风电场电气二次部分ppt课件.ppt

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1、交流、 学习、沟通,风电场电气二次系统,陕北发电项目筹建处,二o一二年三月,编写：闫 锋,六、 110KV升压站二次部分,目 录,一、电气二次常用设备介绍,二、电气图纸标示方式,三、电气设备二次回路,四、常用设备二次回路接线方式,五、风力发电机二次部分,对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备，称为二次设备，如熔断器、控制开关、继电器、控制电缆等。,概 述,由二次设备相互连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路称为二次回路或二次接线系统。,二次设备与二次回路,电气设备,电力系统,一次设备,二次设备,发电机变压器开

2、关设备母线等,互感器测量仪表控制器件继电保护自动装置等,一次回路,二次回路,生产,输送,分配,消耗电能的设备,对一次设备进行监测,控制,调节和保护的电气设备,二次回路是发电厂、变电站重要的组成部分，是电力系统安全可靠经济运行的重要保证,继电器：继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框上继电器的文字符号“J”。,有关

3、继电器的注意点，电压继电器不可串联，电流继电器不可并联。,一、电气二次常用设备介绍,电气二次系统常用设备,继电器表示符号 在专业研究和工程实践中，往往采用类似于电气主接线（一次系统）的处理方式，以简化的符号来表示继电器和二次电路。,图中的继电器有8个接线端子，其线圈通过7-8端子与外部电路连接、1-2端子间为常开触点、4-6端子间接有延时闭合的常闭触点、5-9端子间为常闭触点、5-3端子间为常开触点，而端子5是端子3和9的公共端子。,电气二次系统常用设备,在电气二次系统中常见的继电器有：电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、功率方向继电器、差动继电器、冲击继电器、信号继电器，等等。

4、这些继电器的主要区别在于其控制电路的不同。,1.电流继电器 电流继电器反映一次回路中的电流越限，常用于二次系统的保护回路，例如用于电机、变压器和输电线路等设备的过负荷及短路保护。 它的继电器线圈接入CT的二次侧交流电流回路，触点则引出至直流控制回路，用以启动时间继电器的动作或直接触发断路器分闸。,继电器接线端子2和8之间的两个线圈串联，2和8端子和继电器外部的CT交流电路相连，用于判别某线路中C相电流是否超过继电器的整定值。当电流越限时，继电器接线端子1和3之间的常开触点闭合，触发保护回路中的时间继电器动作，或直接用于控制回路中的断路器跳闸。,2. 功率继电器： 功率继电器判别某支路上流过的功

5、率的方向，动作限值是一个角度区间。 当电流和电压的相角差处于某一设定的区间内时，继电器动作。,常用的采用90接线的功率继电器如图所示，其接线端子5和6之间的电压线圈接BC相电压，而接线端子2和4之间的电流线圈接入A相电流。当电压和电流的相角差落于整定区间内时，继电器接线端子1和3之间的常开触点,3. 差动继电器：,图中继电器的节点端子2、5、3及1采用星型接法，分别与变压器高、中、低三侧的C相CT相接，在继电器内部经过变流器汇流形成差流；差流再变换到二次绕组上，接于二次绕组的电流继电器感应差流的大小，决定是否动作；当差流越限（时，继电器接线端子10和12之间的常开触点闭合。,差动继电器基本原理

6、是基尔霍夫定律，通过检测流入某一元件（线路、变压器、母线等）的电流与流出的电流的差值判定是否动作。,4.时间继电器 常由其它继电器或控制元件启动，用以判别某一状态的持续时间，使被控设备或电路按照预定的时间动作。,图为由电流继电器和时间继电器组成的带时限过电流逻辑电路,当电流继电器KA触点闭合后，时间继电器的线圈带电，但接线端子4和6之间的延时闭合常开触点并不闭合，只有当KA触点持续闭合，时间继电器线圈持续带电超过时间继电器整定的时间后，4和6之间的延时闭合常开触点才闭合，给断路器操作机构发出跳闸命令。,5. 中间继电器 中间继电器常用于二次系统中增加某一控制电路触点数量和容量,当电流继电器KA

7、触点闭合后，中间继电器的线圈带电，其三个常开触点闭合，闭合的触点用于触发多个断路器操作机构的跳闸。通过本例可以看出，使用中间继电器可以方便地实现将某一控制命令下发到多个控制回路中。,6.接触器,SB1和断路器QF常闭辅助触点（1、2之间）、合闸接触器KM的线圈形成合闸回路；SB2和断路器QF常开辅助触点（3、4之间）、跳闸线圈YT形成跳闸回路。,7. 控制开关 除了一些简单控制回路以外，常用控制开关来实现电路的复杂逻辑控制。,所示为LW15型控制开关，其正面有用于人工控制的手柄，手柄有三个位置，中间位置可以顺时针和逆时针旋转45。其后部为接线端子，用来连接电路，最终实现对于电路的控制。,8.

8、小母线 在二次系统中，除了直流电源小母线用于给不同的设备分配电能，交流电压小母线和辅助小母线主要用于集中和分配信号。 直流电源小母线用于实现直流屏柜向不同的保护装置、测控装置等设备供电。 交流电压小母线用于PT二次侧电压信号向不同保护测量装置的分配。 在发电厂及变电站中，根据控制、信号、继电保护、自动装置等的需要，可设置辅助小母线，这些小母线分别布置在控制室的屏上和配电装置内。,9. 自动开关、接线端子、电缆和绝缘导线等 继电器、接触器、控制开关、指示灯、各类保护和自动装置等基本元件，需要连接成可以实现二次系统测量、控制、监视和保护功能的电路。这些设备的连接需要依靠导体和接线端子来实现。 常用

9、的导体为绝缘导线和电缆，绝缘导线主要用于屏内或装置内配线，而电缆用于连接距离较远的设备。 屏柜或装置内部的连线一般以绝缘导线来实现。 屏柜之间、室内外之间的二次设备的连接则需要采用控制电缆来实现。 接线端子是二次系统中用于连接屏柜内部和外部的连接元件,作用：可实现短路、过载、失压保护。,自动空气断路器（自动开关）,工作原理：过流时，过流脱扣器将脱钩顶开，断开电 源；欠压时，欠压脱扣器将脱钩顶开，断开电源。,控制按钮,常开(动合)按钮,常闭(动断)按钮,复合按钮,10. 成套保护装置和测控装置 成套式的保护装置，即将保护元件、控制元件等集中于单一装置中，装设于保护、测控屏柜中提供给用户使用。 用

10、户只需要使用电缆将保护、测控屏柜和其他屏柜及断路器等设备连接起来就完成了二次回路的构建。,图为我国普遍采用的成套保护和测控装置，实现保护、测控功能的具体元件集成在单一的装置之中，不需要运行人员关注如何连接。,电气图是一种简图，是由图形符号、带注释的围框或简化外形表示系统或设备中各组成部分之间相互关系及其连接关系的一种图。,（一）图形符号,图形符号的选用,表示电气图中电气设备、装置、元器件的一种图形和符号,应优先选用优选形；,当图形符号有多种形式时，在满足表达需要的情况下，尽量采用最简单的形式,同一套图中，只能选定一种图形形式进行表达。,二、.电气二次回路接线图标识方式,1. 相对编号法的安装接

11、线图,实际工程应用中要采用安装接线图来实现电路的连接，安装接线图的完成要依赖于相对编号法则来实现。,图为一个保护测控屏柜的屏柜布置图，描述的是保护测控屏柜上装置的实际布设，并赋予每个元件以唯一的编号。每个元件的接线端子也进行编号，从而实现了连接部分的编号唯一。,二次系统连接示意图,1、继电保护屏柜2、室外端子箱 3、断路器机构箱 4、CT二次接线盒,2. 回路号编号法的安装接线图,屏柜和外部设备的连接则往往采用回路号标注的方式。,图分别为继电保护接线端子与端子箱的接线。可以看出，继电保护、端子箱、断路器机构箱和CT接线盒等设备之间由电缆连接，用于传输信号的电缆芯被以唯一的回路号所标注，使得我们

12、可以很清楚这一电缆及其芯线所在二次回路及其功能。,看电气二次图的基本方法,首先我们必须弄清本图上各个装置的动作原理及图上各符号所代表的设备。,A、先看一次，后看二次。一次：断路器、隔离开关、电流、电压互感器、变压器等。了解这些设备的功能及常用的保护方式，如变压器一般需要装过电流保护、电流速断保护、过负荷保护等，掌握各种保护的基本原理；再查找一、二次设备的转换、传递元件，一次变化对二次变化的影响等。,先一次，后二次；先直流，后交流；交流看电源、直流找线圈；线圈对应查触头，触头连成一条线；上下左右顺序看，屏外设备接着连。,B、看完交流，看直流。指先看二次接线图的交流回路，以及电气量变化的特点，再由

13、交流量的因查找出直流回路的果。一般交流回路较简单。,D、线圈对应查触头，触头连成一条线。指找出继电器的线圈后，再找出与其相应的触头所在的回路，一般由触头再连成另一回路；此回路中又可能串接有其它的继电器线圈，由其它继电器的线圈又引起它的触头接通另一回路，直至完成二次回路预先设置的逻辑功能。,C、交流看电源、直流找线圈。指交流回路一般从电源入手，包含交流电流、交流电压回路两部分；先找出由哪个电流互感器或哪一组电压互感器供电（电流源、电压源），变换的电流、电压量所起的作用，它们与直流回路的关系、相应的电气量由哪些继电器反映出来。,E、上下左右顺序看，屏外设备接着连。主要针对展开图、端子排图及屏后设备

14、安装图。原则上由上向下、由左向右看，同时结合屏外的设备一起看。,3.原理接线图,在二次系统的应用中常采用原理接线图来描述某一设备的继电保护动作原理。,上图为10kV及35kV线路中常用的采用两相CT作为相间保护的电流速断保护原理图。原理接线图只描述继电保护回路搭建的基本原理,4.展开接线图,展开图对于二次回路的描述是按照回路表示的，由于不同的回路实现不同的功能，因此它其实是以功能来描述二次回路的。,整个回路的布置采用从上往下、从左往右的方式来描述逻辑功能的实现。为了便于理解，图形描述的右侧一般需要加入对回路的文字描述。,相间电流速断保护的展开接线图,三、电气二次回路,电气二次部分的测量、监视、

15、控制和保护功能的实现，需要由各类继电器、控制开关、指示灯等元件搭建相应的电路，这些功能不同的电路统称为二次回路。 根据所实现的功能，二次回路可以分为：保护回路，控制回路，测量和监视回路，信号回路，为其提供电源的直流电源系统。,二次回路的功能,控制回路,信号回路,测量回路,继电保护和自动装置回路,操作电源系统,通过控制开关设备的“合”、“跳”实现电气设备的投入和退出,反映一次设备的工作状态,指示和记录一次设备的运行参数,在一次系统发生异常或故障时，继电保护发出信号或切除故障设备，异常或故障消失后，自动装置投入设备，系统恢复运行,给二次回路提供工作电源,1. 继电保护回路 继电保护回路用于实现对一

16、次设备和电力系统的保护功能，它引入CT和PT采集的电流和电压并进行分析，最终通过跳闸或合闸继电器的触点将相关的跳闸/合闸逻辑传递给对应的断路器控制回路。,2. 控制回路 控制回路的控制对象主要是断路器、隔离开关。控制回路不仅要求可以人工对被控对象进行操作，还要可以引入继电器等设备的触点实现自动控制。 对于断路器和隔离开关的控制可以采用远方控制或就地控制方式。 在控制回路中需要有直流电源，这是因为控制回路中设备的运行需要电能，同时控制回路功能的实现还依赖于可以传递逻辑的电信号。,3. 测量回路 测量回路是由各种测量仪表及其相关回路组成的，其作用是指示和记录一次设备的运行参数，以便运行人员掌握一次

17、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。 测量回路分为电流回路与电压回路。,4. 信号回路 信号系统由信号发送机构、接收显示元件及其传递网络构成，其作用是准确、及时地显示出相应的一次设备的工作状态，为运行人员提供操作、调节和处理故障的可靠依据。 信号回路按其电源可分为强电信号回路和弱电信号回路。按其用途可分为位置信号、事故信号、预告信号、指挥信号和联系信号。 事故信号和预告信号都需要在主控室或集中控制室中反映出来，他们是电气设备各信号的中央部分，通常称为中央信号 将事故信号、预告信号回路及其他一些公共信号回路集中在一起成为一套装置，称为中央信号装

18、置,5 操作电源系统 在变电站中，继电保护和自动装置、控制回路、信号回路及其他二次回路的工作电源，称为操作电源。操作电源系统，由电源设备和供电网络构成。 变电站的操作电源有直流操作电源和交流操作电源两种。 直流操作电源又可分为独立式直流电源和非独立式直流电源。独立式直流电源有蓄电池直流电源和电源变换式直流电源；非独立式直流电源有硅整流电容储能直流电源和复式整流直流电源。 交流操作电源系统就是直接使用交流电源，正常运行时一般由PT或站用变压器作为断路器的控制和信号电源，故障时由CT提供断路器的跳闸电源。 还有一种交流不间断电源系统(UPS)，可向需要交流电源的负荷提供不间断的交流电源。它的基本原

19、理是将来自蓄电池的直流变换成正弦交流电。,1.电流互感器TA(CT),四、常用电气设备二次回路接线方式,将电力系统中的大电流转换为小电流，供二次仪表或保护系统使用。,一次绕着分两段时标识为：C1、p2, P1、C2。串联如图b所示，并联如图c所示。 如串联时变比为600/5，则并联接法为300/5,二次绕有多个绕组时，标识为1S1、1S2、2S1、2S2，3S1-,所有互感器的P1、C1、1S1、2S1为同名端，在同一时间为同一极性。,电流互感器TA(CT),运行中，电流互感器二次绕组不能开路，否则将产生高电压影响人身及设备安全。,电流互感器TA(CT),星形接法,不完全星形接法,零序接法,三

20、角形接法,2.电压互感器TV(PT),将电力系统中的高电压转换为低电压，供二次仪表或保护系统使用。,电压互感器TV(PT),常用电压互感器接线方式(4类）,运行中，电压互感器不允许短路，为防止绝缘损坏时在二次侧产生高电压危机工作人员及二次设备安全，电压互感器使用中要求二次绕组必须一点接地。,电压互感器TV(PT),3. 功率测量,测量电路功率的仪表成为功率表，分为有功功率表和无功功率表,有功功率测量：,用单相功率表组成三相有功功率测量,P=P1+P2,三元件测量三线四线有功功率,P=PW1+PW2+PW3,几种有功测量接线方式,三相电路无功功率测量：,功率测量,点动 只用单一按钮进行控制的方法

21、，无法实现控制对象的连续运行,4.几种简单的控制方法,自保持 用继电器的常开辅助接点作为控制开关或按钮的旁路，当继电器带电后继续导通,控制的互锁 很多时候，为了保证继电器的单一动作，必须设置互锁。,保证KMR及KMF只有一个带电,多地点控制 主要是为了实现远方及现地的控制,限位开关的应用,五、风电场二次部分,风电场电气二次电路组成,1. 风电机组的保护、控制、测量、信号 风力发电厂的监控系统分为现地单机控制、保护、测量和信号以及中控室对各台风力发电机组进行集中监控，也可在远方（ 电厂集控室）对风力发电机组进行监视。 风力发电机组的控制器系统包括二部分：第一部分为计算机单元，主要功能是控制风力发

22、电机组；第三部分为电源单元，主要功能是使风力发电机组与电网同期。,2. 箱式变电站中变压器的保护、控制、测量、信号 变压器配置高压熔断器保护、避雷器保护和负荷开关，采用高压熔断器做为短路保护，避雷器用于防御过电压，负荷开关用于正常分合电路，设有电压、电流、开关位置等检测及断路器控制电路，不装设专用的继电保护装置。,3. 风电厂控制室的控制、测量、信号 风电厂控制室布置在 110kV 变电所内，与110kV 变电所中控室在同一房间内。 在中控室内采用微机对风电厂厂区中的风力发电机组进行集中监控和管理。,4. 遥测和遥信系统 远程监控人员可通过人机对话完成远方监视任务。操作方法与在升压变电站控制室

23、的值班人员的操作方法基本相同。 遥测、遥信、遥控、遥调被成为变电站综合自动化中的四遥。 “测”其实指测量，及电流电压等模拟量数据的本地搜集及远方传输与监视； “信”指信号，指发生在发电厂和变电站中的某一设备或系统状态的变化； “控”指控制，其控制对象为断路器、隔离开关等控制设备； “调”指调整，调整不同于控制，控制最终实现了状态的变化，而调整是在某一状态范围的调整。,六、110kV升压变电站的二次部分,采用全计算机监控人机对话方式，通过计算机监控系统进行机组的启、停及并网操作、主变高压侧断路器和线路断路器的操作、站用电切换、辅助设备控制等。,1.升压站电源系统,2.断路器及隔离开关的控制回路,

24、4.升压站的继电保护,3.升压站信号回路,6.变电站综合自动化系统,1.电源系统,a. 交流操作电源,交流操作电源就是直接使用交流电源。一般由TV或变压器提供电源，存在可靠性低的缺陷，一般不常采用,b.直流操作电源,直流操作电源一般由蓄电池组、充电模块、监控模块、降压单元、直流馈电单元（包括合闸分路、控制分路）、绝缘监测几大部分组成,c.站用交流电源系统,一般由站用变压器提供，10kV降压为400V.采用不间断切换方式供电,2.断路器及隔离开关的控制回路,控制方式分为强电（110v或220V)/弱电（低于48V)控制；就地控制/远方控制等,3.升压站信号回路,信号回路类型,继电保护装置的基本构

25、成原理：见下图,微机型继电保护装置的基本构成,一台完整的微机型继电保护装置的构成包含硬件和软件两部分。 硬件以数字核心部件为中心，围绕着数字核心部件的是各种外围接口部件。,4.升压站的继电保护,图2-15 微机保护装置的硬件系统原理框图,数字核心部件 实质上就是一台特别设计的专用微型计算机，一般由中央处理器、存储器，定时器/计数器及控制电路等部分组成，并通过数据总线，地址总线、控制总线连成一个系统。,模拟量输入接口部件 一次系统的模拟电量可分为交流电量，直流电量以及各种非电量。其作用是将电力传感器输入的模拟电量正确地变换成离散化的数字量，提供给数字核心部件进行处理。,开关量输入接口部件 开关量

26、是指那些反映“是”或“非”两种状态的逻辑变量，如断路器的“合闸”或“分闸”状态、控制信号的“有”或“无”状态等。继电保护装置常常需要确知开关量的状态才能正确地动作。,开关量输出接口部件 微机型保护通过开关量输出的状态来控制执行回路、信号回路，以及其他回路的继电器的动作。,人机对话接口部件 人机对话接口部件的作用是，建立起微机型保护与使用者之间的信息联系，以便对装置进行人工操作、调试和得到反馈信息。,外部通信接口部件 其作用是提供与计算机局域通信网络以及远程通信网络的信息通道。,4.升压站的继电保护,a.主变压器保护 配置一套二次谐波制动原理的微机型纵差保护，保护动作跳变压器各侧断路器。 差动保

27、护是变压器的基本电气量主保护，用于保护变压器本身故障，其原理为基尔霍夫电流定律，将变压器看作一个节点，则流入变压器的电流应该和流出的相同。,双绕组变压器差动保护单相原理接线图,除了比率制动差动保护，一般还装设差动速断保护用于快速动作于较为严重的故障。 非电量保护：重瓦斯、轻瓦斯、油温、绕组温度、压力释放，保护动作于发信号。非电量保护也用于保护变压器本体 除了装设主保护，变压器还装设有后备保护，后备保护用于防御变压器本身和外部系统的故障，常见的后备保护是用于防止相间短路的电流保护和用于防止接地短路的零序电流和零序电压保护。 容量较大的变压器则一般采用带时限的过电流保护作为后备保护 为了防御外部或

28、变压器本体的接地故障，还装设有零序电流和零序电压保护 此外，变压器还装设有主变过负荷保护，带时限动作于发信、启动风扇、闭锁有载调压，或跳低压侧分段断路器。,b. 35kV或110kV线路保护： 对于风电场中的35kV或110kV 线路保护，也需要装设相应的线路保护 对于国内成套式线路保护来讲，110kV线路保护常装设有三段式距离保护和四段式零序保护，成套保护本身一般还装设有自动重合闸，用于区分线路的瞬时性故障和永久性故障 1035kV进线保护:限时电流速断、过电流、零序过电流保护，保护动作于断开本进线断路器。,c.1035kV电容器保护 装设限时电流速断、定时限过电流、过欠电压、不平衡电压、零

29、序过电流保护，保护动作于断开电容器回路断路器。,d.其它配置 一般要配置一个录波装置柜，记录设备事故时的线路和主变电流电压等参数值的变化波形。 线路及主变部分综自设备布置在主控室或单独的继电器室。,e. 升压站的图像监控 图象监控系统主要监视的场所包括：主变压器、电容器室、GIS 室、高低压开关室、进厂大门、主要风机位等重要部位 监控系统可采用具有多媒体技术支持数字式装置。主要由三部分组成：第一部分在主要监视的场所的各个重要部位，安装监控前端设备一体化球机；第二部分为传输网络，主要完成将前端设备的音视频信号和监控信号传输到监控中心，并预留远程传输接口，传输介质采用同轴电缆或光纤；第三部分为监控中心，主要包括多媒体数字监控系统主机、长时间录像机、打印机等。,谢谢大家,