浅论发电厂电力系统二次设备的配置与选择

摘要：二次回路是发电厂电力系统安全生产、经济运行、可靠供电的重要保障，是发电厂中不可缺少的重要组成部分。二次回路包括控制回路、信号回路、测量回路、调节回路、继电保护及操作性自动装置回路、操作电源系统。从二次回路保护设备的选择、控制和信号回路设备的选择、控制电缆的选择方面予以论述。

关键词：发电厂 ；电力系统；二次设备；配置与选择

作者简介：刘阳（1976-），男，辽宁沈阳人，国电东北（沈阳）热力有限公司皇姑分公司，经理，工程师。（辽宁 沈阳 110030）

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）15-0237-02

发电厂的一次设备也称为主设备，是构成发电厂电力系统的主体，是直接生产、输送、分配电能的电气设备，包括发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电线路等。发电厂的二次设备是对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气设备，包括测量仪表、控制及信号器具、继电保护和自动装置等。一次设备及其相互连接的回路称为一次回路，又称为主回路或主系统或主电路，二次设备及其相互连接的回路称为二次回路。二次回路是发电厂电力系统安全生产、经济运行、可靠供电的重要保障，是发电厂中不可缺少的重要组成部分。二次回路包括控制回路、信号回路、测量回路、调节回路、继电保护及操作性自动装置回路、操作电源系统。本文分别从三个方面就发电厂电力系统二次设备的选择进行论述。

一、二次回路保护设备的选择

二次回路的保护设备用以切除二次回路的短路故障，并作为回路检修和调试时断开交、直流电源之用。保护设备一般采用熔断器，也可以采用自动开关。本章只论述二次直流回路保护设备的配置与选择。

1.熔断器的配置

熔断器配置的一般原则是，二次回路发生短路故障时应尽量缩小其影响范围；当直流回路发生接地时，应便于寻找接地点；应使接线简化，电缆芯数较少。

控制和保护回路的控制电源一般是从控制小母线经过熔断器接至二次设备的。控制和保护回路熔断器的配置，一是同一安装单位（或同一高层系统）的控制、保护和自动装置一般合用一组熔断器。当一个安装单位（如35kV和110kV馈线）内只有一台断路器时，只装一组熔断器；当一个安装单元（如三绕组变压器或自耦变压器）有几台断路器时，各侧断路器的控制回路分别装设熔断器，对其公用的保护回路应根据主系统运行方式和反事故措施的要求，决定接于电源侧断路器的熔断器上或另行设置熔断器。二是发电机出口断路器和自动灭磁装置的控制回路一般合用一组熔断器。但对于发电机三绕组（或自耦）变压器组，当发电机出口不设断路器时自动灭磁装置的控制回路应单独设置熔断器；三是两个及以上安装单元的公用保护和自动装置（如母线保护等）应装设单独的熔断器。对于双回线路的公用保护也应装设单独的熔断器。四是控制、保护和自动装置用的熔断器均应加以监视，一般用断路器控制回路的监视装置来完成。对于单独装设熔断器的回路，一般用继电器进行监视，其发信号的触点应接至另外的电源。

信号回路熔断器的配置。每个安装单元的信号回路（包括隔离开关的位置信号、事故和预告信号、指挥信号等）一般用一组熔断器。公用的信号回路（如中央信号等）应装设单独的熔断器。厂用电源和母线设备信号回路一般分别装设公用的熔断器。闪光小母线M100（+）的分支线上一般不装设熔断器。信号回路用的熔断器均应加以监视，一般用隔离开关的位置指示器进行监视，也可以用继电器或信号灯来监视。

2.熔断器的选择

熔断器应按二次回路最大负载电流选择。控制、信号和保护回路熔断器的选择，通常根据所采用的断路器及操作机构、控制及保护回路直流电源的电压等级来选择。目前一般选用RM10型和RL1型熔断器。由于RL1型熔断器具有熔断器显示信号以及更换操作安全方便等特点，因而得到较多的选用。各级熔断器应相互配合，要求上一级熔断器熔件的额定电流比下一级熔件电流大2～3倍。

合闸及电动机回路熔断器的选择。断路器合闸回路熔断器的作用主要是防止合闸线圈因长时间带电而被烧毁。因此，熔断器的额定电流一般选为合闸电流的0.25～0.3倍，其熔断时间应大于断路器固有合闸时间。对于弹簧操作的直流电动机回路，其熔断器的额定电流应躲过电动机启动电流。

二、控制和信号回路设备的选择

1.控制开关的选择

控制开关应根据回路需要的触点数、回路的额定电压、额定电流和分析容量、操作回路及操作的频繁程度进行选择。

2.信号灯及附加电阻的选择

灯光监视控制回路的信号灯及附加电阻按下列条件进行选择：当灯泡引出线上短路时，通过跳、合闸操作线圈回路的电流，应小于其回路最小动作电流及长期热稳定电流，一般不大于操作线圈额定电流的10%；当直流母线电压为其额定电压的95%时，加上信号灯上的电压不应低于信号灯额定电压的60%至70%，以保证适当的亮度。

3.继电器和接触器的选择

其一，跳、合闸回路中的中间继电器和合闸接触器的选择。跳、合闸中间继电器电流（自保持）线圈的额定电流，按断路器跳、合闸线圈的额定电流来选择，并保证灵敏系数不小于1.5。

用于220kV及以上断路器的分组控制回路的跳、合闸继电器通常采用DZB-257、DZB-12B、YZJ1-5、DZB-11B型和DZK-135型等中間继电器。

对于电磁操作机构的断路器，由于合闸电流较大、不能直接由控制开关或继电器的触点接通断路器的合闸线圈回路，因此，在合闸回路中设有中间转换设备——合闸（直流）接触器。目前主要采用CZ0-40C型（代替CZ9或CZ6）和CZ0-100CX型（代替CZ9-50型）等直流接触器，它们能与各种信号灯相配合。当控制回路需要接触器带有辅助触电时则选用CZ0-40CA型或CZ0-100CA型直流接触器。

其二，跳、合闸位置继电器的选择。跳、合闸位置继电器除按直流额定电压、所需触点类型和数量进行选择外，还应满足以下条件：正常情况下，通过跳、合闸操作线圈的电流不应大于操作回路最小动作电流及长期热稳定电流；当直流母线电压为额定电压的85%时，继电器的电压不应小于继电器额定电压的70%，以便保证继电器可靠动作。目前，位置继电器通常采用DZ-300、DZ-31B或DZ-5型中间继电器。

其三，自动重合闸继电器及其出口继电器的选择。自动重合闸继电器及其出口继电器额定电流应与其启动元件的动作电流相配合，并保证灵敏系数不小于1.5。在分相操作电路中，其出口接至合闸继电器，应按合闸继电器电压线圈及其并联的电阻来选择。

其四，“防跳”继电器的选择。型式的选择应采用启动电压保持的中间继电器，动作时间应不大于断路器的固有跳闸时间。对于35kV及以下的断路器通常采用DZB-513、DZB-15B和DZB-284型等的中间继电器。

参数应按以下条件进行选择与整定：电流启动线圈的额定电流按断路器跳闸线圈额定电流的二分之一来选择；电压自保持线圈的额定电压按直流母线的额定电压来选择。

其五，信号继电器及附加电阻的选择。目前较多采用的按电磁原理构成的DX型信号继电器，它具有机械摘牌装置，动作后限号牌落下，需要手动复位。它分为串联（或称电流）型和并联（或称电压）型两种。

串联信号继电器串接在中间继电器KC线圈回路中，由于KC线圈电阻很大，而串联信号继电器KS1和KS2内阻很小，并要求有一定电流才能动作。为保证信号继电器和中间继电器均能正确动作，要求在0.8倍额定电压情况下，由于信号继电器的串接而引起的电压降不应大于额定电压的10%；要求在额定电压下，信号继电器灵敏系数不小于1.4。并联信号继电器的选择条件应根据直流额定电压来选择。例如用在直流220V系统中的并联信号继电器，选DX-11/220型即可。

三、控制电缆的选择

1.控制电缆型式及芯线的选择

控制电缆一般选用聚氯乙烯绝缘、护套铜芯控制电缆（KYV、KVV型），也可以选用橡皮绝缘聚氯乙烯护套或氯丁护套铜芯控制电缆（KXV、KXF型）。当有特殊要求时，采用有防护措施的铜芯电缆。例如：

对于计算机、巡检及远动低电平传输线路、数字脉冲传输线路和其他有可能受到强烈电磁场干扰的测量、控制线路，应使用屏蔽电缆或铅包铠装电缆，一般可选用聚氯乙烯绝缘、护套信号电缆（PVV型）。当屏蔽要求较高时，可选用聚乙烯绝缘钢带绕包屏蔽塑料电缆（KYP2-22型），或选用铅包电缆（KXQ20型），或选用多芯屏蔽电子计算机电缆（DJYVP型）。

敏感的低电平线路应采取可降低干扰电压的措施，如绞线穿金属管道等。对不耐光照的绝缘电缆（如聚氯乙烯绝缘电缆）应采用其他防日照措施，以防老化。在有可能遭受油类污染腐蚀的地方应采用耐油电缆或采用其他防油措施。

为了提高直流系统的绝缘水平，强电控制电缆的额定电压不应低于500V，弱电控制电缆的额定电压不应低于250V。

为便于敷设，力求减少电缆的根数，控制电缆选用多芯电缆。当芯线截面为1.5平方毫米时，电缆芯数不宜超过37芯；当芯线截面为2.5平方毫米时，电缆芯数不宜超过24芯；当芯线截面为4～6平方毫米时，电缆芯数不宜超过10芯。弱电电缆芯数不宜超过50芯。

控制电缆应留有适当的备用芯线作为设计改进或芯线拆断时用。电缆芯数及备用芯线應按下列因素，并结合电缆长度、截面及敷设条件等综合考虑：较长的控制电缆在7芯以上，截面小于4平方毫米时应留有必要的备用芯，但同一安装单位的同一起止点的控制电缆中每根电缆不必都留有备用芯，可在同类性质的一根电缆中留用；对较长的控制电缆应尽量减少电缆根数，同时也应避免电缆芯的多次转接；一根电缆中不宜有两个安装单位的电缆芯，并尽量避免一根电缆同时接至屏的两侧端子排上。在一个安装单位内交、直流回路的电缆截面相同时，必要时可共用一根电缆；强电回路和弱电回路不应共用同一根电缆，以免强电回路对弱电回路干扰。

2.控制电缆截面的选择

按机械强度要求，铜芯控制电缆芯线截面不应小于1.5平方毫米。

其一，电流回路控制电缆的选择。电流回路的控制电缆芯线截面不应小于2.5平方毫米，其允许电流为20A，由于电流互感器二次额定电流为5A。因此，不需按额定电流校验电缆芯线截面，也不需要按短路电流校验其热稳定，只需按电流互感器准确度等级所允许的导线阻抗来选择电缆芯线的截面。

其二，电压回路控制电缆的选择。电压回路用的控制电缆按允许电压降来选择电缆芯线截面。确定电压回路压降的原则为：对用户计费的0.5级电能表，其电压回路电压降不宜大于额定电压的0.25%；在正常情况下，至测量仪的电压降不应超过额定电压的1%～3%；当全部保护装置和仪表都工作时，至保护和自动装置屏的电压降不应超过额定电压的3%；电压互感器到自动调整励磁装置的连接电缆芯线截面也按允许电压降选择，当在最大负载电流时其电压降不应超过额定电压的3%。

其三，控制回路与信号回路控制电缆的选择。控制回路与信号回路用的控制电缆应根据其机械强度来选择，铜芯电缆芯线截面不应小于1.5平方毫米。

（责任编辑：王祝萍）