发电厂及变电站电气二次 第6章 信号.docx

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发电厂及变电站电气二次第6章信号

第6章信号回路

教学目的：

掌握信号回路的类型、信号回路的基本要求、中央事故信号系统、由ZC－23型冲击继电器构成的中央预告信号电路、由JC－2型冲击继电器构成的中央预告信号电路及交流系统装置

复习旧课：

掌握断路器控制方式、断路器控制回路的基本要求、断路器的基本跳、合闸控制回路、灯光监视的断路器控制回路、灯光监察液压操作机构操作断路器控制回路；重点：

掌握中央事故信号系统、由ZC－23型冲击继电器构成的中央预告信号电路、由JC－2型冲击继电器构成的中央预告信号电路及交流系统装置；

难点：

掌握中央事故信号系统、由ZC－23型冲击继电器构成的中央预告信号电路、由JC－2型冲击继电器构成的中央预告信号电路及交流系统装置；

引入新课：

第一节　　概述

在发电厂和变电站中，远行人员为了及时发现与分析故障，迅速消除和处理事故，统一调度和协调生产，除了依靠测量仪表来监视设备运行情况外，还必须借助灯光和音响信号装置来反映设备正常和非正常的运行状况。

一、信号回路的类型

信号回路按其电源可分为强电信号回路和弱电信号回路。

本章只介绍强电信号回路。

信号回路按其用途可分为：

（1）事故信号。

当断路器事故跳闸时，继电保护动作启动蜂鸣器发出较强的音响，以引起运行人员注意，同时断路器位置指示灯发出闪光，指明事故对象及性质。

（2）预告信号。

当设备发生故障而出现不正常运行状况时，继电保护动作起动警铃发出音响，同时标有故障性质的光字牌也点亮。

它可以帮助运行人员发现故障和隐患，以便及时处理。

发电厂和变电所中常见的预告信号有：

（1）发电机、变压器等电气设备过负荷。

（2）变压器油温过高、轻瓦斯保护动作及通风设备故障等。

（3）SF6气体绝缘设备的气压异常。

（4）直流系统绝缘损坏或严重降低。

（5）断路器控制回路及互感器二次回路断线。

（6）小电流接地系统单相接地故障。

（7）发电机转子回路一点接地。

（8）继电保护和自动装置交、直流电源断线。

（9）信号继电器动作（掉牌）未复归。

（10）强行励磁动作。

（11）断路器三相位置或有载调压变压器三相分接头位置不一致。

（12）压缩空气系统故障、液压操动机构的压力异常等。

预告信号又分为瞬时预告信号和延时预告信号两种。

瞬时预告信号是指故障一旦发生就立即发出的信号；延时预告信号是指故障发生后延时一定时间再发出的信号。

所谓“瞬时预告信号”就是预告信号立即发出，所谓“延时预告信号”就是预告信号经延时后再发出。

但是根据运行经验发现，占比例很少的延时预告信号常易产生误动或拒动，因此在SDJ1－84《火力发电厂技术设计规程》中取消了“中央预告信号应有瞬时和延时两种”的规定，而将预告信号电路中的冲击继电器带上0.2～0.3s的短延时。

我国近10年来在300MW发电机组中已取消了延时预告和瞬时预告的区别，使中央信号系统得到简化和统一。

（3）位置信号。

位置信号包括断路器、隔离开关（如图6－1所示）、接触器、电力变压器的有载调压分接头位置信号。

（4）指挥信号和联系信号。

指挥信号是用于主控制室向各控制室发出操作命令的。

联系信号用于各控制室之间的联系。

在以上各种信号中，事故信号与预告（故障）信号全厂（所）共用一套，并设于中央控制室内，因此又称为中央信号系统，

中央信号回路按音响信号的复归办法可分为就地复归和中央复归。

按其音响信号的动作性能可分为能重复动作和不能重复动作。

本章介绍中央复归能重复动作的中央信号回路。

二、信号回路的基本要求

发电厂和变电站的信号回路应满足以下要求：

（1）断路器事故跳闸时，能及时发出音响信号（蜂鸣器声），并使相应的位置指示器闪光，亮“掉牌未复归”光字牌。

（2）发生故障时，能及时发出区别于事故音响的另一种音响（警铃声），并使显示故障性质的光字牌点亮。

（3）中央信号应能保证断路器的位置指示正确。

对音响监视的断路器控制信号电路，应能实现亮屏（运行时断路器位置指示灯亮）或暗屏（运行时断路器位置指示灯暗）运行。

（4）对事故信号、预告信号及其光字牌，应能进行是否完好的试验。

（5）音响信号应能重复动作，并能手动及自动复归，而故障性质的显示灯仍保留。

（6）大型发电厂及变电所发生事故时，应能通过事故信号的分析迅速确定事故的性质。

（7）对指挥信号、联系信号等，应根据需要装设。

其装设原则是应使运行人员能迅速、准确地确定所得到信号的性质和地点。

第二节　　中央事故信号系统

事故信号是指发电厂和变电所发生事故时断路器跳闸所发出的最紧急性信号。

目前，在大、中型发电厂和变电所中，虽然已有新型的闪光报警和事故记录装置出现，但传统的事故信号装置仍占绝大多数。

应用最广的有：

就地复归的事故音响信号装置、中央复归（不重复动作）的事故信号装置、中央复归能重复动作的事故信号装置。

下面以中央复归能重复动作的事故信号装置为例作一分析。

具有中央复归能重复动作的事故信号电路的主要元件是冲击继电器，它可接受各种事故脉冲，并转换成音响信号。

采用不同的元件构成不同型号的冲击继电器，目前发电厂和变电所中应用较多的是ZC－23型冲击继电器、BC－4S型冲击继电器、BC－4Y型冲击继电器、JC－2型冲击继电器等，但其共同点是都具有接收信号的元件（如脉冲变流器或电阻）以及相应的执行元件。

图7—1为事故音响信号起动电路。

图中U为冲击继电器的脉冲变流器、K为出口继电器；＋700、－700为信号小母线；M708为音响小母线；SA1～SAn为断路器的控制开关。

当断路器发生事故跳闸时，接于M708与－700之间对应的不对应起动回路接通（如断路器QF1跳闸，其常闭触点闭合，此时SA1在“合闸后”位置，SA1－3、SA17－19触点接通），在脉冲交流器U的一次侧将出现一个阶跃性的直流电流，在U的二次侧，感应出一个与之相对应的尖锋脉冲电流，此电流使执行元件K动作。

K动作后，再起动后续回路发出音响信号。

当脉冲交流器U的一次侧电流达稳定值后，二次侧感应电势即消失，K可能返回，也可能不返回，视所用冲击继电器的类型而定。

不论K返回与否，音响信号将靠自保持回路的作用继续发出，直到发出音响解除命令为止，音响停止，K返回，自保持解除。

音响起动回路的复归，是将相应断路器的控制开关扳至“跳闸后”位置完成的。

当前次发出的音响信号被解除，而相应起动电路尚未复归时，第二台断路器QF2又自动跳闸，第二条不对应回路又接通，在M708与－700之间又并联一支起动回路，从而使脉冲变流器U一次侧电流又增大（因为每一支并联回路中均串有电阻R），二次侧再感应出尖锋脉冲电流，使K再次动作。

可见，脉冲变流器不仅接收了事故脉冲并将其变成执行元件动作的尖脉冲，而且把起动回路与音响信号回路分开，以保证音响信号一经起动，即与起动它的不对应回路无关，从而达到了音响信号重复动作的目的。

一、由ZC－23型冲击继电器构成的中央事故信号电路

（一）ZC一23型冲击继电器的内部电路及工作原理

ZC一23型冲击继电器的内部电路如图7－2所示。

图7—2中，U为变流器；KC为中间继电器；KRD为干簧继电器；V1、V2为二极管；C为电容器。

干簧继电器KRD的结构原理图如图7－3所示。

图7—3中，干簧继电器是由干簧管和线圈组成的。

干簧管是一个密封的玻璃管，其舌簧触点是绕结在与簧片热膨胀系数相适应的红丹玻璃管中，管内充以氮等惰性气体，以减少触点污染及电腐蚀。

舌簧片由坡莫合金做成，具有良好的导磁性和弹性。

舌簧触点表面镀有金、铑、钯等金属，以保证良好的通断能力，并延长寿命。

当线圈中通入电流时，在线圈内部有磁通穿过，使舌簧片磁化，其自由端产生的磁极性正好相反。

当通过的电流达继电器的起动值时，干簧片靠磁的“异性相吸”而闭合，接通外电路；当线圈中的电流降低到继电器的返回值时，舌簧片靠自身弹性返回，触点断开。

干簧继电器动作无方向性，且灵敏性高、消耗功率少、动作速度快（约几毫秒）、结构简单体积小，因而得到越来越广泛的应用。

ZC－23型冲击继电器的基本原理是：

利用串接在直流信号回路的微分变流器U将回路中跃变后持续的矩形电流脉冲变成短暂的尖峰电流脉冲，去起动干簧继电器KRD，干簧继电器KRD的常开触点闭合，去起动出口中间继电器KC。

微分变流器一次侧并接的二极管V2、电容器C起抗干扰作用；其二次侧并接的二极管V1的作用是把由于一次回路电流突然减少而产生的反向电势所引起的二次电流旁路掉，使其不流入干簧继电器KRD线圈。

因为干簧继电器动作无方向性，任何方向的电流都能使其动作。

（二）ZC－23型冲击继电器构成的中央事故信号电路图及工作原理

图7－4所示为由ZC－23型冲击继电器构成的中央事故信号电路。

图中SB1为试验按钮；SB3为音响解除按钮；K1为冲击继电器；KC1为中间继电器；KVS1为电源监视继电器。

此电路可以中央复归重复动作。

其动作过程如下：

1．事故信号的起动

当断路器发生事故跳闸时，对应事故单元的控制开关与断路器的位置出现不对应，M708与－700小母线之间形成通路，通过K1中脉冲变流器U一次线圈的电流突然增大，经变流器U微分后，送入干簧继电器KRD的线圈使其动作，其常开触点闭合起动出口中间继电器KC，使冲击继电器K的端子6和端子14接通，起动蜂鸣器HAU，发出音响信号。

当U二次侧感应电势消失后，KRD线圈中的尖峰脉冲电流消失，即

，KRD触点返回，而KC经其常开触点自保持。

2．事故信号的复归

由KC起动KT1，KT1常开触点延时闭合，起动中间继电器KC1，KC1的常闭触点断开，使KC线圈失电，其三对常开触点全部返回，音响信号停止，实现了音响信号的延时自动复归。

此时，起动回路的电流已到稳态，KRD不会再起动。

这样冲击继电器所有元件都复归，准备再次动作。

此外，按下音响解除按钮SB3，可实现音响信号的手动复归。

当起动回路的脉冲电流信号中途突然消失时，由于变流器U的作用，在KRD线圈上产生的反向脉冲被二极管V1旁路掉，则KRD及KC都不会动作。

3．事故信号的重复动作

事故信号的重复动作是必要的，因为在大型发电厂和变电所中断路器的数量较多，出现连续事故跳闸是可能的。

当第二个事故信号来临时，则在第一个稳态电流信号的基础上再叠加一个矩形的脉冲电流。

在脉冲变流器U一次侧电流突变的瞬间，其二次侧又感应出电势，产生尖峰电流，使KRD起动。

动作过程与第一次一样，即实现了音响信号的重复动作。

4．音响信号试验

为了确保中央事故信号经常处于完好的状态，在电路中装设了音响试验按钮SB1。

按下SB1，冲击继电器K起动，蜂鸣器响，再经延时自动解除音响，从而实现了手动模拟断路器事故跳闸的情况。

5．事故信号电路的监视

监视继电器KVS1用来监视FU1和FU2。

当FU1或FU2熔断或接触不良时，KVS1线圈失电，其常闭触点（在预告信号回路中）闭合，点亮“事故信号熔断器熔断”光字牌，并发出预告音响信号。

二、由JC－2冲击继电器构成的中央音响信号电路

JC一2型冲击继电器的内部电路如图7—5所示。

JC－2型冲击继电器是利用电容充放电起动极化继电器的原理构成的。

KP为极化继电器。

此继电器具有双位置特性。

图7－6为由JC－2型冲击继电器构成的中央事故信号电路。

此电路可以中央复归重复动作。

图中M7271、M7272为6～10kV配电装置I、II段事故信号小母线；SB3为音响解除按钮；SB1为试验按钮；K为冲击继电器；KC1为中间继电器；KT1为时间继电器；KCA1、　为事故信号继电器。

其动作过程如下：

1．事故信号的起动

当断路器事故跳闸时，对应的事故单元的控制开关与断路器的位置出现不对应，M708与－700小母线间形成通路，产生脉冲电流信号，使冲击继电器K起动，其端子1和3接通，起动中间继电器KC1，KC1的第一对常开触点闭合，起动蜂鸣器HAU，发出事故音响信号。

2．事故信号的复归

由中间继电器KC1的常开触点起动KT1，KT1的触点延时闭合，将冲击继电器的端子2接负电源，迫使K复归，且K的常开触点返回，端子1和端子3断开，中间继电器KC1失电，断开蜂鸣器，从而实现了音响信号的延时自动复归。

此时，整个回路恢复原状，准备再次动作。

按下音响解除按SB3，可实现音响信号的手动复归。

3．6～10kV配电装置的事故信号

6～10kV线路均为就地控制，如果6～10kV断路器事故跳闸，也会起动事故信号。

为了简化接线，6～10kV配电装置的事故信号小母线分为两段，即M7271、M7272，每段上分别接入一定数量的起动回路。

当M7271或M7272段上的任一断路器事故跳闸，小母线M701与M7271或M7272之间形成通路，事故信号继电器KCA1或KCA2动作，其常开触点闭合，短接M708、－700，去起动冲击继电器K，发出事故音响信号。

另一对KCA1或KCA2常开触点闭合，点亮光字牌（见图7－10）。

此外，音响信号的重复动作、试验及事故信号电路的监视与图7－4相似，不再复述。

6～10kV配电装置的控制、保护、信号等若集中布置在中控室时，则可取消M701、M7271、M7272小母线以及KCA1、KCA2事故继电器和相应的回路。

第三节　　由ZC－23型冲击继电器构成的中央预告信号电路

中央预告信号系统和中央事故信号系统一样，都由冲击继电器构成，但起动回路、重复动作的构成元件及音响装置有所不同。

具体区别有以下几点：

（1）事故信号是利用不对应原理将电源与事故音响小母线接通来起动的；预告信号则是利用继电保护出口继电器触点K与预告信号小母线接通来启动的，如图7—7所示、

（2）事故信号是由每一起动回路中串接一电阻启动的，重复动作则是通过突然并入一起动回路（相当于突然并入一电阻）引起电流突变而实现的。

预告信号是在起动回路中用信号灯代替电阻启动的，重复动作则是通过启动回路并入信号灯实现的。

（3）事故信号用蜂鸣器作为发音装置，而预告信号则用警铃。

图7－7所示为由ZC－23型冲击继电器构成的中央预告信号的起动电路。

图中K1为冲击继电器，SM为转换开关，在工作位置时SM13－14、SM15－16触点接通。

如果电气设备发生不正常状况（如变压器过负荷），则图7－7中的K触点闭合（K为变压器过负荷保护继电器的触点），这时信号电源十700→K→H→M7O9和M710→SM→冲击继电器的脉冲变流器U→－700，形成通路，起动冲击继电器K1，经延时起动警铃，发出预告信号。

由于全厂、所的小母线是公用的，所有的光字牌都并联在M709、M710预告信号小母线上，任何设备发生异常起动光字牌，都将起动冲击继电器延时发出预告信号。

预告信号的重复起动是靠突然并入另一光字牌H来产生脉冲电流起动冲击继电器实现的。

图7－8为由ZC－23型冲击继电器构成的中央预告信号电路。

图中M709、M710为预告信号小母线；SB、SB2为试验按钮；SB4为音响解除按钮；SM为转换开关；K2、K3为冲击继电器；KC2、KT2、KS分别为中间、时间、信号继电器；KVS2为电源监视继电器；H1、H2为光字牌；HW为监视灯；HAB为警铃。

预告信号设置0.2～0.3s的短延时，并使其具有冲击自动复归的特性，以避免某些瞬时性故障误发信号和满足某些异常状态不需要瞬时发信号的要求。

本电路中利用了两只冲击继电器反极性串联，就是为了实现其冲击自动复归特性。

其动作过程如下：

1．预告信号的起动

将SM置于“工作”位置，SM13－14、SM15－16触点接通，如果此时发生异常，结合图7－7所示，K触点闭合，使十700→FU1→K→H→＋M709→SM13－14（或M710→SM15－16）→K2→K3→FU2→－700形成通路，出现电流突变，在两个冲击继电器脉冲变流器的二次侧均感应脉冲电动势，由于K3的脉冲变流器是反向连接，其二次侧感应电动势被其二极管V1短路，因此，只有K2的干簧继电器KRD动作，其常开触点闭合起动中间继电器K2－KC，K2－KC的一对常开触点实现自保持；另一对常开触点闭合，使K2的端子6和14接通，起动KT2，KT2经0.2～0.3s的短延时后触点闭合，又去起动KC2，KC2常开触点闭合接通HAB回路，发出音响信号。

同时相应光字牌（见图7－7所示）也会亮，示出异常的性质。

2．预告信号的复归

如果KT2的延时触点尚未闭合，异常消失，出口继电器K触点返回，则由于脉冲变流器K2－U、K3－U的一次电流突然减少或消失，在相应的二次侧将感应出负的脉冲电势。

此时K2－U二次侧的脉冲电势被其二极管K2－V1短路，相反，干簧继电器K3－KRD动作，起动K3－KC，K3－KC的一对常开触点闭合自保持；其常闭触点断开（即K3的端子4和5断开），切断K2－KC的自保持回路，使K2－KC复归，KT2也随之复归，预告信号即不能发出，实现了冲击自动复归。

如果延时自动复归时，KC2的另一对常开触点闭合（在图7－4的中央事故信号回路中）起动事故信号回路中KT1（此时间继电器为事故信号和预告信号公用），经延时后又起动KC1，KC1的常闭触点断开，在两图中，复归事故和预告信号回路中的所有继电器，并解除音响信号，实现了音响信号的延时自动复归。

按下SB4，可实现音响信号的手动复归。

3．预告信号的重复动作

预告信号的重复动作是靠突然并入起动回路一电阻，使流过冲击继电器中变流器一次侧电流发生突变来实现的。

光字牌中的灯泡即为电阻。

4．光字牌检查

发电厂和变电所中光字牌的数量很多，除了中央光字牌外，在各控制屏上几乎都装有光字牌，而且正常运行时光字牌又不亮，所以必须经常检查。

图7－9为光字牌查灯电路。

如图所示，所有光字牌可通过转换开关SM检查其指示灯是否完好。

检查时，将SM投向“试验”位置，其触点SM1－2、SM3－4、SM5－6、SM7－8、SM9－10、SM11－12接通。

使预告信号小母线M709接M700，M710接－700。

此时，如果光字牌中指示灯全亮，说明光字牌完好。

否则，更换之。

需要注意的是，发预告信号时，光字牌的两只灯泡是并联的，灯泡两端电压为电源的电压，所以灯泡发亮；检查时，两灯泡是串联的，灯泡发暗光，且其中一只损坏时，两只灯泡都不亮。

5．预告信号电路的监视

预告信号回路的电源用KVS2监视，正常时KVS2带电，其延时断开的常开触点闭合，HW亮，如果熔断器熔断、接触不良或回路断线，其常闭触点将闭合，HW变为闪光。

第四节　　由JC－2型冲击继电器构成的中央预告信号电路

及交流系统装置

一、由JC－2型冲击继电器构成的中央预告信号电路

图7－10为由JC－2型冲击继电器构成的中央预告信号电路。

图K2为冲击继电器；M7291、M7292为6～10kV配电装置I、II段预告信号小母线；M703、M716为掉牌未复归小母线；KCR1、KCR2为预告信号继电器。

其动作过程如下：

1．预告信号的起动

与ZC－23型冲击继电器构成的预告信号电路类似，当设备出现不正常运行状况时，预告信号起动电路接通，标有异常性质的光字牌点亮，并使冲击继电器K2起动。

K2的端子1和3之间的常开触点闭合后，起动时间继电器KT2，其触点经0.2～0.3s短延时后闭合，起动中间继电器KC2及警铃HAB，发出音响信号。

2．预告信号复归

中间继电器KC2起动后，其一对常开触点（在图7－6中）闭合，起动时间继电器KT1，KT1的常开触点（在图7－10中）经延时闭合，使冲击继电器K2因其端子2按正电源十700而复归，并解除音响信号，实现了音响信号的延时自动复归。

当异常在0.2～0.3s内消失时，由于冲击继电器K2内的电阻上的电压出现减量使其冲击自动复归，从而避免了误发信号。

按下按钮SB4可实现预告信号的手动复归。

3．6～10kV配电装置预告信号回路

M7291、M7292预告信号小母线上，各设一信号继电器KCR1、KCR2，当6～10kV配电装置发生异常时，KCR1、KCR2的一对触点去起动预告信号起动电路发音响信号；另一对触点与KCA1、KCA2并联后去起动光字牌H2或H3。

这样就既有预告音响信号，又有光字信号。

此外，本电路音响信号的重复动作、查灯电路、电源监视与图7－8相似，不再分析。

二、交流系统闪光装置

图示为由中间继电器和电磁式时间继电器构成的闪光装置，原理接线图如图7－11所示。

其动作过程如下：

当断路器事故跳闸或自动投入时，事故信号的冲击继电器动作，其触点K闭合，使中间继电器KC带电。

KC的常开触点闭合，常闭触点断开，一方面KC自保持；另一方面切断HW正常电源，将HW切换至M100上。

同时KC还接通整流桥电源，KT1带电，其触点瞬时闭合，一方面M100带电，此时，断路器的绿灯或红灯亮；另一方面KT2带电，其触点瞬时断开，使KT1断电，KT1触点延时断开。

则M100小母线失电，断路器绿灯或红灯灭。

KT2也同时失电，其触点延时闭合，KT1又带电，M100同时亦带电，之后失电。

这样两只时间继电器交替动作，使M100小母线交替获得电压，断路器的绿灯或红灯就一明一暗闪光。

操作断路器的控制开关，使断路器的位置与控制开关位置对应，即解除了事故信号，冲击继电器复归，KC失电，闪光停止，闪光装置复归。