电气二次控制回路基础分析

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  【摘要】电力系统的二次控制回路的功能是控制、保护、测量、调节一次回路,二次控制回路在电力系统稳定、安全运行过程中,作用重要。如何对二次控制回路进行操作、控制至关重要。文章对二次控制回路的概念、现状及主要元器件做了简要分析。
  【关键词】二次控制回路;功能;分析
  电力系统既往检修机制已无法实现电网经济性、安全性需求。因此,探讨二次控制回路功能就提上了日程。
  一、电气二次控制回路概述
  二次控制回路(secondary control circuit)实际上是一个低压回路,其主要包括了隔离开关与断路器的电气闭锁回路、操作电源回路、继电保护回路、开关控制及信号回路、测量回路等全部低压回路。
  二次控制回路是由电路中的二次元器件互相联结而成的,其功能在于对一次设备提供调节、控制、监测、保护。二次控制回路中的元器件通常包括刀闸开关、熔断器、按钮、行程开关、接触器、继电器、测量监视器及自动装置等,这些元器件经由电缆形成连接电路。
  因为二次控制回路测量、调节、保护、控制、监视电力系统中一次回路内所有电器设备的参数指标、工作状况。所以,凡是自动装置、继电保护、控制操作信号、监视测量表等经由电缆连接而成的回路,统称其为二次回路(也叫二次接线)。
  电力系统中,电能生产、分配、输送等需大量电气设备,经过电缆组合、构成发电、输电、配电主系统,基于主系统可靠、连续、稳定、安全运行所需,其运行方式会不时变化,而其运行状况也需适时监控。如果系统内某个元器件产生运行故障,要能迅速发现、替换掉此元器件,这样才能保证电力系统、设备安全、平稳运转。监护、发现、替换功能要由主系统之外的电气设施才可以实现。这些主系统之外的电气设备就是二次控制回路中的主要设备,这些设备连接成为电气二次控制回路后,便可以用于测量、监视、控制、继电保护、安全自动装置、通信以及各种自动化系统等,用于保证主系统安全、可靠、稳定运行。
  电气二次控制回路是变电站、配电站、发电厂等安全运行、生产、维护的重要构成部分,其对于电力系统的安全、可靠运行功能重大。经验表明,良好的电气控制二次回路会对电气一次系统的安全运行实施全面的监测、报警、控制、保护,是快速、准确、可靠地预报和切除故障,使电气一次系统安全、可靠、经济运行的重要保证。
  二、电气二次控制回路现状
  二次控制回路内涵广泛,但回路中的基本元器件是互感器二次电路以及控制、信号、测量、同步、保护、直流等系统元件,这些元器件的基本功能一直保持稳定,其基本的工作原理、连接方式基本维持不变。从技术范畴来看,现今的二次控制回路历经数十年的科技发展,变化较大,以往单一的强电控制形式已发生了根本性改变,例如,变电所或发电厂中的二次控制回路,目前已不再仅仅是强电控制,而是形成了强电控制、弱电控制以及微机控制等各种不同控制方式同时存在的局面。再比如,二次控制回路中传统的多触点万能开关业已为如今结构更为简单的切换开关或控制开关所取代。电力系统革新在保持稳步运行基础上,可谓时刻发展变化。这种变化的趋势表现在,由以往零散、单纯、庞大的电磁继电器等,向当今的集成、小微、晶体管保护设备等方面发展。
  特别是近代科技发展,电子科技、自动控制技术、通信技术、计算机技术发展迅猛,升级更迭频繁,这些进步技术于变电所、发电厂等电力系统的二次控制回路的应用已经让当代电力系统走上发展的快车道,一台电脑便可以将电力系统的管理、运行、保护、信号、测量、控制等所有功能融合,电力系统已经实现自动化综合系统、计算机监控下的信息共享系统,这就从根本上彻底颠覆了常规的电力系统二次控制回路中元器件安装调试复杂、设备庞杂、功能独立等弊端,从而使得电力系统前所未有地更加安全、便利。
  三、电气二次控制回路重点
  电气二次控制回路这个低压电路中,开关,熔断器,接触器,起动器,继电器(包括热继电器、时间继电器)等是其关键构成元件。下面简要介绍一下开关(主要指刀开关)、熔断器两种元件。
  开关(刀开关),是二次控制回路中极其简单的手动控制元件,其功能是切断或接通电路。从操作方式来看,开关包括远距离连杆操作式开关与直接手柄操作式开关;从刀级数来讲,包括单极开关、双极开关、三极开关。开关通常控制5.5千瓦、380伏以下小电机,操作过程中,因为电机起动电流较大,开关通常挑选(3-5)异步电机额定电流为宜。
  熔断器也是电气二次控制回路中一种最简单的保护性元器件,其功能主要是短路保护。从其灭弧形式看,包括填料式熔断器及无填料式熔断器两类;从其结构来看,包括了开启式熔断器、半封闭式熔断器及封闭式熔断器三种类型;
  不同的电气二次控制回路中,根据功能需要不同,其低压控制元器件的种类、数量、型号也存在着一定的差别,但是,开关,熔断器,接触器,起动器,继电器等是基本的设备,必不可少。
  由于电力系统的二次控制回路通常处于强电磁环境下,所以,强化管理已成为必须。以变电站为例来讲,一直以来,由于变电站内的直流系统二次控制回路受到各种因素影响,开关无故障跳闸现象发生频繁,这就在相当程度上干扰了一次设备的平稳运转,给工农业生产及公众生活造成很大影响。
  正是基于上述原因,近年来,探索电气二次控制回路系统的抗干扰能力就成了电力行业所要面对的一个现实问题,业内专家学者对此也多次展开调研、论证,以求找到良好的应对之策。
  目前,专家们的观点是:先行分类客观存在的干扰信号(依据干扰信号耦合方式,干扰信号分为:二次控制回路自身所致干扰、地电位差所致干扰、辐射耦合所致干扰、感性耦合所致干扰、容性耦合所致干扰)。其次,分类查找各种干扰源,探索干扰源给二次控制回路带来的耦合原理。与此同时,专家们还探讨了数字化对于二次控制回路的干扰现象。从干扰耦合机理来展开二次控制回路中的跳闸模拟分析,历经多次试验,专家得出结论,那就是,二次跳闸回路如果受到影响,抑或二次系统故障后,由于存在杂散电容等,都有可能引发二次跳闸,而且,杂散电容越大,越容易引起二次回路异动。专家同时认为,环境、电缆长度、电力设备运行频率等都是致使二次控制回路发生故障的可能性因素,而且已经有部分怀疑被专家所论证,比如上述的变电站杂散电容问题,就是一个实例。
  有鉴于此,专家们给出了诸如变电站一类的电气二次控制回路中所存在的故障排除措施,比如,实施多种耦合抑制,设备进行接地处理,优化电缆敷设等等,同时,专家还建议设备研发、制造、生产者要着力提升设备性能,提升二次控制回路中元器件的运行可靠性
  四、总结
  对于电气二次控制回路的重要性来说,已不言而喻,一次设备的稳定运行,电力系统的安全保障与二次控制回路息息相关,没有二次控制回路的有效运行,也就谈不上电力系统的平稳、安全。因此,电力系统内的二次控制回路工作必须要引起高度重视。
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  作者简介:陈梁松(1984—),男,安徽淮南人,助理工程师,研究方向:二次回路控制系统。
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