采用GPSL621C-112微机保护装置_的110kV线路二次回路设计毕业设计说明书.doc

毕业设计说明书毕业设计说明书 采用采用 gpsl621c-112gpsl621c-112 微机保护装置微机保护装置 的的 110kv110kv 线路二次回路设计线路二次回路设计 undergraduate design(thesis) the gpsl621c-112 series microcomputer protection device 110 kv lines of the secondary circuit design by supervised by 南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文） ii hua-zhong school of kangni college nanjing institute of technology june 2012 nan jing 王庭森：采用 gpsl621c-112 微机保护装置的 110kv 线路二次回路设计 i 摘摘 要要 继电保护装置是一种反应电力系统故障和不正常运行状态，并动作于断路器 跳闸和发出信号的设备。而且，电力系统的规模在不断扩大，用户对电能质量的 要求也在不断提高。因此，对继电保护装置本身的要求也越来越高。 本文的主题是采用微机保护装置对 110kv线路的二次回路的保护研究。简要 介绍了电力系统微机继电保护的发展历史、现状、技术特点及其发展方向。在本 次设计中，该微机装置可用于距离零序保护。 设计首先进行了继电保护配置和二次系统的学习，主要是控制对象（一次设 备）简介，二次设备（柜）及主要功能进行了解，为以后的线路设计做好充分的 准备。 本设计对 110kv 线路采用 gpsl621c-112 微机保护装置的二次回路进行保护。 所以要对设备选型一次设备、二次设备及主要功能有所了解。 然后对 110kv 主要回路图进行设计并绘制 110kv 线路电流、电压回路图， 110kv 线路控制信号回路图，110kv 线路隔离开关操作闭锁回路等图纸，最后完 成断路器机构箱端子排接线图 关键词关键词 微机保护；110kv 线路保护；二次回路保护 南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文） ii abstract protective relay is the one of devices to response the fault and abnormal of electric power system to send out signals to trip cb. with the expansion of the power system and the consumer higher requirement for quality of power energy, the protection relays criteria must be improved greatly and developed to satisfy the higher requirement. this thesis is the research of 110kv-line computer basesd protection relay. this paper recalled the history, the current development and future blueprint of computer relay protection. it is also discussed protection algorithm in the thesis. design the first relay protection configuration and the second system of study, mainly is the control object (a device) introduction and secondary equipment (cabinet) and main function to understand, for the following line design ready. this design of 110kv prc41a series circuit with microprocessor-based protection, the protection of the secondary circuit. so to equipment selection a equipment, secondary equipment and main function understand somewhat. then on to 110 kv main circuit diagram design and drawing 110 kv ines current, voltage circuit diagram, 110 kv lines control signal circuit diagram, 110 kv lines isolating switch operation artesia loops drawings, finally complete circuit breaker box terminal row institutions hookup .key words computer relay protection；110 kv transmission line the secondary circuit；the microcomputer protection 王庭森：采用 gpsl621c-112 微机保护装置的 110kv 线路二次回路设计 iii 目录目录 摘要摘要 abstract 1 绪绪论论.1 1.1 电力系统微机保护的概述 .1 1.2 微机保护的特点 .2 1.3 微机保护的国内外研究概述与发展趋势 .3 1.4 本课题研究的背景和意义 .4 2 1 11 10 0kv 线线路路的的一一次次设设备备及及控控制制5 2.1 主接线及其选择.5 2.2 断路器.9 2.3 刀闸14 2.4 互感器17 3 1 11 10 0kv 线线路路保保护护的的二二次次配配置置.21 3.1 110kv 电网线路保护配置要求 21 3.2 本次设计所用保护装置的功能和特点23 3.3 测控柜25 3.4 端子箱26 4 二二次次回回路路的的设设计计.28 4.1 二次回路28 4.2 交流电流电压回路接线设计30 4.3 断路器的控制回路设计33 4.4 信号回路设计34 4.5 刀闸的防误回路设计35 5 结结语语38 谢谢辞辞39 参参考考文文献献40 附附录录 图图纸纸.41 王庭森：采用 gpsl621c-112 微机保护装置的 110kv 线路二次回路设计 - 1 - 1 1 绪论绪论 1.11.1 电力系统微机保护的概述电力系统微机保护的概述 电力系统的不断发展和安全稳定运行给国民经济和社会发展带来了巨大的动 力和效益，继电保护是组成电力系统必不可少的子系统，它承担着断开故障和支 持电力系统安全运行的任务,在保证系统安全、稳定和经济运行等方面起着非常 重要的作用。 继电保护装置除了在故障的很短时间内动作外，长期是不动作的。因而被喻 为电力系统的无声警卫。因此装置的某些缺陷可能不被觉察，从而成为故障，是 不正确动作的隐患。微机保护的自我监测和监视功能可以消除这一隐患。 众所周知，对电网继电保护的基本性能要求，包括了可靠性、选择性、快速 性和灵敏性。所谓可靠性，是要求所配置的继电保护装置只能在事先规定需要它 动作的情况下动作，在其他一切不需要它动作的情况下不动作。在术语上，前者 称之为可信赖性，后者称之为安全性或稳定性；继电保护的选择性要求，是期望 能在电力元件发生故障时，又在靠近故障元件的继电保护装置断开故障；动作的 快速性，对电网继电保护系统来说，重要在于快速跳闸对提高电网暂态稳定的作 用；动作灵敏性要求，是出于保护装置可靠动作的需要。 这些要求之间，有的相辅相成，有的相互制约，需要针对不同的使用条件， 分别地进行协调。继电保护的困难在于不仅要满足测量的精度，更重要的是在各 种复杂的情况下都要能满足相互矛盾的四项要求，即“要正确动作，该动则动， 不该动则不动。 ”继电保护的正确动作取决于一系列的因素：保护原理、装置的 软硬件设计、产品质量、整定和调试、二次回路以及运行管理等。 1.21.2 微机保护的特点微机保护的特点 南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文） - 2 - （l）维修调试方便：相比较于过去大量使用的整流型继电保护装置，微机保 护装置几乎可以不用调试，微机保护对硬件和软件都有自检功能，装置上电时， 有故障就会立即报警，可以大大地减轻运行维护的工作量。 (2）可靠性高：在各种保护方法中，考虑到了电力系统中的各种情况，具有 很强的综合分析和判断能力。微机系统运行时，可以不断进行自检，因此，可以 立即检查出微机保护内部的大多数随机故障，而采取适当的纠正措施。 (3）易于获得各种附加功能：由于计算机的通用性，因而在继电保护硬件的 基础上，可以很方便地通过增加软件的方法获得保护之外的功能。例如，保护的 动作顺序记录，故障谐波分析，故障测距，低频减载等。 (4）保护性能易于改善：对于相同的硬件，可以通过算法的不同，实现不同 的保护。这样，也就可以通过改善算法来不断完善保护性能，而不需要改动硬件。 通过软件算法的改善，可以较好地解决原有模拟继电保护装置无法解决的一些问 题。 (5）便于远方监控：目前的微机保护装置均设有通信接口，这样可以方便地 将各地保护装置纳入变电站综合自动化系统，可以实现远方修改定值与投切保护 装置。 （6）灵活性大：目前，国内中低压变电站内不同一次设备的保护装置在硬件 设计时，尽可能采用同样的设计方案。而超高压电力系统保护装置若采用多 cpu 实现多种保护功能时，每块 cpu 模块的硬件设计也倾向于尽量相同。由于保护的 原理主要由软件决定，因此，只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，从而 可灵活地适应电力系统发展对保护要求的变化，也减少了现场的维护工作量。 （7）经济性好：微处理器和集成电路芯片的性能不断提高而价格一直在下降，而电磁型 继电器的价格在同一时期内却不断上升。而且，微机保护装置是一个可编程序的装置，它可 基于通用硬件实现多种保护功能，使硬件种类大大减少。这样，在经济性方面也优于传统保 护。 1.31.3 微机保护的国内外研究概况与发展趋势微机保护的国内外研究概况与发展趋势 近四十年来，计算机技术发展日新月异，它的广泛应用给各行各业带来了翻 天覆地的变化。计算机技术也同样影响了继电保护技术的发展。七十年代中、后 期国外已有少数样机在电力系统中试运行，到八十年代初，各国都在这些方面继 续做了很多努力，使计算机保护逐渐趋于实用。 我国对计算机保护的研究始于 70 年代后半期，开始是几个高等院校和水电 王庭森：采用 gpsl621c-112 微机保护装置的 110kv 线路二次回路设计 - 3 - 部南京自动化研究所的一些继电保护工作者对国外计算机保护的发展作了广泛的 介绍和综述分析。70 年代末至 80 年代初广泛地开展了各种算法以及样机的研制。 1984 年，华北电力学院研制的第一套 6809（cpu）为基础的距离保护样机投 入试运行。该年底在华中工学院召开了我国第一次计算机保护学术会议，标志着 我国计算机保护的开发开始进入了重要的发展阶段。90 年代，南京电力自动化研 究院将工频变化量方向继电器（1982 年提出）在 ckf、ckj 系列集成电路保护中 的成功经验运用于计算机保护。此后，各个厂家以 80c196 微控制器为控制核心 相继研制了各自的线路保护，并在国内电力系统 110kv500kv 线路中广泛运用， 有代表的制造厂家有：南瑞继保、南京电力自动化总厂、四方公司、许昌继电器 厂等。 继电保护所应用元器件的发展，在一定程度上将推动继电保护技术的发展。 晶体管的出现推动了比相原理的发展，集成电路已具备了一定的计算功能，目前 已广泛使用的微机保护，使继电保护步入了数字化的领域。 微机技术引入继电保护领域，扩展了继电保护装置的应用功能，基于微处理 器的继电保护装置，具有一系列的特点：可以集主保护、后备保护的完整功能于 一身，大大简化了继电保护二次接线；远方通信功能，管理人员可以随时监测保 护装置的运行状态、调用数据、改变定值，为现代化管理提供了必要的物质基础； 自检功能，自动故障定位，及时发出警报，用备用插件置换故障部件，可以在实 验室集中进行专业检修。这一切都为提高保护装置的安全运行水平，显著地延长 运行检测周期和减少运行检测项目提供了前提，同时也必将直接影响到专业人员 的配置，从而大幅度的提高继电保护的管理水平和专业人员的劳动生产率。 目前，我国电力系统已大量采用的微机保护，大多采用 80 年代末期 90 年代 初期推出的数字芯片，如 intel 公司的 80c196 等。新一代数字芯片的出现，特 别是高速数字信号处理器 dsp（digital signal processor）以其高速、实时、 低功耗和高集成度而得到大量的推广及应用，这必将引起继电保护新一轮的革命。 将高性能的微处理器应用于整个装置中，可以大大提高其运算速度，减少运算时 间，这对电力系统继电保护来说也一个非常关键的问题。 1.41.4 本课题研究背景和意义本课题研究背景和意义 南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文） - 4 - 1.4.11.4.1 本课题研究的背景本课题研究的背景 在现代电网中，随着超高压、大容量、远距离输电线路的不断增多，对电力 系统的安全稳定运行提出了更高、更严格的要求。零序电流保护、距离保护作为 线路保护的基本组成部分，其工作性能对电力系统的安全稳定运行有着直接和重 要的影响。保护性能改善的一个重要方面是在确保其动作的可靠性和选择性的条 件下，加快保护的动作速度。目前，提高保护速度面临的主要问题是距离保护采 用故障后的稳态基频分量，在实际故障信号中包含有大量非基频噪声信号的情况 下，保护动作速度越快，基频分量的滤波精度越差。为了适应现代高压电网稳定 运行的要求，设计者们除了在软件上尽力简化算法和提高算法的效率，对硬件的 要求也越来越高。 目前电力系统继电保护设备中最常用的微处理器包括51系列和96系列等控制型器件。但 随着电力系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高以及新的保护算法的不断出现，这些 器件在许多方面，特别是在计算能力、存储容量方面，已不能很好地适应电力系统的要求。 本课题将对上述问题进行探讨，从硬件和软件两方面对电力系统微机保护设备进行深入分析， 并设计一套完整的微机保护装置。 1.4.21.4.2 本课题研究的意义本课题研究的意义 随着电力工业的发展，高压输电网络的结构、用电负荷性质和用户对供电的 要求都发生了很大的变化，这也对继电保护工作提出了越来越高的要求。对系统 保护性能和功能需求的不断提高，也是促使担任微机保护装置的处理器位数不断 提升的主要原因之一。采用高性能高位数的 dsp+cpu 处理器芯片构成微机保护装 置，已经成为电力系统保护产品的发展趋势。 王庭森：采用 gpsl621c-112 微机保护装置的 110kv 线路二次回路设计 - 5 - 2 2 110kv110kv 变电所的一次设备及其控制变电所的一次设备及其控制 2.12.1 主接线及其选择主接线及其选择 电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成电路，负责接收和 分配电能，成为传输强电流、高电压的网络。用规定的电气设备图形符号和文字 符号，并且按工作顺序排列，详细的表示电气设备和成套装置的全部组成和连接 关系的单线接线图。主接线代表了变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络 结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电器选择、配电装 置布置、继电保护、控制方式和自动装置的拟定都有决定性的关系。 对于 6220kv 电压配电装置的接线，一般分两类：一为母线类，包括单母 线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类， 包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。应视电压等级和出线回数，酌情选用。 旁路母线的设置原则： 1）采用分段单母线或双母线的 110kv 配电装置，当断路器不允许停电检修 时，一般需设置旁路母线。因为 110kv 线路输送距离长、功率大，一旦停电影响 范围大，且断路器检修时间较长（平均每年 57 天） ，故设置旁路母线为宜。当 有旁路母线时，应首先采用以分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。 2）35kv 配电装置可不设旁路母线，是因为重要用户多系双回路供电，有可 能停电检修断路器。其次，还因为断路器年平均检修时间短，通常为 23 天。 如线路断路器不允许停电检修时，可设置其它旁路设施。 3）10kv 配电装置，可不设旁路母线。对于出线回路数多或多数线路系向用 户单独供电，以及不允许停电的单母线、分段单母线的配电装置，可设置旁路母 线。 对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器 少或不用断路器的接线。当出线为 2 回时，一般采用桥形接线。 2.1.12.1.1 对电气主接线的基本要求 南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文） - 6 - 变电站的电气主接线应根据该变电站所在电力系统中的地位、回路数、设备 特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投 资等要求。对电气主接线的基本要求，概括的说应包括可靠性、灵活性、和经济 性。 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线的最基本要求。 可靠性的工作是以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。 主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。 因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的 故障对供电可靠性的影响。评价主接线可靠性的标志是： 1)断路器检修时是否影响停电； 2)线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短， 以及能否对重要用户的供电； 3)变电站全部停电的可能性。 主接线的灵活性有以下几个方面的要求： 1)调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够 满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。 2)检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修， 且不致影响对用户的供电。 3)扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和 二次设备改造量最少。 主接线经济性的要求 在满足技术要求的前提下，做到经济合理。 1)投资省：主接线简单，以节约断路器、隔离开关等设备的投资；占地面积 小：电气主接线设计要为配电装置布置创造条件，以节约用地、架构、导线、绝 缘子及安装费用。 2)电能损耗少：经济选择主变压器型式、容量和台数，避免两次变压而增加 电能损失。 2.1.22.1.2 主接线的基本接线形式 主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出 线为主体。由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同，而且每路馈线 王庭森：采用 gpsl621c-112 微机保护装置的 110kv 线路二次回路设计 - 7 - 所传输的功率也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，在进出线较多时(一般 超过 4 回)，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安 装和扩建。而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设备较少，配电 装置占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂或变电站。 有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线接线(及单母线分段接线)和双母 线接线(及双母线分段接线)两大类。 （1）有母线接线 有汇流母线的接线形式的基本环节是电源、母线和出线（馈线） 。母线是中 间环节，作用是汇集和分配电能，使接线简单清晰，运行、检修灵活方便，进出 线可有任意数目，利于安装和扩建。 1）单母线接线（含单母线刀闸分段、单母线开关分段、单母线带旁路等） 。 只有一组（可以有多段）工作母线的接线称单母线接线。这种接线的每回 进出线都只经过一台断路器固定接于母线的某一段上。优点：不分段单母线接线 的优点是简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便，有利于扩建和采用成套配 电装置。缺点：不分段单母线接线的缺点是可靠性、灵活性差。 2）双母线接线（含双母线刀闸分段、双母线开关分段、双母线带旁路等） 有两组工作母线的接线称为双母线接线。每个回路都经过一台断路器和两台 母线隔离开关分别与两组母线连接，其中一台隔离开关断开；两母线之间通过母 线联络断路器连接。有两组母线后，使运行的可靠性和灵活性大为提高。 3）3/2 台断路器接线 每 2 条回路共用 3 台断路器，每串的中间一台断路器为联络断路器。正常 运行时，两组母线和全部断路器都投入工作，形成多环状供电，具有很高的可靠 性和灵活性。 4）4/3 台断路器接线 5）变压器母线组接线 这种接线应用于超高压系统中，适用于有长距离大容量输电线路、要求线路 有高度可靠性的配电装置。 （2）无汇流母线接线 无汇流母线的主接线没有母线这一中间环节，使用的开关电器少，配电装置 占地面积少，投资较少，没有母线故障和检修问题，但其中部分接线形式只适用 于进出线少并且没有扩建和发展可能的发电厂和变电所。 1）单元接线 南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文） - 8 - 发电机和主变压器直接连成一个单元，再经断路器接至高压系统，发电机出 口处除厂用分支外不再装设母线。 2）桥形接线 当只有两台主变压器和两回输电线路时，采用桥形接线，所用断路器数量最 少。 3）角形接线 它是将断路器布置闭合成环，并在相邻两台断路器之间引接一条回路的接 线。其角数等于进、出线回路总数，等于断路器台数。 2.1.32.1.3 本次设计所用的主接线 本次 110kv 线路保护二次线设计中的电气主接线采用一般双母线接线。一般 双母线接线方式如图 2.1 所示，特点如下： (1)一般在正常运行时，线路均分在两组母线上，以固定的连接方式运行。 其供电可靠性表现在检修任一母线时，可以利用母线把该母线上的全部回路倒换 到另一组母线上，不会中断供电。 (2)检修任一回路的母线开关时，只需停该回路与隔离开关相连的母线。任 一母线发生故障时，可将所有连接于该母线的线路倒换到正常母线上使装置迅速 恢复工作。且一般的双母接线运行方式灵活，可采用两组母线并列运行方式，两 组母线分裂运行方式，一组母线工作，另一组母线备用的运行方式。多采用地一 种方式，因母线故障时可缩小停电范围，且两组母线的负荷可以调配。 (3)该电气主接线方式投资较小。满足电气主接线方式“可靠，灵活，经济” 的要求，适用于本次设计。 qfc wl1wl2wl3wl4 电源1电源2 w2 w1 图 2.1 一般双母线接线方式 一次系统主要一次设备有断路器、 2 把母线侧刀闸、 1 把出线侧刀闸、 3 把接地刀闸、 4 组电流互感器、线路电压互感器，如图2.2 所示。 南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文） - 9 - 图 2.2 一次系统示意图 2.22.2 断路器断路器 2.2.12.2.1 断路器的分类断路器的分类 断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模 糊，一般将 3kv 以上的称为高压电器。低压断路器又称自动开关，俗称“空气开 关”也是指低压断路器。 高压断路器(或称高压开关)是发电厂、变电所主要的电力控制设备,具有灭 弧特性,当系统正常运行时,它能切断和接通线路以及各种电气设备的空载和负载 电流;当系统发生故障时,它和继电保护配合,能迅速切断故障电流,以防止扩大事 故范围。因此,高压断路器工作的好坏,直接影响到电力系统的安全运行；高压断 王庭森：采用 gpsl621c-112 微机保护装置的 110kv 线路二次回路设计 - 10 - 路器种类很多，按其灭弧的不同，可分为：油断路器（多油断路器、少油断路器） 、六氟化硫断路器（sf6 断路器） 、真空断路器、压缩空气断路器等； 低压断路器是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和 短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及 电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断 电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电 流后一般不需要变更零部件，已获得了广泛的应用。 2.2.22.2.2 断路器的作用断路器的作用 1.正常情况下接通和断开高压电路中的空载及负荷电流。 2.在系统发生故障时能与保护装置和自动装置相配合，迅速切断故障电流， 防止事故扩大，从而保证系统安全运行。其实断路器就是一种开关，它和普通开 关的不同点主要在：1.适用电压等级高 2.灭弧截止及方式，有真空，少油，多油 及六氟化硫等等 3.灭弧能力强，效果好。 2.2.32.2.3 断路器的控制方式和操作机构断路器的控制方式和操作机构 2.2.3.12.2.3.1 断路器的控制方式 一、断路器控制方式 断路器是电力系统中最重要的开关设备，在正常运行时断路器可以接通和切 断电气设备的负荷电流，在系统发生故障时则能可靠地切断短路电流。 断路器一般由动触头、静触头、灭弧装置、操动机构及绝缘支架等构成。为 实现断路器的自动控制，在操动机构中还有与断路器的传动轴联动的辅助触头。 断路器的控制方式有多种，分述如下。 1按控制地点分 (1)集中控制。在主控制室的控制台上，用控制开关或按钮通过控制电缆去 接通或断开断路器的跳、合闸线圈，对断路器进行控制。一般对发电机、主变压 器、母线、断路器、厂用变压器35kv以上线路等主要设备都采用集中控制。 (2)就地（分散）控制。在断路器安装地点（配电现场）就地对断路器进行 跳、合闸操作（可电动或手动） 。一般对10kv线路以及厂用电动机等采用就地控 制，可大大减少主控制室的占地面积和控制电缆数。 南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文） - 11 - 2按控制电源电压分 断路器的控制方式接控制电源电压分为强电控制和弱电控制两种。 (1)强电控制。从断路器的控制开关到其操作机构的工作电压均为直流 110v 或 220v。 (2)弱电控制。控制开关的工作电压是弱电（直流48v） ，而断路器的操动机 构的电压是220v。目前在500kv变电所二次设备分散布置时，在主控室常采用弱 电一对一控制。 3按控制电源的性质分 断路器的控制方式按控制电源的性质可分为直流操作和交流操作（包括整流 操作）两种。 直流操作一般采用蓄电池组供电；交流操作一般是由电流互感器、电压互感 器或所用变压器提供电源。 2.2.3.22.2.3.2 断路器的操作机构 1.断路器操作机构的作用 用来完成断路器分合闸操作，并能够使断路器保持在合闸位置。 2.断路器操作机构分类 分为液压操作机构，弹簧操作机构和电磁操作机构。 液压操作机构利用油泵压缩 10#航空液压油，利用油压传递将氮气压缩，储存能 量，一旦跳合闸线圈动作，能量释放，完成开关分合闸。弹簧操作机构是利用已 储能的弹簧为动力完成开关分合闸，合闸过程释放合闸弹簧能量，同时使分闸弹 簧储能能量，合闸后分闸弹簧开始储能。自动重合闸：断路器分闸后，由于合闸 弹簧储能工作早已完成，若接到合闸命令，操作机构可再次使断路器合闸。 电磁操作机构是靠电磁力合闸的操作机构。优点：机构简单，工作可靠，制 造成本低。缺点：合闸线圈消耗的功率太大，机构结构笨重，合闸时间较长。合 闸电流约为 100a 左右，合闸保险按 1/3-1/4 选取。合闸过程使合闸弹簧储能。 2.2.42.2.4 断路器控制回路的基本要求 断路器的控制回路必须完整、可靠，因此应满足下面一些要求： (1)断路器的合、跳闸回路是按短时通电设计的，操作完成后，应迅速切断 合、跳闸回路，解除命令脉冲，以免烧坏合、跳闸线圈。为此，在合、跳闸回路 中，接入断路器的辅助触点，既可将回路切断，又可为下一步操作做好准备。 王庭森：采用 gpsl621c-112 微机保护装置的 110kv 线路二次回路设计 - 12 - (2)断路器既能在远方由控制开关进行手动合闸和跳闸，又能在自动装置和 继电保护作用下自动合闸和跳闸。 (3)控制回路应具有反映断路器状态的位置信号和自动合、跳闸的不同显示 信号。 (4)无论断路器是否带有机械闭锁，都应具有防止多次合、跳闸的电气防跳 措施。 (5)对控制回路及其电源是否完好，应能进行监视。 (6)对于采用气压、液压和弹簧操作的断路器，应有压力是否正常，弹簧是 否拉紧到位的监视回路和闭锁回路。 (7)接线应简单可靠、使用电缆芯数应尽量少。 2.2.52.2.5 断路器控制的基本回路 2.2.5.12.2.5.1 合闸回路合闸回路 图 2.2 合闸回路示意图 （1）就地操作合闸 转换开关 s3 调整至就地控制档位；x1-602-s4 合闸按-s3-k11-s11- -合闸线圈 y4-s2-k14-s3-s4 合闸按钮-x1-607 构成合闸通路。 （2）远方操作合闸 转换开关 s3 调整至远方操作控制档位；x1-610 合闸命令-s3-k11- s11-合闸线圈 y4-s2-k14-s3-x1-625 构成分闸通路。 2.2.5.22.2.5.2 分闸回路分闸回路 南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文） - 13 - 图 2.3 分闸回路示意图 （1）就地操作分闸 转换开关 s3 调整至就地操作控制档位；x1-602-s5 分闸按钮-s3-s11- -分闸线圈 y1-k14-x1-645 构成分闸通路。 （2）远方操作分闸 转换开关 s3 调整至远方操作控制档位；x1-630 发出分闸命令-s3-s11-分 闸线圈 y1-k14-x1-645 构成分闸通路。 2.2.5.32.2.5.3 自检闭锁、报警回路自检闭锁、报警回路 对 sf6压力、液压压力、合闸弹簧储能状态进行检测，以接点形式输出，有 的接点直接串在合闸、分闸回路中构成闭锁条件，有的接点则以空接点形式送至 监控系统发出信息或送至保护柜操作箱闭锁重合闸(如压力降低闭锁重合闸)。 gl312 型断路器包含的此类回路有： sf6泄露闭锁、合闸压力闭锁、自动重 合闸闭锁等。 2.2.5.42.2.5.4 操作电源回路操作电源回路 操作电源回路包括储能电机、照明、加热除湿以及插座供电回路，一般电源使用电缆从 断路器端子箱引入，操作电源回路设有保护开关(一般为空气断路器)。因故障导致操作电源 回路空气断路器跳闸后也可发出报警信号。 采用的操动机构弹簧储能机构电动机为交流电动机，其三相交流电由两边相邻开 关端子箱合闸回路通过电缆连接起来，构成环形供电网络，a,b,c 三相电源通过 组合开关 1qa,2qa，3qa 及熔断器 3fu,4fu,5fu 经开关端子排转接后由电缆送至 操动机构，再经 dt 常开接点（该接点在弹簧未储能前为闭合）闭锁后送至电动 机，切断电动机电源，使电动机停止工作。 2.2.5.52.2.5.5 开关信息量输出回路开关信息量输出回路 除了断路器异常工况需要由空接点输出报警信息，断路器的正常工况(如断路器合闸、 分闸位置，远方/就地控制)也需要送至监控系统，另外隔离刀闸闭锁逻辑构成也需要断路器 辅助接点。 2.32.3 刀刀闸闸 王庭森：采用 gpsl621c-112 微机保护装置的 110kv 线路二次回路设计 - 14 - 2.3.12.3.1 刀闸的分类 刀闸，是电力设备手动开关的一种，别名闸刀，一般多用于低压电，有单相 刀闸和三相刀闸之分。根据应用的不同有各种规格，一般都标注电压和电流，如 220 伏，16a,意思是适用于 220 伏电压，电流不超过 16 安培。 一般有瓷底座，塑料盖，铜件组成，上部为进线口，下部为出线口，中间设 计有安装保险丝部位。 2.3.22.3.2 隔离开关的作用 隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与 带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时， 必须遵循倒闸操作顺序。 隔离开关的配置： (1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口， 与电源侧隔离； (2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地； (3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器 和母线的检修安全，每段母上宜装设 12 组接地刀闸或接地器。63kv 及以上断路 器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧 带接地刀闸的隔离开关； (4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关； (5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设 隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。 2.3.32.3.3 隔离开关的控制电路 隔离开关的控制分就地和远方控制两种控制方式，110kv及以上倒闸操作作 用的隔离开关一般采用远方和就地操作；检修用的隔离开关，接地刀闸和母线接 地器为就地操作。目前国产隔离开关一般都配有气动或电动机构，35kv以下的 隔离开关，其控制按钮装设在操作机构箱上。构成原则：(1)隔离开关控制回路 必须受相应断路器的闭锁，以保证断路器在合闸状态下，不能操作隔离开关，即 南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文） - 15 - 避免带电操作隔离开关。(2)隔离开关控制回路须受接地刀闸的闭锁，以保证接 地刀闸在合闸状态下，不能操作隔离开关。 （3）操作脉冲应是短时的，完成操作 后，应能自动解除。 （4）隔离开关应有所处状态的位置信号。 2.3.42.3.4 接地刀闸 按照“安规”的规定，电气设备检修时，必须进行接地，一般情况是挂“接 地线” 。 有些地方挂接地线不方便，有些地方经常挂接地线也不方便，且挂接的 地线无法和电气设备进行连锁，常会误操作，出现“带地线送电”的恶性事故， 于是就将临时挂接的地线改为固定安装的接地刀闸，一般有机械闭锁功能，或和 隔离开关“连动” 。 接地刀闸一般在投入运行(送电)前拉开，在停运(检修)时投 入。 我们可以看出对于接地刀闸、隔离刀闸本身的各种闭锁功能而言，它们只是 避免误操作的一个重要手段，但并不是杜绝误操作的全部手段，所以，在对于隔 离刀闸和接地刀闸的闭锁功能有所认识的前提下，必须加强倒闸操作的严格管理， 从制度和管理上堵住误操作的源头，严格按照操作票管理规定进行操作，才能真 正做到杜绝误操作。 本次设计采用的是阿尔斯通公司的 cs100 型手动机构，采用电磁锁防误，即 在满足手动操作要求时，电磁锁解锁，可以对地刀进行操作。 2.3.2.3.5 5 “五防”及其实现方式 (1) 防止带负荷分、合隔离开关：以免产生电弧，烧坏隔离开关。 (2) 防止带电挂地线：一般情况是检修完毕后忘记解除挂地线，直接把电流 导入大地，对人身产生生命危险。 (3) 防止带地线合闸：接地线在检修时合开关，导致电流导入大地，对人身 产生生命危险。 (4) 防止误合、分断路器。 (5) 防止误入带电间隔等电气误操作事故。 常规防误闭锁方式主要有 4 种：机械闭锁，程序锁，电气联锁和电磁锁。这 些闭锁方式在防误工作中发挥了积极作用，经过多年的使用和运行考验，各种传 统闭锁方式的优缺点均已充分显示。 1、机械闭锁是在开关柜或户外闸刀的操作部位之间用互相制约和联动的机 王庭森：采用 gpsl621c-112 微机保护装置的 110kv 线路二次回路设计 - 16 - 械机构来达到先后动作的闭锁要求。机械闭锁在操作过程中无需使用钥匙等辅助 操作，可以实现随操作顺序的正确进行，自动地步步解锁。在发生误操作时，可 以实现自动闭锁，阻止误操作的进行。机械闭锁可以实现正向和反向的闭锁要求， 具有闭锁直观，不易损坏，检修工作量小，操作方便等优点。 然而机械闭锁只能在开关柜内部及户外闸刀等的机械动作相关部位之间应用， 与电器元件动作间的联系用机械闭锁无法实现。对两柜之间或开关柜与柜外配电 设备之间及户外闸刀与开关（其他闸刀）之间的闭锁要求也鞭长莫及。所以在开 关柜及户外闸刀上，只能以机械闭锁为主，还需辅以其他闭锁方法，方能达到全 部五防要求。 2、程序锁(或称机械程序锁)是用钥匙随操作程序传递或置换而达到先后开 锁操作的要求。其最大优点是钥匙传递不受距离的限制，所以应用范围较广。程 序锁在操作过程中有钥匙的传递和钥匙数量变化的辅助动作，符合操作票中限定 开锁条件的操作顺序的要求，与操作票中规定的行走路线完全一致，所以也容易 为操作人员所接受。 程序锁在使用中所暴露的问题是：(1)某些程序锁功能简单，只能在较简单 的接线方式下采用，由于不具备横向闭锁功能，在复杂的接线方式下根本不能采 用；(2)具有较灵活闭锁方式的程序锁虽然能满足复杂的接线，但在闭锁方案中 必须设置母线倒排锁，使得操作过程十分复杂；(3)在大容量的变电站中，隔离 开关分合闸采用按钮控制电动机正反转，而程序锁对按钮无法进行程序控制； （4）程序锁也需要众多的程序钥匙，由于安装不规范、生产工艺及材料差等问 题，使程序锁易被氧化锈蚀、发生卡涩，致使一定时间内失去闭锁功能；(5)倒 闸操作中，分、合两个位置的精度无法保证；(6)程序锁使用时，必须从头开始， 中间不能间断。所以程序锁现在已不采用。 3、电气闭锁是通过电磁线圈的电磁机构动作，来实现解锁操作，在防止误 入带电间隔的闭锁环节中是不可缺少的闭锁元件。电气闭锁的优点是操作方便， 没有辅助动作，但是在安装使用中也存在以下几个突出问题：(1)一般来说电磁 锁单独使用时，只有解锁功能没有反向闭锁功能。需要和电气联锁电路配合使用 才能具有正反向闭锁功能；(2)作为闭锁元件的电磁锁结构复杂，电磁线圈在户 外易受潮霉坏，绝缘性能降低，增加了直流系统的故障率；(3)需要敷设电缆， 增加额外施工量；(4)需要串入操作机构的辅助触点。根据运行经验，辅助触点 容易产生接触不良而影响动作的可靠性；(6)在断路器的控制开关上，一般都缺 少闭锁措施。 4、微机防误闭锁装置 南京工程学院电力工程学院毕业设计（论文） - 17 - 自上世纪 90 年代初，微机技术就进入了防误闭锁领域。微机防误闭锁装置 是一种采用计算机技术，用于高压开关设备防止电气误操作的装置。经过 10 多 年来的发展，微机防误闭锁装置已逐渐成熟，并已在电力系统中广泛推广。微机 防误系统通过软件将现场大量的二次闭锁回路变为电脑中的五防闭锁规则库，实 现了防误闭锁的数字化，并可以实现以往不能实现或者是很难实现的防误功能， 应该说是电气设备防误闭锁技术的最新技术和飞跃。 2.42.4 互感器互感器 2.4.12.4.1 电流互感器 电流互感器是一种将一次回路数值较大的电流通过一定的变比转换为数值较 小的二次回路标准的小电流，用来进行保护、测量等用途的电气设备。如变比为 400/5 的电流互感器，可以把实际为 400a 的电流转变为 5a 的电流。 电流互感器的正确使用 1）电流互感器的接线应遵守串联原则：即一次绕阻应与被测电路串联，而 二次绕阻则与所有仪表负载串联； 2）按被测电流大小，选择合适的变化，否则误差将增大。同时，二次侧一 端必须接地，以防绝缘一旦损坏时，一次侧高压窜入二次低压侧，造成人身和设 备事故； 3）二次侧绝对不允许开路，因一旦开路，一次侧电流 i1 全部成为磁化电流， 引起 m 和 e2 骤增，造成铁心过度饱和磁化，发热严重乃至烧毁线圈；同时， 磁路过度饱和磁化后，使误差增大。 另外，二次侧开路使 e2 达几百伏，一旦触及造成触电事故。因此，电流互 感器二次侧都备有短路开关，防止一次侧开路。如图 l 中 k0，在使用过程中，二 次侧一旦开路应马上撤掉电路负载，然后，再停车处理。一切处理好后方可再用。 4）为了满足测量仪表、继电保护、断路器失灵判断和故障录波等装置的需 要，在发电机、变压器、出线、母线分段断路器、母联断路器、旁路断路器等回 路中均设具有 28 个二次绕阻的电流互感器。对于大电流接地系统，一般按三 相配置；对于小电流接地系统，依具体要求按二相或三相配置； 5）对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区 来设置。例如：若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断 王庭森：采用 gpsl621c-112 微机保护装置的 110kv 线路二次回路设计 - 18 - 路器处于交叉保护范围之中； 6）为了防止支柱式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布 置在断路器的出线或变压器侧 根据电流互感器在额定工作条件下所产生的变比误差规定了准确等级。准确 级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差的百 分值。国产电流互感器的准确等级有：0.01;0.02;0.05;0.1;0.2;0.5;1;3;10 级。 按照国家标准电流互感器gb1208-75 规定，电力系统用电流互感器的误差限 值。 带 s 的是特殊电流互感器，要求在 1%-120%负荷范围内精度足够高，一般取 5 个负荷点测量其误差小于规定的范围;0.1 级以上电流互感器，主要用于实验室 进行精密测量，或者作为标准，用来校验低等级的互感器，也可以与标准仪表配 合，用来校验仪表，所以叫做标准电流互感器;在工业上，0.2 级和 0.5 级互感器 用来连接电器测量仪表，要求误差 20%-120%负荷范围内精度足够高，一般取 4 个 负荷点测量其误差小于规定的范围(误差包括比差和角差，因为电流是矢量，故 要求大小和相角差)，而 3.0 级及以下等级互感器主要用于连接某些继电保护装 置和控制设备，如 5p，10p 的电流互感器一般用于接继电器保护用，即要求在短 路电流下复合误差小于一定的值，5p 即小于 5%，10p 即小于 10%;标有 b(或 d)级 的电流互感器，用来接差动保护和距离保护装置。所以电流互感器根据用途规定 了不同的准确度，也就是不同电流范围内的误差精度。 保护用电流互感器按其功能特性分级如下： 保护用电流互感器按用途分为稳态保护用(p)和暂态保护用(tp) p 级：准确限值规定为稳态对称一次电流下的复合误差，无剩磁限值。5p20 表示在加 20 倍额定电流的情况下，误差小等于 5% 暂态保护用电流互感器准确级分为 tpx、tpy、tpz 三个级别。 tps 级：低漏磁电流互感器，其性能由二次励磁特性和匝数比误差限值规定。 无剩磁限值。 tpx 级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差。无剩磁 限值。tpx 级电流互感器环形铁芯中不带气隙，在额定电流和负载下，其电流误 差不大于0.5% tpy 级：准确限值规定为在指定的暂态工作循环中的峰值瞬时误差。剩磁不 超过饱和磁通的 10%。级电流互感器铁芯带有小气隙，气隙长度约为磁路平均长 度的 0.05%，由于气隙使铁芯不易饱和，有利于直流分量的快速衰减，在额定负 荷下允许最