第一章直流及不間斷電源系統
第一節概述
為供給繼電保護、控制、訊號、計算機監控、事故照明、交流不間斷電源等直流負荷，變電站內應設由蓄電池供電的直流系統。
第二節站內直流母線接線方式簡介
一、變電所直流系統典型接線
變電站常用的直流母線接線方式有單母線分段和雙母線兩種。雙母線突出優點在於可在不間斷對負荷供電的情況下，查詢直流系統接地。但雙母線刀開關用量大，直流屏內裝置擁擠，檢查維護不便，新建的220-500kv變電站多採用單母線分段接線。
220kv變電所直流系統典型接線：（如下圖10-1）
220kv變電所直流系統典型接線：（如下圖10-2）
二、 站內直流電壓特點的簡介：
變電所的強電直流電壓為：110v或220v，弱電直流電壓為48v。
強電直流採用110v的優點：
1）蓄電池個數少，降低了蓄電池組本身的造價，減少蓄電池室的建築面積，減少蓄電池組平時的維護量。
2）對地絕緣的裕度大，減少直流系統接地故障的機率，在一定程度上提高直流系統的可靠性。
3）直流迴路中觸點的斷開時，對連線迴路產生干擾電壓，直流用110v時，能降低干擾電壓幅值。
4）對人員較安全，減少中間繼電器的斷線故障。
強電直流採用110v的缺點：
1） 變電站占地面積大，電纜截面大，給施工帶來困難。
2） 一般線路的高頻保護的收發信機輸出功率大小與直流電壓有關，對長線路的保護不利。
3） 交流的220v照明電源和110v的直流電源無法直接切換，需增加變壓器和逆變電源，增加事故照明迴路的複雜性。
4） 在站內有大容量直流電動機的情況下，增大電纜截面，增加投資。
基於技術和經濟上的考慮，對於採用集中控制（電纜線較長）的220-500kv變電站，強電直流系統的工作電壓宜選用220v。
當變電站規模較小或全戶內的220kv變電所情況下，控制電纜長度較小時，強電直流系統的工作電壓宜選用220v。
500kv變電所多採用分布式控制方式，二次裝置分部控制，在主控室和分控室都設有獨立的直流系統控制，電纜的長度大大縮短，變電所的蓄電池組數多。這種情況下變電所強電直流系統的工作電壓宜選用110v。
三、 變電站弱電直流系統的電壓：
按我國的慣例，變電所弱電系統的工作電壓一般採用48v，這一電壓等級也符合國際標準。
第三節直流系統的絕緣監察和電壓監察
一、提高直流系統
直流系統的絕緣水平，直接影響到直流系統乃至變電所的安全執行。當變電所的絕緣降低造成接地或極間短路時，將造成嚴重後果。
為防止直流系統絕緣水平下降危及安全執行，可採用以下對策：
（1） 對於直流系統直接連線的二次裝置絕緣水平有嚴格的要求。
（2） 在有條件的情況下，將保護、斷路器控制用直流和其他裝置用直流分開。
（3） 戶外端子箱、操作機構，要採用具有防水、防潮、防塵、密封的結構。
（4） 戶外電纜溝及電纜隧道要有良好的排水設施。
（5） 主控室內的控制、保護屏宜採用前後帶門的封閉式結構。
（6） 對直流系統的絕緣水平要進行經常性的監視。
（7） 採用110v的直流系統。
二、直流系統的絕緣監察
1．電磁式絕緣監查裝置
利用電橋原理構成的電磁型直流系統絕緣監查裝置的接線如圖10-13所示。這種裝置具有發出絕緣下降的訊號和測量絕緣電阻值兩種功能。
2．電子型直流系統絕緣監察裝置：
電子型直流系統監視裝置的原理接線如圖10-14所示。裝置內有低頻訊號發生器，產生一低頻正弦訊號家在直流母線與地之間。當某一直流饋線迴路對地絕緣下降或接地時，低頻訊號迴路溝通，可使訊號裝置動作報警。
四、 直流系統的電壓監察
直流母線電壓應保持在85～110%範圍之間。電壓過高，將使訊號裝置的燈泡壽命降低，經常勵磁的繼電器線圈過熱。電壓過低，訊號燈亮度不夠，繼電器和斷路器的機構動作不正常。
第四節變電所的不間斷電源系統
交流不間斷電源系統的印文縮寫為：ups（uninterrupted power supply），簡稱為ups系統。
一、對ups系統的基本要求：
（1） 保證在變電所正常執行和事故停電狀態下為計算機、自動化儀表、繼電保護裝置提供不間斷的交流電源。
（2） 在變電所全所停電的情況下，ups滿負荷、連續供電的時間不得少於半小時。
（3） ups的負荷側與其交流電源間應設有抗干擾的隔離措施，防止用電系統的暫態干擾進入負荷側。
（4） ups應配備有效的過電流保護、過電壓保護、指示儀表、就地訊號和遠方訊號的空觸點。
（5） ups應密封、防塵、防潮、通風，適應在0～40度室溫下連續工作。
（6） ups應有良好的電磁遮蔽措施。
（7） ups應有較高的電壓輸出指標。
二、ups的構成及工作原理。
ups是由整流器、逆變器、旁路隔離變壓器、逆止二極體、靜態開關、手動切換開關、同步控制電路、直流輸入電路、交流輸入電路等部分組成。
（1） 整流器。它的作用是將所用電系統的交流整流後與蓄電池系統的直流併聯，為逆變器提供電源。
（2） 逆變器。它的作用是將整流器輸出的直流或來自蓄電池組的直流變換成正弦交流，它是ups裝置中的核心部件。（原理見圖10-19、10-20）
（3） 旁路隔離變壓器。它的作用是當逆變迴路故障時能自動地將ups負荷切換到旁路迴路。
（4） 靜態開關。它的作用是將來自變壓器的交流電源和旁路交流電源選擇其一送至ups負荷。
（5） 手動切換開關。它的作用是在維修或需要時將ups的負荷再逆變迴路和旁路迴路之間進行手動切換。
（6） 訊號及保護迴路。ups屏上設多種訊號，以便監視其執行狀態。
第二章變電站直流控制系統
第一節變電站控制系統的設計
一、變電站控制系統的設計
1． 控制迴路的設計：是指從控制指令的發出到執行元件動作，全部電氣迴路接線設計。包括控制迴路工作電壓的選擇，控制迴路接線設計，閉鎖迴路、監視迴路、訊號迴路、電源迴路的設計。
2． 控制迴路的選擇：包括控制屏、操作繼電器屏、接線端子屏、控制開關、操作中間繼電器、訊號指示裝置、閉鎖裝置、計量表計、變送器、控制迴路電纜、熔斷器等裝置的選擇。
3． 控制迴路的布置：包括住控制室的布置，繼電器室、計算機室的布置，控制屏、各種繼電器屏、電度表屏、變送器屏的屏面布置。
二、對控制系統的基本要求。
1． 要有高的可靠性。
2． 要有適應各種執行方式的完整的控制功能。
3． 控制操作要簡單方便。
4． 要提高控制系統的經濟性。
5． 控制系統應留有與繼電保護和自動裝置的介面。
6． 控制系統要有靈活性。
7． 要有抗干擾措施和防誤操作的閉鎖。
第二節變電站斷路器控制迴路
在發電廠和變電站中對斷路器的跳、合閘控制是通過斷路器的控制迴路以及操動機構來實現的。控制迴路是連線一次裝置和二次裝置的橋梁，通過控制迴路，可以實現二次裝置對一次裝置的操控。通過控制迴路，實現了低壓裝置對高壓裝置的控制。
一、控制訊號傳送過程
（一）常規變電站控制訊號傳輸過程
某線路高壓開關控制訊號傳遞過程
由上圖可以看出，斷路器的控制操作，有下列幾種情況：
主控制室遠方操作：通過控制屏操作把手將操作命令傳遞到保護屏操作外掛程式，再由保護屏操作外掛程式傳遞到開關機構箱，驅動跳、合閘線圈。
就地操作：通過機構箱上的操作按鈕進行就地操作。
遙控操作：排程端發遙控命令，通過通訊裝置、遠動裝置將操作訊號傳遞至變電站遠動屏，遠動屏將空接點訊號傳遞到保護屏，實現斷路器的操作。
開關本身保護裝置、重合閘裝置動作，發跳、合閘命令至操作外掛程式，引起開關進行跳、合閘操作。
母差、低頻減載等其他保護裝置及自動裝置動作，引起斷路器跳閘。
可以看出，前三項為人為操作，後兩項為自動操作，因此斷路器的操作據此可分為人為操作和自動操作。
根據操作時相對斷路器距離的遠近，可分為就地操作、遠方操作、遙控操作。就地通過開關機構箱本身操作按鈕進行的操作為就地操作，有些開關的保護裝置裝在開關櫃上，相應的操作迴路也在就地，這樣通過保護裝置上操作迴路進行的操作也是就地操作，保護裝置在主控室，在主控室進行的操作為遠方操作，通過排程端進行的操作為遙控操作。
（二）綜自站控制訊號傳輸過程
某線路高壓開關控制訊號傳遞過程
操作方式與常規變電站相比，僅在遠方操作和遙控操作時不同。
在主控室內進行遠方操作，一般是通過後台機進行，操作命令傳達到測控裝置，啟動測控裝置跳、合閘繼電器，跳、合閘訊號傳遞到保護裝置操作外掛程式，啟動操作外掛程式手跳、手合繼電器，手跳、手合繼電器觸點接通跳、合閘迴路，啟動斷路器跳、合閘。當後台機宕機或其它原因不能操作時，可以在測控屏進行操作。
遙控操作由排程端（或集控站端）傳送操作命令，經通訊裝置至站內遠動通訊屏，遠動通訊屏將命令**至站內保護通訊屏，然後保護通訊屏將命令傳輸至測控屏，逐級向下傳輸。
需要指出，有些老站遙控命令是通過後台機進行傳輸的，如虛線圖所示，但由於後台機宕機時，將不能進行遙控操作，現在新上站，遙控通道不再經後台機，提高了遙控操作可靠性。
二、常規斷路器控制迴路原理
下圖為最簡單的斷路器控制迴路原理圖
kk—控制開關 hc—合閘線圈或合閘接觸器線圈（電磁機構）
tq—跳閘線圈 dl—斷路器輔助接點 1zj—保護及自動裝置接點
bcj—保護出口繼電器接點 hq—電磁機構中的斷路器合閘線圈
（一）合閘迴路
斷路器合閘迴路由以下幾部分組成
合閘啟動迴路 → 斷路器輔助接點（常閉）→ 合閘線圈
手動合閘或自動合閘時，合閘啟動迴路瞬時接通，合閘線圈勵磁，啟動斷路器操動機構，開關合上後，串於合閘迴路的斷路器常閉接點開啟，斷開合閘迴路。
（二）跳閘迴路
斷路器跳閘迴路由以下幾部分組成
跳閘啟動迴路 → 斷路器輔助接點（常開）→ 跳閘線圈
手動跳閘或自動跳閘時，跳閘啟動迴路瞬時接通，跳閘線圈勵磁，啟動斷路器操動機構，開關跳開後，串於跳閘迴路的斷路器常開接點開啟，斷開跳閘迴路。
（三）斷路器輔助接點的作用
在操作迴路中串入斷路器輔助接點的作用：（1）跳閘線圈與合閘線圈廠家是按短時通電設計的，在跳、合閘操作完成後，通過dl觸點自動地將操作迴路切斷，以保證跳、合閘線圈的安全；（2）跳、合閘啟動迴路的觸點（操作把手觸點、繼電器觸點）由於受自身斷開容量限制，不能很好地切斷操作迴路的電流，如果由它們斷開操作電流，將會在操作過程中拉弧，致使觸點燒毀。斷路器輔助接點斷開容量大，由斷路器輔助接點斷開操作電流，可以很好地滅弧，保護控制開關及繼電器接點不被燒毀。
（四）斷路器防跳迴路
以上只是最簡單的斷路器控制迴路示意圖，在生產過程中，有時由於控制開關原因或自動裝置觸點原因，在斷路器合閘後，上述啟動迴路觸點未斷開，合閘命令一直存在，此時，如果繼電保護動作，開關跳閘，但由於合閘脈衝一直存在，則會在開關跳閘後重新合閘，如果線路故障為永久性故障，保護將再次將開關跳開，持續存在的合閘脈衝將會使開關再次合閘，如此將會發生多次的「跳—合」現象，此種現象被稱為「跳躍」。斷路器的多次跳躍，會使斷路器毀壞，造成事故擴大。因此，必須對操作迴路進行改進，防止「跳躍」發生。
防跳繼電器就是專門用於防止斷路器跳躍的。（有些開關機構本省設計有防跳功能）在操作迴路中增加防跳迴路後示意圖如圖所示。
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