110KV变电所电气二次

第一节 110KV变电所电气二次设备概述

变电所二次部分是电力系统安全运行不可缺少的一个重要组成部分，它的主要作用是预防事故或缩小事故范围，提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续供电。它包括电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、频率继电器、中间继电器、时间继电器和信号继电器等。

为使继电保护装置（特别是动作于跳闸的保护装置）能更好地完成它在电力系统中所担负的任务，应满足以下四个基本要求：

1）选择性：当系统发生故障时，要求保护装置只将故障设备切除，保证无故障设备继续运行，从而尽量缩小停电范围。 2）速动性：保护装置应能尽快地切除短路故障。

3）灵敏性：在事先规定的保护范围内故障时，不论短路点的位置、短路的类型及系统运行方式如何，要求保护装置都能灵敏反应。

4）可靠性：在保护装置的保护范围内发生属于它动作的故障时，应可靠动作，即不应拒动；而发生不属于它应动作的情况时，则应可靠不动，即不应误动。

第二节 110KV变电所电气二次回路及其接线

一、电气工程图（二次部分）示例

电气工程图按功能可分为：1）概略图；2）电路图；3）功能图；4）接线图； 5）布置图等几个大类。

1．概略图

概略图表示系统、分系统、装置、部件、设备、软件中各项目之间的主要关系和连接的相对简单的简图，通常用单线表示法。如图1-1所示。 电流互感器1 图１－１ 概略图示例

2．电路图

电路图表示系统、分系统、装置、部件、设备、软件等实际电路的简图，采用按功能排列的图形符号来表示各元件和连接关系，以表示功能而不需考虑项目的实体尺寸、形状或位置。图1-2所示为用分开表示法表示的电路图

3．功能图 图１－2 电路图示例 用理论的或理想的电路而不涉及实现方法来详细表示系统、分系统、装置、部件、设备、软件等功能的简图。图1-3所示为某三相一次重合闸逻辑框图。

tchtchtchtchQJHJJSJtch图１－3 逻辑框图示例 2

4．接线图

接线图是表示或列出一个装置或设备的连接关系的简图有：1）单元接线图、2）互连接线图、3）端子接线图。图1-4为时间继电器和保护出口继电器的单元接线图示例。图1-5为端子接线图示例。端子排是实现屏内设备与屏外设备相连

图１－4 接线图之单元接线图示例 的接线端子。端子排应位于屏的左右侧。屏体内设备与屏外设备及屏顶小母线连接时，以及同一屏内不同安装单位的设备互相连接时，需经过端子排连接，同一屏内同一安装单位的设备互相连接时，不需经过端子排。正电源应以端子排引接，负电源应在屏内设备间形成环路，环的两端应接至端子排。端子排的上、下两端应装终端端子，且在每一安装单位端子排的最后留2—5个端子作为备用。接线端子的一侧一般只接一根导线，最多不超过两根。

表示终端端子至本屏端子排表示电缆编号至配电装置至主控制室安装单位名称安装单位编号写设备编号至小母线或电阻写回路编号写设备编号表示试验端子表示连接型试验端子表示一般端子表示连接型端子表示特殊端子表示电缆与屏内设备侧端子连接表示该端子接地表示一个端子接两根导线 3 图１－5 接线图之端子接线图示例

5．布置图

屏面布置图是经简化或补充以给出某种特定目的所需信息的装配简图。决定屏上各个设备的排列位置及相互间距离尺寸的图纸，要求按照一定的比例尺绘制。

屏面布置应满足下列一些要求：①凡需以常监视的6仪表和继电器，不要布置太高；②操作元件，如控制开关、调节手轮、按钮等的高度要适中，使得操作调节方便。它们之间应留有一定的距离，操作时不致影响相邻的设备；③对于检查和试验较多的设备，应位于屏的中部，而且同一类型的设备应布置在一起，这样检查和试验都比较方便。此外，应力求布置紧凑和美观。

屏面布置图包括：(1)控制屏屏面布置图(2)继电器屏屏面布置图。(图为110KV线路保护的控制屏和继电器屏屏面布置图)

110KV线路控制屏屏面布置图继电器屏屏面布置图

图１－6 屏面布置图示例

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二、二次回路

凡监视、控制、测量以及起保护作用的设备，如测量表计、继电保护、控制和信号装置等，皆属于二次设备。在电力系统中，为了达到安全、经济地运行，二次设备是不可缺少的部分。

二次回路是由二次设备组成的回路。它包括交流电压回路、交流电流回路、断路器控制和信号回路、继电保护回路以及自动装置回路等。二次接线图是用二次设备特定的图形符号和文字符号，表示二次设备互相连接的电气接线图。这类图在实际工作中常见。下面以110KV变电所为例来说明二次接线图和二次回路。

（一）电压电流回路

电压电流回路是由电流互感器、电压互感器、仪表和继电器的线圈构成。 110kV主变压器的电流、电压回路图如图1-7所示。

差动测量表流计过复合电压

（三）信号回路 信号回路可分为：

（1） 事故信号。事故信号是当断路器事故跳闸后，起动蜂鸣器发出音响。如断路吕发生事故跳闸时，立即用蜂鸣器发出较强的音响，同时，断路器的位置

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图1-7 主变压器电流、电压回路图示例

指示灯发出闪光。

（2） 预告信号。预告信号是在电气设备发生不正常情况下一面发出铃响。例如，发电机过负荷、变夺器过负荷，电压回路断线等，便发出另一种有别于事故信号的音响（铃响），此外，标有故障内容的光字牌也变亮。

（3） 位置信号。包括断路器位置信号和隔离开关位置信号；而后者则用一种专门的位置指示器来表示其位置状况。

（4） 其他信号。如指挥信号、联系信号和全厂信号等。 （四）继电保护及自动装置回路

继电保护及自动装置回路图主要表示继电保护及自动装置的原理及接线。

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第二章 110KV变电所主变压器保护

第一节 保护配置

一、电力变压器保护配置原则（《继电保护和自动装置技术规程》[中华人

民共和国行业标准 DL 400—91]） （一）变压器的故障及不正常工作状态

变压器电力变压器是电力系统的重要设备，为保证变压器安全可靠地运行，就必须视其容量的大小及电压的高低，设置相应的继电保护装置。

一般要针对电力变压器的下列故障及不正常运行方式，装设相应的继电保护装置：

(1)绕组的相间短路和中性点直接接地侧的单相短路； (2)绕组的匝间短路；

(3)外部相间短路引起的过电流；

(4)中性点直接接地电网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压； (5)过负荷； (6)过励磁； (7)油面下降；

(8)变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障。 （二）主保护配置

1． 0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护；当壳内故障产生轻微瓦斯式油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。

带负荷调压的油浸式变压器的调压装置，亦应装设瓦斯保护。

2．对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按下列规定，装设相的保护作为主保护。保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。

3．对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器。10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不

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符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。 4．纵联差动保护应符合下列要求：

a、 应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流。 b、应在变压器过励磁时不误动。

c、 差动保护范围应包括变压器套管及其引出线。如不能包括引出线时，应

采取快速切除故障的辅助措施。但在某些情况下，例如60KV或110KV电压 等级的终端变电所和分支变电所，以及具有旁路母线的电气主接线，在变压器断路器退出工作由旁路断路器代替时，纵联差动保护亦可以利用变压器套管内的电流互感器，而对引出线可不再采取快速切除故障的辅助措施。

（三）后备保护

对由外部相间短路引起的变压器过电流，应按下列规定，装设相应的保护作为后备保护，保护动作后，应带限动作于跳闸

1． 过电流保护宜用于降压变压器，保护的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。

2．外部相间短路保护应装于变压器下列各侧，各项保护的接线，宜考虑能反应电流互感器与断路器之间的故障。

3．三绕组变压器，应装于主电源侧，根据主接线情况，保护可带一段或两段时限，较短的时限用于缩小故障影响范围；较长的时限用于断开变压器各侧断路器。

二、三绕组变压器保护具体配置

本次设计是对容量为31.5MVA、中性点不接地的三绕组主变进行保护配置、整定计算和二次回路图的部分绘制。

根据以上技术规程为本次设计的变压器配置以下的保护： 一．

主变保护配置及作用

1．瓦斯保护：反应变压器油箱内故障及油面降低。作为变压器的主保护。当发生轻微故障时，油面下降，轻瓦斯动作于信号；当发生严重故障时，产生大量气体，重瓦斯动作于跳闸，跳开主变各侧断路器。对带负荷调压的变压器的调压装置，设有载瓦斯，同理，轻瓦斯动作于发讯，重瓦斯动作于跳闸。

8

2．差动保护：作为变压器的主保护反应变压器绕组和引出线的相间故障。动作于跳开变压器各侧断路器。

3．复压闭锁过流保护，反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯、差动保护的后备。动作于跳闸。

4．过负荷保护，反应高压侧过负荷情况，动作于发讯。

5．主变间隙零序电流及零序电压保护，作为中性点不接地运行的分级绝缘变压器的接地故障保护。

二、主要保护功能

本所主变装有CST-231A变压器保护，CSR22A变压器非电量保护。

本所主变有下列保护：

1 主变差动保护（比率差动保护及差动速断保护） 2 主变瓦斯保护（本体、有载调压开关） 3 间隙零序过流保护和零序过电压保护 4 零序电压闭锁零序过电流保护。 5 复合电压闭锁过流保护（二段） 6 过负荷保护。 7 温度高报警。

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第二节 保护整定

一、主变压器参数

E

0.0581 110KV 0.011+j0.02446 ( 线路 LGJ-150/7.873KM ) 110KV 0.00988+j0.32153 #1 #2 0.01156+j0.31984 0.005770- j 0.01743 35KV

0.007785- j 0.00873

0.00681+j0.20129 0.00907+j0.39524

10KV

主变参数如下

1#主变：型号 SFSZ8-31500/110 接线 Yn/Yn0/△-11

档位 110±4³2.5%/38.5±2³2.5% /10.5

短路电压（%） 高-中 10.47 高-低 18 中-低 6.33

短路损耗（KW） 高-中 169.7 高-低 181 中-低 136.4 空载电流（%） 0.46 空载损耗（KW） 40.6

2#主变：型号 SFSZ10-40000/110

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接线 Yn/Yn0/△-11

档位 110±

8³1.25%/38.5±2³2.5% /10.5

短路电压（%） 高-中 11.79 高-低 21.3 中-低 7.08

短路损耗（KW） 高-中 74.31 高-低 74.79 中-低 68.30 空载电流（%） 0.11 空载损耗（KW） 26.71

1．110kV母线故障：Uj=115kV Sj=100MVA Ij=Sj/（√3³Uj）=100/（√3³115）=0.502KA

大方式下：Id=502/（j0.0581+0.011+j0.02446）=502/0.08329=6027A 小方式下：按两相故障计算Id（2）=0.866³6027=5219.5A

2．35kV母线故障：因为110kV主变不考虑长期并列运行，所以按分列计算 Ij=Sj/（√3³Uj）=100/（√3³37）=1.56KA

1#主变：∑X=j0.0581+0.011+j0.02446+0.00988+j0.32153+0.00577-j0.01743 =0.02665+j0.38666=0.3876 大方式：Id=1560/0.3876=4025A 小方式：Id（2）=0.866³4025=3485.7A

2#主变：∑X=j0.0581+0.011+j0.02446+0.01156+j0.31984+0.007785-j0.00873 =0.030345+j0.39367=0.39484 .大方式：Id=1560/0.39484=3951A 小方式：Id（2）=0.866³3951=3421.5A

3．10kV母线故障：因为110kV主变不考虑长期并列运行，所以按分列计算 Ij=Sj/（√3³Uj）=100/（√3³10.5）=5.5KA

1#主变：∑X=j0.0581+0.011+j0.02446+0.00988+j0.32153+0.00681+j0.20129 =0.02769+j0.60538=0.606

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大方式：Id=5500/0.606=9075.9A 小方式：Id（2）=0.866³9075.9=7860A

2#主变：∑X=j0.0581+0.011+j0.02446+001156+j0.31984+0.00907+j0.39524 =0.03163+j0.797=0.7983 大方式：Id=5500/0.7983=60A 小方式：Id（2）=0.866³60=5966A

主变各侧短路电流一览表 110kV母线 35kV母线 10kV母线 大方式 小方式 大方式 小方式 大方式 小方式 1#主变 6027A 5219.5A 4025A 3485.7A 9075.9A 7860A 2#主变 6027A 5219.5A 3951A 3421.5A 60A 5966A 说明：1.主变35kV、10kV均按分列运行计算； 2.大方式按三相金属性短路计算，小方式按两相故障计算。

二． 主变保护的选型及装置介绍：

本次设计选用北京哈德威四方保护与控制设备有限公司的CST-231A变压器保护和CSR22A变压器非电量保护。

主要技术参数

1．额定参数

交流电流：5A，50HZ 或1A ，50HZ 相电压：100V／√3V，50HZ 2．功率消耗 直流回路：≯60W

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交流电压回路：≯0.5VA/相 交流电流回路：≯0.8VA/相 3．精确工作范围(10％误差） 电流精确工作范围：0.08~20In 电压精确工作范围：1V~100V 4．保护整定范围

电流定值：工作范围内任意整定 级差：0.01A 电压定值：工作范围内任意整定 级差：0.1V 时间定值：工作范围内任意整定 级差：0.1S 相间方向最大灵敏角：-30°、 -45°，误差±3° 零序方向最大灵敏角：-99°，误差±3° 二次谐波制动系数：10%~30% 比率制动系数：0.3~0.7

差动平衡系数：0~50

硬件说明：

装置主要由模数变换、CPU计算处理、保护跳闸和信号及人机对话等几个部分组成。

模数变换：作用是将系统电压互感器、电流互感器二次的电压电流信号变换为CPU能处理的数字信号。装置由交流AC插件和VFC插件组成。变压器各侧的二次电压电流分别由相应的AC插件变换成保护装置所需要的弱电信号。模数变换VFC插件分别将交流插件输出的电压电流变换成脉冲频率随输入模拟量幅值大小变化的脉冲量，送至CPU系统中的计数器计数。

CPU插件系统：装置中设有4个通用CPU插件，分别实现差动主保护（CPUI）、高压侧后备保护（CPU2）、中压侧后备保护（CPU3）、低压侧后备保护（CPU4）功能。

保护跳闸及信号：装置设有2个跳闸继电器插件和1个信号继电器插件，由各个CPU插件上开出去驱动跳闸继电器跳开相应断路器。

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人机对话：人机对话板的核心是一种单片机，，片内集成了很强的计算机网络功能，可通过片外的网络驱动器直接连接至高速数据通讯网。

软件功能说明：

（1）.差动主保护：配置有差动电流速断保护、二次谐波制动的比率差动保护。 a.保护启动：差动主保护采用突变量启动和辅助启动两种方式。

差动主保护采用突变量启动元件，其特点是快速灵敏，判别每相电流采样值的突变量，判据为：

Iqd=│I(t)-I(t-T)│-│I(t-T)-I(t-2T)│≥IQD

当任一相电流突变量大于启动定值IQD时，保护启动进入故障处理程序进行故障计算判别；若有故障且跳闸后故障电流消失，保护快速返回。若无区内故障，保护最多延时6秒后整组复归。

保护还采用每相差动电流的有效值作为辅助启动判据量，以便在没有明显突变量情况下保护能可靠启动，其判据为：

Id≥ICD Id≥ISD

式中： Id为差动电流，

ICD为差动保护门槛定值， ISD为差动速断电流定值。

b.比率差动原理：根据动作电流与制动电流的比值关系确定保护是否动作，动作特性如下图：

Id

ICD

动作区 KID Ir

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动作判据为： Id＞ICD 当Ir＜IB

Id＞ICD+KID²(Ir-IB) 当Ir≥IB

程序中依次按每相判别，当满足以上任何一个条件时，比率差动动作。 式中：Id为差动电流

Ir为制动电流

ICD为差动保护门槛定值 IB为比率制动特性拐点电流定值 KID为比率制动系数

上述幅值计算均采用全周付氏算法。

另外CST-231A型装置采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为

励磁涌流闭锁判据 ，制动判据为： Id2w>KXB²Idw

式中Id2w为每相差动电流中的二次谐波分量，Idw为对应相的差流基波

分量，KXB为二次谐波制动比例系数。

三相中只要任一相满足制动条件，则闭锁三相比率差动保护，即三相或

门制动差动保护。

3 CT断线报警及闭锁：某侧电流同时满足（1）只有一相电流为零（2）其它二相电流与起动前电流相等，判CT断线后可只发报警信号或闭锁保护装置出口。 4

PT断线判据：（1）三相电压均小于20V，且任一相电流大于0.2A,用于检测

三相失压。

（2）三个相电压的向量和（3U0）大于18V，并且有二个相间

电压的模值之差也大于18V，检测一相或两相断线。

检测到PT断线后，发出告警，同时保护工况可由控制字决定是否暂时取消方向和电压闭锁，或是退出经方向、电压闭锁的复合电压闭锁过流保护。

CST-231A变压器差动保护模件说明：

1 模件1~3（AC）：高、中、低压侧电流、电压变换模件。 2 模件4~5：压频变换及变压器各侧电流平衡调整模件。

3 模件6~9（CPU）：装置中设有4个通用CPU插件，分别实现差动主保护（CPU1）、

高压侧后备保护（CPU2）、中压侧后备保护（CPU3）、低压侧后备保护（CPU4）功能，4个CPU插件硬件完全相同，仅单片机内固化的程序不同。

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4 模件10（REC）：故障录波，主要对主变各侧电流量和保护跳闸量进行录波。 5 模件11~12（TRIP）；保护出口跳闸模件，由各个CPU插件上开出去驱动跳闸

继电器跳开相应断路器。 6 模件13（SIG）：信号模件。 7 模件14（POWER）：电源模件。

CST-231A变压器后备保护：

CST-231A变压器高压后备保护，具有以下保护功能：

1 复合电压闭锁过电流保护：高压后备设二段复合电压闭锁过电流保护，其中

Ⅰ段为方向过流（方向元件和电流元件接成按相起动方式），Ⅱ段不带方向动作跳变压器各侧断路器。

2 间隙零序过流保护和零序过电压保护：装置设有一段2时限的间隙零序过流

和零序过电压保护。间隙零流为变压器经间隙接地的间隙支路零序电流，零序过电压为自产3U0。第一时限跳高压母联，第二时限跳各侧断路器。 3 零序电压闭锁零序过电流保护：装置设三段零序电压闭锁零序过流保护，它

作为中性点直接接地系统的接地保护。其中Ⅰ、Ⅱ段保护可带有方向，各设2时限，零序电流与方向元件零流均为自产3I0，零序电压为自产3U0；Ⅲ段保护不带方向，设1时限，零序电流取自变压器中性线零序电流。 4 过负荷启动风冷，过载闭锁有载调压：装置给出一付启动风冷接点，一付过

载闭锁有载调压常闭接点。

CST-231A变压器中压后备保护，具有以下保护功能：

1 复合电压闭锁过电流保护：装置设二段定时限复合电压闭锁过流保护。 2 过负荷：变压器中，低压侧过负荷报警不用。

CST-231A变压器低压后备保护同中压后备保护，均设二段定时限复合电压闭锁过流保护

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CSR22A变压器非电量保护：

变压器的所有开关量保护均由本体保护装置完成。

重瓦斯、调压重瓦斯、压力释放等开关量输入进入本装置后，经重动继电器去跳开各侧断路器，同时给出信号和远动信号接点。

轻瓦斯、调压轻瓦斯、油温高、油位低、风冷消失等开关输入进入本装置后，可给出信号和远动信号的告警接点。

三． 主变保护整定计算

（一）1#主变 31500/110 110±4*2.5%/38.5±2*2.5%/10.5 kV 110 kV 38.5kV 31500/( √3*38.5)=472A 1000/5 Y接线 472/200=2.36A 1.375/2.36=0.583 10.5kV 31500/( √3*10.5)=1732A 3000/5 Y接线 1732/600=2.887A 1.375/2.887=0.476 Ie1=Se/(√3*Ue) 31500/( √3*110)=165A CT变比 Ie2=Ie1/n 平衡系数

600/5 Y接线 165/120=1.375A 1 1. 差动速断ISD定值:按躲变压器空载合闸最大励磁涌流整定,一般取(7-8)Ie

7*165=1155A 1155/120=9.625A

2.差动电流门槛值ICD:躲正常额定负载时最大不平衡电流整定 ICD=Kk* (Ktx*fi+ΔUh+ΔUm)Ie Ie:变压器额定电流; Kk:可靠系数,取1.3-1.5;

Ktx: 电流互感器同型系数,取1.0; Fi: 电流互感器的最大相对误差,取0.1;

ΔUh、Δum：分别为高、中压侧调压抽头引起的误差，取调压范围的一半。

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一般计算取ICD=（0.25-0.5）Ie,根据省局反措要求,取0.65Ie 0.65*165=107.25A 107.25/120=0.4A Q取108/0.9A

3.制动特性拐点电流IB,取IB=Ie=165/120=1.375A 4.制动系数KID,一般取0.5 5.灵敏度计算

1

1#主变10 kV母线故障最小电流为7860A, 折算至110kV侧为7860*10.5/110=750A

根据拐点电流、制动系数（斜率），算出最小动作电流折算至动作曲线上的动作电流为 （750-165）*0.5+108=400.5A 灵敏度Klm=750/400.5=1.873＜2

后备保护：

1. 110kV复压闭锁过流保护 套管CT为600/5 电流元件：按躲最大负荷电流整定

Izd = Kk³Ie = 1.5³165 = 247.5A

取250/120=2.08A Klm=717.5/250=2.87

电压元件: 低电压,躲正常最低运行电压整定 一般取70%Ue

负序电压,躲正常运行时出现的不平衡电压整定 一般取6%Ue

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时间元件: 与上一级限额及35kV侧后备配,

一般取 2.5S跳主变110kV本侧开关;

3.0S跳主变各侧开关 2. 10kV侧定时过流保护 CT变比 3000/5 电流元件: 按躲最大运行负荷整定 1.5³Ie = 1.5³1732 = 2596A 取 2600/600 = 4.33

时间元件: 与主变110kv侧过流及10kV出线后备配 一般取2.0S跳主变低压侧开关 3. 110kV侧过负荷

电流: 1.25³Ie = 1.25³165 = 206.25A 取206/40 = 5.15A 时间: 6.0S 发讯

瓦斯保护的整定

10MVA以上轻瓦斯为

Vdz250cm

2重瓦斯气油流的流速整定

vs

轴管80cmdz1.1m

（二）2#主变 40000/110 110±8*1.25%/38.5±2*2.5%/10.5 kV 110 kV 38.5kV 40000/( √3*38.5)=600A 1000/5 Y接线 600/200=3A 1.375/2.36=0.583 10.5kV 40000/( √3*10.5)=2200A 3000/5 Y接线 2200/600=3.67A 1.375/2.887=0.476 Ie1=Se/(√3*Ue) 40000/( √3*110)=210A CT变比 Ie2=Ie1/n 平衡系数

600/5 Y接线 210/120=1.75A 1 19

2. 差动速断ISD定值:按躲变压器空载合闸最大励磁涌流整定,一般取(7-8)Ie

7*165=1155A 1155/120=9.625A

2.差动电流门槛值ICD:躲正常额定负载时最大不平衡电流整定 ICD=Kk*(Ktx*fi+ΔUh+ΔUm)Ie Ie:变压器额定电流; Kk:可靠系数,取1.3-1.5;

Ktx: 电流互感器同型系数,取1.0; Fi: 电流互感器的最大相对误差,取0.1;

ΔUh、Δum：分别为高、中压侧调压抽头引起的误差，取调压范围的一半。

一般计算取ICD=（0.25-0.5）Ie,根据省局反措要求,取0.65Ie 0.65*165=107.25A 107.25/120=0.4A Q取108/0.9A

3.制动特性拐点电流IB,取IB=Ie=165/120=1.375A 4.制动系数KID,一般取0.5 5.灵敏度计算

1

1#主变10 kV母线故障最小电流为7860A, 折算至110kV侧为7860*10.5/110=750A

根据拐点电流、制动系数（斜率），算出最小动作电流折算至动作曲线上的动作电流为 （750-165）*0.5+108=400.5A 灵敏度Klm=750/400.5=1.873＜2

20

后备保护：

1. 110kV复压闭锁过流保护 套管CT为600/5 电流元件：按躲最大负荷电流整定

Izd = Kk³Ie = 1.5³210 = 315A

取315/120=2.625A Klm=544.7/315=1.73

电压元件: 低电压,躲正常最低运行电压整定 一般取70%Ue

负序电压,躲正常运行时出现的不平衡电压整定 一般取6%Ue

时间元件: 与上一级限额及35kV侧后备配,

一般取 2.5S跳主变110kV本侧开关;

3.0S跳主变各侧开关 2. 10kV侧定时过流保护 CT变比 3000/5 电流元件: 按躲最大运行负荷整定 1.5³Ie = 1.5³2199 = 3299A 取 3300/600 = 5.5A

时间元件: 与主变110kv侧过流及10kV出线后备配 一般取2.0S跳主变低压侧开关 3. 110kV侧过负荷

电流: 1.25³Ie = 1.25³210 = 262.5A 取262/60 = 4.37A 时间: 6.0S 发讯

瓦斯保护的整定：

10MVA以上轻瓦斯为

Vdz250cm

221

重瓦斯气油流的流速整定

vs

轴管80cmdz1.1m

第三章 110KV断路器控制、信号回路

第一节 高压断路器原理介绍

一. 高压断路器的作用：

高压断路器（俗称“高压开关”）是发电厂和变电所电气设备中重要设备之一。正常情况下，用来接通和断开负荷电路；故障时，由继电保护动作断开故障电路，确保电网安全运行；同时能完成自动重合闸任务，以提高供电的可靠性。

二. 高压断路器的类型：

高压断路器的类型按灭弧介质划分，有：油断路器（多油和少油式）；空气断路器；真空断路器；六氟化硫断路器；磁吹断路器等。与之配套使用的操动机构的类型，按断路器操作合闸作功划分有：电磁机构；气动机构；液压机构；弹簧机构等。目前在110千伏以上电压等级电网中，基本上是少油断路器和六氟化硫断路器，对于断路器配用的机构，多数是液压式，而少部分使用弹簧式和气动式机构。今后，随着电网容量的继续增加，安全可靠要求越来越高，对于性能优越的六氟化硫断路器，将取代少油断路器，GIS更将会大量地投入运行。 三．断路器的表示方式

断路器的表示方式如图2-1所示。

SW6110G1200额定电流其它标志C-手车式G-改进式额定电压设计序号使用环境N-户内W-户外断路器型式S-少油D-多油K-空气L-SF6图3-1断路器的表示方式 22

四．断路器的基本结构

高压断路器由以下五部分组成：通断元件，中间传动机构，操动机构，绝缘支撑件和基座，如2-2图所示。

通断元件是断路器的核心部分，主电路的接通或断开由它来完成。主电路和

通断，由操动机构接到操作命令后，通 断 元 件经中间传动机构传送到通断元件，通断元件执行命令，使主电路接通或断支撑绝缘体中间传动机构开。通断元件包括有触头、导电部分、灭弧介质和灭弧室等，一般安放在绝操动机构缘支撑元件上，使带电部分与地绝缘，而绝缘支撑元件则安装在基座上。这些基本组成部分的结构，随断路器类型不同而异。 基 座图3-2 断路器的基本结构 五. 高压断路器的灭弧原理： 高压断路器的灭弧是利用电弧的游离和去游离的矛盾，加速去游离的进行，减弱热游离的进行，以加强再结合和扩散的作用。 六、 断路器的操作机构

1．操作机构的用途和要求

断路器的操作机构，是使断路器分闸、合闸，并将断路器保持在合闸位置的设备。

基本要求：

（1） 应具有足够的操作功率。在叫路器合闸过程中，操动机构要克服很大的机械力和电动力。因此，断路器合闸时，操动机构必须发出足够大的功率。而在断路器分闸时所需功率较小。

（2） 要求动作迅速。通常要求快速断路器的全分闸时间不大于0.08s，近代高压和超高压断路器甚至要求为0.02~0.04s，而断路器的全分闸时间中，固有分闸时间约占一半以上，它与操动机构的结构有关。

23

（3） 要求操动机构工作可靠、结构简单、体积小、重量轻、操作方便等。 2．操作机构的类型

操作机构可分：1）手力式、2）电磁式、3）弹簧式、4）气动式、5）液压式等。

第二节 高压断路器控制回路的要求

1）能进行手动跳、合闸，并能与继电保护和自动装置（必要时）相配合实现自

动跳、合闸。在动作完成后，能自动切断跳、合闸脉冲电流。 2）能指示断路器跳、合闸位置状态，自动跳、合闸时也应有明显信号。 3）能监视电源及下次操作时跳、合闸回路的完整性。 4）有防止断路器多次跳、合的防跳跃回路。

5）当具有单相操作机构的断路器按三相操作时，应有三相不一致的信号。 6）接线力求简单，使用电缆力求少些。

第三节 高压断路器的控制回路图

一. 高压断路器的选型：

在本次设计中根据变电所的实际情况所选择的断路器为： LW25--126型高压SF6

断路器。 操动机构为：CT20--1（X）P型三相联动操作机构。

1）该型断路器采用SF6气体为灭弧介质，故其具有熄弧能力强，绝缘性能好，允许

24

开断次数多，检修周期长，开断能力大等优点。

2）该型断路器采用自能式灭弧室，充分利用短路电流开断过程中电弧自身的能量使

灭弧室内的SF6气体压力上升到灭弧所需的压力来开断短路电流，使开断时对操作功的要求大大降低。

3）该型断路器结构较简单，便于安装、维护。

4）选用CT20--1（X）P型操作机构是因为该型机构不需要大功率的能源，其储能电

机功率只需为300W就可满足其动作要求。且选用弹簧机构可以避免电磁机构的“跳跃”缺陷、液压机构的渗漏等，其可靠性较气动操动机构高（气动操动机构动作的可靠性在很大程度上取决于各级阀门的工作情况）。

二. 高压断路器的技术参数：

LW25-126型高压六氟化硫断路器是西安高压开关厂生产的，其主要技术参数如下： 1、 额定电压；126kV 2、 额定电流：2000A

3、 额定雷电冲击耐受电压：550kV 4、 额定短路开断电流：31.5kA 5、 额定线路充电开断电流：50A 6、 额定频率：50Hz

7、 SF6气体额定压力：0.5MPa(20℃) 8、 SF6气体补气报警压力：0.45±0.03MPa 9、 SF6气体闭锁压力：0.40±0.03MPa 10、额定合闸电压：DC 220V 电流：2A 11、额定分闸电压：DC 220V 电流：2A 12、SF6气体质量：6kg 13、额定电流开断次数：2000次 14、额定短路电流开断次数：20次

配有一个CT20-1（X）P型三相联动操作机构，分、合闸弹簧及储能电机均在操作机构箱内，储能电机的功率为300W，电机电源为交流220V。

25

LW25-126断路器系单断口断路器，其以SF6气体作为灭弧和绝缘介质，具有较强的开断能力，最小的操作噪音，结构简单，安全性高，易于监视和维修，检修周期长等特点。它采用自能式灭弧室，大大降低了开断时的操作功；每台断路器由三个单极组成，三个单极装在同一个框架上，由一台弹簧机构操动，三极间为机械联动，弹簧操作机构装在框架的中间部位，电气控制，SF6气体密度控制器和电机储能系统均置于机构箱内。

断路器有三个直立的灭弧室，每个灭弧室均充有SF6气体，相间用铜管连通，以维持其压力一致，正常运行时SF6气体压力为0.5MPa（20℃），并且三相装有一只带温度补偿压力开关的密度监视器，气体密度继电器具有温度变化补偿运行功能，当SF6气体压力降至0.45±0.03MPa时，密度控制器发出警告信号“SF6压力低”这时值班员应汇报工区和调度，若确实是SF6气体压力低，则应给断路器补气，若SF6气体压力降至0.40±0.03MPa时，密度控制器KJ常闭接点断开，使YJJ线圈失磁，其一对常开接点YJJ1、YJJ2断开，闭锁断路器分合闸回路，此时，断路器“红灯”熄灭，应立即汇报调度转换负荷，并将断路器退出运行。

断路器可以远方和就地三相联动操作，操作机构箱中转换开关可以分别切至“就地”和“远方”位置，远方操作时，转换开关应切至“远方”位置，就地操作时应切至“就地”位置，运行中的断路器停送电操作使用远方控制，禁止就地操作。正常运行中的停送电操作应使用远距离电控操作，禁止就地手控操作，检修时可以进行就地手控操作

该断路器合闸弹簧由电机自动储能，合上储能电机电源开关，电机启动，对合闸弹簧储能，储能到位，限位开关DT4、DT5切断电机回路。合闸时，合闸弹簧释能，同时压缩分闸弹簧储能。如果储能电机没有电源或电机损坏，合闸弹簧可以进行手动储能。

另操作机构箱内装有加热器，当空气湿度较大或环境温度在5℃以下时，应投入加热器，加热器功率为100W，电源为交流220V

二.某变电所110KV断路器控制及信号回路：

附图所示为CT20--1（X）P型操作机构的断路器控制电路图。图中+KM、-KM为装在屏顶上的两根小母线。1RD、2RD是装在屏顶上的熔断器。

26

以下解释利用LW2-Z-1a,4,6a,4a,20,20/F8型控制开关的控制回路动作情

况：

1）.“跳闸后”位置：

当KK的手柄在“跳闸后”位置，且断路器也在跳闸后位置时，DL1常闭

接点闭合。而在合闸线圈HQ回路中，串有弹簧未拉紧闭锁接点DT1，只有在弹簧拉紧后，DT1接点才闭合。故其通路为+KM→KK10-11→LD→R→DT1→YJJ1→DL1→HQ→-KM；此时绿灯LD亮，指出断路器在跳闸后位置。图中合闸线圈HQ中也有电流流过，但因回路中串接有绿灯及其附加电阻，则控制电源的大部分电压都降落在附加电阻上，而HQ上的电压很小，所以HQ不会导致合闸。LD亮，除指示断路器在跳闸后位置外，还可以监视合闸线圈HQ和熔断器1RD、2RD回路的完好性。 2）.“预备合闸”位置：

KK在“预备合闸”位置时，KK9-10接点接通，DL1接点尚未打开，其

通路为（+）SM→KK9-10→LD→R→DT1→YJJ1→DL1→HQ→-KM；此时，接通了闪光电源，绿灯闪光，发出预备合闸信号，但HQ不会导致合闸，因回路中还串有LD和R。 3）.“合闸”位置：

当KK的手柄再顺时针转45°到“合闸”位置时，KK5-8接点接通，LD

及R被短路，HQ启动。其通路为：+KM→DBMS→KK5-8→TBJ2→DT1→YJJ1→DL1→HQ→-KM。断路器合闸后，辅助接点DL1打开，DL2闭合。 4）.“合闸后”位置：

松手后，KK的手柄自动弹回至垂直位置，即“合闸后”位置时，KK16-13

触点接通其通路，为+KM→KK16-13→HD→R→TBJ电流线圈→YJJ2→DL2→TQ→-KM；此时，HD亮，指示出断路器已在合闸位置，同时监视着跳闸线圈TQ和熔断器1RD、2RD回路的完好性。同时，由于控制电源的大部分电压都降落在附加电阻上，TQ上的电压很小，故TQ不会动作。 5）.“预备跳闸”位置：

KK手柄在“预备跳闸”位置时，KK13-14接点接通，其通路为（+）SM

→KK13-14→HD→R→TBJ电流线圈→YJJ2→DL2→TQ→-KM；此时，接通

27

了闪光电源，红灯闪光，发出预备跳闸信号。 6）.“跳闸”位置：

当KK的手柄逆时针转45°到“跳闸”位置时，KK6-7接点接通，HD及R

被短路，全部直流控制电压加到TQ线圈上，其通路为：+KM→DBMS→KK6-7→TBJ电流线圈→YJJ2→DL2→TQ→-KM；此时，跳闸线圈TQ励磁，断路器跳闸，其辅助接点DL2打开，DL1闭合。松开手柄，KK回复到“跳闸后”位置，绿灯亮。 7）.事故跳闸：

由于继电保护动作，断路器事故跳闸时，KK手柄仍在“合闸后”位置，

KK9-10通，其通路为：（+）SM→KK9-10→LD→R→DT1→YJJ1→DL1→HQ→-KM；此时，LD闪光，表示事故跳闸。当在合闸过程中自动跳闸时，因KK9-12接通，LD闪光。

断路器事故跳闸时，还会发出事故音响信号。其通路为：-KM→DL3→

KK17-19→KK1-3→2R→SYM，发出事故音响信号。图中KK17-19与KK1-3相串联可满足断路器在“合闸后”位置时才接通的要求，以防止KK在合闸的操作过程中，发生由于位置不对应而引起短时的事故音响动作。当断路器在合闸后位置时，其控制开关接点KK1-3、KK17-19闭合，如此时保护动作或断路器误脱扣跳闸时，断路器辅助接点DL3闭合，接通事故音响小母线SYM回路，发出事故音响信号。 8）.断路器自动合闸：

若自动装置动作使断路器自动合闸时，KK手柄在“跳闸后”位置，

KK14-15接通，而断路器辅助接点DL2也接通，此时通路为：（+）SM→KK14-15→HD→R→TBJ电流线圈→YJJ2→DL2→TQ→-KM；此时HD闪光，发出自动合闸信号。 9）.断路器储能：

合闸弹簧释放能量合闸后，DT1接点断开，DT4、DT5闭合，启动储能

回路：～A→DT4→D（电动机）→DT5→～N；储满能（弹簧拉紧）后，DT1闭合，DT4、DT5断开。

28

三.防止跳跃装置在断路器控制回路中的应用：

当断路器在手动或自动装置动作合闸后，若由于某种原因，在造成控制

开关的接点KK5-8或自动装置的接点1ZJ未复归的同时，又发生短路故障时，断路器会出现多次的“跳”-“合”现象，此种现象称为“跳跃”，这样的跳跃是不允许的。因此时断路器合闸接通的是短路电流，跳闸断开的也是短路电流，若断路器这样多次的“跳跃”，会使断路器毁坏，而且将扩大事故。所谓“防跳”装置，就是利用操作机构本身的机械闭锁或另在操作回路上采取措施，以防止断路器发生“跳跃”的装置。

图3-1是采用跳跃闭锁继电器TBJ来构成具有电气防跳装置的断路器控制图，它有两个线圈：一个是电流起动线圈，串联于跳闸回路中；另一个是电压自保持线圈，经过自身的常开接点TBJ1，与合闸线圈并联。此时，在合闸回路中还串联有常闭接点TBJ2，其工作原理如下：

当利用控制开关KK或自动装置（1ZJ）进行合闸时，如合在短路故障

上，继电保护将动作，BCJ接点闭合，使断路器跳闸；与此同时，跳闸电流也流过TBJ的电流线圈，使其动作。常闭接点TBJ2断开合闸回路，常开接点TBJ1接通TBJ的电压线圈；此时，如果合闸脉冲未解除，则TBJ的电压线圈将通过KK5-8或1ZJ的接点实现自保持，使TBJ2长期打开，断开了合闸回路，使断路器不能再次进行合闸。只有当合闸脉冲解除，TBJ的电压线圈断电后，才能复归至正常状态。

图中TBJ3接点的作用是：当保护出口中间继电器接点BCJ接通跳闸线

圈，使断路器跳闸时，如果无TBJ3接点并联，则当BCJ接点较辅助接点DL2先断开时，可能会使BCJ接点烧坏，而TBJ3接点总是比DL2接点断开的迟一些，故起到保护BCJ接点的作用。

四.闭锁回路：

当SF6气体压力降至0.45MPa时，发出“SF6气体压力降低”报警；当SF6

气体压力降至0.4MPa时，KJ接点断开，YJJ线圈断电，YJJ1、YJJ2接点断开，闭锁跳、合闸回路，同时发出“SF6气体压力降低，闭锁分合闸”。

29

五.闪光装置：

当断路器与控制开关的位置不对应时，信号灯即被接通至闪光母线（+）

SM上，并发出闪光，这是通过闪光电源产生的。

闪光装置的原理接线图，它由两个中间继电器1ZJ、2ZJ，一个试验按钮YA和一个信号灯BD构成。当某一断路器与其控制开关的位置不对应（例如事故跳闸）时，DL1闭合，负电源即通过“不对应”回路与闪光母线（+）SM接通，其通路为：+XM→2ZJ1→1ZJ→（+）SM→KK9-12→LD→DL1→-KM，使中间继电器1ZJ起动，常开接点1ZJ闭合，起动中间继电器2ZJ，2ZJ的常闭接点2ZJ1断开1ZJ的线圈回路；而其常开接点2ZJ2将+XM直接接在闪光母线（+）SM上，使“不对应”回路的绿灯明亮。1ZJ的线圈断电后，其常开接点1ZJ延时返回，又切断2ZJ的线圈回路。2ZJ断电后，使1ZJ再次起动，直流正电源不再与（+）SM直接连通，而是经过1ZJ线圈与绿灯接通的，使绿灯电压降低而变暗。如此重复动作下去，绿灯即连续一暗、一亮地发出闪光。继电器1ZJ和2ZJ的接点带延时复归，是为了使闪光变得更加明显。

为了能试验闪光装置是否完好，装设了试验按钮YA，值班人员只要按

下按钮YA，闪光装置即起动，同时信号灯BD发出闪光。其通路为：+XM→2ZJ1→1ZJ线圈→（+）SM→YA→BD→-KM；平时，信号灯BD还起监视闪光装置直流电源的作用。

30

第四章

第一节

一、

隔离开关的用途：

隔离开关及其二次回路

隔离开关的用途和类型

隔离开关是发电厂和变电所中常用的电器，它需与断

路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来按通和切断负荷电流和短路电流。它的主要用途：

1、 隔离电压。在检修电气设备时，用隔离开关将检修的设备与电源电压

隔离，以确保检修的安全。

2、 倒用操作。投入备用母线或旁路母线以及改变动行方式时，常用隔离

开关配合断路器，协同操作来完成。

3、 分、合小电流。例如可以用隔离开关进行下列操作： ⑴ 分、合避雷器、电压互感器和空载母线。 ⑵ 分、合励磁电流不超过2A的空载变压器。 ⑶ 分、合电容电流不超过5A的空载线路。

二、 隔离开关的类型：

隔离开关可按下列原则进行分类：

1、 按绝缘支柱的数目，可分为单柱式、双柱式及三柱式隔离开关。 2、 按闸刀的运行方式，可分为水平旋转式、垂直旋转式、摆动式和插入

式四种。

3、 按有无接地闸刀，可分为接地闸刀和无接地闸刀两种。 4、 按装改地点的不同，可分为户内式和户外式两种。 5、 按操作机构的不同，可分为手动、电动和气动等类型。

31

三、 对隔离开关的基本要求：

按照隔离开关所负担的工作任务，对它提出以下基本要求：

1、 隔离开关应有明显的断开点，以易于鉴别电气设备是否与电源隔开。 2、 隔离开关断开点应具有可靠的绝缘，以保证在过电压及相间闪络的情

况下，不致引起击穿而危及工作人商的安全。

3、 应具有呼足够的短路稳压性；尤其是不能因电动力的作用而自动断

开，否则将引起严重事故。 4、 要求结构简单，动作可靠。

5、 主隔离开关与其按地刀闸间应相互联锁，因而必须装设联锁机构，以

保证先断开隔离开关，后闭合按地闸刀；先断开按地闸刀，后闭合隔离开关的操作顺序。

第二节

一、

隔离开关的选型：

隔离开关及操动机构的选型

本次设计选择的隔离开关为：江苏省皋高压电器厂的GW4—126 D型隔离开关.此隔离 开关系户外双柱握手式带按地开关的隔离开关。 选择理由：

１、 该型隔离开关结构简单，便于安装、检修、维护方便。 ２、 该型隔离开关对环境条件要求不高。 ３、 该型隔离开关在我局有一定的使用经验。 ４、 该型隔离开关造价不高，性能可靠。 GW4—126 D的技术参数： 型号：GW4-110kV

额定电压：110kV 额定电流：1250A 配有电动操作机构：

32

型号：CJ5

操作电压：AC 380V 电流：2A 控制电压：AC 38OV 电流：1A

二. 操动机构的选型：

本次设计的操动机构为：江苏省如皋高压电器厂的ＣJ５型电动机操动机构。 选择理由：

１、结构简单，便于安装、维护。

２、造价不高，性能可靠。

３、电动机额定功率仅为550W便能满足其操作要求。 4、该型操动机构在我局已有一定的使用经验。

三．正常的停送电操作顺序如下：

1、停电时，在停电的断路器拉开后，先拉负荷侧闸刀，后拉母线侧闸刀。 2、送电时，应检查断路器在分闸位置，先合母线侧闸刀，再合负荷侧闸刀。

四、闸刀闭锁回路： 1、

110kV闸刀闭锁回路。

110kV闸刀主闸刀操作部分均采用就地按钮电动操作，同时其隔离开关与断路器之间的联锁、隔离开关与其接地刀闸间的联锁由微机五防（DBMS）通过一定的规则来实现。其规则如下：

① 拉合内桥断路器两侧闸刀需符合下列条件：

a.拉合Ⅰ段母线侧闸刀，必须断路器在拉开位置，并且该闸刀与断路器间的接地闸刀应拉开。

b.拉合Ⅰ段母线侧闸刀，必须断路器在拉开位置，并且该闸刀与断路器间的接地闸刀应拉开。

33

② 拉合线路断路器两侧闸刀需符合下列条件：

a、 拉合母线侧 闸刀，必须断路器在拉开位置，并且该闸刀与断路器间的接地

闸刀以及线路侧接地闸刀应拉开。

b、 拉合线路侧闸刀，必须断路器在拉开位置，并且该闸刀与断路器间的接地闸

刀以及线路侧接地闸刀拉开。

③ 拉合主变110kV侧闸刀需符合下列条件：

a、 相对应的110kV进线断路器及内桥断路器在拉开位置，并且该闸刀与主变间

的接地闸刀应拉开。

④ 拉合110kV压变闸刀必须该闸刀与压变间的接地闸刀应拉开。

四、闸刀操作注意事项：

1、 禁止带负荷操作拉合闸刀，当防误装置失灵时，应先查明原因，请示工区后

才能继续操作。（全所防误装置失灵要汇报总工程师后方可操作）

2、 如发生带负荷拉闸刀，当刀片刚离开固定触头发生电弧应立即合上，如果已

全部拉开不许中途合上。

3、 当带负荷合刀闸时，合上后不许再拉开。

4、 110kV闸刀为电动闸刀，正常操作时通过开关端子箱内的按钮控制闸刀分

合。

五、闸刀异常情况的处理：

1、 当发生闸刀的操作不当，接触不良，可用相应电压等级的令克棒推足，但应

注意安全距离。

2、 在实际操作过程中，如遇有刀闸合不好或接触过紧拉不开时，应立即汇报调

度和工区听候处理。

3、 当闸刀发热时，可用红外线测温仪，测定其发热程度，然后汇报调度建议控

制或转移负荷，汇报工区安排处理。

4、 操作中发现闭锁失灵，要查明原因，在确定设备操作正确的情况下，经工区

主任的同意并加强监护方可解锁进行操作。

34

第三节 隔离开关控制回路图

一、110W隔离开关电动操作及闭锁回路图：

上图所示为配用CJS操动机构的隔离开关电动操作及闭锁回路图，其SP1、SP2分别是隔离开关在机构内的限位开关，当闸刀在分闸位置时，SP1限位开关闭合，SP2限位开关打开。当隔离开关在合闸位置时，SP2限位开关闭合，SP1限位开关打开。 回路动作情况： 1、合闸：

当隔离 开关需要合闸时，揿下合闸按钮HA，使接触器KM1励磁，通路为：~A→DBMS→KA（停止按钮）→KH常闭接点→HA→KM1线圈→KM2常闭触点→SP1→~B；接触器KM1接通并自保持，使KM1常开触点闭合，使电动机作顺时针方向转动，通过一对齿轮及蜗轮蜗杆减速带动机构转轴旋转1800，此时机构定位弹片将限位开关SP1打开，切断电源，电动机停止转动，完成合闸动作。 2、分闸：

当隔离开关需要分闸时，揿下分闸按钮TA，使接触器KM2励磁，通路为：~A→DBMS→KA→KH常闭接点——TA→km2线圈→KM1常闭触点→SP2→~B；接触器KM2接通并自保持，使KM2常开触点闭合，接通电动机回路，使电动机作反时针方向转动，通过一对齿轮及蜗轮蜗杆减速带动机构转轴旋转1800，此时机构定位弹片将限位开关SP2打开，切断电源，电动机停止转动，完成分闸动作。 3停止操作：

在合闸或分闸操作过程中，如有特殊情况需要立即将正在进行的操作停止时，应揿下停止按钮KA，使分（合）闸回路切断，电动机停止转动，使操作即时停止

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第五章 母线保护主要二次回路

第一节 母线保护的应用及选型

一. 母线保护的重要性：

发电厂和变电所的母线，是汇集和分配电能的重要部分，虽然它的故障几率相对其它电气设备小，但其后果极其严重，它的故障，以单相接地故障为多数，它的多相故障也多是由单相接地故障发展而成。其有可能造成大面积停电和电气设备的严重损坏，甚至电力系统的瓦解。为了将其故障迅速切除，或将故障在最小的范围，必须装设母线保护。

二. 母线保护的分类及基本要求：

母线保护根据其原理构成可分为电流差动式、母联电流比相式、电流相位比较式等，目前广泛采用电流差动原理。

对母线保护的基本要求是：应能快速地、有选择地将故障母线切除，并能保证动作可靠而又有足够的灵敏度，同时在外部故障及不正常运行方式下（例如电流、电压回路断线，保护本身故障等）保证不误动作。

对于母线保护的接线方式是：在大接地电流系统中应采用三相式接线，以便反应相间故障和单相接地故障；而在小接地电流系统中则采用两相接线，因为它只要求反应相间短路故障。

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三. 母线保护的选型：

本次设计选择南京自动化股份有限公司的WMZ—41型微机母线保护装置，其理由如下：

1）. 抗CT饱和，保护装置对CT无特殊要求，当系统发生区内故障时，保护迅速出口，不受CT饱和影响；区外故障CT饱和时，保护可靠不误动。

2）. 采用全新采样值算法及突变量算法，提高了母线区内故障时的出口速度。 3）. 对双母线保护，增加母线运行状态的自动识别功能。通过对各段母线的所有支路电流的动态分析，结合各支路隔离开关辅助接点的实时控制。跟踪双母线系统的运行状态，从而实现双母线保护的自适应性，出口的选择性，在双母线解列运行或支路倒闸过程中发生区外故障时，均能确保母线的可靠安全运行。 4）. 当系统发生相继故障或故障发展时，保护均能正确而快速地反应。 5）.装置设有复合电压闭锁功能，增强了装置抗误动能力。 6）.装置设有CT、PT断线监视，直流稳压消失监视功能。

7）.装置设有断路器失灵保护，母联断路器失灵保护（死区保护）及充电保护功能可选配。

8）.对各支路主CT变比不一致造成的电流不平衡问题，通过软件改变各支路通道系数来解决。

9）.具有记录故障前后电流、电压信息功能，便于故障分析。

10）.设置有串行通讯口，可与上层机通讯，为综合自动化站的配套管理提供条件。

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第二节

一.

母线保护的构成：

母线保护原理说明

装置采用一“主”三“从”多CPU结构型式并充分利用微机保护的有利条件,其全新的算法及保护方案大大提高了母线保护整组出口速度及可靠性。也使保护的调试和维护更加方便。

“主CPU”主要用作母线电压闭锁，双母线运行状态的识别以及人机对话，故障报告，通讯管理等。“从CPU”分别用作A、B、C各相电流的差动保护判别并向“主CPU”传送故障信息。 全套装置所用的模件主要包括： 1、

CPU模件：作为CPU板。该模件有主、从之分，其间的区别是用以固化用户

程序的EPROM内的内容不一样。 2、 3、

系统支持模件：主要提供一些诸如：时钟、ROM扩展、WATCHDOG等辅助功能。 32路光电隔离输出（STD9372-4.2）：主系统中用作运行方式识别时的各支

路隔离开关接点输入。 4、

32路光电隔离输出（STD9373）：主系统中用作运行方式识别中驱动运行方

式模件，以及显示运行方式。 5、 6、

8入/8出光电隔离：用作读取有关系统信息及信号，出口驱动。 BITBUS网络：用作各系统间信息的传递，BITBUS网络有主、从之分，其间

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区别主要包括地址分配和BITBUS板上固化程序的EPROM中内容有主、从之别两部分。 7、

A/D模数转换模件：可输入十六个通道，并实现同步采样模拟量输入范围可

选：±5V或±10V。通过修改板上GAL片的内容，可用n块A/D模件组成2路以至更多通道的模数转换，便于扩展。 8、

电源模件：可提供三组稳压电源：±5V、±15V、±24V，并提供两组电源

消失信号，本身具有短路，过压保护及24V延时上电功能。 9、

串口通讯模件：用以主系统与上层机或远方的信息传递，可提供标准RS232

及RS422串口。 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、

交流电流模件；每个模件可输入10个回路的电流量。 交流电压模件：每个模件可输入8个电压量。

滤波模件：由24路二阶RC低通滤波回路构成，能有效滤掉三次以上谐波。 开关量输入模件：用以开关量的引入，增强抗干扰能力。 出口跳闸模件：由干簧继电器构成，用以快速跳闸出口。 状态识别模件：用以显示及区分各支路的连接状态。 信号回路模件：用以驱动信号及提供接点，带自保持。

键盘及液晶显示：主系统中用以完成一机接口功能，提供人、机接口界面。 母差保护整柜布置见图5—1。 母差保护电源构成见图5—2。

二.

母线保护的原理：

1.电流差动保护：

引入母线上所有支路（包括母联或分段）的A、B、C三相电流构成分相电流差动保护，取各支路同相电流和的绝对值作为差动量Id，同时取各支路同相电流绝对值之和作为制动量If。

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采用不带比率制动的电流差动判据（5.2.1）作为保护的启动出口条件； 采用带有比率制动的电流差动判据（5.2.2）作为保护的差动出口条件。 Id≥Id1 （5.2.1） Id-K²If≥0 （5.2.2） 式中 Id1：差动门槛 K：制动系数（K＜1）

若母线上各支路电流同时满足以上2个基本判据，即认为“差流越限”，差动保护动作。

1）.当母线正常工作或发生区外故障，CT无饱和情况下，流入母线的电流等于流出的电流，即Id=0，故2个差动判据均不满足，保护可靠不动。

2）. 当母线发生区内故障时，所有电源支路提供故障电流而流入母线，纯负荷支路作为空载线路无电流，此时Id≈If，满足以上2个差动判据，保护动作。

差动保护的制动特性如下图所示：

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2.电压闭锁：

为了防止由于差动以及失灵出口回路的误碰或出口继电器损坏等原因而导致母线连接元件的误跳闸，装置配置有低电压突变及复合电压判别的电压闭锁功能。

电压闭锁接点串入母线保护每个元件的出口跳闸回路中。

装置引入母线的各相电压（或线电压）和零序电压构成低电压突变及复合电压判据。

电压突变利用本周波电压的采样值Uk与前一周波电压的对应采样值Ut进行比较，其判据为：

│Ut-Uk│＞U1 式中 U1：电压突变量

当线路断路器失灵启动，而故障发生在线路末端时，母线电压的突变有可

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能不动作，为了提高此时母线电压动作的灵敏度，保证断路器失灵保护能正确出口，装置通过对各相电压的滤过处理形成负序电压以及低电压和零序电压的判别，组成复合电压判别。 3.母线运行方式字的识别：

双母线具有操作灵活、运行多变的特点，因此其保护装置就必须对应于一次系统的改变而改变，从而实现双母线保护的选择性。常规双母线保护通过引入隔离开关辅助接点启动切换继电器的方法，跟踪双母线的运行状态。 为避免由于隔离开关的辅助接点出错，引起母线保护装置与一次系统的运行状态不对应，而导致母线保护发生误动，微机双母线保护装置进行电流平衡的校验取A相电流。若电流不平衡，大差（除母联外所有支路电流之和）或小差（各母线上所有运行支路电流之和）的差流超过运行方式不对应定值，则指示运行方式识别错误。

系统发生倒闸操作时（除母联外某条支路刀闸跨接Ⅰ、Ⅱ母），装置进入双母线互联状态（无选择性），此时两小差不起作用，若大差越限，则发出跳两条母线上所有联结支路的动作命令。 4.CT饱和的处理：

母线上任一支路CT发生饱和时，饱和CT二次不能正确传变一次电流，这将使差动判据中的差动量Id不能正确反映母线电流的实际分配，从而导致差动保护的误判。

本装置利用下列CT饱和的准则，推出：全新的抗CT饱和新方案——同步识别法。

电力系统对CT饱和有如下准则：

1）.无论一次电流有多大，在系统发生故障瞬间，CT不可能同时发生饱和。从故障发生到CT饱和至少有1／4周波（5毫秒）的时间，CT能正确传变一次电

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流。

2）. CT进入饱和后，二次电流波形即出现畸变、缺损，担当一次电流过零点附近，饱和CT二次侧仍将产生一个线形传变区。

同步识别法即判别“故障启动”与“差流越限”是否同步发生，若判别“故障启动”与“差流越限” 同步发生，则认为“差流越限”是由母线区内故障引起，此时差动保护在5ms以内，即抢在CT未发生饱和前快速判别出区内故障，发出差动出口信号，并记忆下来，以确保各断路器可靠跳闸。

若判别到“故障启动”与“差流越限” 不是同步发生，而是先发生“故障启动”，后有“差流越限”，则认为“差流越限”是由母线区外故障、CT饱和引起，此时闭锁母差一个周波，然后在下一周波内判别区外故障是否发展成区内故障。若仍是区外故障，则继续不断地在随后的每个周波内判是否有故障发展，直到区外故障消失；若发展成了区内故障，则发出差动出口命令。 5.断路器失灵保护：

对220KV及以上电压等级（包括一些重要的110KV）的母线保护，为防止电力系统故障伴随断路器失灵，或短路发生在断路器与电流互感器之间所带来的严重影响，本装置配置了断路器失灵保护。

当母线上某连接元件保护动作后仍有电流，装置接受到作为开关量输入的此种信息，即启动断路器失灵保护，经延时跳开母线上所有开关。

对于双母线或单母分段，根据其连接元件的保护装置所给出的电压切换接点启动相应段的母线断路器失灵保护，以较短时限跳母联开关，以较长时限跳故障元件所在母线上的其它所有开关。 6.母联失灵保护（死区保护）：

对双母线系统，若某段母线发生区内故障而母联断路器失灵，或发生死区故障（即短路发生在母联CT与母联断路器之间），装置配置了母联失灵保护（死

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区保护）来切除故障防止事故的进一步扩大。

当装置判别到：双母线或单母线分段系统并列运行一段母线保护动作，经延时（确保母联断路器可靠跳闸的时间）母联CT仍有电流，则启动母联失灵保护（死区保护），开放另一段母线保护的出口，从而跳开母线上的所有开关。 7.CT断线监视：

若母线上某连接元件的电流回路发生断线，其二次电流不对应一次电流，这将会引起较大的不平衡电流，而此时系统无故障启动，当装置判别到此情景，经延时确认后，发CT断线信号，同时闭锁母线差动保护，防止再发生区外故障而保护误动。

CT断线监视判据为：Id＞Iset 8.PT断线监视：

为防止由于PT二次回路断线，造成母线电压的错误判别，装置配置PT二次回路断线的监视功能，利用自产的零序电压量与专用零序PT输入的电压量相比较，来确定PT二次回路是否断线，其判据为：

│Ua+Ub+Uc│-│3U0│／√3＞Uset （大接地） 当检测到PT二次回路断线后，装置发PT断线告警信号。

三.主从机软件模块介绍：

1.“主”机主要完成母线运行方式字的判别、母线低电压的判别以及线路失灵等，其余工作还包括：

①.对“主”机的硬件和软件的自检； ②.完成对“主”机的互检、对时； ③.实现友善的人机交互界面；

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④.对外通讯。

2.从机主要完成分相差动任务，通过BITBUS网络接受主机的统一管理和调度，其管理系统主要完成主机对其下达的各项命令，同时，完成对本系统的运行监视，其具体任务如下：

①.响应主机对时命令，实现与主机准确对时（各子系统时钟均以主机时钟为准）；

②.完成本子系统的硬件自检和软件自检；

③.能生成四类报告，并能根据主机要求，将报告准确上传； ④.响应主机发出的各类测试任务。

四. 母差保护电气原理：

1.母差保护电流、电压回路见图5—3、图5—4：

Ⅰ段母线上第1回～第7回、母联及第13回线路电流输入经由115WBT、201WBT、301WBT和401WBT模件，而Ⅱ段母线上第8回～第12回线路电流输入经由116WBT、202WBT、302WBT和402WBT模件。

其中，交流模件115WBT、116WBT将电流经滤波模件117WBT滤波后，再由扁平电缆输入模数转换模件A/DⅠ内，作为主机运行方式识别用。而Ⅰ母、Ⅱ母电压则分别经由QF2、QF3至101WBT模件，由101WBT模件经滤波模件117WBT滤波后，再经扁平电缆输入模数转换模件A/DⅡ内作为主机母线电压闭锁用。

另外，交流模件201WBT、202WBT将电流经滤波模件203，WBT滤波后，再由扁平电缆输入模数转换模件A/D内，作为A相从机电流差动保护判别用。 B、C相也相同。

2. 母差保护运行方式的切换（见图5—5）：

双母线具有操作灵活、运行多变的特点，因此其保护装置就必须对应于一次系统的改变而改变，从而实现双母线保护的选择性。本保护通过引入隔离开

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关辅助接点启动切换继电器的方法，跟踪双母线的运行状态。其原理如下： 以第1回线路为例，当其Ⅰ母闸刀合上时，电气通路为：+KM→1G1（Ⅰ母闸刀辅助接点）→模件102WBT（K2）→-KM；模件102WBT（K2）常开接点闭合，通路为：24V（-）→模件102WBT（K2）接点→模件120WBT，模件120WBT使该支路联接在Ⅰ母的状态接点LJⅠ闭合（见图5—6），实现母线保护装置与一次系统的运行状态的对应。 若Ⅱ母闸刀合上时，电气通路为：+KM→1G2（Ⅱ母闸刀辅助接点）→模件104WBT（K2）→-KM；模件104WBT（K2）常开接点闭合，通路为：24V（-）→模件104WBT（K2）接点→模件120WBT，模件120WBT使该支路联接在Ⅱ母的状态接点LJⅡ闭合，也实现母线保护装置与一次系统的运行状态的对应。

3.母差保护失灵回路（见图5—7、图5—8、图5—9）：

当某一线路保护动作而线路上仍有故障电流时，装置判为失灵启动。如该线路运行于Ⅰ母，则起电气回路为：+KM→线路保护动作接点→线路电流接点→1G1→模件103WBT（K8）→-KM（见图5—7）；模件103WBT（K8）常开接点闭合后，其回路为：24V（+）→103WBT（K8）接点→模件119WBT；经装置判别为线路开关失灵后，模件119WBT启动模件406WBT内K9和K10（见图5—8），模件406WBT使K9、K10-2常开接点闭合，启动模件109WBT（见图5—9），回路为：24V（-）→模件406WBT（K9）→模件109WBT（K3），模件109WBT（K3）接点闭合，启动出口跳闸回路，以较短时限跳母联开关，以较长时限跳故障元件所在母线上的其它所有开关。 如装置判别到：双母线或单母线分段系统并列运行一段母线保护动作，经延时（确保母联断路器可靠跳闸的时间）母联CT仍有电流，则装置判为母联失灵保护（死区保护），由从机模件205WBT或305WBT或405WBT启动模件406WBT（K3），跳开母线上的所有开关。

4. 母差保护PT断线监视（见图5—8）：

为防止由于PT二次回路断线，造成母线电压的错误判别，装置配置PT二次

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回路断线的监视功能，利用自产的零序电压量与专用零序PT输入的电压量相比较，来确定PT二次回路是否断线。

如装置判断PT二次回路断线，则模件119WBT启动模件406WBT（K2），模件406WBT（K2）常开接点闭合，电气回路为：24V（+）→模件406WBT（K2）接点 →模件206WBT（K9），模件206WBT（K9）接点闭合，接通预告信号回路，发“PT断线”信号。

四.母差保护的保护出口回路（见图5—6）：

如Ⅰ段母线上发生故障，Ⅰ母A（B、C）相差动接点闭合，起动出口驱动继电器CJ1，回路为：+KM1→Ⅰ母A（B、C）相差动接点→出口驱动继电器CJ1→-KM1。 这时CJ1常开接点闭合，通过LJ1接点起动TJ继电器，回路为：+KM2→CT断线闭锁常闭接点→CJ1接点→Ⅰ母小母线→LJ1接点→TJ继电器→-KM2（图中LJ1、LJ2接点分别为该支路联接在Ⅰ母或Ⅱ母的状态接点）。 同时，由于故障造成Ⅰ段母线上电压降低，故Ⅰ母电压常开接点闭合，起动YJ继电器，回路为：+KM3→Ⅰ母电压常开接点→LP1压板→YJ继电器→-KM3。 则连接在I母上的各断路器起动各自的出口跳闸回路，其通路为：+KM→TJ接点→YJ接点→母差跳断路器压板LP→断路器跳闸回路；同时通过时间的设定，实现母差保护在Ⅰ母故障时以较短时间跳开母联开关，较长时间跳开Ⅰ段母线上所有运行中的开关的目的。

如Ⅱ段母线上发生故障，Ⅱ母A（B、C）相差动接点闭合，起动出口驱动继电器CJ2，回路为：+KM1→Ⅱ母A（B、C）相差动接点→出口驱动继电器CJ2→-KM1。 这时CJ2常开接点闭合，通过LJ2接点起动TJ继电器，回路为：+KM2→CT断线闭锁常闭接点→CJ2接点→Ⅱ母小母线→LJ2接点→TJ继电器→-KM2。 同时，由于故障造成Ⅱ段母线上电压降低，故Ⅱ母电压常开接点闭合，起动YJ继电器，回路为：+KM3→Ⅱ母电压常开接点→LP2压板→YJ继电器→-KM3。 母差保护起动以较短时间跳开母联开关，较长时间跳开Ⅱ段母线上所有运行中的开关。

若母线上某连接元件的电流回路发生断线，其二次电流不对应一次电流，

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这将会引起较大的不平衡电流，如这不平衡电流符合CT断线的判据，则装置判为CT断线，CT断线闭锁常闭接点打开，断开母差保护出口回路正电源，同时发CT断线信号。从而防止了CT断线且又有区外故障时引起母差保护误动的可能。 另外，装置配置有低电压突变及复合电压判别的电压闭锁功能，如Ⅰ（Ⅱ）母差动继电器动作，而装置对各相电压滤过处理后对形成的负序电压、低电压以及零序电压进行判别，如其未达到判据要求，装置会认为是差动以及失灵出口回路的误碰或出口继电器损坏导致Ⅰ（Ⅱ）母差动继电器动作，其Ⅰ（Ⅱ）母电压常开接点不闭合 ，使母差跳闸回路没有正电源，从而提高了母差保护的可靠性。

另：母差保护端子排图见图5—10。

参考资料

(1) 继电保护和安全自动装置技术规程、电气二次接线识图 (2) 继电保护及自动装置 (3) 变电运行培训教材

(4) WMZ-41微机母线保护装置说明书

(5) 继电保护及安全自动装置规程及反事故技术措施等 文件汇编(上册)

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