淺論發電廠電力系統二次設備的配置與選擇

摘要：二次回路是發電廠電力系統安全生產、經濟運行、可靠供電的重要保障，是發電廠中不可缺少的重要組成部分。二次回路包括控制回路、信號回路、測量回路、調節回路、繼電保護及操作性自動裝置回路、操作電源系統。從二次回路保護設備的選擇、控制和信號回路設備的選擇、控制電纜的選擇方面予以論述。

關鍵詞：發電廠 ；電力系統；二次設備；配置與選擇

作者簡介：劉陽（1976-），男，遼寧沈陽人，國電東北（沈陽）熱力有限公司皇姑分公司，經理，工程師。（遼寧 沈陽 110030）

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）15-0237-02

發電廠的一次設備也稱為主設備，是構成發電廠電力系統的主體，是直接生產、輸送、分配電能的電氣設備，包括發電機、電力變壓器、斷路器、隔離開關、電力母線、電力電纜和輸電線路等。發電廠的二次設備是對一次設備進行監測、控制、調節和保護的電氣設備，包括測量儀表、控制及信號器具、繼電保護和自動裝置等。一次設備及其相互連接的回路稱為一次回路，又稱為主回路或主系統或主電路，二次設備及其相互連接的回路稱為二次回路。二次回路是發電廠電力系統安全生產、經濟運行、可靠供電的重要保障，是發電廠中不可缺少的重要組成部分。二次回路包括控制回路、信號回路、測量回路、調節回路、繼電保護及操作性自動裝置回路、操作電源系統。本文分別從三個方面就發電廠電力系統二次設備的選擇進行論述。

一、二次回路保護設備的選擇

二次回路的保護設備用以切除二次回路的短路故障，并作為回路檢修和調試時斷開交、直流電源之用。保護設備一般采用熔斷器，也可以采用自動開關。本章只論述二次直流回路保護設備的配置與選擇。

1.熔斷器的配置

熔斷器配置的一般原則是，二次回路發生短路故障時應盡量縮小其影響范圍；當直流回路發生接地時，應便于尋找接地點；應使接線簡化，電纜芯數較少。

控制和保護回路的控制電源一般是從控制小母線經過熔斷器接至二次設備的。控制和保護回路熔斷器的配置，一是同一安裝單位（或同一高層系統）的控制、保護和自動裝置一般合用一組熔斷器。當一個安裝單位（如35kV和110kV饋線）內只有一臺斷路器時，只裝一組熔斷器；當一個安裝單元（如三繞組變壓器或自耦變壓器）有幾臺斷路器時，各側斷路器的控制回路分別裝設熔斷器，對其公用的保護回路應根據主系統運行方式和反事故措施的要求，決定接于電源側斷路器的熔斷器上或另行設置熔斷器。二是發電機出口斷路器和自動滅磁裝置的控制回路一般合用一組熔斷器。但對于發電機三繞組（或自耦）變壓器組，當發電機出口不設斷路器時自動滅磁裝置的控制回路應單獨設置熔斷器；三是兩個及以上安裝單元的公用保護和自動裝置（如母線保護等）應裝設單獨的熔斷器。對于雙回線路的公用保護也應裝設單獨的熔斷器。四是控制、保護和自動裝置用的熔斷器均應加以監視，一般用斷路器控制回路的監視裝置來完成。對于單獨裝設熔斷器的回路，一般用繼電器進行監視，其發信號的觸點應接至另外的電源。

信號回路熔斷器的配置。每個安裝單元的信號回路（包括隔離開關的位置信號、事故和預告信號、指揮信號等）一般用一組熔斷器。公用的信號回路（如中央信號等）應裝設單獨的熔斷器。廠用電源和母線設備信號回路一般分別裝設公用的熔斷器。閃光小母線M100（+）的分支線上一般不裝設熔斷器。信號回路用的熔斷器均應加以監視，一般用隔離開關的位置指示器進行監視，也可以用繼電器或信號燈來監視。

2.熔斷器的選擇

熔斷器應按二次回路最大負載電流選擇。控制、信號和保護回路熔斷器的選擇，通常根據所采用的斷路器及操作機構、控制及保護回路直流電源的電壓等級來選擇。目前一般選用RM10型和RL1型熔斷器。由于RL1型熔斷器具有熔斷器顯示信號以及更換操作安全方便等特點，因而得到較多的選用。各級熔斷器應相互配合，要求上一級熔斷器熔件的額定電流比下一級熔件電流大2～3倍。

合閘及電動機回路熔斷器的選擇。斷路器合閘回路熔斷器的作用主要是防止合閘線圈因長時間帶電而被燒毀。因此，熔斷器的額定電流一般選為合閘電流的0.25～0.3倍，其熔斷時間應大于斷路器固有合閘時間。對于彈簧操作的直流電動機回路，其熔斷器的額定電流應躲過電動機啟動電流。

二、控制和信號回路設備的選擇

1.控制開關的選擇

控制開關應根據回路需要的觸點數、回路的額定電壓、額定電流和分析容量、操作回路及操作的頻繁程度進行選擇。

2.信號燈及附加電阻的選擇

燈光監視控制回路的信號燈及附加電阻按下列條件進行選擇：當燈泡引出線上短路時，通過跳、合閘操作線圈回路的電流，應小于其回路最小動作電流及長期熱穩定電流，一般不大于操作線圈額定電流的10%；當直流母線電壓為其額定電壓的95%時，加上信號燈上的電壓不應低于信號燈額定電壓的60%至70%，以保證適當的亮度。

3.繼電器和接觸器的選擇

其一，跳、合閘回路中的中間繼電器和合閘接觸器的選擇。跳、合閘中間繼電器電流（自保持）線圈的額定電流，按斷路器跳、合閘線圈的額定電流來選擇，并保證靈敏系數不小于1.5。

用于220kV及以上斷路器的分組控制回路的跳、合閘繼電器通常采用DZB-257、DZB-12B、YZJ1-5、DZB-11B型和DZK-135型等中間繼電器。

對于電磁操作機構的斷路器，由于合閘電流較大、不能直接由控制開關或繼電器的觸點接通斷路器的合閘線圈回路，因此，在合閘回路中設有中間轉換設備——合閘（直流）接觸器。目前主要采用CZ0-40C型（代替CZ9或CZ6）和CZ0-100CX型（代替CZ9-50型）等直流接觸器，它們能與各種信號燈相配合。當控制回路需要接觸器帶有輔助觸電時則選用CZ0-40CA型或CZ0-100CA型直流接觸器。

其二，跳、合閘位置繼電器的選擇。跳、合閘位置繼電器除按直流額定電壓、所需觸點類型和數量進行選擇外，還應滿足以下條件：正常情況下，通過跳、合閘操作線圈的電流不應大于操作回路最小動作電流及長期熱穩定電流；當直流母線電壓為額定電壓的85%時，繼電器的電壓不應小于繼電器額定電壓的70%，以便保證繼電器可靠動作。目前，位置繼電器通常采用DZ-300、DZ-31B或DZ-5型中間繼電器。

其三，自動重合閘繼電器及其出口繼電器的選擇。自動重合閘繼電器及其出口繼電器額定電流應與其啟動元件的動作電流相配合，并保證靈敏系數不小于1.5。在分相操作電路中，其出口接至合閘繼電器，應按合閘繼電器電壓線圈及其并聯的電阻來選擇。

其四，“防跳”繼電器的選擇。型式的選擇應采用啟動電壓保持的中間繼電器，動作時間應不大于斷路器的固有跳閘時間。對于35kV及以下的斷路器通常采用DZB-513、DZB-15B和DZB-284型等的中間繼電器。

參數應按以下條件進行選擇與整定：電流啟動線圈的額定電流按斷路器跳閘線圈額定電流的二分之一來選擇；電壓自保持線圈的額定電壓按直流母線的額定電壓來選擇。

其五，信號繼電器及附加電阻的選擇。目前較多采用的按電磁原理構成的DX型信號繼電器，它具有機械摘牌裝置，動作后限號牌落下，需要手動復位。它分為串聯（或稱電流）型和并聯（或稱電壓）型兩種。

串聯信號繼電器串接在中間繼電器KC線圈回路中，由于KC線圈電阻很大，而串聯信號繼電器KS1和KS2內阻很小，并要求有一定電流才能動作。為保證信號繼電器和中間繼電器均能正確動作，要求在0.8倍額定電壓情況下，由于信號繼電器的串接而引起的電壓降不應大于額定電壓的10%；要求在額定電壓下，信號繼電器靈敏系數不小于1.4。并聯信號繼電器的選擇條件應根據直流額定電壓來選擇。例如用在直流220V系統中的并聯信號繼電器，選DX-11/220型即可。

三、控制電纜的選擇

1.控制電纜型式及芯線的選擇

控制電纜一般選用聚氯乙烯絕緣、護套銅芯控制電纜（KYV、KVV型），也可以選用橡皮絕緣聚氯乙烯護套或氯丁護套銅芯控制電纜（KXV、KXF型）。當有特殊要求時，采用有防護措施的銅芯電纜。例如：

對于計算機、巡檢及遠動低電平傳輸線路、數字脈沖傳輸線路和其他有可能受到強烈電磁場干擾的測量、控制線路，應使用屏蔽電纜或鉛包鎧裝電纜，一般可選用聚氯乙烯絕緣、護套信號電纜（PVV型）。當屏蔽要求較高時，可選用聚乙烯絕緣鋼帶繞包屏蔽塑料電纜（KYP2-22型），或選用鉛包電纜（KXQ20型），或選用多芯屏蔽電子計算機電纜（DJYVP型）。

敏感的低電平線路應采取可降低干擾電壓的措施，如絞線穿金屬管道等。對不耐光照的絕緣電纜（如聚氯乙烯絕緣電纜）應采用其他防日照措施，以防老化。在有可能遭受油類污染腐蝕的地方應采用耐油電纜或采用其他防油措施。

為了提高直流系統的絕緣水平，強電控制電纜的額定電壓不應低于500V，弱電控制電纜的額定電壓不應低于250V。

為便于敷設，力求減少電纜的根數，控制電纜選用多芯電纜。當芯線截面為1.5平方毫米時，電纜芯數不宜超過37芯；當芯線截面為2.5平方毫米時，電纜芯數不宜超過24芯；當芯線截面為4～6平方毫米時，電纜芯數不宜超過10芯。弱電電纜芯數不宜超過50芯。

控制電纜應留有適當的備用芯線作為設計改進或芯線拆斷時用。電纜芯數及備用芯線應按下列因素，并結合電纜長度、截面及敷設條件等綜合考慮：較長的控制電纜在7芯以上，截面小于4平方毫米時應留有必要的備用芯，但同一安裝單位的同一起止點的控制電纜中每根電纜不必都留有備用芯，可在同類性質的一根電纜中留用；對較長的控制電纜應盡量減少電纜根數，同時也應避免電纜芯的多次轉接；一根電纜中不宜有兩個安裝單位的電纜芯，并盡量避免一根電纜同時接至屏的兩側端子排上。在一個安裝單位內交、直流回路的電纜截面相同時，必要時可共用一根電纜；強電回路和弱電回路不應共用同一根電纜，以免強電回路對弱電回路干擾。

2.控制電纜截面的選擇

按機械強度要求，銅芯控制電纜芯線截面不應小于1.5平方毫米。

其一，電流回路控制電纜的選擇。電流回路的控制電纜芯線截面不應小于2.5平方毫米，其允許電流為20A，由于電流互感器二次額定電流為5A。因此，不需按額定電流校驗電纜芯線截面，也不需要按短路電流校驗其熱穩定，只需按電流互感器準確度等級所允許的導線阻抗來選擇電纜芯線的截面。

其二，電壓回路控制電纜的選擇。電壓回路用的控制電纜按允許電壓降來選擇電纜芯線截面。確定電壓回路壓降的原則為：對用戶計費的0.5級電能表，其電壓回路電壓降不宜大于額定電壓的0.25%；在正常情況下，至測量儀的電壓降不應超過額定電壓的1%～3%；當全部保護裝置和儀表都工作時，至保護和自動裝置屏的電壓降不應超過額定電壓的3%；電壓互感器到自動調整勵磁裝置的連接電纜芯線截面也按允許電壓降選擇，當在最大負載電流時其電壓降不應超過額定電壓的3%。

其三，控制回路與信號回路控制電纜的選擇。控制回路與信號回路用的控制電纜應根據其機械強度來選擇，銅芯電纜芯線截面不應小于1.5平方毫米。

（責任編輯：王祝萍）