牵引变电所运营与维护教程–工作过程、保护装置和二次回路

学习任务书

小组编号：____________ 成员名单：____________

学习任务描述

通过本情境的学习，要求能够做到：学会主变测控保护装置二次回路的识图。

学习任务：主变测控保护装置二次回路。

学习对象：主变测控保护装置二次回路图纸。

工 具：生产文件、工作工具、量具等。

学习步骤：

（1）熟悉牵引变电所一次、二次设备的文字符号。

（2）熟悉各种二次设备的连接关系。

（3）熟悉二次回路常用符号。

（4）熟悉主变的保护关系。

（5）熟悉主变的控制关系。

（6）学习主变测控保护装置回路，并分析图纸。

学习方法

资讯：接受学习任务，根据引导问题，通过学习查找资料、网络信息等，建立总体印象。

计划：与小组成员、老师、师傅讨论主变测控保护装置对牵引变电所工作的影响及时处理的意义。

决策：与老师或师傅进行专业交流，确定本项目的工作步骤和涉及的工具，拟定检查、评价标准。

实施：按确定的工作步骤完成行动化学习任务，发现问题，共同分析，遇到无法解决的问题时请老师或师傅帮助解决。

检查：（1）生产文件准备好了吗？

（2）工具准备好了吗？

（3）安全事项有哪些？

评价：与同学、老师、师傅进行专业交流，有改进的建议吗？

学习目标

（1）识别牵引变电所各高压开关的运行状态。

（2）熟悉主变保护的类型及之间的相互关系。

（3）依据主变测控保护回路图纸进行识图分析。

行动化学习任务

第一部分：进行主变测控保护回路分析的学习

任务1：熟悉牵引变电所一次、二次设备的文字符号。

任务2：熟悉二次回路常用符号。

任务3：熟悉主变的保护方式。

任务4：熟悉各种设备的连接关系。

任务5：对主变测控保护各种回路进行分析。

第二部分：读图训练

任务6：主变保护回路。

任务7：断路器控制信号回路。

任务8：隔离开关控制信号回路。

学习信息

电力变压器是电力系统重要的供电设备。它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设可靠的继电保护装置。

图3.6.1 主变压器保护测控屏

变压器配置的继电保护可以分为本体保护和电气保护两类：变压器的本体保护也称为非电量保护，主要包括气体继电器动作、油位异常、油温异常等，这些现象可能是由变压器构造故障造成的，例如，变压器漏油，也有可能是电气原因造成但由非电气量反映的，例如，匝间短路导致变压器油产生气体进而启动气体继电器。变压器的电气保护依靠采集相关电流量、电压量完成。电气保护主要包括差动保护、电流速断保护、过负荷保护等。电气保护反映变压器的短路故障、接地故障以及变压器外部故障引起的变压器过电流等。

本章选用的主变压器模型是V/V接线牵引牵引变压器110/27.5 kV 20 MV·A，即：主变压器容量为20 000 kV·A，电压等级为110/27.5 kV。微机保护模型是成都磁海电气公司产品：SCH-9521（差动保护及本体保护装置）、SCH-9531（高压侧后备保护测控装置）、SCH-9532 （低压侧后备保护测控装置）、SCH-9553（主变综合测控装置），以上装置和操作把手、切换把手、复归按钮等组成一面主变压器保护测控屏，如图 3.6.1 所示，各元件型号和数量见表3.6.1和表3.6.2。

表3.6.1 主变压器保护测控屏各元件对照表（1）

表3.6.2 主变压器保护测控屏各元件对照表（2）

一、保护装置

以图3.6.2所示牵引变电所中1#变压器主接线图为例，分析变压器的保护装置配置。

（一）SCH-9521微机型变压器差动保护装置

主变压器差动保护的保护范围是主变压器各侧电流互感器用于差动保护二次绕组之间的全部设备，不仅是变压器本身，还包括导线、隔离开关等设备。在保护范围内设备正常运行时，理论上差动的电流应该是零；在保护范内设备发生故障时，差动的电流即不为零，保护元件即被启动。

SCH-9521为微机型变压器差动保护装置，适用于110 kV及以下变压器常用的一种主保护，装置的二次回路包括交流电流回路、保护开入回路、出口回路及信号回路。

图3.6.2 变压器主接线图

1. 电流回路

以图3.6.2所示主接线为例，SCH-9521的电流回路接线如图3.6.3所示。差动保护在变压器高、低压侧的电流互感器均为星形接线。按照《机电保护和安全自动装置技术规程》（GB/T 14285—2006）的要求：“电流互感器的二次回路必须有且只能有一点接地，一般在端子箱经端子排接地。但对于有几组电流互感器的连接在一起的保护装置，如母差保护、各种双断路器主接线保护等，则应在保护屏上经端子排接地。”微机型差动保护装置的各侧电流互感器之间没有直接连接在一起，它的各侧电流互感器应该分别接地，接地点设在各侧端子箱的端子排上。

图3.6.3 差动保护装置电流回路

2. 保护开入回路

SCH-9521 是微机保护装置，其开出只有无源触点，且均为跳闸继电器触点。差动保护动作后会向主变压器各侧进线断路器发出跳闸指令，其作用方式就是将这些无源接点接进各断路器的操作箱，即主变压器差动保护动作跳闸。差动保护开入回路如图3.6.4所示。

图3.6.4 差动保护开入回路

（二）SCH-9531和SCH-9532高、低压侧后备保护装置

变压器应装置反映外部接地、相间短路引起的过电流保护及中性点过电压保护装置，以作为相邻元件及变压器内部故障的后备保护。变压器后备保护装置包括反映相间故障的后备保护和反映接地故障的后备保护。

反映相间故障的变压器后备保护有过电流保护、复合电压闭锁过电流保护、复合电压闭锁的方向过电流保护。反映接地故障的变压器后备保护有变压器零序电流保护、零序电压保护及间隙零序电流保护。

后备保护装置的电流、电压回路如图3.6.5和图3.6.6所示。

图3.6.5 后备保护装置的电流回路

图3.6.6 后备保护装置的电压回路

后备保护装置信号回路接线图如图3.6.7所示。

图3.6.7 后备保护装置的信号回路

（三）SCH-9521微机型变压器非电量保护装置

SCH-9521 为微机型变压器非电量保护装置，从主变压器本体引来的各种非电量保护信号（主要包括：本体重瓦斯、本体轻瓦斯、有载重瓦斯、有载轻瓦斯、压力释放阀动作、油位异常、油温过高，主变压器本体提供这些信号的无源接点）都接入SCH-9521中。SCH-9521非电量保护信号回路如图3.6.8所示。

图3.6.8 非电量二次回路信号接线图

非电量保护装置的保护功能不是由模拟量经计算而启动的，而是由外部状态量直接启动的，所以它没有电流、电压回路。

二、断路器二次回路

1. 高压进线侧断路器控制回路

参照变压器的主接线图，1号变压器的进线侧断路器为101断路器，其控制原理图如图3.6.9所示。GYHB表示高压后备保护装置（SCH9531），ZHCK为综合测控装置（SCH9553）， ZBCD为主变差动保护装置（SCH9521），BZT指的是备自投装置（SCH9571）。KK为空气开关，WK表示断路器分合闸开关，3YK为远方、就地转换开关，1WK为断路器分合闸开关， TBJ为防跳继电器、HQ为电磁机构中的断路器合闸线圈，FQ为电磁机构中的断路器跳闸线圈，CHJ为合闸继电器，TWJ为跳闸位置继电器，HWJ为合闸位置继电器，STJ为手动跳闸继电器，TZJ—跳闸中间继电器。

其中＋/－KM表示直流母线，电压为110 V，SCH9531装置的控制回路电源经由端子1D:1和1D:11提供。

（1）手动合闸回路。

断路器合闸回路由以下几部分组成：合闸启动回路→断路器辅助接点（常闭）→合闸线圈。

手动合闸时，3YK转换开关在就地位3YK（3、4），按下分合闸开关1WK（3、4）接通断路器合闸回路（正母线1D:4—3YK（3、4）—1WK（3、4）—SCH9531装置A2口—CHJ重合闸重动继电器线圈—TBJ2常闭触点—SCH9531装置A6—断路器辅助常闭触点—断路器合闸线圈HQ），合闸线圈HQ励磁，启动断路器操动机构，开关合上后，串于合闸回路的断路器常闭接点打开，断开合闸回路。

（2）手动分闸回路。

断路器跳闸回路由以下几部分组成：跳闸启动回路→断路器辅助接点（常开）→跳闸线圈。

断路器合闸后，断路器辅助开关常开节点闭合，当分闸时，TZJ（跳闸中间继电器常开节点）闭合，分闸信号通过 TZJ、TBJ1（跳闸闭锁继电器电流线圈）、闭合的断路器辅助开关常开节点使 FQ（跳闸线圈）受电，启动断路器操动机构，开关跳开后，串于跳闸回路的断路器常开接点打开，断开跳闸回路断路器分闸。

（3）闭锁110 kV断路器。

牵引变电所的主变运行一般都采用单台运行、固定备用的方式。一般情况下，不允许两台主变同时运行。此外，在检修过程中，为杜绝人为操作失误，造成重大故障，在110 kV断路器合闸回路中，设置了闭锁节点。如图注所示：102DL内的辅助开关常闭节点串联在合闸回路里，如果102断路器处于运行状态，则102DL常闭节点已断开，那么，101断路器就无法完成合闸。

（4）防跳回路。

在生产过程中，有时由于控制开关原因或自动装置触点原因，在断路器合闸后，上述启动回路触点未断开，合闸命令一直存在，此时，如果继电保护动作，开关跳闸，但由于合闸脉冲一直存在，则会在开关跳闸后重新合闸，如果线路故障为永久性故障，保护将再次将开关跳开，持续存在的合闸脉冲将会使开关再次合闸，如此将会发生多次的“跳—合”现象，此种现象被称为“跳跃”。断路器的多次跳跃，会使断路器毁坏，造成事故扩大。因此，必须对操作回路进行改进，防止“跳跃”发生。防跳继电器就是专门用于防止断路器跳跃的。

防跳继电器BTJ有两个线圈，一个是电流启动线圈，串联于跳闸回路中，这个线圈的额定电流应根据跳闸线圈的动作电流选取，并要求其灵敏度高于跳闸线圈的灵敏度，以保证在跳闸操作时它能可靠地启动；另一个线圈为电压自保持线圈，经过自身的常开触点并联于合闸线圈回路中。在合闸回路中还串联接入了一个TBJ的常闭触点。

工作过程如下：当利用控制开关合闸或自动装置合闸以后，若合闸接点未断开，当线路发生故障时，保护出口继电器闭合，将跳闸回路接通，使断路器跳闸，同时跳闸电流也流过防跳继电器TBJ1的电流启动线圈，使TBJ1启动，TBJ1常开触点闭合，启动TBJ2，使其常闭触点断开合闸回路，此时如果合闸脉冲未解除，（控制开关未复归或自动装置触点卡住等）则TBJ2的电压线圈通过TBJ1触点实现自保持，长期断开合闸回路，使断路器不能再次合闸。只有合闸脉冲解除，TBJ2的电压自保持线圈断电后，才能恢复至正常状态。

（5）远方合闸/分闸回路。

远方合闸或分闸时，3YK 转换开关在远方位 2SK（1、2），经过 ZHCK 综合测控装置（SCH9553）接通合闸或分闸回路。(www.xing528.com)

（6）自投合闸/分闸回路。

备自投合闸/分闸时，经过BZT备自投装置（SCH9571）接通合闸或分闸回路。

（7）保护跳闸。

LP为跳闸连片。跳闸连片是继电保护出口处与断路器分闸线圈之间的一个连接片，如果连接上，那么保护与跳闸回路接通，保护动作，断路器跳闸。如果连片断开，则保护停用，此时，保护动作，开关也不会跳闸。

（8）断路器合位灯回路。

当断路器处在合位状态，即分合闸开关4WK处在合闸后位置，开关柜中的常开触点闭合，合位灯回路经＋KM—1WK（R）—开关柜中闭合的常开触点—－KM接通，红灯亮起。

（9）断路器分位灯回路。

当断路器处在分位状态，即分合闸开关 1WK 处在跳闸后位置，分位灯回路经＋KM—SCH9531装置—1WK（G）—－KM接通，绿灯亮起。

2. 高压进线侧断路器信号回路与电源回路

101断路器信号回路如图3.6.10所示。断路器靠本身所带常开、常闭接点的变换开合位置，来接通断路器机构合、跳闸控制回路和音响信号回路，达到断路器断开或闭合电路的目的，并能正确发出音响信号，启动自动装置和保护闭锁回路等。当断路器的辅助接点用在合、跳闸回路时，均应带延时。

图3.6.10 101断路器信号回路

101断路器电源回路如图3.6.11所示。

图3.6.11 101断路器电源回路

三、1011隔离开关控制回路

参照变压器的主接线图，1号变压器的进线侧隔离开关为1011隔离开关，其控制原理图如图3.6.12所示。ZHCK为综合测控装置（SCH9553），BZT指的是备自投装置（SCH9571）。

其中＋/－KM表示直流母线，电压为110 V，隔离开关操作机构的控制回路电源经由端子7D:1和7D:15提供。

1. 就地合闸回路

就地合闸时，1YK转换开关在就地位1YK（3、4），合闸开关1AH接通隔离开关合闸回路（正母线7D:3—1YK（3、4）—1AH—KM2常闭触点—KM1线圈—隔离开关常闭触点—闭锁回路—负母线），使隔离开关合闸。

2. 就地分闸回路

就地分闸时，1YK转换开关在就地位1YK（3、4），分闸开关1AF接通隔离开关分闸回路（正母线7D：3—1YK（3、4）—1AF—KM1常闭触点—KM2线圈—隔离开关常闭触点—闭锁回路—负母线），使隔离开关分闸。

3. 闭锁回路

闭锁回路串联在隔离开关的分、合闸回路中。如图中的注1所示，由断路器101DL动断触点25b/1，隔离开关1001GK动断触点FK5，接地开关1011DG动断触点NC1组成。隔离开关1011GK若要能够进行分合闸操作，必须满足的条件为，断路器101DL在分闸位置，动断触点25b/1闭合；隔离开关1001GK在分闸位置，动断触点FK5闭合；接地开关1011DG在断开位置，动断触点NC1闭合。

4. 远方分合闸回路

对隔离开关进行远方分合闸操作时，1YK转换开关在远方位1YK（1、2），通过ZHCK综合测控装置SCH9553接通隔离开关1011GK的分合闸回路。

5. 备自投分合闸回路

直流电压正母线直接进入BZT备自投装置SCH9571，通过装置A19或A20接通隔离开关1011GK的分闸或合闸回路。

6. 合闸位置指示灯回路

当隔离开关处在合位状态，隔离开关的辅助常开触点FK：4闭合，合位灯回路经＋KM—1AH（R）—隔离开关的辅助常开触点FK：4—－KM接通，红灯亮起。

7. 跳闸位置指示灯回路

当隔离开关处在断开状态，隔离开关的辅助常闭触点FK：4在闭合位置，合位灯回路经＋KM—1AF（G）—FK：4—－KM接通，绿灯亮起。

四、综合测控装置信号回路

综合测控装置的信号回路如图3.6.13所示，其能够完成如下功能：

1. 开关量采集

开关量采集用于完成变电站开关量（断路器位置、刀闸位置、保护动作信号及其他开入信号）的采集，并将开入变化以状态变位（COS）及事件顺序（SOE）记录的格式传至上级调度。

2. 测量功能

测量功能主要是采用交流采样或直流采样方式，完成变电站模拟量（电压、电流、有功、无功、有功电度、无功电度、频率、功率因数、零序电压、零序电流和直流电流、直流电压、主变温度及其他非电气量）的测量。

3. 控制功能

按照SBE（选择，返校，执行）模式，完成变电站的控制功能。可对变电站，主变挡位的升降、急停，刀闸的开闭等进行控制。

4. 脉冲量采集功能

脉冲量采集功能具有能对外部脉冲输入进行计数，并且此计数模块具有较强的抗干扰能力，保证脉冲计数的可靠性。

5. 通信功能

通信功能具有双CAN网络接口，该接口可与总控（DSA2011DSA2081DSA301）通信，也可与其他厂家智能系统进行通信。

6. 事件记录

事件记录能对遥信的SOE、遥控操作、装置事件保存记录。

图3.6.13 综合测控装置的信号回路

资讯单

计划和决策单

计划和决策单见附录附表3.6.1。

实 施

1. 断路器控制回路的基本要求是什么？

答：（1） __________________________________________________________

（2） ______________________________________________________________

（3）______________________________________________________________

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（4） ______________________________________________________________

（5）______________________________________________________________

______________________________________________________________________

（6）______________________________________________________________

______________________________________________________________________（7）______________________________________________________________

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2. 指示断路器位置的红、绿灯不亮，对运行有什么影响？

答：（1） __________________________________________________________

（2） ______________________________________________________________

（3）______________________________________________________________

______________________________________________________________________

（4）______________________________________________________________

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3. 图3.6.14所示为203断路器控制回路的部分回路，请完成已下题目。

（1）绿灯亮表示断路器在______位置，红灯亮表示断路器在______位置。

（2）写出从1～10各回路的名称，并分析1、2回路的接通过程。

答：例 1-手动合闸、2-______、3-______、4-______、5-______、6-______、7-______、8-______、9-______、10-______。

1、2回路接通过程：____________________________________

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4. 位置指示灯的作用是什么？为什么要串入电阻？

答：______________________________________________________________

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5. 图3.6.9中TBJ是什么继电器，起什么作用？

答：______________________________________________________________

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检查单

检查单见附录附表3.6.2。

评价单

评价单见附录附表3.6.3。

备忘录

备 注

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