第2章
2.1常用名词解释
微机保护
在与用户或者设计单位交流沟通的过程中，大家会听到一些行业名词，在这里先作简单的解释。
发电厂：又称发电站，是将自然界的各种一次能源转换为电能（二次能源）的工厂。发电厂按其所利用能源的不同，分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电场以及风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂等类型。
电力系统：为了充分利用动力资源，减少燃料运输，降低发电成本，因此有必要在有水力资源的地方建造水电站，而在有煤燃料资源多的地方建造火电厂。但这些有动力资源的地方往往离用电中心较远，所以必须用高压输电线路进行远距离输电。由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为电力系统。图2-1是一个电力系统简图。
3.15~20kV
35~500kV
6~10kV
220/380V
G
发电机
升压变压器发电厂
高压输电线
降压变压器区域变电所
高压输电线
降压变压器低压配电线
用户
图2-1电力系统简图
额定电压：在规定条件下，保证电力设备正常工作的工作电压值。
表2-1
我国三相交流电网和电力设备的额定电压
分类低压
电网的额定电压等级（kV）
0.380.66
发电机额定电压（kV）
0.40.69
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电力变压器额定电压（kV）一次绕组0.380.66
二次绕组0.40.69
3610—
高压
3566110220330500
3.156.310.513.8，15.75，18，20，22，24，26
——————
3，3.156，6.310，10.513.8，15.75，18，20，22，24，26
3566110220330500
3.15，3.36.3，6.610.5，11—38.572.5121242363550
电压等级：电网的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要和电力工业的水平，经全面的技术经济分析后确定的。它是确定各类电力设备额定电压的基本依据。
2.2常见一次设备
变电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路，或称为主电路、主接线。一次电路中所有的电气设备，称为一次设备或一次元件。
输电线路、变压器、电动机等一次设备是日常生活中经常可以看到的，它们的用途也为大家所熟知，这里只介绍一些日常看不到且我们接触较多的设备。
开关：电力系统运行方式的改变，故障的隔离及消除，设备的投入和切除等频繁操作，都是通过开关电器来实现的。目前使用的开关电器种类较多，按其功能可分为以下几种：
1）仅用于正常情况下断开或接通正常工作电流的开关设备，如高压负荷开关、低压闸刀开关、接触器和磁力启动器等。
2）仅在故障或过负荷情况下切断或闭合故障电流和过载电流的开关设备，如高低压熔断器。
3）既能开断或闭合正常工作电流，又能开断、闭合故障电流的开关设备，常见的有：高低压断路器和低压空气开关。
4）仅用于检修时隔离带电部分的开关电器，主要指隔离开关。
断路器：高压断路器是电力系统最重要的开关设备，它担负着控制和保护的双重任务。实用于电力系统运行的高压断路器种类较多，其相应灭弧介质、灭弧结构及灭弧原
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理也各不相同。按灭弧介质的不同，断路器可分为：油断路器、压缩空气断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、磁吹断路器、固体产气断路器(简称自产气断路器)。按安装方式的不同，可分为抽出式断路器和固定式断路器。
图2-2高压断路器
隔离开关：隔离开关是一种没有灭弧装置的开关设备。它一般只用来关合和开断有电压无负荷的线路，而不能用以开断负荷电流和短路电流，需要与断路器配合使用，由断路器来完成带负荷线路的关合、开断任务。
图2-3隔离开关
负荷开关：负荷开关用于电网中，其主要作用是用于配电系统中关合、开断正常条件下（含规定的过载系数）的电流，并能通过规定的异常（短路）电流，即负荷开关可以分、合正常的负荷电流和关合短路电流，但不能作为电路中的保护开关，因此它必须与具有开断短路电流能力的断路器或熔断器配合使用，一般将负荷开关与高压熔断器相配合，故障电流的开断由熔断器来完成，负荷开关则负责完成正常负荷电流的分合操作。
高压熔断器：高压熔断器一般用于35kV以下电压等级的小容量电网中。它由置放熔体的熔断器管、接触导电体、绝缘支持体等组成。熔体工作时串联在被保护回路中，正常情况下工作电流不应使熔体熔断，当流过熔体的电流大于一定数值（如短路电流或过负荷电流）时，熔体会因自身产生的热量而自行熔断，从而达到切断电路保护和设备的目的。
高压开关柜：高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装在一起而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变电所中作为控制和保护发电机、变压器、高压
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线路和大型交流电动机之用，其中安装有高压开关设备、保护电器、监测仪表和母线、绝缘子等。
图2-4高压开关柜
电压互感器和电流互感器：电压互感器（简称PT）和电流互感器（简称CT）的主要作用是，把电力系统中的大电流和高电压按比例地变换为小电流和低电压，以满足测量仪表、继电保护和自动装置的需要。电压互感器的结构特点是：一次侧额定电压就是电网的额定电压，二次侧额定线电压统一规定为100V，以利于测量仪表、继电保护和自动装置的系列化生产制造。电流互感器的结构特点是：一次绕组匝数很少（甚至只有一匝）。因此电流互感器的一次电流完全取决于被测电路负荷电流，而与二次电流无关。
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二次电流互感器二次绕组连接的仪表和继电器线圈阻抗很小，正常情况下接近于短路状态。二次绕组的额定电流一般为5A或1A。
图2-5电压互感器
图2-6电流互感器
2.3常见二次元件
供电系统或变配电所的二次回路（即二次电路），是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，亦称二次系统，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动化系统等。二次系统中所有的电气元件称为二次元件。
操作机构：断路器的操作机构可分为电磁操作机构、弹簧操作机构和永磁操作机构。由于传统的电磁操作机构合闸速度受到很大限制，且合闸功率大、对电源要求高，而弹簧操作机构既能获得较高的合闸速度，又能实现重合闸，且合闸功率较小。所以在中低压系统中电磁操作机构已逐步被弹簧操作机构所取代。用于中压真空断路器的永磁操作机构已完成研制阶段进入市场。
图2-7断路器操作机构
弹簧操作机构主要由框架、储能电机、储能弹簧、合闸线圈、跳闸线圈、防跳机构、
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辅助触点、二次接线端子等元件组成，这些元件在二次原理图上有所体现。
继电保护装置：当电力系统中的电力元件(如电动机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。继电保护装置可以简单地分为机械型和微机型两种。
机械型继电保护装置是由一系列不同功能的继电器相互作用构成的，如电流继电器和电压继电器（测量作用）、中间继电器（起控制作用）、信号继电器（发信（掉牌）作用）、时间继电器（产生动作延时）。由于传统机械型保护产品是由许多继电器的机械触点搭接而成的，所以其自身有一定的局限性。微机型继电保护利用单片机技术和集成电路技术完成机械型继电保护所有的功能，并可实现远程通讯。很多用于中低压系统的微机保护产品，把保护、测量、控制等功能集于一体，形成了保护测控一体化的微机保护测控装置。
微机保护与常规保护相比，具有以下特点：
（1）常规保护是布线逻辑的，保护的功能完全依赖于硬件，而微机保护装置则除硬件外，还必须具备相应的软件，因此微机保护可以实现智能化。
（2）常规保护的完好性是依赖于定期检验时发现的，在正常运行时保护装置的隐患不能及时发现，一旦系统发生故障，将产生严重的后果，而微机保护装置可利用程序对其硬件进行自检，一旦发现问题，可立即报警。对于软件的异常及干扰的影响，可自动识别并排除。因而，与常规保护相比，微机保护的可靠性大大地提高了。
（3）常规保护的功能单一，仅仅是保护功能，而微机保护装置除了能够做到与常规保护完全相同的功能外，还可以提供一些附加功能，例如故障录波、事件记录等。
（4）与常规保护相比，微机保护具有调试维护方便的特点。
（5）微机保护具有完善的网络通信功能，可实现无人职守或少人职守的自动化变电站。
（6）利用微机的智能特点，可以采用一些新原理，解决一些常规保护难以解决的问题。例如，采用模糊识别原理和波形对称原理识别判断励磁涌流。
（7）对于同一类型的保护对象，微机保护可采用相同的硬件结构，不同的保护功能体现在软件上，缩短了新产品的研制和开发周期。
（8）微机保护装置自身消耗功率低，降低了对电流互感器和电压互感器的要求。自动控制装置：电力系统中的自动控制装置主要包括备用电源自动投入装置（BZT）、自动重合闸装置（ZCH）、电压无功综合控制装置（VQC）等。
在要求供电可靠性较高的变配电所中，通常设有两路及以上的电源进线。在工作电源线路突然断电时，BZT装置利用母线电气量的突变原理，使工作电源线路的断路器跳闸，而备用电源线路的断路器迅速合闸，使备用电源投入运行，从而大大提高供电可靠
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性，保证对用户的不间断供电。在本公司的产品中，CSR-03G备用电源自动投入装置可实现各种场合、各种形式的备用电源自动投入功能。
电力系统中的故障特别是线路故障大多是暂时性的，在断路器跳闸之后，多数能自动消除。因此如果采用自动重合闸装置，使断路器自动重新合闸，迅速恢复供电，从而能大大提高供电可靠性，避免因停电造成的损失。CSR-03B线路保护测控装置除具有保护测控功能外，还有三相一次重合闸的功能，在保护动作跳开线路断路器之后，发出重合命令使之重新合上，恢复供电。
母线电压过高会使用电设备的绝缘遭受损害进而产生事故，过低会使转动类设备的电流增大、线圈温度升高，严重时甚至烧毁电机。在保证母线电压在规定范围之内的同时，应尽可能地提高进线功率因数，降低系统无功损耗。在变配电所中，由于电网系统容量和系统阻抗已经确定，只能通过改变变压器的变比和改变无功功率的大小来调整母线电压。在调整母线电压的时候，应该首先满足系统无功功率电源的需求，在系统无功功率供应充裕时，变电所的调压问题可以通过调整变压器的分接头来解决。VQC装置即是根据用户设定，通过对主变分接头、电容器的综合控制，实现电压和无功功率在不同时段、不同负荷都满足运行要求。
直流系统：二次回路操作电源是供高压断路器跳、合闸回路和继电保护装置、信号回路、监测系统及其它二次回路工作所需的电源。二次操作电源分交流和直流两大类，目前广泛采用微机监控的直流系统，微机监控的直流系统通常以直流屏的形式使用，包括主机屏和蓄电池屏两部分。
图2-8直流屏
同期系统：发电机与电网并列时要求，发电机的电压的幅值、频率、相位和相序都应该与电网相等，这样并网瞬间就不会对发电机产生电流冲击。在完全满足发电机的电压的幅值、频率、相位和相序都与电网相等的条件下的并网操作称为准同期，意思是准确同期（又称为准同步）。实际上发电机在与系统并网时，人为地很难捕捉到发电机与系统同期的时刻，因此需要借助于特定的装置。同期装置就是通过比较发电机与系统电压、相角差，允许发电机在合格的误差范围内并网的一套设备。同期装置分自动准同期和手动准同期，手动准同期装置主要由同步继电器和整步表组成，由运行人员看整步表操作控制把手进行并网，同期点正确与否由同步继电器控制。自动准同期采用模糊算法
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并考虑开关的合闸时间，自动调整发电机的电压、频率来进行并网操作的设备。
电测仪表：为了监视供电系统一次设备的运行状态和计量一次系统消耗的电能，有必要装设一定数量的电测仪表。电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类，前者是对一次电路运行参数作经常性测量，后者是对一次电路供电技术经济性进行考核分析和对电力用户用电量进行测量、计量的仪表，即各种电度表。CSM系列数显仪表和CDP系列仪表都属于常用测量仪表。
2.4常见电气符号
认识了常见的一次和二次设备之后，很有必要再认识一下它们的代表符号、会看简单的电气图纸。
电动机
变压器
发电机
电压互感器
电流互感器
D断路器手车隔离刀接地刀接触器
QFQS
GLSEKM请读懂下面的一次系统图。
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YJV-1*240(300)/35KVY5WZ-53/131GW4-40.5/600ALW16-40.5/1600LRG 300-600/5 0.5级LRGB 300-600/5 10P12级SZ9-12500+435 2.5%/10.5-4Y / -11nI1=206.2AI2=687.3AUk=8.03GN19-10-C1000ALZZQB6-10800/5＊21000/5＊3ZN28-101250A20KA10KV LMY-80*8GN19-10-C-630AXGN2-12-04(改)GN19-10-C-630AXGN2-12-65(改)ZN28-101250A20KA
RN2-10/0.5ARN1-10/50AY5WZ-12.5/50JDZJ-10RN2XGN2-12-03LZZQB6-10 /5
200/5400/5400/5400/5GN19-10-C-630A电容
2100KVAR+900KVAR
1#出线2#出线3#出线
2.5CSR系列微机保护测控装置
本公司CSR系列微机保护产品主要应用于110kV及以下电压等级的变配电站、发电厂、用户变等的新建和改造工程。装置电源和控制电源可采用DC220V或者AC220V或者DC110V或者AC110V。
2.5.1装置功能
CSR系列微机保护测控装置均采用标准5U仪表式箱体，可实现保护、测量、控制、
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信号采集、计算电度、通讯等功能。从发电厂，到变配电站，再到最终的用户，CSR系列产品都能够满足其生产的需要，因为我们的产品既有发电厂需要的发电机保护、电动机保护、电抗器保护等，也有变配电所需要的主变压器保护、线路保护、电容器保护、配变保护等。
图2-9发、变、用电系统简图
在图9-2所示的发、变、用电系统图中，微机保护所保护的对象就是发电机、主变压器、输电线路、配电变压器、高压电动机等一次设备。实现的方法就是切断故障设备与电网之间的连接，也就是发出跳闸命令使故障设备与电网之间的断路器跳闸，从而切断其供电电源。不同的设备，切断其供电电源所造成的影响是不同的。对于如高压电动机、补偿电容器之类的终端用电设备，对其本身产生影响很大而对系统中其它设备影响较小。对于配电变压器和输电线路，当其所带为不重要负荷时，影响也就不大，当其所带为重要负荷时，一般有备用电源迅速对负荷恢复供电。对于发电机、主变压器等重要设备，将直接影响较大面积的设备用电。另外从经济方面考虑，发电机、主变压器的造价也相对很高，因此对配变、线路、电容器、电动机的保护相对简单，一台微机保护即可实现（分别是配变保护测控装置CSR-03A、线路保护测控装置CSR-03B、电容器保护测控装置CSR-03C、电动机保护测控装置CSR-03D（大于2000kW的大型电动机增加差动保护CSR-03E）），而发电机和主变压器所需要的保护则复杂得多，要采用多台保护共同实现（分别是发电机保护CSR03I／03J／03K、主变压器保护CSR-03F／03H／CZX1）。
CSR系列微机保护的保护判据多是依据电流或者电压故障时电气量的改变实现的，比如过电流保护、低电压保护、过电压保护等。在我国110kV以上等级的电力系统，为了确保继电保护的快速性和灵敏性，通常使用光纤纵差保护、距离保护、高频保护等。
CSR系列微机保护测控装置可以实现对一次系统的经常性测量，测量的电气量包括电压Ua、Ub、Uc、Uab、Ucb，电流Ia、Ib、Ic，有功功率P，无功功率Q，功率因数COSφ，频率F，同时可以根据测得的电气量对设备消耗的有功电能和无功电能进行计量。
装置自带操作回路，且具有防跳回路，可以对被保护设备的断路器进线手动分、合
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闸操作及遥控操作，同时至少具有7个外部开关量的采集接口和6个可整定开关量输出接口。通讯接口为CAN网口或者RS485口。
2.5.2装置原理
液晶
显示操作键盘
PT二次保护CT二次测量CT二次
交流输入
模拟滤波
采样保持
A/D多路转选择换
CP
光隔RS485CAN
DC/AC220/110V
电源外部开关量
开关量采集
XHJ
光隔
U
GZJTJ
图2-10装置硬件原理框图
2.5.3装置特点
1）真正单元化的结构采用仪表式箱体结构，通过将保护、测控、扩展继电器集成在小小的仪表式机箱内，使装置结构紧凑，设计简化，大大缩小了安装空间，节省了大量二次接线。单元层采用保护功能与测控功能相互独立，单元装置内没有增加保护装置硬件的复杂性，并通过站内通信网供监控和远动使用，这样绝不影响保护的速动性。装置采用模块化、标准化设计，使得系统内各装置之间具有灵活的互换性。
2）通用性强CSR系列微机保护测控装置采用通用性设计，系列产品的硬件设计采用统一化原则，使得多种产品（如：线路、电动机、配变、电容器等）的硬件回路具有一致性，使产品的使用和维护变得更为简单、方便、可靠。同时也为用户解决了面对现场类型多样化的变配电设备、用电设备等如何选择备品备件的烦恼。
3）可操作性强装置采用人性化设计，给使用者构建了一个操作简捷快速、灵活
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方便的应用平台，使得用户不需要经过特别的专业训练就能方便地掌握设备的调试、运行与维护工作。其主要体现在：
a）大屏幕液晶显示，中文操作菜单，面板健盘操作，直观、简便；
b）装置具有完善的自检、自校功能，故障时具有文字信息和指示灯指示，方便用户维护、检修；
c）装置采用通用硬件平台设计，模块化结构，现场更换板件方便快捷，同时可大大减少备件储备量；
d）装置无可调节的元件，大大提高了运行的稳定性；
e）采样回路误差采用软件数字整定方式，方便现场调试和维护。
4）通讯网络优越CSR系列微机保护测控装置采用现场总线CANBUS网络通信，较RS-485网络在系统性能上有了较大的提高，可适用于高噪声干扰的环境且具有较强的纠错能力，且价格低廉，可靠性高，结构灵活，为最有前途的现场总线之一。与以太网网络相比：a）CAN总线在实时性、确定性和可靠性方面有明显的优势。b）以太网络中每台设备都需单独与总控单元连线，当用电设备较多时其线路复杂，投资较大。c）以太网路终端设备与总控单元的通讯距离最多不能超过100米。
5）抗干扰能力强装置在产品的整体抗干扰性方面进行了强化设计，装置不仅从交流采样、开关量输入/输出、直流电源、通信等各个环节都细致的进行电磁兼容设计，而且在产品硬件结构、强弱电回路的布置、内外回路的连接、关键元器件的选择、印制板的设计等方面也都考虑了电磁兼容问题，从而使得装置的整体兼容性得到了大大提高。
系统装置通过了国家级电磁兼容实验室电磁辐射、瞬变干扰等项目的实验，全部的实验结构证明其电磁兼容性能指标满足并高于国家标准，从而为装置彻底下放到开关柜上提供了可靠保障。
6）保护动作快速保护装置的保护动作出口快速，反应灵敏，速断保护的整组动作时间（包括继电器固有时间）不大于30ms，优于国内及国外绝大部分同类产品。
7）装置过载能力强保护装置能够承受15倍额定电流，能持续5s。8）允许直流电源波动范围大品的允许工作范围为±30%。
同类进口产品的允许范围为一般为±15%，我们产
2.6MDU系列微机保护测控装置
MDU系列微机保护是在CSR系列微机保护的基础上推出的面向10（6）kV电压等级变、配电站的简易式微机保护，适应特定用户性能和价格的需求。装置电源和控制电源可采用DC220V或者AC220V或者DC110V或者AC110V。
装置在结构上做了进一步调整，适合安装于目前市场上使用的所有开关柜，特别适
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用安装于类似环网柜等深度尺寸要求很小的场合（装置深度包括外部接线端子小于130m）。MDU系列微机保护目前共有7种产品，可对变、配电站的输电线路（MDU-02B）、配电变压器（MDU-02A）、高压电动机（MDU-02D/E）、补偿电容器（MDU-02C）、母线压变（MDU-02L/BL）等设备进行有效的保护和监控。
MDU系列产品在硬件结构上做了简化设计，但其保护功能与CSR系列产品基本相同。交流进行测量系统采用三相三线两CT的接法，测量的电气量包括电压Uab、Ucb，电流Ia、Ic，有功功率P，无功功率Q，功率因数COSφ，频率F，同时可以根据测得的电气量对设备消耗的有功电能和无功电能进行计量。
MDU系列产品也自带操作回路（含防跳），可以对被保护设备的断路器进线手动分、合闸操作及遥控操作，同时至少具有4个外部开关量和开入量的采集接口。通讯接口为RS485口，采用标准MODUS通讯规约。
第3章综合自动化系统
变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化和设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。HE2000变电站综合自动化系统的基本配置如图3-1所示。
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图3-1HE2000系统基本配置（a）
图3-1HE2000系统基本配置（b）
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HE2000综合自动化系统组成方案灵活多样，可组成网络连接的网络版系统，如图3-1（a），也可组成串口连接的标准系统，如图3-1（b）。两种系统都采用分层分布式的设计原则，符合我国无人值班变电站设计技术规程和技术规范要求。HE2000系统间隔单元层由CSR系列或者MDU系列微机保护装置组成，装置之间采用现场总线CANBUS网络或者RS485网络连接，并与通讯管理机或者通信处理器连接通信。
通讯管理机和通信处理器是HE2000综合自动化系统的通信枢纽，协调系统各设备装置的数据通信，命令转发、信息采集和规约转换，负责以不同的通信方式收集来自变电站保护、测控模块以及其它智能设备的实时信息，并分类、筛选、转换、存储，同时还以不同的规约向工作站转发。同时，也负责中转来自工作站和间隔装置间的操作命令，如遥控、整定值等。它们的主要功能有：①收集HE2000系统个间隔单元的数据信息并转发至工作站；②收集主控端控制命令，转送至相应间隔单元装置；③监视各间隔装置的运行状态，发现异常及时告警；④通过通信端口与智能设备连接。
工作站由一台或者几台监控电脑以及其它外围设备（打印机、UPS等）构成，监控电脑上需要安装HE2000监控软件作为综合自动化系统的人机交互接口和最终实现工具。监控软件的主要功能有：①实时采集和处理电力系统常用的各种遥测量、遥信量、脉冲量等；②对系统开关量变位、模拟量越限进行报警；③显示电气主接线图、曲线棒图、系统工况图等；④提供制表工具，可制定日报表、月报表、年报表等历史报表；⑤对断路器、主变分接头等设备进行遥控操作；⑥对控制操作具有权限等级管理。
上面提到了遥测、遥信、遥控和遥调，它们合称为“四遥”，是对自动化系统的四个基本要求，它们指得是远距离实现测量、监视、控制和调试功能。遥信：主要是指远程测试开关的当前状态，如是否合闸，是否储能等。微机保护测控装置通过采集开关量并通讯上传实现。遥测：主要是指远程遥测线路上的电压、电流、功率等量值。微机保护测控装置通过采集交流模拟量（电流、电压）并通讯上传实现。遥控：主要是指对远程的一些设备进行远程控制。微机保护测控装置通过控制装置内的特定继电器实现。遥调：主要是指对远程的设备进行远程调试。
第4章软起动器
电机直接采用工频电源起动时，起动电流为6~7倍，因此，将产生机械电气上的冲击并使电压下降对其它设备造成影响。利用传统电机起动器（Y/Δ起动器、自耦变压器起动器等）起动时，在起动的过程中通过降低电动机的起动电压来降低起动电流，起动方式采用分步跳跃上升的恒压起动，因此，起动过程中存在二次冲击电流和冲击转矩，而且接触器故障多、电动机冲击电流大、冲击转矩大、冲击力矩大、效率低。
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4.1常用名词解释
软起动：与直接起动或者利用传统电机起动器起动相比，软起动器采用大功率可控硅作主回路开关元件，通过改变可控硅的导通角来实现电动机电压的平稳升降和无触点通断。起动电流可根据负载和工况任意设定。因为这种起动方式不对电网产生大的冲击，所以称之为“软起动”。现代软起动器主要有变频调速及晶闸管调压软起动器2种软起动器方案。其中，变频器调速软起动器价格昂贵，在生产工艺兼有调速要求时或在重载或负载功率特别大的时候，才采用变频装置。晶闸管调压软起动器的价格略高于自耦变压器起动器和Y/Δ起动器，在没有调速要求的使用场合下，起动负载较轻时（例如风机、水泵）采用晶闸管软起动。采用软起动器工作时电机对电网无过大冲击，可大大降低系统的配电容量，机械传动系统振动小，起动、停车平滑稳定，可提高电动机的使用寿命和经济效益。
固态软起动器：就是采用晶闸管技术的软起动器。ICM系列属于固态软起动器。液态软起动器：是采用在电机定子回路串入一特制的可变液体电阻的降压起动方式的软起动器。随着电机的起动，可以自动改变电解液动、定极板之间的间距，使电阻线性均匀减小，电机端电压均匀升高的一种起动方式。一般用于绕线转子电动机软起动中。
旁路接触器：因为软起动器采用自然风冷的冷却方式，所以其主回路晶闸管不能长期带电工作，因此需要在电机起动完成后，用合适的交流接触器把软起动器的主回路短接，使电机绝大部分的工作电流流过接触器，这个短接软起动器的交流接触器称作旁路接触器。
4.2ICM与传统起动器的比较
主要性能起动特性
ICM软起动器软特性：用户可以调整
Y/Δ起动器硬特性：不能调整
Ic-起动电流，不能调整
自耦降压起动器硬特性：不能调整
Ic-起动电流，不能调整
6Ie
6Ie
Im-设定的起动电流限流值
可以在2～2Ie内调整
Im
Ie
6Ie4IeIc
Ie
起动电流特性曲线
4Ie2Ie
4Ie2Ie
Ic
2IeIe
起始电压冲击次数
0～380V任意可调
1次
220V，不能调整
2次
250V左右；用户不能调整
3次
16
起动电流转矩特性起动方式保护功能监视功能执行元件控制元件和控制方
式重量/体积
2～4le，可视负载轻重调整
力矩匀速平滑上升限流起动、电压斜坡起动注
具有完善保护功能具有运行监视功能电子电力器件16位高性能单片机模糊控制
轻/小
1/3的全压起动电流力矩跳跃上升，有2次冲击
转矩分段式恒压起动需另外配置需另外配置监视元件
接触器时间继电器控制轻/小
2～5le，不能调整力矩跳跃上升，有3次冲击转
矩
分段式恒压起动需另外配置需另外配置监视元件
自耦变压器继电器控制重/大
4.3ICM软起动器
ICM系列软起动器常规产品适用于380V三相鼠笼式异步电动机，适配电机功率从7.5kW到500kW，目前有ICM1、ICM2、ICM3、ICM4四种型号，其中ICM1和ICM3型软起动器内置旁路接触器，而ICM2和ICM4型软起动器使用时需要在外部配置旁路接触器。ICM软起动器的主要起动方式有电压斜坡起动和限流起动两种，从电机的起动过程到正常运行过程，都能为电机提供完善的保护。
工作原理
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ICM软起动器
KM电源SCRSCRM~存储器电压检测电流检测触发部分C P U显示器键盘输入图4-1ICM软起动器工作原理图
电动机起动时，CPU接受键盘或者外部端子输入的起动命令，检测电动机回路的可靠性，判断是否有电源进线缺相、电源进线相序接反等现象，如果正常则调用存储器中预置的参数，控制SCR导通角以改变电动机输入电压，从而达到限制起动电流，保证电动机平稳起动的目的。ICM软起动器主要具有以下主要功能：
在2～4倍的额定电流下使电机平稳起动，减少对电网的冲击。对电机提供完善的保护，如缺相、过流、过载保护等。提供数码显示器和操作键盘，方便监视数据、调整参数。提供状态输出端子，如起动完成、起动过程、故障等。
提供4～20mA模拟量输出，方便与DCS系统连接。该功能需定制。提供RS485通讯接口，方便与监控系统联网。该功能需定制。
第5章变频器
变频器一般是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。采用变频器控制的电动机具有良好的动态、静态性能，在低速时也可以任意调节电动机转矩，起动转矩高达150%的额定转矩。它可以恒转矩起动电动机，起动电流可限制在150%的额定电流以内（软起动），可以实现自由
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停车、软停车、直流制动，满足有特殊要求的电动机控制。变频器除了起动性能优越之外，还可以很好的达到节能的效果，因为当转矩恒定的时候，电机电流几乎是不变的，随着电压的下降，功率也随之下降。
5.1常用名词解释
V/F控制：频率F下降时电压V也成比例下降的一种控制方式。异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。只采用V/F控制方式的变频器一般称为通用型变频器，例如L300P系列变频器和CF20系列变频器。
矢量控制：矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流），然后模仿直流电动机的控制方法分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。采用矢量控制的变频器一般称为矢量型变频器，例如SJ300系列变频器和CF11系列变频器。
通常的矢量控制变频器外加编码器，矢量控制数学模型中的转子角速度由编码器获得。无速度传感器矢量变频在控制中，不加编码器，在矢量控制数学中通过磁通观测器进行磁通、速度观测，通过计算，得到转子角速度。其中不同公司的产品的磁通观测模型不同，最终表现在低频性能方面有区别。本公司的矢量型变频器都采用无速度传感器矢量控制。
开环与闭环：给所使用的电机装置设速度检出器（PG），将实际转速反馈给控制装置进行控制的，称为“闭环”，不用PG运转的就叫作“开环”。反馈也可以是间接反映电机转速的其它量，比如压力、温度等。
再生制动：电动机在运转中如果降低指令频率，则电动机变为异步发电机状态运行，此时变频器作为制动器而工作，这就叫作再生（电气）制动。从电机再生出来的能量贮积在变频器的滤波电容器中，由于电容器的容量和耐压的关系，通用变频器的再生制动力约为额定转矩的10%~20%。如采用选用件制动单元（制动单元和制动电阻），可以达到50%~100%。
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5.2CF系列变频器和日立变频器的应用
CF20系列和L100、L300P系列变频器采用V/F控制方式，有多种V/F特性曲线可供选择，CF10、CF11系列和SJ100、SJ300系列变频器同时具有V/F控制和无传感器电流矢量控制方式可供选择。目前CF20系列变频器适配的三相380V电机的功率范围是1.5～315（2.2～350）kW，CF10系列变频器适配的三相380V电机的功率范围是0.4～3.7kW，CF11系列变频器适配的三相380V电机的功率范围是1.5～132（2.2～160）kW，L300P系列变频器适配的三相380V电机的功率范围是11～132kW，L100系列变频器适配的三相380V电机的功率范围是0.4～7.5kW，SJ300系列变频器适配的三相380V电机的功率范围是0.75～132kW。
生产机械运行时常用负载转矩标志其负载的大小。不同的生产机械的转矩随转速变化规律不同，用负载转矩特性来表征，即生产机械的转速n与负载转矩TL之间的关系
n=f(TL)。各种生产机械特性大致可归纳为3种类型。
图5-1负载转矩特性
恒转矩负载：特点是当速度发生变化时，要求转矩应保持恒定，恒转矩负载消耗的功率与转速成正比。如吊车所吊起的重物，无论升降速度大小其重量和重力是不变的，即属恒转矩负载。通常，恒转矩负载在初速度时就产生一个阻力，需要一定的启动转矩。常见的机械有：传送装置、天车、升降装置、搅拌机等，在选用变频器时，一般选用SJ100、SJ300系列和CF10、CF11系列，轻载时也可选用L100、L300P系列和CF20系列。
恒功率负载：特点是输出功率为恒定值与转速无关，转矩随转速反比变化，转速越高转矩越小。如卷纸机要求以一定的速度和相同的张力卷曲纸张，在卷曲初期由于纸卷的直径较小，所以为保持恒速纸卷必须以较高的速度旋转，转矩可以小一点，但随着纸卷直径的逐渐变大，纸卷的速度也随之变低，而转矩则必须相应增大。对于恒功率特性的负载，在工频以上频率范围内变频器输出电压为恒定控制，电动机产生的转矩为恒功率特性；在工频以下的频率范围为V/F恒定控制，电机产生转矩与负载变化趋势相反，使用通用电机与通用变频器的组合难以适应，一般应根据情况专门设计。常见的机械有：卷绕机、拉丝机、机床主轴等，在选用变频器时，一般选用SJ100、SJ300系列和CF10、CF11
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系列。
平方减转矩负载：特点是转矩随转速按平方关系发生变化，随着转速的降低转矩也变小。如风机、泵等流体机械，在低速下负载(流量、流速)小，所需转矩也少，随着转速的增加,流量、流速加大,所需转矩越来越大,其转矩大小以转速的平方的比例增减。因此，用通用变频器控制流体机械与挡板、阀门控制相比可得到显著的节能效果。当用变频器拖动平方减转矩负载时，应注意一般不要将速度提高到工频以上运行，如果这样，会使所需功率急剧增加，甚至超过电机、变频器的容量，导致设备过热，直至损坏。在选用变频器时，一般选用L100、L300P系列和CF20系列，也可选用SJ100、SJ300系列和CF10、CF11系列。
第6章电机智能保护器
电机智能保护器的叫法有很多种，比如电机综合保护器、数字马达继电器、智能马达保护器等，它是一种现代化的电机保护产品，可以完全取代热继电器对电机进行保护。
热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中用作三相异步电动机的过载保护和断相保护。热继电器的测量元件通常用双金属片，目前也有部分产品采用电子元件。热继电器的动作电流和动作时间容易受到环境温度的影响，且大电流时也会被烧毁，在使用时有一定的局限性。电机智能保护器采用集成电路和微机技术，运用先进的算法对电机电流、电压进行综合分析，判断电机运行状态，具有节能、动作灵敏、精确度高、耐冲击振动，重复性好、保护功能齐全、功耗小等优点。
6.1CSP系列电机智能保护器
CSP系列电机智能保护器采用数码管显示模块，具有测量功能以及过流、堵转、三相电流不平衡、断相、过电压、欠电压、短路等保护功能。适用于1～200kW的三相交流380V电机，使用时需要外部提供AC220V工作电源，工作时采集经过电流互感器变换出的5A或者1A电流和AC220V单相电压，因此使用时需要外配电流互感器。
CSP系列电机智能保护器只有保护功能没有控制功能，当保护动作时，依靠接入电机控制回路的故障接点断开主回路接触器。故障接点是一对具有公共端的继电器接点。配置有标准RS485接口，可以实现远方通讯功能。
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6.2CDP－M20、CDP－M22数字马达继电器
CDP－M20和CDP－M22系列数字马达继电器采用液晶显示模块，可实现对电机的起停控制并具有保护功能，适用于各功率三相交流380V电机，使用时需要外部提供AC/DC220V工作电源。CDP－M20工作时只采集经过电流互感器变换出的1A电流，所以只能提供电流测量功能和基于电流原理的保护功能，其主要保护功能有：速断保护、堵转保护、过负荷保护、空载保护、反时限保护、零序电流保护、负序一段电流保护、负序二段电流保护、联锁保护与闭锁保护。CDP－M22同时采集经过电流互感器变换出的1A电流和AC380V三相电压，所以同时具有对压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、有功电度、无功电度、视在电度、频率的测量功能，以及过流速断、堵转保护、过载保护、欠载保护、反时限保护、零序电流保护、负序I段及Ⅱ段电流保护、过电压保护、欠电压保护、缺相保护、外部联锁保护与电流闭锁保护。
CDP－M20和CDP－M22系列数字马达继电器具有多路开关量输入和继电器输出接点，配置RS485通讯接口，可以实现遥控、遥信、遥测功能。提供4～20mA模拟量输出功能，该功能需定制。
第7章电力仪表
为了监视供电系统一次设备的运行状态，有必要对一次电路电压、电流、功率等运行参数作经常性测量，这样就需要使用合适的电力仪表。目前公司的电力仪表主要有2个系列的产品，一种是CSM系列数码显示仪表，另一种是CDP系列液晶显示仪表。
7.1CSM系列数显仪表
CSM系列数字显示仪表用于监测电压、电流、功率、功率因数、频率、电度等电参量，按照功能可以分为（单相、三相）交流电压表、（单相、三相）交流电流表、（三相）有功功率表、（三相）无功功率表、频率表、（单相）功率因数表、多功能智能表、直流电流表、直流电压表，每种表按照外形不同分为几种规格，比如单相交流电流表有三种规格AC1、AC4、AC5。
多功能智能表同时具有电流、电压、功率、电度的测量功能，提供RS458通讯接口，仪表上设有按键可以设置参数和浏览各种测量量。其它数显表只有显示模块，所以只能
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显示特定的测量，比如三相有功功率表只实时显示三相的有功功率，不能显示电流和电压。
CSM数显仪表在使用时需要外部提供AC/DC220V工作电源，工作时采集的电流是经过电流互感器变换出的5A或者1A电流，电压是经过电压互感器变换出来的AC100V或者低压220V/380V电压。
7.2CDP系列电量监控仪表
CDP系列电量监控仪表包括CDP－SM20和CDP－SC20两种型号，均为多功能型仪表，可同时测量三相电流和三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度。仪表面板上设有液晶显示模块和操作按键，便于参数设置和电量监测。
除测量功能外，CDP－SM20提供2个开关量输入接口，CDP－SC20提供4个开关量输入接口及2个继电器输出接口，开关量输入接口用于接入断路器分合等状态量，继电器输出接口可用于分合断路器，配合RS485通讯接口能很好的完成遥测、遥信以及遥控（CDP－SM20无遥控）功能。
CDP系列电量监控仪表在使用时需要外部提供AC/DC220V工作电源，工作时采集的电流是经过电流互感器变换出的5A或者1A电流，电压是经过电压互感器变换出来的AC100V或者低压220V/380V电压。
7.3常用仪表的代表符号
在400V低压配电系统图上，通常都会把每个开关柜配置的仪表标注出来，电流表、电压表和多功能表最为常见。常见的仪表代表符号如下：
电流表A
或
A
V
电压表或
V
计量表Wh或
Wh
通常一个仪表的符号代表一只相应功能的仪表，计量表的符号也可代表多功能表。
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第8章GE中低、压产品
公司代理的GE中、低压产品主要包括配电类产品和控制类产品两大类。配电类产品主要是各种型号规格的断路器，包括VB2真空断路器、M-PACT框架断路器、RecordPlus塑壳断路器、新逸系列低压终端电器产品。控制类产品包括交流接触器、热继电器、中间继电器、手动电机起动器、软起动器。1、配电类产品1)VB2真空断路器
生产基地在上海，生产形式为国内组装。适用于10kV或6kV高压供配电系统中，可采用固定式和中置式两种安装方式。额定电流有：630A，1250A，2000A，2500A，3150A，4000A六种规格，分断能力有25kA，31.5kA，40kA三种规格。2)M-PACT框架断路器
生产基地在上海，生产形式为国内组装。适用于交流50Hz，额定电压至415V，额定电流400～4000A的配电网络中，用来分配电能和保护线路及保护用电设备免受过载、欠电压、短路、单相接地等故障的危害。3)RecordPlus塑壳断路器
全进口产品，适用于交流50Hz，额定电压至415V，额定电流3～630A的配电网络中，用来分配电能和保护线路及保护用电设备免受过载、短路等故障的危害。针对不同的用电设备提供不同的保护功能，例如配电用断路器提供线路热磁保护，保护电动机用断路器仅提供磁保护。4)新逸系列低压终端电器产品
国内生产产品，广泛用于400V及以下低压系统，主要包括ES6系列小型断路器、ET10系列高分断小型断路器、EF4系列“相线+中性线”小型断路器，适用于工业、商业及民用照明、动力配电系统的短路、过载保护以及线路的不频繁转换；EDE(M)系列剩余电流动作断路器，对单相电路中人体触电、绝缘破坏等接地电流故障，以及短路和过载进行保护；EHE(M)系列剩余电流保护附件（ES6、ET10配合拼装，对绝缘故障提供保护）；EBP系列剩余电流保护器，对人身和电器设备的绝缘故障提供保护；EK系列隔离开关及EA系列附件，作为总开关用也可作为家庭、商店、办公室、仓库、工厂、医院等的照明和供热切换开关。2、控制类产品1)交流接触器
有M、CL、CK三个系列的产品，全部是全进口产品，按照主触头分为三极和四极接触器两种。最常用的三极接触器适用于2.2～450kW的三相交流380V电机，有正面
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安装和侧面安装辅助触头可供选择，控制线圈也有不同频率（50、60Hz、50/60Hz），不同电压（AC6～600V、DC6～440V）可供选择，适用于各种电气条件下。M系列接触器的功率范围为2.2～5.5kW，CL系列接触器的功率范围为4～55kW，CK系列接触器的功率范围为75～450kW。2)热继电器
有MT、RT两个系列，全部是全进口产品，与M、CL、CK系列接触器配套使用或者配置底座单独使用，每个热继电器最多可以附带1个常开和1个常闭辅助触点。
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