1、風電場電氣系統風電場電氣系統 二次設備二次設備 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 第第5 5章風電場電氣二次系統章風電場電氣二次系統 關注的問題關注的問題 電氣二次系統的概念和功能是什么？主要設備的種類有哪些？電氣二次系統的概念和功能是什么？主要設備的種類有哪些？ 主要的電氣二次回路，電氣二次系統的圖形表示方法主要的電氣二次回路，電氣二次系統的圖形表示方法 風電場和升壓變電站電氣二次系統的構成風電場和升壓變電站電氣二次系統的構成 變電站綜合自動化技術變電站綜合自動化技術 教學目標教學目標 了解電氣二次部分的含義和功能，其主要設備及其原理和功能，了解電氣二次部分

2、的含義和功能，其主要設備及其原理和功能， 掌握電氣二次系統的圖形表示方法，掌握電氣二次系統的圖形表示方法， 了解風電場和升壓變電站電氣二次系統的構成，了解風電場和升壓變電站電氣二次系統的構成， 對我國目前普遍采用的變電站綜合自動化技術有一定認知。對我國目前普遍采用的變電站綜合自動化技術有一定認知。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 第第5 5章風電場電氣二次系統章風電場電氣二次系統 對一次設備的工作進行監測、控制、調節、保護以及為運行、對一次設備的工作進行監測、控制、調節、保護以及為運行、 維護人員提供運行工況或生產指揮信號所需的低壓電氣設備，維護人員提供運行

3、工況或生產指揮信號所需的低壓電氣設備， 稱為稱為二次設備二次設備，如熔斷器、控制開關、繼電器、控制電纜等。，如熔斷器、控制開關、繼電器、控制電纜等。 由二次設備相互連接，構成對一次設備進行監測、控制、調由二次設備相互連接，構成對一次設備進行監測、控制、調 節和保護的電氣回路稱為節和保護的電氣回路稱為二次回路二次回路或或二次接線系統二次接線系統。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1 繼電器繼電器 5.1.1繼電器的結構和原理繼電器的結構和原理 在電路中，繼電器控制邏輯的實現依賴于其自身結構，即在電路中，繼電器控制邏輯的實現依賴于其自身結構，即線線 圈和觸點

4、的基本設計圈和觸點的基本設計。 傳統的電磁型繼電器由傳統的電磁型繼電器由線圈、觸點以及它們的接線端子和可線圈、觸點以及它們的接線端子和可 動鐵片、復位彈簧動鐵片、復位彈簧組成。組成。 觸點端子 觸點 端子 線圈 端子 線 圈 端 子 觸點 線圈部分 可動鐵片 當繼電器線圈帶電后，繼電器觸點在當繼電器線圈帶電后，繼電器觸點在 可動鐵片的帶動下可動鐵片的帶動下位置發生變化位置發生變化，這，這 是線圈中流過電流所產生的是線圈中流過電流所產生的電磁力吸電磁力吸 引可動鐵片引可動鐵片的結果。的結果。 i 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.1繼電器的結構和原理繼電

5、器的結構和原理 繼電器的線圈和觸點可以分別接入不同的電路中，從而實現繼電器的線圈和觸點可以分別接入不同的電路中，從而實現 由線圈至觸點的順序控制由線圈至觸點的順序控制。 線圈線圈可以反映不同的電氣量，進而用于實現可以反映不同的電氣量，進而用于實現觸點位置的變換觸點位置的變換。 通常通常所要反映的電氣量有若干種所要反映的電氣量有若干種，例如某一特定電壓，例如某一特定電壓/電流電流 （可以是交流也可以是直流）的有或無、大或小，等等，以（可以是交流也可以是直流）的有或無、大或小，等等，以 此來實現對應的各種邏輯。此來實現對應的各種邏輯。 繼電器的繼電器的觸點觸點也可以有不同的邏輯。也可以有不同的邏輯

6、。 依靠依靠不同類型的線圈和不同類型的觸點不同類型的線圈和不同類型的觸點，繼電器可以實現二，繼電器可以實現二 次回路中比較復雜的邏輯。次回路中比較復雜的邏輯。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.1繼電器的結構和原理繼電器的結構和原理 BS HD 電路電路1 電路電路2 + 5V + 220V 按鈕按鈕BS的觸點處于打開位置，電路的觸點處于打開位置，電路1 開路，繼電器線圈不帶電，連接于電開路，繼電器線圈不帶電，連接于電 路路2中的繼電器觸點處于打開位置。中的繼電器觸點處于打開位置。 當按鈕按下時，電路當按鈕按下時，電路1接通，繼電接通，繼電 器線圈中有

7、電流流過，產生磁場，器線圈中有電流流過，產生磁場， 形成線圈對可動鐵片的吸附，連接形成線圈對可動鐵片的吸附，連接 于電路于電路2中的繼電器觸點閉合，接中的繼電器觸點閉合，接 于電路于電路2中的燈泡會亮起來。中的燈泡會亮起來。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.2 繼電器表示符號繼電器表示符號 在專業研究和工程實踐中，往往采用類似于電氣主接線（一次在專業研究和工程實踐中，往往采用類似于電氣主接線（一次 系統）的處理方式，以系統）的處理方式，以簡化的符號簡化的符號來表示繼電器和二次電路。來表示繼電器和二次電路。 3 9 5 7 8 6 4 2 1 繼電器內

8、部示意繼電器內部示意 +220V -220V +220V -220V -220V +220V +220V -220V HD LD HA KC SB 電路電路1 電路電路2 電路電路4 電路電路3 圖中的繼電器有圖中的繼電器有8 8個接線端子，其線圈通過個接線端子，其線圈通過7-87-8端子與外部電端子與外部電 路連接、路連接、1-21-2端子間為常開觸點、端子間為常開觸點、4-64-6端子間接有延時閉合的常端子間接有延時閉合的常 閉觸點、閉觸點、5-95-9端子間為常閉觸點、端子間為常閉觸點、5-35-3端子間為常開觸點，而端端子間為常開觸點，而端 子子5 5是端子是端子3 3和和9 9的公共

9、端子。的公共端子。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.2 繼電器表示符號繼電器表示符號 除電磁型繼電器外還有除電磁型繼電器外還有晶體管繼電器、靜態繼電器及微機繼晶體管繼電器、靜態繼電器及微機繼 電器電器等，分別采用二極管、集成電路和微處理器等元件來實等，分別采用二極管、集成電路和微處理器等元件來實 現相同的邏輯?，F相同的邏輯。 對于復雜的電氣二次系統，需要采用各種不同種類的繼電器對于復雜的電氣二次系統，需要采用各種不同種類的繼電器 來構建二次電路，實現其控制、監視和保護等功能。來構建二次電路，實現其控制、監視和保護等功能。 風電場電氣系統風電場電氣系統

10、 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.3 常用的繼電器類型常用的繼電器類型 在電氣二次系統中常見的繼電器有：在電氣二次系統中常見的繼電器有：電流繼電器、電壓繼電器、電流繼電器、電壓繼電器、 時間繼電器、中間繼電器、功率方向繼電器、差動繼電器、沖時間繼電器、中間繼電器、功率方向繼電器、差動繼電器、沖 擊繼電器、信號繼電器擊繼電器、信號繼電器，等等。，等等。 這些繼電器的主要區別在于其這些繼電器的主要區別在于其控制電路控制電路的不同。的不同。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.3.1電流繼電器電流繼電器 電流繼電器反映一次回路中的電流繼電器反映一

11、次回路中的電流越限電流越限，常用于二次系統的保，常用于二次系統的保 護回路，例如用于護回路，例如用于電機、變壓器和輸電線路等設備的過負荷及電機、變壓器和輸電線路等設備的過負荷及 短路保護短路保護。 它的它的繼電器線圈接入繼電器線圈接入CT的二次側交流電流回路的二次側交流電流回路，觸點則引出觸點則引出 至直流控制回路至直流控制回路，用以啟動時間繼電器的動作或直接觸發斷路，用以啟動時間繼電器的動作或直接觸發斷路 器分閘。器分閘。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.3.1 電流繼電器電流繼電器 2 1 43 65 87 啟動時間繼電器或 直接接于控制回路 觸

12、發斷路器QF跳閘 IC IC QF XX線線 繼電器端子接線圖 繼電器接線端子繼電器接線端子2和和8之間的兩個線圈串聯，之間的兩個線圈串聯，2和和8端子和繼電端子和繼電 器外部的器外部的CT交流電路相連，用于判別某線路中交流電路相連，用于判別某線路中C相電流是否超相電流是否超 過繼電器的整定值。過繼電器的整定值。當電流越限時當電流越限時，繼電器接線端子，繼電器接線端子1和和3之間之間 的常開觸點閉合，觸發保護回路中的時間繼電器動作，或直接的常開觸點閉合，觸發保護回路中的時間繼電器動作，或直接 用于控制回路中的斷路器跳閘。用于控制回路中的斷路器跳閘。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次

13、系統風電場電氣二次系統 5.1.3.2 電壓繼電器電壓繼電器 電壓繼電器用于繼電保護裝置中的電壓繼電器用于繼電保護裝置中的過電壓保護或欠電壓閉鎖過電壓保護或欠電壓閉鎖 其其線圈接入線圈接入PT二次側的交流電壓小母線二次側的交流電壓小母線上，觸點用于上，觸點用于啟動控啟動控 制回路跳閘制回路跳閘或或與其它保護繼電器組成相關保護邏輯與其它保護繼電器組成相關保護邏輯。 2 1 4 3 65 8 7 繼電器端子 接線圖 A B C N PT二次交流電壓 小母線 至其它保護 裝置 至其它保護 裝置 閉鎖其它 回路 電壓繼電器引入電壓繼電器引入PT二次交流電壓二次交流電壓 小母線的小母線的A、C相之間的線

14、電壓，相之間的線電壓， 用于閉鎖其它保護元件。用于閉鎖其它保護元件。 系統正常運行時，接線端子系統正常運行時，接線端子2和和8串聯的線圈帶有串聯的線圈帶有100V左右的左右的 電壓，其常閉觸點此時打開，實現對其它電路的閉鎖；當電壓，其常閉觸點此時打開，實現對其它電路的閉鎖；當AC 之間的線電壓降低到整定值時，觸點閉合，將外部電路開放。之間的線電壓降低到整定值時，觸點閉合，將外部電路開放。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.3.3 功率繼電器：功率繼電器： 功率繼電器判別某支路上功率繼電器判別某支路上流過的功率的方向流過的功率的方向，動作限值是一個，動作

15、限值是一個 角度區間。角度區間。 當當電流和電壓的相角差處于某一設定的區間電流和電壓的相角差處于某一設定的區間內時，繼電器動作。內時，繼電器動作。 A B C N 至其它保護裝置至其它保護裝置 2 1 4 3 6 5 繼電器端子接線圖 I * U * Ia Ia QF PT CT 常用的采用常用的采用90接線的接線的 功率繼電器如圖所示，功率繼電器如圖所示， 其接線端子其接線端子5和和6之間的之間的 電壓線圈接電壓線圈接BC相電壓，相電壓， 而接線端子而接線端子2和和4之間的之間的 電流線圈接入電流線圈接入A相電流。相電流。 當電壓和電流的相角差落于整定區間內時，繼電器接線端子當電壓和電流的相

16、角差落于整定區間內時，繼電器接線端子 1和和3之間的常開觸點之間的常開觸點 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.3.4 差動繼電器：差動繼電器： 圖中繼電器的節點端子圖中繼電器的節點端子2、5、3及及1采用星型接法，分別與變采用星型接法，分別與變 壓器高、中、低三側的壓器高、中、低三側的C相相CT相接，在繼電器內部經過變流器相接，在繼電器內部經過變流器 匯流形成差流；差流再變換到二次繞組上，接于二次繞組的電匯流形成差流；差流再變換到二次繞組上，接于二次繞組的電 流繼電器感應差流的大小，決定是否動作；當差流越限（時，流繼電器感應差流的大小，決定是否動作；當

17、差流越限（時， 繼電器接線端子繼電器接線端子10和和12之間的常開觸點閉合。之間的常開觸點閉合。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.3.5 時間繼電器時間繼電器 常由其它繼電器或控制元件啟動，用以常由其它繼電器或控制元件啟動，用以判別某一狀態的持續時判別某一狀態的持續時 間間，使被控設備或電路按照預定的時間動作。，使被控設備或電路按照預定的時間動作。 4 3 65 21 送去斷路器 操作機構 8 7 KM+ KM- 繼電器端子接線圖 KA 圖為由圖為由電流繼電器和時間繼電器電流繼電器和時間繼電器 組成的帶時限過電流邏輯電路組成的帶時限過電流邏輯電路 當

18、電流繼電器當電流繼電器KA觸點閉合后，時間繼電器的線圈帶電，但接線觸點閉合后，時間繼電器的線圈帶電，但接線 端子端子4和和6之間的延時閉合常開觸點并不閉合，只有當之間的延時閉合常開觸點并不閉合，只有當KA觸點持觸點持 續閉合，時間繼電器線圈持續帶電超過時間繼電器整定的時間續閉合，時間繼電器線圈持續帶電超過時間繼電器整定的時間 后，后，4和和6之間的延時閉合常開觸點才閉合，給斷路器操作機構之間的延時閉合常開觸點才閉合，給斷路器操作機構 發出跳閘命令。發出跳閘命令。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.3.6 中間繼電器中間繼電器 中間繼電器常用于中間繼電器

19、常用于二次系統中增加某一控制電路觸點數量和容量二次系統中增加某一控制電路觸點數量和容量 43 65 21 8 7 BM+BM- 繼電器端子接線圖 KA KM1+ KM2+ KM3+ 斷路器斷路器1操作機構操作機構 斷路器斷路器2操作機構操作機構 斷路器斷路器3操作機構操作機構 KM1- KM2- KM3- 當電流繼電器當電流繼電器KA觸點閉合后，中間繼電器的線圈帶電，其三觸點閉合后，中間繼電器的線圈帶電，其三 個常開觸點閉合，閉合的觸點用于觸發多個斷路器操作機構個常開觸點閉合，閉合的觸點用于觸發多個斷路器操作機構 的跳閘。通過本例可以看出，使用中間繼電器可以方便地實的跳閘。通過本例可以看出，使

20、用中間繼電器可以方便地實 現將某一控制命令下發到多個控制回路中?，F將某一控制命令下發到多個控制回路中。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.4 繼電保護的接線圖繼電保護的接線圖 5.1.4.1 原理接線圖原理接線圖 在二次系統的應用中常采用在二次系統的應用中常采用原理接線圖原理接線圖來描述來描述某一設備的繼某一設備的繼 電保護動作原理電保護動作原理。 CA KA1 KA2 KA1 KA2 XB KS KS QF QF YT 至信號 + + - KA1、KA2交流電流繼電器 KS 信號繼電器 QF 斷路器 YT 斷路器跳閘線圈 XB 連接片（壓板） 上圖為

21、上圖為10kV及及35kV線路中常用的采用兩相線路中常用的采用兩相CT作為相間保護的作為相間保護的 電流速斷保護原理圖。電流速斷保護原理圖。 原理接線圖只描述原理接線圖只描述繼電保護回路搭建的基本原理繼電保護回路搭建的基本原理 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.1.4.2 展開接線圖展開接線圖 展開圖展開圖對于二次回路的描述是按對于二次回路的描述是按 照回路表示的，由于不同的回路照回路表示的，由于不同的回路 實現不同的功能，因此它其實是實現不同的功能，因此它其實是 以以功能功能來描述二次回路的。來描述二次回路的。 KA2 KA1 TAa TAc A411

22、C411 N411 KA1 KA2 KS XBQF YT KS 至信號 + - 交 流 回 路 速 斷 保 護 直 流 回 路 電源 跳閘 回路 信號 整個回路的布置采用整個回路的布置采用從上往下、從左往右從上往下、從左往右的方式來描述邏輯功的方式來描述邏輯功 能的實現。為了便于理解，圖形描述的能的實現。為了便于理解，圖形描述的右側一般需要加入對回路右側一般需要加入對回路 的文字描述的文字描述。 相間電流速斷保護的展開接線圖相間電流速斷保護的展開接線圖 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2 二次部分的其它元件二次部分的其它元件 5.2.1 接觸器接觸器 接

23、觸器的原理和繼電器類似，電力系統中常用的電磁型的接觸接觸器的原理和繼電器類似，電力系統中常用的電磁型的接觸 器，也是器，也是依靠線圈帶電來吸附觸點的分合依靠線圈帶電來吸附觸點的分合。 在電氣二次部分，接觸器常用于在電氣二次部分，接觸器常用于斷路器的合閘斷路器的合閘，其，其線圈接于斷線圈接于斷 路器的操作回路，觸點接入合閘回路路器的操作回路，觸點接入合閘回路，用以分合較大的合閘電，用以分合較大的合閘電 流。流。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2.1 接觸器接觸器 斷路器輔助觸點不同于繼電器觸點，它是斷路器輔助觸點不同于繼電器觸點，它是位置觸點，聯動于斷位

24、置觸點，聯動于斷 路器位置的變化路器位置的變化，當斷路器處于分位時，常開觸點為分、常閉，當斷路器處于分位時，常開觸點為分、常閉 觸點為合，斷路器分閘時則剛好相反。觸點為合，斷路器分閘時則剛好相反。 為了顯示斷路器的當前狀態，在電動合閘回路和電動分閘回路為了顯示斷路器的當前狀態，在電動合閘回路和電動分閘回路 中中并聯有紅綠燈指示回路并聯有紅綠燈指示回路。 在在電力系統中電力系統中常用紅燈表示斷路器處于合閘位置，綠燈表示斷常用紅燈表示斷路器處于合閘位置，綠燈表示斷 路器處于分閘位置；路器處于分閘位置； 但但電路連接中電路連接中，卻是綠燈串聯高電阻接入合閘回路，而紅燈串，卻是綠燈串聯高電阻接入合閘回

25、路，而紅燈串 聯高電阻接入分閘回路。聯高電阻接入分閘回路。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2.1 接觸器接觸器 SB1 SB2 LDR HD YT KM QF QF R FU1FU2 FU3 FU4 KMKM YC + - 控制小母 線 熔斷器 電動合閘回路 綠燈指示 回路 電動跳閘回路 紅燈指示 回路 合閘回路 +- QF 12 34 SB1和斷路器和斷路器QF常閉輔助觸點（常閉輔助觸點（1、2之間）、合閘接觸器之間）、合閘接觸器 KM的線圈形成合閘回路；的線圈形成合閘回路；SB2和斷路器和斷路器QF常開輔助觸點（常開輔助觸點（3、 4之間）、跳閘線

26、圈之間）、跳閘線圈YT形成跳閘回路。形成跳閘回路。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2.1 接觸器接觸器 當斷路器當斷路器QF為分閘狀態時，其常開輔助觸點為分位（為分閘狀態時，其常開輔助觸點為分位（3、4之之 間），常閉輔助觸點為合位（間），常閉輔助觸點為合位（1、2之間）。之間）。綠燈由于帶有電綠燈由于帶有電 壓發出平光壓發出平光，指示斷路器當前處于分閘位置。，指示斷路器當前處于分閘位置。 當合閘按鈕當合閘按鈕SB1按下時，接觸器流過較大電流，其觸點閉合，按下時，接觸器流過較大電流，其觸點閉合， 合閘線圈合閘線圈YC帶電，將斷路器帶電，將斷路器QF閉合

27、。常開觸點閉合（閉合。常開觸點閉合（3、4 之間），而常閉觸點（之間），而常閉觸點（1、2之間）打開。觸器之間）打開。觸器KM的線圈都不的線圈都不 再帶電，其觸點打開，合閘線圈也不再帶電。再帶電，其觸點打開，合閘線圈也不再帶電。紅燈則發出平紅燈則發出平 光光，指示斷路器處于合閘位置。，指示斷路器處于合閘位置。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2.2 控制開關控制開關 除了一些簡單控制回路以外，常用除了一些簡單控制回路以外，常用控制開關來實現電路的復控制開關來實現電路的復 雜邏輯控制雜邏輯控制。 手柄 接線端子 所示為所示為LW15型控制開關，其正面有用于

28、人型控制開關，其正面有用于人 工控制的手柄，手柄有三個位置，中間位置工控制的手柄，手柄有三個位置，中間位置 可以順時針和逆時針旋轉可以順時針和逆時針旋轉45。其后部為接。其后部為接 線端子，用來連接電路，最終實現對于電路線端子，用來連接電路，最終實現對于電路 的控制。的控制。 手柄位置 觸 點 45 0 45 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2.2 控制開關控制開關 LDR HD YT KM QF QF R FU1FU2 FU4 KM + - 控制小母線 熔斷器 電動合閘回路 綠燈指示 回路 電動跳閘回路 紅燈指

29、示 回路 合閘回路 WC+WC- 12 3 4 12 3 4 56 78 WL+ 故障跳閘 閃光指示 KM QF M708+-700910 SA FU3 YC SA 事故音響回路 KA 保護跳閘 5 6 應用了控制開關的斷路器控制回路簡化示意圖應用了控制開關的斷路器控制回路簡化示意圖 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2.2 控制開關控制開關 上圖中控制開關的引入不僅實現了斷路器的合閘和分閘，還上圖中控制開關的引入不僅實現了斷路器的合閘和分閘，還 引入引入閃光指示回路及事故音響回路閃光指示回路及事故音響回路作為故障后的燈光和音響作為故障后的燈光和音響 信號

30、指示。信號指示。 圖中還引入了外部保護電路中圖中還引入了外部保護電路中保護繼電器的觸點保護繼電器的觸點KA，它接入，它接入 斷路器控制回路中，當電氣設備發生故障時，其對應保護繼斷路器控制回路中，當電氣設備發生故障時，其對應保護繼 電器動作觸發故障電氣設備相關斷路器跳閘，將故障設備從電器動作觸發故障電氣設備相關斷路器跳閘，將故障設備從 電力系統中切除出去。電力系統中切除出去。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2.2 控制開關控制開關 斷路器合閘過程：斷路器合閘過程： 手柄一般處于手柄一般處于0位置，位置，5、6間的觸點閉合，此時斷路器間的觸點閉合，此時斷路

31、器QF 常開輔助觸點在合位，因此常開輔助觸點在合位，因此WL+、SA5、SA6、LD、R、 QF1、QF2、KM、WC-形成回路。形成回路。LD會發出閃光。會發出閃光。 手柄順時針旋轉手柄順時針旋轉45，SA1和和SA2將接通，其它觸點斷開。將接通，其它觸點斷開。 KM觸點閉合，導通合閘回路，使得斷路器合閘。觸點閉合，導通合閘回路，使得斷路器合閘。 合閘后，手柄將自動返回到合閘后，手柄將自動返回到0位置。此時斷路器位置。此時斷路器QF常開輔常開輔 助觸點閉合、常閉輔助觸點打開。紅燈指示回路中助觸點閉合、常閉輔助觸點打開。紅燈指示回路中WC+、 HD、R、QF3、QF4、YT、WC-形成回路，紅

32、燈平光。形成回路，紅燈平光。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2.2 控制開關控制開關 故障跳閘過程：故障跳閘過程： KA的閉合將直接導致：的閉合將直接導致：WC+、KA、QF3、QF4、YT和和 WC-之間形成回路，最終之間形成回路，最終WC+和和WC-上的電壓完全作用于上的電壓完全作用于 跳閘線圈跳閘線圈YT上，斷路器跳閘。上，斷路器跳閘。 斷路器跳閘后其輔助觸點的位置發生變化，將導致結果：斷路器跳閘后其輔助觸點的位置發生變化，將導致結果： 1）事故音響回路中的）事故音響回路中的M708+、SA9、SA10（此時手柄位置（此時手柄位置 未發生變化）、

33、未發生變化）、QF5、QF6、-700導通，導通，M708+接入中央信接入中央信 號回路（上圖中未顯示）號回路（上圖中未顯示）,發出事故音響。發出事故音響。 2）WL+、SA5、SA6、LD、R、QF1、QF2、KM、WC-形形 成回路，綠燈閃光指示當前斷路器位置異常。成回路，綠燈閃光指示當前斷路器位置異常。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2.3 小母線小母線 在二次系統中，除了在二次系統中，除了直流電源小母線直流電源小母線用于給用于給不同的設備分配電不同的設備分配電 能能，交流電壓小母線和輔助小母線交流電壓小母線和輔助小母線主要用于主要用于集中和分配

34、信號集中和分配信號。 直流電源小母線直流電源小母線用于實現直流屏柜向不同的保護裝置、測控裝用于實現直流屏柜向不同的保護裝置、測控裝 置等設備供電。置等設備供電。 交流電壓小母線交流電壓小母線用于用于PT二次側電壓信號向不同保護測量裝置二次側電壓信號向不同保護測量裝置 的分配。的分配。 在發電廠及變電站中，根據控制、信號、繼電保護、自動裝置在發電廠及變電站中，根據控制、信號、繼電保護、自動裝置 等的需要，可設置輔助小母線，這些小母線分別布置在等的需要，可設置輔助小母線，這些小母線分別布置在控制室控制室 的屏上和配電裝置內的屏上和配電裝置內。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場

35、電氣二次系統 5.2.4 接線端子、電纜和絕緣導線接線端子、電纜和絕緣導線 繼電器、接觸器、控制開關、指示燈、各類保護和自動裝置繼電器、接觸器、控制開關、指示燈、各類保護和自動裝置 等基本元件，需要連接成可以實現二次系統測量、控制、監等基本元件，需要連接成可以實現二次系統測量、控制、監 視和保護功能的電路。這些設備的連接需要依靠視和保護功能的電路。這些設備的連接需要依靠導體和接線導體和接線 端子端子來實現。來實現。 常用的導體為常用的導體為絕緣導線和電纜絕緣導線和電纜，絕緣導線主要用于，絕緣導線主要用于屏內或裝屏內或裝 置內配線置內配線，而電纜用于，而電纜用于連接距離較遠的設備連接距離較遠的設

36、備。 屏柜或裝置內部屏柜或裝置內部的連線一般以的連線一般以絕緣導線絕緣導線來實現。來實現。 屏柜之間屏柜之間、室內外之間室內外之間的二次設備的連接則需要采用的二次設備的連接則需要采用控制電控制電 纜來纜來實現。實現。 接線端子接線端子是二次系統中用于是二次系統中用于連接屏柜內部和外部的連接元件連接屏柜內部和外部的連接元件 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2.5 成套保護裝置和測控裝置成套保護裝置和測控裝置 成套式的保護裝置成套式的保護裝置，即將保護元件、控制元件等集中于單一，即將保護元件、控制元件等集中于單一 裝置中，裝設于保護、測控屏柜中提供給用戶使用

37、。裝置中，裝設于保護、測控屏柜中提供給用戶使用。 用戶只需要使用電纜將保護、測控屏柜和其他屏柜及斷路器用戶只需要使用電纜將保護、測控屏柜和其他屏柜及斷路器 等設備連接起來就完成了二次回路的構建。等設備連接起來就完成了二次回路的構建。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.2.5 成套保護裝置和測控裝置成套保護裝置和測控裝置 所示為國外常見所示為國外常見 的元件組屏方式，的元件組屏方式， 微機繼電器、電微機繼電器、電 磁型繼電器、控磁型繼電器、控 制把手等元件都制把手等元件都 布置于屏柜表面，布置于屏柜表面， 一些連接需要運一些連接需要運 行人員自行完成。行人員

38、自行完成。 圖為我國普遍采用的成套保護和測控裝置，圖為我國普遍采用的成套保護和測控裝置， 實現保護、測控功能的具體元件集成在單一實現保護、測控功能的具體元件集成在單一 的裝置之中，不需要運行人員關注如何連接。的裝置之中，不需要運行人員關注如何連接。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.3 二次回路二次回路 電氣二次部分的測量、監視、控制和保護功能的實現，需電氣二次部分的測量、監視、控制和保護功能的實現，需 要由各類繼電器、控制開關、指示燈等元件搭建相應的電要由各類繼電器、控制開關、指示燈等元件搭建相應的電 路，這些功能不同的電路統稱為路，這些功能不同的電路統

39、稱為二次回路二次回路。 根據所實現的功能，二次回路可以分為：根據所實現的功能，二次回路可以分為：保護回路，控制保護回路，控制 回路，測量和監視回路，信號回路，為其提供電源的直流回路，測量和監視回路，信號回路，為其提供電源的直流 電源系統電源系統。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.3.1 保護回路保護回路 繼電保護回路繼電保護回路用于實現用于實現對一次設備和電力系統的保護功能對一次設備和電力系統的保護功能， 它引入它引入CT和和PT采集的電流和電壓并進行分析，最終通過跳閘采集的電流和電壓并進行分析，最終通過跳閘 或合閘繼電器的觸點將相關的跳閘或合閘繼電器的

40、觸點將相關的跳閘/合閘邏輯傳遞給對應的斷合閘邏輯傳遞給對應的斷 路器控制回路。路器控制回路。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.3.2 控制回路控制回路 控制回路的控制回路的控制對象控制對象主要是主要是斷路器、隔離開關斷路器、隔離開關。控制回路不?？刂苹芈凡?僅要求可以人工對被控對象進行操作，還要可以引入繼電器僅要求可以人工對被控對象進行操作，還要可以引入繼電器 等設備的觸點實現自動控制。等設備的觸點實現自動控制。 對于斷路器和隔離開關的控制可以采用對于斷路器和隔離開關的控制可以采用遠方控制或就地控制遠方控制或就地控制 方式方式。 在控制回路中需要有在控制

41、回路中需要有直流電源直流電源，這是因為控制回路中設備的，這是因為控制回路中設備的 運行需要電能，同時控制回路功能的實現還依賴于運行需要電能，同時控制回路功能的實現還依賴于可以傳遞可以傳遞 邏輯的電信號邏輯的電信號。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.3.3 測量回路測量回路 測量回路測量回路是由各種測量儀表及其相關回路組成的，其作用是是由各種測量儀表及其相關回路組成的，其作用是 指示和記錄一次設備的運行參數指示和記錄一次設備的運行參數，以便運行人員掌握一次設，以便運行人員掌握一次設 備運行情況。備運行情況。 它是它是分析電能質量、計算經濟指標、了解系統潮流

42、和主設備分析電能質量、計算經濟指標、了解系統潮流和主設備 運行工況運行工況的主要依據。的主要依據。 測量回路分為測量回路分為電流回路與電壓回路電流回路與電壓回路。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.3.4 信號回路信號回路 信號系統信號系統由信號發送機構、接收顯示元件及其傳遞網絡構成，由信號發送機構、接收顯示元件及其傳遞網絡構成， 其作用是準確、及時地顯示出相應的一次設備的工作狀態，其作用是準確、及時地顯示出相應的一次設備的工作狀態， 為運行人員提供操作、調節和處理故障的可靠依據。為運行人員提供操作、調節和處理故障的可靠依據。 信號回路按其電源可分為信號回

43、路按其電源可分為強電信號回路和弱電信號回路強電信號回路和弱電信號回路。按。按 其用途可分為其用途可分為位置信號、事故信號、預告信號、指揮信號和位置信號、事故信號、預告信號、指揮信號和 聯系信號聯系信號。 事故信號和預告信號都需要在主控室或集中控制室中反映出事故信號和預告信號都需要在主控室或集中控制室中反映出 來，他們是電氣設備各信號的中央部分，通常稱為來，他們是電氣設備各信號的中央部分，通常稱為中央信號中央信號 將事故信號、預告信號回路及其他一些公共信號回路集中在將事故信號、預告信號回路及其他一些公共信號回路集中在 一起成為一套裝置，稱為一起成為一套裝置，稱為中央信號裝置中央信號裝置 風電場電

44、氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.3.5 操作電源系統操作電源系統 在變電站中，繼電保護和自動裝置、控制回路、信號回路及其在變電站中，繼電保護和自動裝置、控制回路、信號回路及其 他二次回路的工作電源，稱為他二次回路的工作電源，稱為操作電源操作電源。操作電源系統操作電源系統，由電，由電 源設備和供電網絡構成。源設備和供電網絡構成。 變電站的操作電源有變電站的操作電源有直流操作電源和交流操作電源直流操作電源和交流操作電源兩種。兩種。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.3.5 操作電源系統操作電源系統 直流操作電源直流操作電源又可分

45、為又可分為獨立式直流電源和非獨立式直流電源獨立式直流電源和非獨立式直流電源。 獨立式直流電源獨立式直流電源有蓄電池直流電源和電源變換式直流電源；有蓄電池直流電源和電源變換式直流電源； 非獨立式直流電源非獨立式直流電源有硅整流電容儲能直流電源和復式整流直有硅整流電容儲能直流電源和復式整流直 流電源。流電源。 交流操作電源系統交流操作電源系統就是直接使用交流電源，正常運行時一般就是直接使用交流電源，正常運行時一般 由由PT或站用變壓器作為斷路器的控制和信號電源，故障時由或站用變壓器作為斷路器的控制和信號電源，故障時由 CT提供斷路器的跳閘電源。提供斷路器的跳閘電源。 還有一種還有一種交流不間斷電源

46、系統交流不間斷電源系統(UPS)，可向需要交流電源的，可向需要交流電源的 負荷提供不間斷的交流電源。它的基本原理是負荷提供不間斷的交流電源。它的基本原理是將來自蓄電池將來自蓄電池 的直流變換成正弦交流電的直流變換成正弦交流電。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.4 相對編號法與安裝接線圖相對編號法與安裝接線圖 實際工程應用中要實際工程應用中要采用安裝接線圖來實現電路的連接采用安裝接線圖來實現電路的連接，安裝，安裝 接線圖的完成要依賴于接線圖的完成要依賴于相對編號法則相對編號法則來實現。來實現。 +BM-BM 1D281D52 圖為一個保護測控屏圖為一個保護

47、測控屏 柜的屏柜布置圖，描柜的屏柜布置圖，描 述的是保護測控屏柜述的是保護測控屏柜 上裝置的實際布設，上裝置的實際布設， 并賦予每個元件以唯并賦予每個元件以唯 一的編號。一的編號。 每個元件的接線端子每個元件的接線端子 也進行編號，從而實也進行編號，從而實 現了連接部分的編號現了連接部分的編號 唯一。唯一。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.4 相對編號法與安裝接線圖相對編號法與安裝接線圖 主控制 室 至隔離開 關 至隔離開 關 CT 斷路器 電纜溝 1 3 2 4 二次系統連接示意圖二次系統連接示意圖 1、繼電保護屏柜、繼電保護屏柜2、室外端子箱、室外端

48、子箱 3、斷路器機構箱、斷路器機構箱 4、CT二次接線盒二次接線盒 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.4 相對編號法與安裝接線圖相對編號法與安裝接線圖 屏柜和外部設備的連接屏柜和外部設備的連接則往往采用則往往采用回路號標注回路號標注的方式。的方式。 至室外 XX線 端子箱 至室外 XX線 端子箱 42.5 mm2 81.5 mm2 81.5 mm2 42.5 mm2 81.5 mm2 41.5 mm2 41.5 mm2 42.5 mm2 42.5 mm2 42.5 mm2 至主控室 XX線 保護屏 至主控室 XX線 保護屏 至 A 相 CT 至 B 相 C

49、T 至 C 相 CT 至 母 線 側 刀 閘 至 線 路 側 刀 閘 至 斷 路 器 機 構 箱 圖分別為圖分別為繼電保護接線端子繼電保護接線端子 與端子箱與端子箱的接線。的接線。 可以看出，繼電保護、端子可以看出，繼電保護、端子 箱、斷路器機構箱和箱、斷路器機構箱和CT接線接線 盒等設備之間由電纜連接，盒等設備之間由電纜連接， 用于傳輸信號的電纜芯被以用于傳輸信號的電纜芯被以 唯一的回路號所標注，使得唯一的回路號所標注，使得 我們可以很清楚這一電纜及我們可以很清楚這一電纜及 其芯線所在二次回路及其功其芯線所在二次回路及其功 能。能。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣

50、二次系統 5.5 風電廠的二次部分風電廠的二次部分 5.5.1 風電機組的保護、控制、測量、信號風電機組的保護、控制、測量、信號 風力發電廠的監控系統分為風力發電廠的監控系統分為現地單機控制、保護、測量和信現地單機控制、保護、測量和信 號以及中控室號以及中控室對各臺風力發電機組進行集中監控，也可在對各臺風力發電機組進行集中監控，也可在遠遠 方方（業主營地或調度機構）對風力發電機組進行監視。（業主營地或調度機構）對風力發電機組進行監視。 風力發電機組的控制器系統包括二部分：風力發電機組的控制器系統包括二部分：第一部分為計算機第一部分為計算機 單元單元，主要功能是，主要功能是控制風力發電機組控制風

51、力發電機組；第二部分為電源單元第二部分為電源單元， 主要功能是使主要功能是使風力發電機組與電網同期風力發電機組與電網同期。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.5.2 箱式變電站中變壓器的保護、控制、測量、信號箱式變電站中變壓器的保護、控制、測量、信號 變壓器配置高壓熔斷器保護、避雷器保護和負荷開關，采用高壓變壓器配置高壓熔斷器保護、避雷器保護和負荷開關，采用高壓 熔斷器做為短路保護，避雷器用于防御過電壓，負荷開關用于正熔斷器做為短路保護，避雷器用于防御過電壓，負荷開關用于正 常分合電路，不裝設專用的繼電保護裝置。常分合電路，不裝設專用的繼電保護裝置。 風電

52、場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.5.3 風電廠控制室的控制、測量、信號風電廠控制室的控制、測量、信號 風電廠控制室布置在風電廠控制室布置在 110kV 變電所內，與變電所內，與110kV 變電所中控變電所中控 室在同一房間內。室在同一房間內。 在中控室內采用微機對風電廠廠區中的風力發電機組進行集在中控室內采用微機對風電廠廠區中的風力發電機組進行集 中監控和管理。中監控和管理。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.5.4 遙測和遙信系統遙測和遙信系統 遠程監控人員可通過遠程監控人員可通過人機對話完成遠方監視任務人機對話完成遠

53、方監視任務。操作方法。操作方法 與在升壓變電站控制室的值班人員的操作方法基本相同。與在升壓變電站控制室的值班人員的操作方法基本相同。 遙測、遙信、遙控、遙調遙測、遙信、遙控、遙調被成為變電站綜合自動化中的被成為變電站綜合自動化中的四遙四遙。 “測測”其實指測量其實指測量，及電流電壓等模擬量數據的本地搜集及遠，及電流電壓等模擬量數據的本地搜集及遠 方傳輸與監視；方傳輸與監視； “信信”指信號指信號，指發生在發電廠和變電站中的某一設備或系統，指發生在發電廠和變電站中的某一設備或系統 狀態的變化；狀態的變化； “控控”指控制指控制，其控制對象為斷路器、隔離開關等控制設備；，其控制對象為斷路器、隔離開

54、關等控制設備； “調調”指調整指調整，調整不同于控制，控制最終實現了狀態的變化，調整不同于控制，控制最終實現了狀態的變化， 而調整是在某一狀態范圍的調整。而調整是在某一狀態范圍的調整。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.6 升壓變電站的二次部分升壓變電站的二次部分 按照按照“無人值班無人值班”（少人值守）（少人值守）原則進行設計，采用原則進行設計，采用全計算全計算 機監控機監控方式，通過計算機監控系統進行機組的啟、停及并方式，通過計算機監控系統進行機組的啟、停及并 網操作、主變高壓側斷路器和線路斷路器的操作、站用電網操作、主變高壓側斷路器和線路斷路器的操作

55、、站用電 切換、輔助設備控制等。切換、輔助設備控制等。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.6.1 升壓站的控制、測量、信號升壓站的控制、測量、信號 （1）110kV 及以上變電所的控制、測量和信號的原則：及以上變電所的控制、測量和信號的原則： a) 110kV 變電所的主要電氣設備可現地控制也可采用集中變電所的主要電氣設備可現地控制也可采用集中 監控系統。監控系統。 b) 110kV 隔離開關、與相應的斷路器和接地刀閘之間，裝隔離開關、與相應的斷路器和接地刀閘之間，裝 設閉鎖裝置。設閉鎖裝置。 c) 110kV 變電所監控系統結構分為站級層和間隔層，網絡變

56、電所監控系統結構分為站級層和間隔層，網絡 按雙網考慮，通信介質采用光纖。站級層采用總線型。按雙網考慮，通信介質采用光纖。站級層采用總線型。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.6.1 升壓站的控制、測量、信號升壓站的控制、測量、信號 （2）監控系統的功能：）監控系統的功能： 運行監視功能運行監視功能 事故順序記錄和事故追憶功能事故順序記錄和事故追憶功能 運行管理功能運行管理功能 遠動功能遠動功能 運行管理功能運行管理功能 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.6.1 升壓站的控制、測量、信號升壓站的控制、測量、信號 （3）電

57、測量：）電測量： 全站配置全站配置一套計費裝置一套計費裝置，關口計費點設置為：，關口計費點設置為：產權分界點產權分界點， 即在變電站即在變電站110kV 出線及對側變電站接入間隔中實施。出線及對側變電站接入間隔中實施。 同時在本站配置一臺同時在本站配置一臺電量采集器電量采集器，完成對電能表的數據采集。，完成對電能表的數據采集。 電度測量選擇電度測量選擇智能式電子電度表智能式電子電度表 （4）信號及其傳遞：）信號及其傳遞： 信號分為電氣設備運行狀態信號，電氣設備和線路事故和故信號分為電氣設備運行狀態信號，電氣設備和線路事故和故 障信號。障信號。 按按風電場接入電力系統可行性研究報告風電場接入電力

58、系統可行性研究報告將系統要求的遙將系統要求的遙 測量和遙信信號通過相互獨立的通道傳輸到地調。測量和遙信信號通過相互獨立的通道傳輸到地調。 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.6.2 升壓站的繼電保護升壓站的繼電保護 （1）110kV 主變壓器保護：主變壓器保護： 主變壓器保護：配置主變壓器保護：配置一套二次諧波制動原理的微機型縱差保一套二次諧波制動原理的微機型縱差保 護護，保護動作跳變壓器各側斷路器。，保護動作跳變壓器各側斷路器。 差動保護是變壓器的基本電氣量主保護，用于保護變壓器本差動保護是變壓器的基本電氣量主保護，用于保護變壓器本 身故障，其原理為身故障

59、，其原理為基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律，將變壓器看作一個節，將變壓器看作一個節 點，則點，則流入變壓器的電流應該和流出的相同流入變壓器的電流應該和流出的相同。 k1 KD Ir . TA1 II . III . TA2 I1 . I2 . k2 KD Ir . TA1 II . III . TA2 I1 . I2 . 雙繞組變壓器差動保護單相原理接線圖雙繞組變壓器差動保護單相原理接線圖 風電場電氣系統風電場電氣系統 風電場電氣二次系統風電場電氣二次系統 5.6.2 升壓站的繼電保護升壓站的繼電保護 除了比率制動差動保護，一般還裝設除了比率制動差動保護，一般還裝設差動速斷保護差動速斷保護用于

60、快速用于快速 動作于較為嚴重的故障。動作于較為嚴重的故障。 非電量保護非電量保護：重瓦斯、輕瓦斯、油溫、繞組溫度、壓力釋放，：重瓦斯、輕瓦斯、油溫、繞組溫度、壓力釋放， 保護動作于發信號。非電量保護也用于保護變壓器本體保護動作于發信號。非電量保護也用于保護變壓器本體 除了裝設主保護，變壓器還裝設有除了裝設主保護，變壓器還裝設有后備保護后備保護，后備保護用于，后備保護用于 防御變壓器本身和外部系統的故障，常見的后備保護是用于防御變壓器本身和外部系統的故障，常見的后備保護是用于 防止相見短路的電流保護和用于防止接地短路的零序電流和防止相見短路的電流保護和用于防止接地短路的零序電流和 零序電壓保護。