 3.10 中，线路 K 点发生故障时, U1m=E m*e

EM=E M Us 图 3.10 EM M δ N EN Uk K N EN=E

jδ

, EM= (ZK+Zs)*I , Uop=(ZK－Zs)*I, Up=－(ZK+Zs) *I*e

jδ

这里需要解释 δ 角的存在，如果考虑正常运行情况下负荷的潮流情况，上面分析的是电流从 M 侧流向 N 侧，必须要有电势角（也就是两边要有电位差）如图 3.11，。系统电势 EM 超前 M 点电压 δ 角，即公式中的 δ＜0。如果电流是从 EN 流向 EM， EM 落后 M 点电压 δ 则角，即公式中的＞0。

图 3.11

把以上的公式带入式 3.5，最后得到－90°＜arg 〔(Zk－Zzd)/(Zs+Zk) *e jδ〕＜ 90° 作出上式的动作特征区间，有图 3.12。 δ=30° δ=0 Zzd

③ －Zs’ ② ①

－Zs δ=－30° －Zs

图 3.12

图 3.12 给出了在 δ=0、δ=－30°和 δ=30°的三种动作区间，结合上面的公式分析，在送电侧 δ＜0，动作区间偏向第一象限，克服过渡电阻的能力强，在受电侧，动作区间偏向第二象限，能较好的躲避负荷阻抗。这里要注意两点：1、记忆回路提供的极化量并不是一直不变的，它只在故障瞬间保持故障前的状态，只有它幅值逐渐衰减，但在衰减的过程中保持相位不变。用图 3.13 可以表示出该动作区间的变化过程， ①是故障瞬间的暂态圆， ②是故障过程中极化量衰减时的过渡圆，③是最终的稳态圆。2、取用极化量是－U1m，而不是 U1m，如果采用 U1m，就得不到该动作区间。以上主要解释了在三相短路时候的动作方程及特征区间，反应接地故障的接地距离继电器和反应相间故障的相间距离继电器与其原理基本一致，不同的地方有两点： 1、极化量的选取，三相故障时选用记忆量，其他距离继电器选用故障的正序分量，前面已经很详细的说明了。 2、接地距离继电器由于零序电流的存在引入了零序补偿系数 K，所以它的工作为 Uop=U－（I+3K*I0）Z，非故障的 II、III 号线路 3I0=2Ic,方向为流出母线， I 号故障线路 3I0=6Ic－2 Ic=4Ic,方向为线路流向母线。 3、结合结论 2 且因为零序电流是电容电流，所以非故障线路的零序电流超前零序电压为 90°，故障线路的零序电流滞后零序电压为 90°，两者相差 180°。矢量图如图 5.2

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4、故障时接地点 K 的电流等于所有线路（包括故障线路）的接地电容电流的总和，它超前零序电压为 90°。在图 5.1 中，Ik=6Ic，这里的 Ik 应看做所有线路 B、C 两相电容电流之和，所以方向应与其一致。

故障线路 3I0 U0 图 5.2 非故障线路 3I0

参考设计手册，线路电容电流可以有以下计算公式 U*L 架空线路：Ic= U*L 电缆线路：Ic= 10 350 Ic:对地电容电流 U：电网线电压（KV） L：线路长度（Km）二、绝缘监察与接地选线装置利用上面结论中的电气特征，设计出该装置。由结论 1，线路单相接地时，母线 PT 开口三角形上有输出电压，装置报警有线路接地，但此时还不知道具体的接地线路。要找出故障线路，结合结论 2，采用考察零序电流大小的方式，结合结论 3，采用考察零序功率方向的方式来查出故障线路。一般都在出线电缆头处安装一穿心式零序 CT 来采集零序电流，在考察零序电流大小的方式中，装置选取零序电流最大的线路为故障线路。该方法在线路越多时，故障线路零序电流越大于非故障线路的零序电流，就越灵敏，越可靠。在考察零序功率功率方向的方式中，由结论 3 很容易理解故障线路零序功率方向与非故障线路的零序功率方向是相反的。有的厂家生产的该装置是结合了以上两种方式来选线。先选出零序电流最大的三条线路，再判别功率方向。这种方法避免了因为线路长短不一，电容电流差别较大，有可能某条非故障线路零序电流与故障线路零序电流很接近的情况下装置选线错误。三、消谐装置在以上分析是以假设单相故障是金属性接地故障为前提的，实际中的故障往往是闪络性质的弧光接地，弧光的温度可以达到上千度，不容易熄灭，产生危害很大，造成线路绝缘降低转换成多相故障，扩大电网事故；弧光上的高电压也容易引起电气设备产生高压谐振，同时弧光的闪络产生大量杂波也不利于选线装置工作等等，所以有些电网还采用了消谐装置来消除这个危害。消谐装置的工作原理如图 5.3

A B C 消谐装置

接地开关故障线路

DLA DLB DLC

当某条线路 A 相故障时，微机消谐装置根据输入的零序电压启动，再对输入的三相电压进行计算，当判断为弧光接地时，迅速将分相操作的一次接地开关 DLA 合上，从而达到

图 5.3

电气回路和就地判别装置亦应遵循相互独立的原则按双重化配置。

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4.母线保护和断路器失灵保护

4.1 母线差动保护对系统安全、稳定运行至关重要。母线差动保护一旦投入运行后，就很难有全面停电的机会进行检验。因此，对母线差动保护在设计、安装、调试和运行的各个阶段都应加强质量管理和技术监督，不论在新建工程，还是扩建和技改工程中都必须保证母线差动保护不留隐患地投入运行。 4.2 为确保母线差动保护检修时母线不至失去保护、防止母线差动保护拒动而危及系统稳定和事故扩大，必要时在 500 千伏母线以及重要变电站、发电厂的 220 千伏母线采用双重化保护配置。双重化配置应符合 2.11 条款中的技术要求，同时还应注意做到： 1)每条母线采用两套完整、独立的母线差动保护，并安装在各自的柜内。两套母线差动保护的跳闸回路应同时作用于断路器的两个跳闸线圈。 2)对于 3/2 接线形式的变电站，如有必要按双重化配置母差保护，每条母线均应配置两套完整、独立的母差保护。进行母差保护校验工作时，应保证每条母线至少保留一套母差保护运行。 3)用于母线差动保护的断路器和隔离刀闸的辅助接点、切换回路、辅助变流器以及与其他保护配合的相关回路亦应遵循相互独立的原则按双重化配置。 4)应充分考虑母线差动保护所接电流互感器二次绕组合理分配，对确无办法解决的保护动作死区，在满足系统稳定要求的前提下，可采取起动失灵和远方跳闸等后备措施加以解决。 4.3 采用相位比较原理的母线差动保护在用于双母线时，必须增设两母线相继发生故障时能可靠切除后一组故障母线的保护回路。 4.4 对空母线充电时，固定连接式和母联电流相位比较式母线差动保护应退出运行。 4.5 母联、母联分段断路器宜配置独立的母联、母联分段断路器充电保护。该保护应具备可瞬时跳闸和延时跳闸的回路。 4.6 断路器失灵保护按一套配置。断路器失灵保护二次回路牵涉面广、依赖性高，投运后很难有机会利用整组试验的方法进行全面检验。因此，对断路器失灵保护在设计、安装、调试和运行各个阶段都应加强质量管理和技术监督，保证断路器失灵保护不留隐患地投入运行。 4.7 做好电气量保护与非电气量保护出口继电器分开的反措，不得使用不能快速返回的电气量保护和非电量保护作为断路器失灵保护的起动量，并要求断路器失灵保护的相电流判别元件动作时间和返回时间均不应大于 20 毫秒。 4.8 用于双母线接线形式的变电站，其母差保护、断路器失灵保护的复合电压闭锁接点应分别串接在各断差动保护、远跳、远切、联切回路以及“和电流”等接线方式有关的二次回路上工作时，以及一个半断路器接线等主设备检修而相邻断路器仍需运行时，应特别认真做好安全隔离措施。 8.11 结合变压器检修工作，应认真校验气体继电器的整定动作情况。对大型变压器应配备经校验性能良好、整定正确的气体继电器作为备品，并做好相应的管理工作。 8.12 所有的差动保护（母线、变压器、发电机的纵、横差等）在投入运行前，除测定相回路和差回路外，还必须测量各中性线的不平衡电流、电压，以保证保护装置和二次回路接线的正确性。 8.13 母线差动保护停用时，应避免母线倒闸操作。母线差动保护检修时，应充分考虑异常气象条件的影响，在保证质量的前提下，合理安排检修作业程序，尽可能缩短母线差动保护的检修时间。 8.14 双母线中阻抗比率制动式母线差动保护在带负荷试验时，不宜采用一次系统来验证辅助变流器二次切换回路正确性。辅助变流器二次回路正确性检验宜在母线差动保护整组试验阶段完成。 8.15 新投产的线路、母线、变压器和发电机变压器组等保护应认真编写启动方案呈报有关主管部门审批，做好事故预想，并采取防止保护不正确动作的有效措施。设备启动正常后应及时恢复为正常运行方式，确保电网故障能可靠切除。 8.16 检修设备在投运前，应认真检查各项安全措施，特别是有无电压二次回路短路、电流二次回路开路和不符合运行要求的接地点的现象。 8.17 在一次设备进行操作或检修时，应采取防止距离保护失压，以及变压器差动保护和低阻抗保护误动的有效措施。

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8.18 在运行线路、母线、变压器和发电机变压器组的保护上进行定值修改前，应认真考虑防止保护不正确动作的有效措施，并做好事故预想和防范措施。在实施过程中要特别注意现场设备的安全性。

附

录

非综合自动化基本操作回路

电气回路二次设计

+KM 1THM 1RD 1 TK

1 3 5 8

KM 2RD KK

18 20

721

2THM 3THM 722 723 TK