GL312型断路器防跳研究及其接线.docx

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GL312型断路器防跳研究及其接线

毕业设计报告（论文）

GL312型断路器的防跳研究及其接线

所属系电气工程系

专业继电保护

学号01511304

姓　　名王婧雯

指导教师隆贤林

起讫日期2015年4月-6月

设计地点东南大学成贤学院

摘要

本文着重研究了六氟化硫断路器的可靠性控制和防跳接线，首先，分析了六氟化硫断路器的操动控制回路，着重介绍了GL312型断路器“防跳”控制回路，并详细介绍了SF6断路器利用弹簧操动机构提高断路器分合闸操作的可靠性；接着就原理和结构方面对操作回路、信号回路和合闸跳闸回路做了详细介绍，为实现控制奠定了理论基础。

其次在分析保护配置方面的基础上，针对保护原理，和保护柜的功能对一次设备和二次回路作了各自的介绍；最后进行了GL312型断路器的防跳接线的研究，和本设计相关的回路CAD图。

CAD图纸分为七个部分，关于信号部分，交流电源部分、电流及电压部分、隔离开关，高压开关它们各自的回路部分之间的关系。

本文从五个方面来写的。

第一章研究了GL312的现状、综述，以及当前中国电力的背景和未来中国高压开关的发展方向。

第二章为GL312的操作控制回路。

第三章为110kV距离保护中相关的二次配置情况。

第四章基于任务图纸，从实际考虑详细讲解了二次回路中涉及到的相关原理，第五章为本文的结语，既是对本次设计的总结，也是四年大学对身为《继电保护》专业知识学习的总结。

关键词：

继电保护，断路器，永磁操动机构，二次接线

Abstract

Thispaperfocusesontheresearchofthesulfurhexafluoridecircuitbreakerreliabilitycontrolandantijumper.Firstly,itanalysesthesulfurhexafluoridebreakeractuatorcontrolloop,emphaticallyintroducestheGL312typeofcircuitbreaker"antijumpcontrolloop,andSF6circuitbreakerwithspringoperatingmechanismtoimprovethecircuitbreakertrippingandclosingoperationreliabilityisintroducedindetail;thenprincipleandstructureofcontrolcircuit,signalcircuitandtheclosingtrippingcircuitmadeadetailedintroduction,torealizethecontrolofthelaidatheoreticalfoundation.Secondlyintheanalysisofprotectionconfigurationonthebasis,accordingtotheprincipleofprotection,cabinetandprotectionfunctionofadeviceandsecondarycircuitmadetheirintroduction;finally,aGL312typecircuitbreakerjumppreventingtheconnection,drawingthecircuitbreakercontrolcircuit,theACvoltageandcurrentloop,knifegateantifalseprincipleofCADdrawings.

Thispaperiswritteninfiveways..ThefirstchapterofGL312status,review,andthebackgroundofthecurrentelectricpowerofChinaandthefutureofChina'shigh-voltageswitchdevelopmentdirection.ThesecondchapteristheoperationcontrolloopofGL312..Thethirdchapterisrelatedtothetwoconfigurationof110kVdistanceprotection.Inthefourthchapter,basedontaskdrawings,frompracticalconsiderationsexplainindetailtheprincipleinvolvedinthesecondarycircuit,thefifthchapteristheconclusionofthispaperisasummaryofthedesign,isafour-yearuniversityofbodyforasummaryoftherelayprotectionprofessionalknowledgelearning.

Keywords：

permanentmagneticactuator,protection,secondaryconnection

目录

摘要II

AbstractIII

目录IV

引言VI

GL312型断路器的防跳研究及其接线-1-

第一章绪论-1-

1.1课题背景及意义-1-

1.2GL312的现状、综述-1-

第二章GL312断路器的操作控制回路-3-

2.1断路器的作用及原理-3-

2.2断路器的操动机构-3-

2.3断路器操作回路的要求-4-

2.4断路器“防跳”操作回路-5-

2.5断路器位置、灯光信号回路-6-

2.6GL312的接线要求-7-

第三章110kV距离保护的二次配置-8-

3.1保护配置情况-8-

3.2微机保护的介绍-8-

3.3测控柜-9-

第四章二次回路的设计-11-

4.1二次回路-11-

4.2互感器-11-

4.2.1电流互感器-12-

4.2.2电压互感器-12-

4.2.3电压互感器二次电压切换回路-12-

4.3断路器的合闸、控制回路-13-

4.4信号回路设计-14-

4.5刀闸的防误操作闭锁回路-14-

4.6电流回路-15-

4.7电压回路-16-

第五章结语-18-

谢辞-19-

参考文献-20-

附录二次设计回路图-21-

引言

在现代社会农工业、交通、运输、文教卫生、国防、金融、旅游服务、商业、和人民生活领域等都离不开电能随着生产和生活中所需要用电量的增加，电能一边为我们的生活带来便利一边却也在给我们带来安全隐患。

当发生故障时其短路电流通过电气设备会使其发热，当短路电流较长时间通过电气设备时将使电气设备过热而损坏，同时短路点的电弧有可能烧坏设备，短路电流通过导体时，在导体中产生的机械力使导体和支架遭到严重破坏。

短路时，系统的电压会极速下降，很可能会造成电动机停止旋转，以至严重影响用户工作，给社会带来严重后果。

当系统发生严重断路故障时，会造成并列运行的发电机失步，破坏系统稳定从而引起大面机停电。

当系统发生不对称短路时会产生零序电流，通信线路能否正常工作受零序电流的影响，通信线路若不能正常运行其带来的危害是不可估量的。

在如今由各种高低压电气设备组成的电力系统中，断路器是必不可少的，这是源于它对线路起着控制与保护的重要作用，GL312是一种量大而面广的电气开关产品。

由于它的存在才有了保证了电网的安全、稳定运行的基础。

断路器控制回路如果发生了断路器“跳跃”是非常危险的，大的方面会引起断路器的爆炸甚至发生火灾、小的方面会引起机构损伤或烧坏二次保护设备。

所以断路器是电力系统中必需具备的，同样在一次设备中对质量的要求也是较高的，特别是在如今大力发展综合自动化变电站的背景下，合理的防跳回路是微机保护装置中不可缺少的技术条件。

原有的供配电系统现在已很难满足现有生产的要求，为了保障人身安全，对系统能否可靠运行提出了更高的要求。

另外从全局考虑，对供配电系统的设计提出了满足工程特点、用电容量的地区供电条件。

变电站的综合自动化是指将变电站二次设备（在4.1中给出介绍）利用先进技术和信号处理，再经过我们通过微机软件的一些设计，然后就做到了微机保护功能。

因此，在自动化技术不断进步的今天，特别是当今21世纪生活竞争激烈人们追求速度的时代，如果不跟上时代的步伐追上国际的脚步，中国不仅会被淘汰，而且会一直落后，难道我们13亿人口大国甘心就这样看着他们进步自己望尘莫及吗！

！

！

所以实现断路器的高效率工作是十分必要的，高效率是前提，质量是基础，注重细节才能成功，一直创新才能超越。

GL312型断路器的防跳研究及其接线

第一章绪论

1.1课题背景及意义

高压断路器在电力系统中使用范围很广，在电力系统的各种电压等级中都有应用，是重要的电气设备。

高压断路器在电能生产、传输、分配过程中的主要作用是：

用来接通或切断处于各种状态下（包括事故状态）线路或负载的电器；当电力系统发生短路时，这时就需要用到断路器的结构性能，在电力系统的稳定和安全方面具有非常重要的意义。

对GL312的防跳研究对于控制系统设备运行可靠性有重要的意义，所以需要本文着重进行防跳的研究。

断路器的实际应用必须要满足故障信息的规范性和一致性，做到调度运行可以明确判别电网故障，为电网的辅助决策和对保护装置信息化管理起基础作用。

GL312型开关的绝缘性佳，寿命长的特点使广大用户信服。

最近几年SF6断路器在高压系统网得到了广泛的应用，它具有断口电压较小，开断能力强并可以连续开断，适合用在频繁操作的回路另外它的噪音小，由它的成分决定它不易燃可靠性很高，减少了火灾危险情况的发生。

在断路器里面它的故障率是最低的，其触头系统的寿命很长，操作系统也比较简单可靠。

与之相关的液压、气动机构配用于少油断路器时因断路器的本体故障率较高，所以与SF6断路器跟液、气机构相比其他断路器的缺点凸现，可能给电网安全造成更大的损失，制造商因而从客观上或从市场方面更愿意使用六氟化硫断路器。

所以六氟化硫断路器的调整是一项至关重要的工作，它将直接影响到高压断路器的可靠性。

保护要发挥作用，需要合理及完善的二次接线。

才能确保人为误操作时不会出现严重后果。

1.2GL312的现状、综述

第二章GL312断路器的操作控制回路

2.1断路器的作用及原理

GL312型断路器即SF6断路器，下面我们看下它在电力网中的作用：

一是根据电网运行可靠的需要，自动将一部分电气设备投入系统；二是当发生故障时，我们远方遥控GL312，做到将故障部分从电网中切除，减少故障的扩大，让无故障部分能够继续正常运行。

本设计GL312采用的的操动机构是弹簧操动机构，采用由优良绝缘性能和灭弧能力的六氟化硫气体作绝缘介质和灭弧介质，这是由六氟化硫气体可以承受较高的高压短路电流和它的物理性质决定了六氟化硫断路器具有很高的灭弧性能力和较高的可靠性。

GL312使用的FS6气体另一方面也可以使设备体积更小可靠性更高。

六氟化硫断路器灭弧室的基

。

定触头制成管形，动触头是插座式，动、定触头的端部都镶有铜钨合金。

绝缘喷嘴用耐高温、耐腐蚀的聚四氟乙烯制成。

随着国民经济的增长，我们对用电的需求和电力的可靠性也在飞快的提高。

变电站的开关已经逐渐换代成新型的SF6开关，电力系统负荷日益增长，供电可靠性要求逐步提高；

2.2断路器的操动机构

开关电器的触头分和必须要靠机械操动系统才能够完成。

操动机构作为断路器的重要组成部分，有各种不同的型式，如电磁操动机构、弹簧操动机构、气动机构、液压机构、弹簧机构等。

本设计选用的是GL312型断路器采用的是弹簧操动机构。

通常操动机构中的跳闸线圈电流一般在1~5A左右，因此进行断路器操作时，可利用控制开关直接接通跳闸线圈回路，发出直接跳闸命令，跳闸线圈得电合闸回路接通进行跳闸。

而合闸线圈则相差很大，对于电磁操动机构，其合闸线圈动作功率要大，所以一般合闸线圈电流在60~400A左右，因此对这类机构进行合闸操作时不能用控制开关直接接通合闸线圈回路，发出直接合闸命令之后，利用辅助触点进行操作。

2.3断路器操作回路的要求

断路器接到命令后进行合、跳闸操作时，其操作电路只允许短时间接通，操作完毕后应当自动断开并复归到之前的状态。

为此，在操作回路中引入断路器的辅助触点QF1、QF2等、即在跳闸回路中引入断路器的动合辅助触点QF2（断路器跳闸后接通，合闸后断开），如上图2.

（1）所示；

如图2.

（2）所示在合闸回路引入断路器的动断辅助触点QF1（断路器跳闸后接通，合闸后断开），当合闸与跳闸操作完毕后，它的辅助触点会自动断开此操作回路。

控装置来实现。

为此，在跳闸回路控制开关的触点回路4上并联接入继电保护的出口中间继电器KPO的触点，见图2.（3）；合闸回路控制开关触点回路3中并联接入自动装置出口中间继电器KCA的触点，见图2.（4）

（3）考虑到断开电感电路时，控制开关或继电器的触点可能被烧坏，所以断路器的合闸或跳闸电路应由其辅助触点QF1和QF2断开，而不应由控制开关或继电器的触点断开。

因此，断路器的辅助触点在安装时应该预先调节好，让其满足在操作完成后比继电器或控制开关的触头断开的要早一些。

2.4断路器“防跳”操作回路

当断路器的操动结构不带防止断路器“跳跃”的机械连锁机构时，因“跳跃”很快会使断路器损坏，故应在电路中装设防止断路器“跳跃”的电磁连锁机构。

实现防止断路器“跳跃”的电磁连锁方式有几种，图2-1为其一种。

在图2-1中，KTL为跳跃闭锁继电器，它是具有电流线圈和电压线圈的中间继电器，电流线圈通电能使继电器动作，电压线圈通电进行自保持。

当控制开关闭合到故障线路上时，继电保护出口的中间继电器KPO动作，其触点闭合，使断路器跳闸，同时跳跃闭锁继电器KTL动作。

若值班人员手未松开控制开关，即控制开关SA仍处在合闸操作位置，则触点回路3处于接通状态，KTL电压线圈通电，使KTL自保持，其动作触点维持断开状态，断开合闸回路，断路器不会再进行合闸，从而防止断路器多次连续合闸，即防止了断路器的跳跃。

2.5断路器位置、灯光信号回路

断路器位于配电装置室内，而控制开关在控制室的控制盘上。

为了使值班人员在操作时不发生错误，控制盘上应有指示断路器“分”、“合”位置的信号设备。

常用的断路器位置信号是用两种不同颜色的信号灯表示的，如前图2-2

（1）所示。

断路器操作位置的指示一般都用红、绿信号灯来表示，红灯HR串接在断路器的动合辅助触点1-2回路内。

这样当断路器在断开位置时，断路器的的辅助触点就会接通绿灯回路，因此绿灯亮起，绿灯亮表示断路器此时在跳闸位置；如果断路器在合闸位置，则由于辅助触点已经进行了切换，红灯回路接通，红灯亮表示断路器在合闸位置。

断路器手动操作与自动操作时都将改变自己的位置。

为了在手动操作与自动操作时提醒运行人员注意，设置有了“闪光”电源。

当手动操作后断路器经处于合闸或跳闸位置时，控制开关的位置与断路器的位置是一一对应的，此时对应的位置信号灯会发平光。

当断路器由继保装置自动合闸或跳闸时，断路器的位置改变了，而控制开关的位置不变，因此控制开关和断路器两者位置不对应，接通闪光电源（+）WFS，使与断路器位置相应的信号灯闪光，如图2-2

（2）.在运行人员进行手动合闸或跳闸过程中，为了判断操作对象是否正确，在预备操作时也接通闪光电源使相应的信号灯闪光。

2.6GL312的接线要求

断路器的操动机构有如下的型号如电磁操动机构、弹簧操动机构、气动机构、液压机构、弹簧机构等。

它的控制回路应满足下列要求：

电磁操作机构来说，就需通过合闸接触器间接地接通合闸线圈才能完成操作，因为电磁操作机构的合闸线圈电流很大。

合闸回路。

进行远方控制实现GL312的自动跳闸与合闸。

（4）应具备可靠的防跳措施。

（5）应能可靠地保护当二次回路发生短路或过负载的情况，可以监视控制电源及合、跳闸回路是否完好。

（6）应具有监视SF6气体的压力和弹簧是否正常的闭锁回路。

（7）应有可以反映断路器状态的位置信号。

（8）接线应简单可靠，为了减少线路内部出现异常，应减少使用电缆芯数。

（9）对于分相操作的断路器，应有监视三相位置是否一致的信号措施。

第三章110kV距离保护的二次配置

3.1保护配置情况

二次设备又称辅助设备，是指对一次设备进行调整、测量、控制、监察和保护的低压设备，它包括控制、信号、测量监察、同期、继电保护装置、自动装置、操作电源等...

本次课题中线路保护采用中性点直接接地电力网中的线路，110KV线路保护采用距离保护，距离保护是反映故障点至保护安装地点之间的距离L，并根据该距离L大小确定动作时限的一种继电保护。

阻抗继电器精确高不高将对距离保护起着重要的影响。

其实保护安装地点至故障点的距离间接代表了它们之间的阻抗。

用公式可以表示为如下：

本次设计110kV及以上电压等级电网均属于中性点直接接地电网，所用的保护柜GXH811A-112Q是由2台WXH-811A型高压线路保护组成的。

WXH-811A系列装置的保护为三段相间及接地距离保护、四段零序保护相配合，配置有三相重合闸功能。

双母线交流电压切换回路、适用于断路器单或双跳闸线圈的出口操作回路也在该系列的保护装置中。

3.2微机保护的介绍

（2）继电功能回路（CPU）主系统；

如3-2图所示。

模拟量输入系统功能：

把被保护设备的电流电压互感器输入的模拟信号采集下来，并将此信号经过预处理，然后转换为装置所需要的数字量。

开关量输入/输出回路、信号报警和外部接点输入保护的出口跳闸等工作的实现是由光电耦合电路、有接点的中间继电器和并行口组成的。

微机保护有众多优点如动作准确率高、可靠性较高、维护调试较方便、使用灵活方便、容易获得各种附加功能、可以使用远方监控和经济等优点。

图3-2保护配置示意图

3.3测控柜

本次有关110KV线路保护测控装置的功能分为三个方面：

（1）保护方面：

三段式距离保护包括低/过电压保护、非电量保护、超温信号报警、接地保护、频率异常、PT断线检测等方面。

（2）测控方面的功能：

应用通信技术完成对设备状态的信息的监视，五路遥信开入采集；事故的遥信、装置遥信变位、断路器正常状态时分合遥信；小电流接地探测遥控分合；三相电压、三相电流以及P、Q、cosØ等9个模拟量的遥测；开关事故次数的统计和4路脉冲的输入。

的远方查看；装置运行状态的远方查看；远方对装置进行信号复归；故障录波。

测控柜还可通过后台（监控系统）实现远方控制。

当需要直接抑制变电所中断路器、发电机和隔离刀闸状态时，这时调度中心发出相应的控制命令这个过程即为遥控。

考虑到

功能。

所以它的功能必须要不断的扩展，如下表格3-3分列出了它各自的功能。

信息名称

表3-3

第四章二次回路的设计

4.1二次回路

和直流回路。

二次回路是由某一次接线或一次设备组成的，是用来控制操作、测量监察和保护一次设备的，二次回路对于变电站的检修维护、运行管理来说是不可或缺的。

如变电站里的保护装置，变压器等的安装和调试都要用到二次回路或二次接线图。

二次回路中二次设备相互连接的关系是用国家规定的通用图形符号和文字符号来

GXH811A-112Q（保护柜）、6MD632测控柜。

4.2互感器

互感器是一种特殊的变压器，将电路中的大电流变成小电流，将高电压变成低

电压的电气设备同样也是供电系统中测量、保护、监控用的重要设备。

互感器可为电流

作用:

（1）可以将电流和电压变换成统一的标准值，使仪表和继电器更加标准化；

（2）将线路的高电压与二次侧的仪表、继电保护装置隔开，保证操作和运行的

安全。

对过电压、过电流和单相接地电气设备进行保护。

4.2.1电流互感器

电流互感器（TA）是一种变流器，接线原理图如下图4-1.为了防止绕组之间绝缘击穿

保护性接地，运行中的电流互感器二次绕组不允许开路。

接线时要注意测量和保护回路应分别接在电流互感器不同的二次绕组上。

4.2.2电压互感器

电压互感器（TV）是一种小型变压器，如下图所示4-2为一台单相电压互感器的接线。

使用时二次侧切记要保护接地。

为防止电压互感器一二次之间绝缘击穿，高电压窜入

图4-1图4-2

4.2.3电压互感器二次电压切换回路

高压电网中为了减少故障时的停电一般都采用双母线系统。

当双母线系统需要进行切换时其设备上相应的自动装置、继电保护和测量表计的电压回路会一起进行切换，一次设备

图4-2.3——电压回路自动切换是利用隔离开关辅助触点实现的。

其中，1TV和2TV分别是I母和II母上的电压互感器，其二次侧电压经自身隔离开关3QS和4QS的辅助触点引入电压小母线。

一次设备的二次侧电压回路可由电压小母线经隔离开关1QS和2QS进行倒闸操作时，二次电压回路也随之自动切换（通过利用其触点才能实现电压回路自动切换）

图4-2.3

4.3断路器的合闸、控制回路

通过闭锁、分闸和合闸等信号可以对断路器实现控制，当出现SF6泄露、合闸油压、自动重合等情况下GL312型断路器会发出闭锁信号。

图4-3为断路器的合闸回路，x1-610

图4-3断路器的合闸回路

接手控开关S3，接到K11到S1.1常闭触点，再通过Y14得电线圈依次连接S2和K14、到防跳常闭触点S3，接到负极回路X1-625形成通路。

当X1-610得电，手动按下S3按钮，电流回到x1-625,此合闸回路接通，断路器合上，紧接着断路器自动储能，准备下次出现情况随时跳闸。

4.4信号回路设计

如今信号回路应用在变电站和发电厂中时，我们的值班人员在进行监视的过程中仅仅利用二次侧的测量表计对设备和系统的运行状态进行监视远远满足不了系统故障随时可能发生的变化。

由于声、光指示信号在人的大脑中比指示数字更加地直观和醒目，更能引起人们的注意所以我们要借助灯光和音响信号来反映设备的运行状态，可以及时发现与分析故障，迅速消除和处理事故。

作用于跳闸的继电保护装置动作后会发出事故信号，作用于信号的继电保护装置，动作后发出预告信号，并有相应的灯光指示。

我们考虑到信号回路有如下的功能：

当GL312事故跳闸时，相应的光字牌及事故灯会闪光；发生故障或异常情况时能瞬时或延时发出相应的音响、灯光和掉牌信号；应满足能进行是否完好的试验；应能满足音响信号可以重复动作，另外可以手动或自动复归。

图4-4信号回路图

4.5CS100防误闭锁回路

我们通常采用的是就