风电场电气工程第五章

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风电场电气系统第5章 风电场电气二次系统介绍电气二次部分的含义和功能，以及电气二 次系统的主要设备及其原理，使大家了解风电场和 升压变电站电气二次系统的构成及电气二次系统的 图形表示方法，并对我国目前已普遍采用的变电站 综合自动化技术有一定的认知。

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第5章 风电场电气二次系统

第5章风电场电气二次系统关注的问题 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？ 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 变电站综合自动化技术 教学目标 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， 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。风电场电气工程

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第5章 风电场电气二次系统

第5章风电场电气二次系统对一次设备的工作进行监测、控制、调节、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需的低压电气设备， 称为二次设备，如熔断器、控制开关、继电器、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 节和保护的电气回路称为二次回路或二次接线系统。

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第5章 风电场电气二次系统

§5.1 继电器§5.1.1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，即线 圈和触点的基本设计。 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 动铁片、复位弹簧组成。 当继电器线圈带电后，继电器触点在 可动铁片的带动下位置发生变化，这 可动铁片 是线圈中流过电流所产生的电磁力吸 线 触点端子 圈 引可动铁片的结果。 端线圈 端子

子 触点

i线圈部分 触点 端子

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第5章 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。 线圈可以反映不同的电气量，进而用于实现触点位置的变换。 通常所要反映的电气量有若干种，例如某一特定电压/电流 (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。 继电器的触点也可以有不同的逻辑。 依靠不同类型的线圈和不同类型的触点，继电器可以实现二 次回路中比较复杂的逻辑。

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§5.1.1继电器的结构和原理BS HD 电路2 电路1 220V-

+ 5V-

+

按钮BS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 路2中的继电器触点处于

打开位置。

当按钮按下时，电路1接通，继电 器线圈中有电流流过，产生磁场， 形成线圈对可动铁片的吸附，连接 于电路2中的继电器触点闭合，接 于电路2中的灯泡会亮起来。风电场电气工程

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§5.1.2 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 系统)的处理方式，以简化的符号来表示继电器和二次电路。继电器内部示意+220V LD -220V 电路2 +220V +220V SB

KC2 4HA -220V 电路3 +220V 电路4 -220V 220V 电路1

1 3 9 5 7

HD

6 8

-

图中的继电器有8个接线端子，其线圈通过7-8端子与外部电 路连接、1-2端子间为常开触点、4-6端子间接有延时闭合的常 开触点、5-9端子间为常闭触点、5-3端子间为常开触点，而端 子5是端子3和9的公共端子。 SB按下分析上图工作原理。风电场电气工程

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§5.1.2 继电器表示符号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 电器等，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。 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。

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§5.1.3 常用的继电器类型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、 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，等等。 这些继电器的主要区别在于其控制电路的不同。

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§5.1.3.1电流继电器 电流继电器反映一次回路中的电流越限，常用于二次系统的保 护回路，例如用于电机、变压器和输电线路等设备的过负荷及 短路保护。 它的继电器线圈接入CT的二次侧交流电流回路，触点则引出 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 器分闸。

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§5.1.3.1 电流继电器QF IC' 2 4 6 IC 8 1 3 5启动时间继电器或

直接接于控制回路触发断路器QF跳闸

7

继电器端子接线图

XX线

继电器接线端子2和8之间的两个线圈串联，2和8端子和继电 器外部的CT交流电路相连，用于判别某线路中C相电流是否超 过继电器的整定值。当电流越限时，继电器接线端子1和3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 用于控制回路中的断路器跳闸。风电场电气工程

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§5.1.3.2 电压继电器 电压继电器用于继电保护装置中的过电压保护或欠电压闭锁 其线圈接入PT二次侧的交流电压小母线上，触点用于启动控

制回路跳闸或与其它保护继电器组成相关保护逻辑。PT二次交流电压 小母线 至其它保护 装置 至其它保护 装置

A B C N

电压继电器引入PT二次交流电压 小母线的A、C相之间的线电压， 用于闭锁其它保护元件。

1 3 5 7 继电器端子接线图

2 4 6 8

闭锁其它 回路

系统正常运行时，接线端子2和8串联的线圈带有100V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。风电场电气工程

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§5.1.3.3 功率继电器： 功率继电器判别某支路上流过的功率的方向，动作限值是一个 角度区间。 当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。PT至其它保护装置 至其它保护装置 常用的采用90°接线的 CT Ia 1 2 功率继电器如图所示， 3 4 其接线端子5和6之间的 I 6 U 5 电压线圈接BC相电压， a 继电器端子接线图 而接线端子2和4之间的 电流线圈接入A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 1和3之间的常开触点'

QF

A B C N*

I

*

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§5.1.3.4 差动继电器：

图中继电器的节点端子2、5、3及1采用星型接法，分别与变 压器高、中、低三侧的C相CT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 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10和12之间的常开触点闭合。风电场电气工程

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§5.1.3.5 时间继电器 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 间，使被控设备或电路按照预定的时间动作。KM+KA

KM2 1 3 5 7

图为由电流继电器和时间继电器 组成的带时限过电流逻辑电路

送去断路器 操作机构

46 8

继电器端子接线图

当电流继电器KA触点闭合后，时间继电器的线圈带电，但接线 端子4和6之间的延时闭合常开触点并不闭合，只有当KA触点持 续闭合，时间继电器线圈持续带电超过时间继电器整定的时间 后，4和6之间的延时闭合常开触点才闭合，给断路器操作机构 发出跳闸命令。风电场电气工程

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§5.1.3.6 中间继电器 中间继电器常用于二次系统中增加某一控制电路触点数量和容量BM+ KM1+ KA 2 1 3 5 7 BM断路器1操作机构 断路器2操作机构 断路器3操作机构

46

KM1KM2KM3-

KM2+KM3+

8

继电器端子接线图

当电流继电器KA触点闭合后，中间继电器的线圈带电，其三 个常开触点闭合，闭合的触点用于触发多个断路器操作机构 的跳闸。通过本例可以看出，使用

中间继电器可以方便地实 现将某一控制命令下发到多个控制回路中。风电场电气工程

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§5.1.4 继电保护的接线图§5.1.4.1 原理接线图 在二次系统的应用中常采用原理接线图来描述某一设备的继 电保护动作原理。 KS 至信号QFYT QF + KA2 + KA1 KA1 KS XB

KA1、KA2交流电流继电器 KS 信号继电器 断路器 断路器跳闸线圈 连接片(压板)

KA2

QF YT XB

A

C

上图为10kV及35kV线路中常用的采用两相CT作为相间保护的 电流速断保护原理图。 原理接线图只描述继电保护回路搭建的基本原理风电场电气工程

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第5章 风电场电气二次系统TAa A411 C411 N411 KA1 KA2

§5.1.4.2 展开接线图 展开图对于二次回路的描述是按 照回路表示的，由于不同的回路 实现不同的功能，因此它其实是 以功能来描述二次回路的。相间电流速断保护的展开接线图

TAc

速 断 保 护

交 流 回 路

+KA1 KS XB QF YT

电源 跳闸 回路 直 流 回 路

KA2 至信号 KS

信号

整个回路的布置采用从上往下、从左往右的方式来描述逻辑功 能的实现。为了便于理解，图形描述的右侧一般需要加入对回路 的文字描述。

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§5.2 二次部分的其它元件§5.2.1 接触器接触器的原理和继电器类似，电力系统中常用的电磁型的接触 器，也是依靠线圈带电来吸附触点的分合。 在电气二次部分，接触器常用于断路器的合闸，其线圈接于断 路器的操作回路，触点接入合闸回路，用以分合较大的合闸电 流。

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§5.2.1 接触器断路器辅助触点不同于继电器触点，它是位置触点，联动于断 路器位置的变化，当断路器处于分位时，常开触点为分、常闭 触点为合，断路器分闸时则刚好相反。 为了显示断路器的当前状态，在电动合闸回路和电动分闸回路 中并联有红绿灯指示回路。 在电力系统中常用红灯表示断路器处于合闸位置，绿灯表示断 路器处于分闸位置； 但电路连接中，却是绿灯串联高电阻接入合闸回路，而红灯串 联高电阻接入分闸回路。

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§5.2.1 接触器+FU1 QF SB1 LD SB2 HD R + FU3 KM YC R QF 1 2 QF 3 4

FU2 KM

控制小母 线 熔断器电动合闸回路

绿灯指示 回路电动跳闸回路

YT

红灯指示 回路

KM FU4

-

合闸回路

SB1和断路器QF常闭辅助触点(1、2之间)、合闸接触器 KM的线圈形成合闸回路；SB2和断路器QF常开辅助触点(3、 4之间)、跳闸线圈YT形成跳闸回路。风电场电气工程

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