1、风电场电气系统风电场电气系统 第第5 5章章 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 朱永强朱永强 风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 第第5 5章章 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 关注的问题关注的问题 电气二次系统的概念和功能是什么？主要设备的种类有哪些？电气二次系统的概念和功能是什么？主要设备的种类有哪些？主要的电气二次回路，电气二次系统的图形表示方法主要的电气二次回路，电气二次系统的图形表示方法 风电场和升压变电站电气二次系统的构成风电场和升压变电站电气二次系统的构成 变电站综合自动化技术变电站综合自动化技术 教学目标教学目标 了解电气二次部分的含义
2、和功能，其主要设备及其原理和功能，了解电气二次部分的含义和功能，其主要设备及其原理和功能，掌握电气二次系统的图形表示方法，掌握电气二次系统的图形表示方法，了解风电场和升压变电站电气二次系统的构成，了解风电场和升压变电站电气二次系统的构成，对我国目前普遍采用的变电站综合自动化技术有一定认知。对我国目前普遍采用的变电站综合自动化技术有一定认知。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 第第5 5章章 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 对一次设备的工作进行监测对一次设备的工作进行监测、控制控制、调节调节、保护以及为运行保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所
3、需的低压电气设备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，称为称为二次设备二次设备，如熔断器如熔断器、控制开关控制开关、继电器继电器、控制电缆等控制电缆等。由二次设备相互连接，构成对一次设备进行监测、控制、调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节和保护的电气回路称为二次回路二次回路或或二次接线系统二次接线系统。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 5.1 继电器继电器 5.1.1继电器的结构和原理继电器的结构和原理 在电路中，继电器控制逻辑的实现依赖于其自身结构，即在电路中，继电器控制逻辑的实现依赖于其自身结构，即
4、线线圈和触点的基本设计圈和触点的基本设计。传统的电磁型继电器由传统的电磁型继电器由线圈、触点以及它们的接线端子和可线圈、触点以及它们的接线端子和可动铁片、复位弹簧动铁片、复位弹簧组成。组成。触点端子 触点 端子 线圈端子 线圈端子 触点 线圈部分 可动铁片 当继电器线圈带电后，继电器触点在当继电器线圈带电后，继电器触点在可动铁片的带动下可动铁片的带动下位置发生变化位置发生变化，这，这是线圈中流过电流所产生的是线圈中流过电流所产生的电磁力吸电磁力吸引可动铁片引可动铁片的结果。的结果。i 风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 5.1.1继电器的结构和原理继电器的结构和
5、原理 继电器的线圈和触点可以分别接入不同的电路中，从而实现继电器的线圈和触点可以分别接入不同的电路中，从而实现由线圈至触点的顺序控制由线圈至触点的顺序控制。线圈线圈可以反映不同的电气量，进而用于实现可以反映不同的电气量，进而用于实现触点位置的变换触点位置的变换。通常通常所要反映的电气量有若干种所要反映的电气量有若干种，例如某一特定电压，例如某一特定电压/电流电流（可以是交流也可以是直流）的有或无、大或小，等等，以（可以是交流也可以是直流）的有或无、大或小，等等，以此来实现对应的各种逻辑。此来实现对应的各种逻辑。继电器的继电器的触点触点也可以有不同的逻辑。也可以有不同的逻辑。依靠依靠不同类型的线
6、圈和不同类型的触点不同类型的线圈和不同类型的触点，继电器可以实现二，继电器可以实现二次回路中比较复杂的逻辑。次回路中比较复杂的逻辑。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 5.1.1继电器的结构和原理继电器的结构和原理 BS HD 电路电路1 电路电路2+5V +220V 按钮按钮BS的触点处于打开位置，电路的触点处于打开位置，电路1开路，继电器线圈不带电，连接于电开路，继电器线圈不带电，连接于电路路2中的继电器触点处于打开位置。中的继电器触点处于打开位置。当按钮按下时，电路当按钮按下时，电路1接通，继电接通，继电器线圈中有电流流过，产生磁场，器线圈中有电流流过，产
7、生磁场，形成线圈对可动铁片的吸附，连接形成线圈对可动铁片的吸附，连接于电路于电路2中的继电器触点闭合，接中的继电器触点闭合，接于电路于电路2中的灯泡会亮起来。中的灯泡会亮起来。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 5.1.2 继电器表示符号继电器表示符号 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，以系统）的处理方式，以简化的符号简化的符号来表示继电器和二次电路。来表示继电器和二次电路。3 9 5 7 8 6 4 2 1 继电器内部示意继电器内部示意+220V-220V+220V-2
8、20V-220V+220V+220V-220V HD LD HA KC SB 电路电路1 电路电路2 电路电路4 电路电路3 图中的继电器有图中的继电器有8 8个接线端子，其线圈通过个接线端子，其线圈通过7 7-8 8端子与外部电端子与外部电路连接、路连接、1 1-2 2端子间为常开触点、端子间为常开触点、4 4-6 6端子间接有延时闭合的常端子间接有延时闭合的常闭触点、闭触点、5 5-9 9端子间为常闭触点、端子间为常闭触点、5 5-3 3端子间为常开触点，而端端子间为常开触点，而端子子5 5是端子是端子3 3和和9 9的公共端子。的公共端子。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统
9、风电场电气二次系统 5.1.2 继电器表示符号继电器表示符号 除电磁型继电器外还有除电磁型继电器外还有晶体管继电器、静态继电器及微机继晶体管继电器、静态继电器及微机继电器电器等，分别采用二极管、集成电路和微处理器等元件来实等，分别采用二极管、集成电路和微处理器等元件来实现相同的逻辑。现相同的逻辑。对于复杂的电气二次系统，需要采用各种不同种类的继电器对于复杂的电气二次系统，需要采用各种不同种类的继电器来构建二次电路，实现其控制、监视和保护等功能。来构建二次电路，实现其控制、监视和保护等功能。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 5.1.3 常用的继电器类型常用的继电
10、器类型 在电气二次系统中常见的继电器有：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、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、信号继电器击继电器、信号继电器，等等。，等等。这些继电器的主要区别在于其这些继电器的主要区别在于其控制电路控制电路的不同。的不同。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 5.1.3.1电流继电器电流继电器 电流继电器反映一次回路中的电流继电器反映一次回路中的电流越限电流越限，常用于二次系统的保，常用于二次系统的保护回路，例如用于护回
11、路，例如用于电机、变压器和输电线路等设备的过负荷及电机、变压器和输电线路等设备的过负荷及短路保护短路保护。它的它的继电器线圈接入继电器线圈接入CT的二次侧交流电流回路的二次侧交流电流回路，触点则引出触点则引出至直流控制回路至直流控制回路，用以启动时间继电器的动作或直接触发断路，用以启动时间继电器的动作或直接触发断路器分闸。器分闸。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 5.1.3.1 电流继电器电流继电器 2 1 4 3 6 5 8 7 启动时间继电器或直接接于控制回路触发断路器QF跳闸 IC IC QF XX线线 继电器端子接线图 继电器接线端子继电器接线端子2和
12、和8之间的两个线圈串联，之间的两个线圈串联，2和和8端子和继电端子和继电器外部的器外部的CT交流电路相连，用于判别某线路中交流电路相连，用于判别某线路中C相电流是否超相电流是否超过继电器的整定值。过继电器的整定值。当电流越限时当电流越限时，继电器接线端子，继电器接线端子1和和3之间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。用于控制回路中的断路器跳闸。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 5.1.3.2 电压继电器电压继电器 电压继电器用于继电保护装置中的电压继电器用于
13、继电保护装置中的过电压保护或欠电压闭锁过电压保护或欠电压闭锁 其其线圈接入线圈接入PT二次侧的交流电压小母线二次侧的交流电压小母线上，触点用于上，触点用于启动控启动控制回路跳闸制回路跳闸或或与其它保护继电器组成相关保护逻辑与其它保护继电器组成相关保护逻辑。2 1 4 3 6 5 8 7 继电器端子接线图 A B C N PT二次交流电压小母线 至其它保护装置 至其它保护装置 闭锁其它回路 电压继电器引入电压继电器引入PT二次交流电压二次交流电压小母线的小母线的A、C相之间的线电压，相之间的线电压，用于闭锁其它保护元件。用于闭锁其它保护元件。系统正常运行时，接线端子系统正常运行时，接线端子2和和
14、8串联的线圈带有串联的线圈带有100V左右的左右的电压，其常闭触点此时打开，实现对其它电路的闭锁；当电压，其常闭触点此时打开，实现对其它电路的闭锁；当AC之间的线电压降低到整定值时，触点闭合，将外部电路开放。之间的线电压降低到整定值时，触点闭合，将外部电路开放。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 5.1.3.3 功率继电器：功率继电器：功率继电器判别某支路上功率继电器判别某支路上流过的功率的方向流过的功率的方向，动作限值是一个，动作限值是一个角度区间。角度区间。当当电流和电压的相角差处于某一设定的区间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。内时，继
15、电器动作。A B C N 至其它保护装置 至其它保护装置 2 1 4 3 6 5 继电器端子接线图 I*U*Ia Ia QF PT CT 常用的采用常用的采用90接线的接线的 功率继电器如图所示，功率继电器如图所示，其接线端子其接线端子5和和6之间的之间的 电压线圈接电压线圈接BC相电压，相电压，而接线端子而接线端子2和和4之间的之间的 电流线圈接入电流线圈接入A相电流。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和和3之间的常开触点闭合。之间的常开触点闭合。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统
16、 5.1.3.4 差动继电器：差动继电器：图中继电器的节点端子图中继电器的节点端子2、5、3及及1采用星型接法，分别与变采用星型接法，分别与变压器高、中、低三侧的压器高、中、低三侧的C相相CT相接，在继电器内部经过变流器相接，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，流继电器感应差流的大小，决定是否动作；当差流越限（时，继电器接线端子继电器接线端子10和和12之间的常开触点闭合。之间的常开触点闭合。风电场电气系统风电场电气系统 风电场电气二次系统风电场电气二次系统 5.1.3.5 时间继电器时间继电器 常由其它继电器或控制元件启动，用以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判别某一状态的持续时间间，使被控设备或电路按照预定的时间动作。，使被控设备或电路按照预定的时间动作。4 3 6 5 2 1 送去断路器 操作机构 8 7 KM+KM-继电器端子接线图 KA 图为由图为由电流继电器和时间继电器电流继电器和时间继电器组成的带时限过电