【正文】 二次設(shè)備通過電壓互感器和電流互感器與一次設(shè)備取得電 的聯(lián)系。一次設(shè)備及其連接的回路稱為一次回路。二次設(shè)備按照一定的規(guī)則連接起來以實(shí)現(xiàn)某種技術(shù)要求的電氣回路稱為二次回路。 二次回路包括監(jiān)視、測量與計量儀表、繼電保護(hù)及自動裝置、開關(guān)控制與信號設(shè)備、操作電源與控制線路所組成的回路，用以保證一次設(shè)備的工作與安全運(yùn)行系統(tǒng)。 二次回路的設(shè)計，包括二次回路接線原理圖、二次回路原理展開圖和二次回路平面布置圖。二次回路可劃分為下列幾部分； 電壓回路：由電壓互感器與儀表、繼電器等的電壓線圈組成。 電流回路：由電流互感器與儀表、繼電器等的電壓線圈組成。 操作回路：由操作電源與斷路 器的掉閘、合閘線圈等組成。 31 信號回路：由信號電源與光字牌、警鈴、電笛等組成。 二次回路包括交流回路和直流回路兩大部分。交流回路包括電壓互感器的電壓回路和電流互感器的電流回路。直流回路包括控制、合閘、信號等回路共有 25 條直流小母線。每條小母線都用專用文字符號和數(shù)字符號標(biāo)示。參照二次回路基本圖例，并結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際情況，在最大程度的優(yōu)化設(shè)備控制及運(yùn)行的情況下，研究設(shè)計出了能滿足本廠供配電系統(tǒng)安全可靠供電的二次回路。 各種測量二次回路如下圖所示 (以 3 號 HM 壓縮機(jī)為例 ): A 電流測量 T A 1 aT A 1 cN 4 1 1P JP JA 4 1 2C 4 1 2A 4 1 1C 4 1 1c o s ΦA(chǔ) 1A 4 1 3C 4 1 3A 4A 2 A 5C 4 1 4A 3 N 4 1 2 圖 電流測量裝置圖 B 過流保護(hù)測量 32 TA2aTA2cA421C421FS2FS1N421 圖 過流保護(hù)測量裝置圖 C 接地保護(hù)測量 T A 3A 4 5 2 R KN 4 5 1 圖 接地保護(hù)裝置圖 D 電壓測量 33 Y M a Y M cY M bC 6 0 2B 6 0 2A 6 0 2P JP Jc o s Φ c o s Φ 圖 電壓測量裝置圖 差動保護(hù)2 L H a2 L H cC 4 2 1A 4 2 11 C J2 C J4 L H c4 L H aC 4 4 1A 4 4 1N 4 2 1 圖 差動保護(hù)測量回路圖 測量回路，主要是利用 各種電流，電壓互感器進(jìn)行測量。測量的各種數(shù)據(jù)，將傳遞給各自的保護(hù)回路。保護(hù)回路控制一次回路上斷路器的分合，就可以實(shí)現(xiàn)各種突發(fā)事件的控制。如差動保護(hù)測量回路將電信號傳遞給差 34 動保護(hù)二次回路，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。如下圖所示。 2 K J4 K J3 K J1 L J2 L JQ F 11 C J2 C JK T 2K A 1K A 1K B 1K B 2K B 3K B 3K A 1I3 IS1 0 51 0 91 1 1 1 1 3 1 1 51 1 7 1 1 91 0 7過 電 流勵 磁 屏 障差 動 保 護(hù)定 時失 壓自 鎖 圖 差動保護(hù)二次回路示意圖 從圖中可以看出各種回路雖然保護(hù)對象不同，但只要保護(hù)的對象發(fā)生異常情況，都可以根據(jù)觀察信號燈，操作控制開關(guān)來進(jìn)行各一次回路上斷路器的合閘與跳閘。而且從燈的顏色也可以辯明事故信號，預(yù)告信號等重要信息。這 樣，保護(hù)裝置和監(jiān)測裝置動作后都要發(fā)出相應(yīng)的信號提醒或提示運(yùn)行人員，從而保障供電的安全性。 節(jié)能措施 為了提高電能的利用率和使用效率，節(jié)約能源節(jié)約資金，工廠的節(jié)電工作涉及面很廣，既包括配電系統(tǒng)的節(jié)能改造，也包括電動機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等用電設(shè)備的節(jié)能改造。其中，配電系統(tǒng)的電能損耗率 (簡稱線損率 )是工廠一項重要的電氣綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，電氣管理人員必須切實(shí)做好線損管 35 理工作。工廠的配電系統(tǒng)電能損耗與廠內(nèi)的負(fù)荷分布、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無功配量、運(yùn)行方式、用電構(gòu)成、電壓等級以及一、二次設(shè)備的技術(shù)性能等因素有關(guān)。配電網(wǎng)損耗理論上 由三部分組成，即發(fā)生在線路導(dǎo)線電阻上的電能損失，發(fā)生在配電變壓器高低壓繞組電阻上的電能損失和發(fā)生在配電變壓器鐵心上的電能損失。本工程中采用如下幾種措施降低配電系統(tǒng)的損耗 : 一、改造迂回線路 隨著工廠的發(fā)展，負(fù)荷的變化，配電線路的延伸，廠內(nèi)逐年自然形成的電網(wǎng)不一定合理，甚至有迂回送電的情況，所以，對迂回線路必須進(jìn)行改造。在線路走向改造時，主干線要接近負(fù)荷中心，分支線角度不能超過90 度角。 二、改造卡脖子線，增大導(dǎo)線截面 隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要，廠內(nèi)線路有的增大了負(fù)荷，增加了大的用戶，有的由于電源的重新布點(diǎn)，使原來 線路的末端變成了首端，有的由于建廠時線路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，形成了卡脖子線。改造時應(yīng)增大這些導(dǎo)線的截面，既保證供電容量，又降低線路電阻，達(dá)到降損節(jié)能的目的。改造卡脖子線的標(biāo)準(zhǔn)是使線路導(dǎo)線截面在最大負(fù)荷時，其電流密度不大于 1~。當(dāng)線路的導(dǎo)線截面一定時，在條件允許時采用己有的雙回路并聯(lián)工作和盡量利用備用線路供電，通過間接增大配電線路的導(dǎo)線截面，降低導(dǎo)線電能損耗。 三、改造導(dǎo)線的接續(xù)方法 線路導(dǎo)線接續(xù)不好會使接續(xù)點(diǎn)發(fā)熱，并損耗能源。我們對導(dǎo)線的接續(xù)采取了如下的措 施 : 導(dǎo)線接續(xù)盡量避免纏繞法，改為炮接、有張力時的鉗接和無張力時的設(shè)備線夾連接。 不同導(dǎo)線接續(xù)在耐張桿的引流或設(shè)備上完成，應(yīng)該用鋁銅過渡線夾。 36 導(dǎo)線或設(shè)備線夾在安裝前就處理好，無銹蝕，安裝時要緊固好。 四、采用無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù) 由于有功損耗與 Φ2cos 成反比，又由于功率因數(shù)的改善，也將引起網(wǎng)絡(luò)電壓的上升，所以采用無功補(bǔ)償，提高功率因素 Φ2cos 可大大降低損耗。同時，功率因素的提高，在輸送相同的有功功率時，也可降低配電變 壓器及配電線路的負(fù)荷電流。配電系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償時堅持全面規(guī)劃，合理布局，分散補(bǔ)償，就地平衡的原則。由于本工程中大量采用同步電動機(jī)，很多情況下其總的功率因素已經(jīng)達(dá)到要求，只有在較少的情況下根據(jù)實(shí)際變化采用電容器自動投補(bǔ)的方式進(jìn)行無功補(bǔ)償。 五、選擇同步電動機(jī) 在擴(kuò)容時綜合考慮采用同步電動機(jī)。由于同步電動機(jī)為容性負(fù)荷，其功率是可以超前的。通過調(diào)節(jié)勵磁電流在超前的功率因數(shù)下運(yùn)行，有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。功率因數(shù)越高，用電電流就越小，從而減少用電量，節(jié)約電能。 六、逐步更新高能耗變壓器 由于建廠時間長，同時也由于 受財力和物力的限制，改造前工廠仍在使用 SJ1 、 SL1 ，等系列的高能耗變壓器，對這些高能耗變壓器應(yīng)逐步淘汰。所以當(dāng)更新或新增變壓器時，我們選擇 S7 、 S9 和 S10 等系列的低損耗變壓器，使用這些低損耗變壓器可大幅度降低空載損耗和短路損耗。當(dāng)工廠變壓器數(shù)量較多時，我們確定了新型變壓器數(shù)量和容量，及時 投入和退出，使之達(dá)到合理運(yùn)行。在負(fù)荷較低時，我們盡量減少空載變壓器的臺數(shù)，特別是節(jié)假日、停產(chǎn)檢修時，我們對配電系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)真調(diào)度。 七、增建二次變壓所，縮小供電半徑 隨著生產(chǎn)的發(fā)展變化，工廠的變電所有的已經(jīng)逐漸遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，根據(jù)實(shí)際情況，增建二次變電所，將變電所依舊設(shè)置在負(fù)荷中心，通過縮短 37 供電線路長度，降低線路的電能損耗。 4 工廠變配電室綜合自動化設(shè)計 變配電室綜合自動化的可行性分析 傳統(tǒng)變配電室存在的問題 變配電室擔(dān)負(fù)著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分配的重要任務(wù)，對一個企業(yè)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都起著舉 足輕重的作用。如果仍依靠原來的人工抄表、記錄、人工操作為主，依靠原來變電站的舊設(shè)備，會存在以下幾方面的缺點(diǎn)。 一、安全性、可靠性不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)高可靠性的要求。 二、供電質(zhì)量缺乏科學(xué)的保證。 三、占地面積大，從而影響整個工礦企業(yè)的長遠(yuǎn)利益。 四、不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計算和實(shí)時控制的要求。 五、維護(hù)工作量大，設(shè)備可靠性差，同時給每年的校驗保護(hù)定值工作帶來了困難。 變配電室綜合自動化技術(shù)的優(yōu)越性與技術(shù)支持 通過采用先進(jìn)的技術(shù)，提高變配電室綜合自動化水平，增加遙控、遙測、遙信、遙調(diào)四遙功能，會體現(xiàn) 出以下幾方面的優(yōu)越性 : 一、提高供電質(zhì)量，降低損耗。 二、提高變配電室的安全、可靠運(yùn)行水平，突出四遙裝置的特點(diǎn)。 三、提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行及管理水平，避免人為的主觀干預(yù)，運(yùn)行人員只要通過觀看 CRT 屏幕，對變配電室主要設(shè)備和各輸、配電線路的運(yùn)行工況和運(yùn)行參數(shù)一目了然。 38 四、縮小變配電室占地面積，降低造價，減少總投資。 五、減少維護(hù)工作量，減少值班員的工作量，實(shí)現(xiàn)減人增效。 由于變配電室所是變配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。降低變配電室造價，提高變配電室的供配電電能質(zhì)量和供電可靠性，減少變電所值班人員，盡量避免誤操作，縮短 事故處理時間是現(xiàn)代化智能變電所有的功能。所以，實(shí)現(xiàn)變配電室綜合自動化勢在必行。 隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，變配電室傳統(tǒng)的電磁式繼電保護(hù)裝置正逐步被微機(jī)綜合保護(hù)裝置所取代。新一代的微機(jī)綜合保護(hù)器，不僅涵蓋了傳統(tǒng)繼電保護(hù)和自動裝置的全部功能，而且能對變配電回路的開關(guān)狀態(tài)，電流、電壓等模擬信號，事故下的脈沖信號，以及一些非電量信號進(jìn)行采集、儲存和運(yùn)算。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，影響了整個電器制造行業(yè)的產(chǎn)品革新，高低壓電器產(chǎn)品正向著智能化的方向發(fā)展，在滿足各類電器基本功能的同時亦具備了各種電量和非電量信號的采集、儲存和處理 功能。現(xiàn)代控制技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)在電力 (電氣 )行業(yè)的應(yīng)用，使上述電器產(chǎn)品一般均具備了數(shù)據(jù)通信接口，為各個電氣控制節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換、整合，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，實(shí)施實(shí)時監(jiān)測、集中管理乃至遠(yuǎn)程控制提供了可能。變配電所綜合自動化裝置，包含了上述集保護(hù)、測量計量、控制、通信于一體的智能化前端設(shè)備，將這些前端設(shè)備的通信接口連接起來的現(xiàn)場總線，進(jìn)行通信預(yù)處理的通信管理單元以及經(jīng)過組態(tài)的上位機(jī)單元 (遠(yuǎn)方工作站、維護(hù)工程師站、數(shù)據(jù)庫工作站等 )。通過上述設(shè)備或單元的連接，實(shí)現(xiàn)變配電所運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、儲存、交換，并經(jīng)過預(yù)置軟件 程序的支持對變配電所實(shí)現(xiàn)自動化遙測、遙信、遙控和遙調(diào)。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)和自動裝置，其結(jié)構(gòu)基本上都是采用各類電磁式繼電器構(gòu)筑。它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了信息資源不可能共享，硬件配置繁多，接線復(fù)雜，精度低，穩(wěn)定性和可靠性差，并由此造成維護(hù)、校驗工作量繁重裝置誤動、拒動的概率大。即便是上世紀(jì) 80 年代出現(xiàn)的電子式繼電保護(hù)和自動化遠(yuǎn)動裝置亦未能徹底解決信息資 39 源的共享問題。由于工藝技術(shù)的不成熟，此類裝置的穩(wěn)定性和可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠理想，并且在遠(yuǎn)動的通信上抗干擾能力差、誤碼多。在當(dāng)時的科技發(fā)展條件下，工廠變配電室的”四遙”和無人值守 的運(yùn)行方式，僅僅是工廠電力工作者的初步試探和美好的期待。 變配電室綜合自動化裝置是基于現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)，對變配電所電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和控制，是傳統(tǒng)電力自動化模式的重大改革。它的應(yīng)用徹底改變了傳統(tǒng)繼電保護(hù)和自動裝置的結(jié)構(gòu)模式，大大提高了變配電所運(yùn)行的本質(zhì)安全性，減少了自動裝置和人為誤動的概率，減少了繁重復(fù)雜的檢修和維護(hù)工作量。在變配電所綜合自動化的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步構(gòu)筑工廠變配電綜合自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個工廠變配電系統(tǒng)的自動化，從而大大降低工廠變配電系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高工廠變配電系統(tǒng)運(yùn)行的 安全性和經(jīng)濟(jì)性。 綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計方案 本課題中設(shè)計的第一步，便是確定適合于本題的綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通常，綜合自動化有三種結(jié)構(gòu) :集中式，分散分布式和分層分布式，第一種只適合于保護(hù)比較簡單的情況，且有如下一些問題的存在 :前置管理機(jī)任務(wù)繁重、引線多，降低了整個系統(tǒng)的可靠性，若前置機(jī)故障，將失去當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方的所有信息及功能 。軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試煩瑣。組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計，工作量大并且擴(kuò)展一些自動化需求的功能較難。第二種不利于整體監(jiān)視控制。而第 3 種采 用分層分布式智能單元 (IED)，即把整個生產(chǎn)過程的控制功能、管理功能分散開，讓控制系統(tǒng)由不同規(guī)模、不同功能的智能單元連接而成。且分層分布式結(jié)構(gòu)，有利于集中控制多個變配電室。綜合考慮本工廠發(fā)展前景，選擇第三種方式為本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 40 變配電所綜合自動化裝置，采用分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)加圖 所示，由現(xiàn)場保護(hù)測控層、通信管理層構(gòu)成。 通 信 管 理 層主 控 機(jī)現(xiàn) 場 保 護(hù) 控 制 層1 0 K V 微 機(jī) 總 和 保 護(hù) 和 測 控 裝 置 高 低 壓 智 能 設(shè) 備 圖 變配電室綜合自動化裝置圖 一、現(xiàn)場保護(hù)測控層 現(xiàn)場保護(hù)測控層包括采用分散式就地安裝，集保護(hù)、測量計量、控制 、通信于一體的電動機(jī)測控保護(hù)單元、變壓器測控保護(hù)單元、線路測控保護(hù)單元、同期合閘單元、備自投單元、重合閘單元等各種功能的 10kV微機(jī)綜合保護(hù)、測控裝置，通過現(xiàn)場總線與通信管理層中的主控機(jī)相連。 變配電所內(nèi)各類高低壓智能設(shè)備，如直流電源裝置、小電流接地選線裝置、消諧裝置以及 的智能開關(guān)裝置等，亦可通過相應(yīng)的通信接口與通信管理層中的主控機(jī)相連。所有回路的綜合保護(hù)裝置均可按需要配置