220kV变电站电气主控制系统二次回路设计
第二部分 正文
1 断路器控制回路
1.1 变电站断路器控制方式
变电站的控制方式分为有人值班、驻所值班和无人值班三种方式。有人值班的变电站应设主控制室，驻所值班和无人值班的变电站一般设控制小室。一般35kV及以下的变电站宜为驻所值班或无人值班方式。 1.1.1 变电站断路器控制方式
(1)220kV变电站断路器控制方式
对220kV变电站可选择的控制方式有集中控制和分散控制两种。分散控制是在各高压配电装置处设若干分控制室,将继电保护装置和部分控制设备下放到分控制室:此外,还设有主控制室在主控制室和分控制室之间,采用近距离远动装置实现遥控、遥信、遁测,即所内远动形式。分散控制方式具有节省控制电缆减少高压电磁场对二次回路的干扰、降低电流互感器二次负担、减少控制室面积等优点。由于目前国内对主控制室和分控制室之间的信息传输问题还没有适合的信息传输装置可供选择,因此,对220kV变电站推荐采用集中控制方式。在配电装置处设分控制室的方式,今后在一些工程中可选择试点,取得经验后再推广采用。
220kV变电站在主控制室内集中控制的设备应为:主变压器、线路并联电抗器、35kV及以上线路及相应的母联断路器、分段断路器、旁路断路器等。相应的控制、保护设备也应布置在主控制室内。220kV变电站的无功补偿设备,如同步调相机、电力电容器、电抗器、静止补偿装置等, 一般也应在主控制室内集中控制。如果由于总体布置上的要求,当无功补偿设备离主控制室较远,无功补偿设备本身又是户内式或者部分设备布置在户内,在这种情况,若采用就地控制在技术上和经济上更加合理并征得运行单位同意时,也可以采用就地控制。
220kV断路器宜采用弱电或强电一对一控制。弱电一对一控制适用于控制对象多,需要缩小监视面的场合, 并可以与微处理机为控制部件核心的可编程序数字信息处理系统配合使用,运行人员对这种控制方式很满意。目前,南京电力自动化设备厂等仿制出高质量的弱电控制开关,为这种控制方式的推广提供了一定的条件。
对规模较小的220kV变电站,在控制对象不多,监视面不大的情况下,采用强电一对一验制比较合适。
因220kV系统比较重要,断路器的数量一般较少,故不推荐采用选线控制。 (2)220kV及以下电压的变电站断路器控制方式 应在站控制室控制的元件有主变压器、调相机、串联补偿电容器组、母线联络、线路并联电抗器、母线分段、旁路、联络线、35kV及以上线路。
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6-lOkV屋内配电装置到用户的线路一般采用就地控制。
变电站内各元件的继电保护装置和电度表,一般装设在控制该元件的地方。
当35kV及以上配电装置离控制室较远时,其母线设备和线路的继电保护及电度表,可装设在屋内配电装置室内或屋外配电装置的继电器室内。
1.1.2 强电控制方式的主要类型
强电控制分为强电一对一直接控制和强电选线控制。后者在实际工程中应用的很少。强电一对一直接控制,这种方式具有控制回路接线简单,操作电源电压单一,运行人员容易掌握,维护方便,可靠性较高等优点,是国内投入运行的各类发电厂、变电站中采用的一种主要的控制方式。强电控制因控制设备的电压比较高,为满足绝缘距离的要求,控制设备、接线端子排等设备体积都比较大,因而在控制屏(台)上单位面积内可布置的控制回路数就较少。
近年来,随着计算机监控系统的广泛应用,取消了传统的控制屏(台),取而代之的是大屏幕CRT显示以及微机监控系统。二次回路发生了根本性的变化,二次设备用电缆硬连接的情况在不断减少,许多功能由计算机软件来实现,如软光字牌、软开关、软连接片等,使得二次回路的接线简单清晰,小型设备的布置问题不再突出。因此,新建大型发电厂, 断路器的控制大都采用强电一对一直接控制的方式,控制电源一般为直流220V或110V。 (1)强电一对一控制
采用 LW2,LW5等系列控制开关对操作对象实行强电一对一控制,是我国长期以来采用的为广大运行人员所熟悉的方式,实践证明这种方式安全可靠。发电厂和变电站中常用的控制开关:一种是跳、合闸操作都分两步进行,手柄有两个固定位置和两个操作位置的LW2系列控制开关,由它构成的控制、信号接线能直接反映运行、事故和操作过程各种状态,便于分析各种工况,多用于主设备的断路器控制回路;另一种是操作只需一步进行,手柄有一个固定位置和两个操作位置的LW5系列控制开关,由它构成的控制、信号接线也能反映运行和事故的各种工况,虽然没有LW2那样清晰,但操作较简单,多用于厂用电动机系统的断路器控制回路。
LW2系列控制开关面板有方形和圆形两种,手柄有9种型式,根据接线是否需定位、自动复归、取出手柄和内附信号灯等要求任意选择。
LW5系列控制开关有旋钮和普通手柄两种,操作方式有自复式和定位式两种。其开关按触点系统档数分1-16等16种。 (2)强电小型开关控制
强电小型开关控制兼有一般强电控制以及弱电控制两种方式的一些优点。强电小型开关控制接线常采用控制台一信号返回屏型式,它是以强电小开关为主要操作元件的直接操作方式。它具有弱电控制方式缩小监视面、操作集中、模拟性强等优点,又可取消采用弱电控制时的强弱电之间的转换环节,安装单位和一般强电开关控制一样也能分得清楚,克服了弱电控方式在这方面的不足。
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1.1.3 解释几种LW2型断路器操作开关的接点形式
控制开关正面为一个操作手柄和面板,安装在控制屏前。与手柄固定连接的转轴上有数节触点盒,安装在控制屏后。每个触点盒内有4个定触点和1个动触点。定触点分布在盒的四角,盒外有供接线用的四个引出线端子。动触点根据凸轮和簧片形状以及在转轴上装的初始位置可组成14种型式的触点盒,其代号为1、1a、2、4、5、6、6a、7、8、10、20、30、40、50等。其中LW2-Z型和LW2-YZ型控制开关中各型触点盒的触点随手柄转动位置如下表所示。表中动触点的型式有两种:一种是触点在轴上,随轴一起转动;另一种是触点在轴上有一定的自由行程,这种型式的触点当手柄转动角度在其自由行程以内时,可保持在原来的位置上不动。
表1.1 LW2—Z和LW2—YZ型控制开关各类触点盒中的触点随其控制手柄转动的位置 触点型号 手柄位置 灯 1 1a 2 4 5 6 6a 7 10 20 40 50 )
表中的1、1a、2、4、5、6、6a、7、8型触点是随轴转动的动触点,10、40、50型触点在轴上有45度的自由行程;20型触点在轴上有90度的自由行程;30度型触点在轴上有135度的自由行程。具有自由行程的触点切断能力较小,只适合于信号回路。
LW2 系列控制开关档数一般为5档,最多不应超过6档。超过6档的,其触点可能接触不可靠。当控制开关触点不够用时,可以借用中间继电器来增加触点。
LW2 系列控制开关的额定电压为250V,当电流不超过0.1A 时，允许使用380V。
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1.2 对断路器控制回路的要求
(1)断路器操作机构中的合、跳闸线圈是按短时通电设计的，故在合、跳闸完成后应自动解除命令脉冲，切断合、跳闸回路，以防合、跳闸线圈长时间通电。
(2)合、跳闸电流脉冲一般应直接作用于断路器的和、跳闸线圈，但对电磁操作机构，合闸线圈电流很大（35—250A左右），须通过合闸接触器接通合闸线圈。
(3)无论断路器是否带有机械闭锁，都应具有防止多次合、跳闸的电气防跳措施。 (4)断路器既可利用控制开关进行手动跳闸与合闸，又可由继电保护和自动装置自动跳闸与合闸。
(5)应能监视控制电源及合、跳闸回路的完好性；应对二次回路短路或过负载进行保护。
(6)应有反应断路器状态的位置信号和自动合、跳闸的不同的显示信号。
(7)对于采用气压、液压和弹簧操作机构的断路器，应有压力是否正常、弹簧是否拉紧到位的监视回路和闭锁回路。
(8)对于分相操作的断路器，应有监视三相位置是否一致的措施。 (9)接线应简单可靠，使用电缆芯数应尽量少。
1.3 断路器控制回路方案比较
1.3.1 配以弹簧操动机构的断路器控制电路
弹簧操作机构的断路器控制信号电路如图2.1所示。图中,M为储能电动机。电路的工作原理与电磁操作机构的断路器相比,除有相同之处以外,还有以下特点:
(1)当断路器元自动重合闸装置时,在其合闸回路中串有操作机构的辅助常开触点Q1。 只有在弹簧拉紧、Q１闭合后,才允许合闸。
(2)当弹簧拉紧后,两对常闭触点Q1断开,合闸回路中的辅助常开触点 Q1闭合电动机M停止转动。此时,进行于动合闸操作,合闸线圈YC带电,使断路器利用弹策存储的能量进行合闸,合闸弹簧在释放能量后,又自动储能,为下次动作做准备。
(3)当断路器装有自动重合闸装置时,由于合闸弹簧正常运行处于储能状态,所以能可靠地完成一次重合闸的动作。如果重合不成功又跳闸,将不能进行第二次重合,但为了保证可靠“防跳”,电路中仍有防跳设施。
(4)当弹簧未拉紧时,操作机构的辅助常闭触点Q1闭合,发“ 弹簧未拉紧”的预告信号。
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图1.1 弹簧并操动机构基本电路
1.3.2 配以电磁式操作机构的断路器控制电路
图2.2中,+、-为控制小母线和合闸小母线;M100(+)为闪光小母线;M708为事故音响小母线;-700为信号小母线(负电源;SA为LW2-1a、4、6a、4a、20、20/F8型控制开关,HL1、HL2为绿、红色信号灯;Ful-FU4为熔断器;R为附加电阻器;KCF为防跳继电器;KM为合闸接触器;YC、YT为合、跳闸线圈控制信号电路动作过程如下:
(1)断路器的手动控制。手动合闸前,断路器处于跳闸位置,控制开关置于“跳闸后”位置。由正电源(+)经SA的触点11-10绿灯HLl、附加电阻器R1、断路器辅助常闭触点QF、合闸接触器KM至负电源(一),形成通路,绿灯发平光。此时,合闸接触器 KM线圈两端虽有一
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