供配電技術（第4版）（微課版）課件 項目4、5 工廠供配電系統(tǒng)電氣主接線、供配電二次回路和繼電保護

項目四電氣主接線

電氣主接線的形式，影響著企業(yè)內(nèi)部配電裝置的布置、供電的可靠性、運行的靈活性和二次接線、繼電保護等問題，對變電站以及電力系統(tǒng)的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行指標起著決定性作用。同時，電氣主接線也是電氣運行人員進行各種操作和事故處理的重要依據(jù)，只有了解、熟悉和掌握變電站的電氣主接線，才能進一步了解電路中各種設備的用途、性能、維護檢查項目和運行操作步驟等。因此，學習和掌握供配電系統(tǒng)電氣主接線的相關知識和技能，對供配電技術人員至關重要。項目概述變電站都是由一次回路和二次回路共同構成。(1)一次回路一、電氣主接線基本知識也稱主電路。承擔供配電系統(tǒng)中的輸送和分配電能的任務?；芈分械囊淮卧O備主要有電力變壓器、斷路器、互感器等。用來對一次回路的設備進行控制、指示、監(jiān)測和保護。二次回路的設備包括儀表、繼電器、操作電源等。(2)二次回路變電站的電氣主接線又稱為一次電路圖。主接線中，將各種開關電器、變壓器、母線、導線、電力電纜、并聯(lián)電容器等設備有序地連接起來，只表示相對電氣連接關系而不表示實際位置，且以單線來表示三相系統(tǒng)。1.系統(tǒng)式電氣主接線系統(tǒng)式電氣主接線僅表示電能輸送和分配的次序和相互之間的連接，不反映相互位置，主要用于主接線的原理圖中。裝置式主接線按高壓開關柜或低壓開關柜的相互連接和部署位置繪制，通常用于變電站的施工圖中。2.裝置式電氣主接線3.電氣主接線的要求①安全性：②

可靠性：充分保證人身和設備的安全。應滿足用電單位對供電可靠性的要求。3.變電站對電氣主接線的基本要求③靈活性：④經(jīng)濟性：能適應各種不同的運行方式，且操作檢修方便。主接線設計應簡單，投資少，運行管理費用低。1.主接線電氣設備的配置二、電氣主接線的組成（1）隔離開關的配置各種接線方式的斷路器，原則上其兩側(cè)均應配置隔離開關，作為斷路器檢修時隔離電源的設備；各種接線的送電線路側(cè)也應配置隔離開關，作為線路停電時隔離電源之用途。此外，多角形接線的進出線、接在母線上的避雷器和電壓互感器等也要配置隔離開關。（2）接地開關和接地器的配置為保障電氣設備、母線、線路停電檢修時人身和設備的安全，在主接線設計中要配置足夠數(shù)量的接地開關或接地器。為保持主接線設計的完整性，按常規(guī)要在主接線圖上標明避雷器的配置。6~10kV配電裝置的母線和架空線進線處一般都要裝設避雷器。各級電壓配電裝置的阻波器、耦合電容均要根據(jù)系統(tǒng)通信的要求合理配置。電力電容器（3）避雷器、阻波器、耦合電容的配置阻波器避雷器（4）電流、電壓互感器的配置電壓、電流互感器的配置應使變電站內(nèi)各主保護的保護區(qū)與后備保護的保護之間互相覆蓋或銜接，以消除保護死區(qū)。小接地短路電流系統(tǒng)一般按兩相式配置電流互感器，220kV變電站的10kV出線、站用變壓器和無功補償設備通常要在主變壓器回路配置兩組電流互感器。電壓互感器的配置方案，與電氣主接線有關，目前國內(nèi)500kV和220kV變電站，采用雙母線接線時通常要在每段母線上裝設公用的三相電壓互感器，為線路保護、變壓器保護、母差保護、測量表計、同期提供母線二次電壓。2.電氣主接線始讀圖示高壓配電站共有兩路10kV電源進線，架空線WL1，電纜線WL2。最常見的進線方案是一路電源來自發(fā)電廠或電力系統(tǒng)變電站，作為正常工作電源，另一路取自鄰近單位的高壓聯(lián)絡線，作為備用電源，也可兩路電源同時供電。母線是配電裝置中用來匯集和分配電能的導體。因為該配電站只采用一路電源工作，一路電源備用，因此母線分段開關通常是閉合的，高壓并聯(lián)電容器對整個配電站進行無功補償。一旦工作電源發(fā)生故障或母線檢修時，可切除該路進線后，投入備用電源即可恢復對整個配電站的供電。

每段母線的進線和出線上都接有電流互感器，且電流互感器均有兩個二次繞組，其中一個接測量儀表，另一個接繼電保護裝置。

每段母線上都安裝有電壓互感器，各段母線上都裝設了避雷器。避雷器和電壓互感器同裝設在一個高壓柜內(nèi)，且共用一組高壓隔離開關。

此高壓配電站共有6路高壓配電出線，分別由左段母線WB1經(jīng)隔離開關-斷路器供車間變電站和供無功補償用的高壓并聯(lián)電容器組；由右段母線WB2經(jīng)隔離開關-斷路器供高壓電動機用電和供車間變電站。由于高壓配電線路都是由高壓母線分配，因此其出線斷路器需在母線側(cè)加裝隔離開關，以保證斷路器和出線的安全檢修。電氣主接線圖一般繪成單線圖，只是在局部需要表明三相電路不對稱連接時，才將局部繪制成三線圖。電氣主接線中有中性線時，可用虛線表示，使主接線清晰易看。在大、中型企業(yè)變電站的控制室內(nèi)，為了表明其主接線實際運行狀況，通常設有電氣主接線的模擬圖，如下圖所示。任務一認識變電站常用主接線【任務陳述】中型工廠的車間變電站和小型工廠變電站及常見的新型組合式變電站，通常都是將6～10kV的高壓降為一般用電設備或用戶所需要的低壓380V/220V的終端變電站，其變壓器的容量一般不超過1

000kV·A，其電氣主接線方案比較簡單。通過本任務，學生應了解變電站的常用主接線形式，理解和掌握線路-變壓器組接線方式、單母線接線方式、橋式接線方式；理解和掌握總降壓變電站的電氣主接線、電力網(wǎng)的基本接線方式，掌握車間變電站的主接線。一、

電力系統(tǒng)我國電力發(fā)展的基本方針是：提高能源效率，保護生態(tài)環(huán)境，加強電網(wǎng)建設，大力開發(fā)水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，積極推進核電建設，適度發(fā)展天然氣發(fā)電，鼓勵新能源和可再生能源發(fā)電，帶動裝備工業(yè)發(fā)展，深化體制改革。此方針指導下的4個鮮明特點：1.自動化水平逐步提高，安全性和可靠性得到充分重視2.經(jīng)濟、高效和環(huán)保。3.結(jié)構調(diào)整力度繼續(xù)加大。4.技術進步和產(chǎn)業(yè)升級步伐進一步加快?！局R準備】630kVA及以下戶外變電站接線一、

線路-變壓器組接線對于戶外變電站、箱式變電站或桿上變壓器，高壓側(cè)可以用戶外高壓跌落式熔斷器，跌落式熔斷器可以接通和斷開630kVA及以下的變壓器空載電流，如圖所示。1.變壓器容量在630kVA及以下的戶外變電站在檢修變壓器時，拉開跌落式熔斷器可以起到隔離開關的作用；在變壓器發(fā)生故障時，又可作為保護元件自動斷開變壓器。這種主接線的低壓側(cè)必須裝設帶負荷操作的低壓斷路器。【知識準備】對于戶內(nèi)結(jié)構的變電站、高壓側(cè)可選用隔離開關和戶內(nèi)式高壓熔斷器，其中隔離開關用于檢修變壓器時切斷變壓器與高壓電源的聯(lián)系，但隔離開關僅能切斷320kVA及以下變壓器的空載電流，因此停電時要先切除變壓器低壓側(cè)的負荷，然后才可拉開隔離開關。如圖所示。2.變壓器容量在320kVA及以下的戶內(nèi)外附設式車間變電站為了加強變壓器低壓側(cè)的保護，變壓器低壓側(cè)出口處總開關盡量采用低壓斷路器。這種電氣主接線仍然存在著在排除短路故障時恢復供電的時間較長，供電可靠性不高等缺點，一般也只適用于三級負荷的變電站。320kVA及以下車間變電站接線3.變壓器容量在560~1000kVA時的變電站這種主接線方式，其中的負荷開關和熔斷器均能帶負荷操作，從而使得變電站的停、送電操作方便、靈活。變電站中的變壓器，高壓側(cè)選用負荷開關和高壓熔斷器相配合，負荷開關可在正常運行時操作變壓器，熔斷器可在短路時保護變壓器。如圖所示。4.變壓器容量在1000kVA以下的變電站這種主接線方案，一般也只適用于三級負荷；但如果變電站低壓側(cè)有聯(lián)絡線與其他變電所相連時，或另有備用電源時，則可用于二級負荷。這類變電站中的變壓器高壓側(cè)選用隔離開關和高壓斷路器的接線方案，其中隔離開關作為變壓器、斷路器檢修時的隔離電源用，需要裝設在斷路器之前；高壓斷路器則作為正常運行時接通或斷開變壓器并在變壓器故障時切斷電源用，方案如圖所示。二、單母線接線1.單母線不分段接線這種接線方式中，各電源和出線都接在同一公共母線上，在發(fā)電廠電源是發(fā)電機或變壓器，在變電站是變壓器或高壓進線回路。優(yōu)點接線簡單、清晰，采用設備少、造價低、操作方便、擴建容易。缺點可靠性不高，發(fā)生任一連接元件故障或斷路器拒動及母線故障時，都將造成整個供電系統(tǒng)停電。母線又稱匯流排，用于匯集和分配電能。2.單母線分段接線這種接線方式中，用斷路器將母線分段，分段后母線和母線隔離開關可分段輪流檢修。特點接線簡單清晰，使用設備少，經(jīng)濟性較好，發(fā)生誤操作的可能性小，可靠性和靈活性差。當電源線路、母線或母線隔離開關發(fā)生故障或進行檢修時，全部用戶供電中斷。適用于三級負荷，有備用電源的二級負荷。當一段母線發(fā)生故障時，繼電保護將斷開分段斷路器，將故障限制在故障母線范圍內(nèi)，非故障母線仍能繼續(xù)運行。三、

橋式接線1.內(nèi)橋式接線斷路器跨在進線斷路器的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器，稱為內(nèi)橋式接線。特點內(nèi)橋式接線簡單、經(jīng)濟、安全、可靠、靈活。線路檢修或故障時，另一路電源仍能供電。變壓器檢修或故障時經(jīng)倒閘操作可恢復供電。適用于電源進線線路較長，負荷平坦的Ⅰ級、Ⅱ級負荷。橋式接線指兩線路—變壓器組接線的高壓側(cè)間跨接一個斷路器，猶如一座橋。2.外橋式接線斷路器跨在進線斷路器的外側(cè)，靠近電源側(cè)，稱為外橋式接線。特點外橋式接線簡單、經(jīng)濟、安全、可靠、靈活。變壓器檢修或故障時不影響供電。線路檢修或故障時經(jīng)倒閘操作，變壓器由另一路外橋供電。適用于線路短，負荷變化大的Ⅰ級、Ⅱ級負荷。四、

總降壓變電站主接線1.單電源進線的總降壓變電站主接線（1）高壓側(cè)無母線、低壓側(cè)單母線分段接線總降壓變電站為單電源進線且一臺變壓器時，高壓側(cè)線路無母線，具有單臺變壓器；低壓側(cè)為單母線分段主接線。這種電氣主接線供電可靠性較高，當任一主變壓器或任一電源進線停電檢修或發(fā)生故障時，該變電站通過閉合低壓母線分段開關，即可迅速恢復對整個變電站的供電。對于一、二級負荷或用電量較大的變電站，應采用兩獨立回路作電源進線，如圖所示。（2）高壓側(cè)單母線，低壓側(cè)單母線分段接線這種主接線方式，任一主變壓器檢修或發(fā)生故障時，通過切換操作，即可迅速恢復對整個變電站的供電。但在高壓母線或電源進線進行檢修或發(fā)生故障時，整個變電站仍會停電。這種主接線方式只能供電給三級負荷。如果有與其他變電站相連的高壓或低壓聯(lián)絡線，方可供電給一、二級負荷。2.

雙電源進線的總降壓變電站主接線雙電源進線的總降壓變電站主接線通常采用高、低壓側(cè)均為單母線分段的電氣主接線，這種主接線的兩段高壓母線正常時可以接通運行，也可以分段運行。任一臺主變壓器或任一路電源進線停電檢修或發(fā)生故障時，通過切換操作，均可迅速恢復整個變電站的供電，因此供電可靠性相當高，通常用來供電給一、二級負荷。工廠中的雙電源變電站，其工作電源常常一路引至本廠或車間的低壓母線，備用電源則引至鄰近車間220/380V配電網(wǎng)。五、

電力網(wǎng)的基本接線方式電力網(wǎng)是供配電系統(tǒng)的重要組成部分，擔負著輸送和分配電能的重要任務，對電力網(wǎng)的基本要求是：供電安全可靠、操作方便、運行靈活、經(jīng)濟和有利發(fā)展。1.放射式接線電力網(wǎng)按電壓高低之分，有1kV以上的電壓電網(wǎng)，和1kV以下的低壓電網(wǎng)，常用的接線類型有三種類型：放射式、樹干式和環(huán)式。放射式接線的每個負荷均由一回線路單獨供電，各支線電路之間互不影響。某支線發(fā)生故障時不會影響其他支線正常運行，可靠性高，控制靈活，易于實現(xiàn)集中控制；缺點是支線多，站用開關設備多，投資大。特點：放射式接線常用于一級負荷配電、大容量設備配電、潮濕或腐蝕、有爆炸危險環(huán)境的配電。2.樹干式接線指由變電站高壓母線上或低壓配電屏引出的配電干線上，沿線支接了幾個車間變電站或負荷點的接線方式。多個負荷由一條干線供電，采用的開關設備較少。但干線發(fā)生故障時，影響范圍較大，所以供電可靠性較低，且在實現(xiàn)自動化方面適應性較差。特點：樹干式接線方式比較適用于供電容量較小，而分布較均勻的用電設備組，如機械加工車間、小型加熱爐等。3.環(huán)式接線環(huán)式接線是樹干式接線的改進，兩路樹干式接線連接起來就構成了環(huán)式接線。特點：環(huán)式接線供電可靠性高，任一線路發(fā)生故障或檢修時，都不致造成供電中斷或暫時中斷供電，只要完成切換電源的操作，就能恢復供電。環(huán)式接線可使電能損耗或電壓損失減少，既能節(jié)約電能又容易保證電壓質(zhì)量。但它的保護裝置及其整定配合相當復雜，如果配合不當，容易發(fā)生誤動作而擴大故障停電范圍。六、

車間變電站主接線1.單臺變壓器的車間變電站主接線電纜進線一次側(cè)線路--變壓器組接線、二次側(cè)單母線不分段接線架空進線一次側(cè)線路-變壓器組接線、二次側(cè)單母線不分段接線2.雙回路進線的車間變電站主接線車間變電站為雙回路進線且有兩臺變壓器時，采用一次側(cè)雙線路-變壓器組接線、二次側(cè)單母線分段接線。［任務實施］分析工廠車間變電站的電氣主接線。從圖所示車間變電站的電氣主接線圖可看出，該車間變電站采用了雙回路供電系統(tǒng)，因此供電可靠性高，可以供一級、二級負荷用電。兩個供電回路上均裝設了高壓隔離開關、高壓斷路器、具有接地裝置的電力變壓器、電流互感器等一次設備。無論哪一供電回路，其二次回路均采用了三相四線制的供電系統(tǒng)，可直接對車間內(nèi)的三相電動機或單相設備供電。分析：任務總結(jié)1.工廠的電氣主接線是表明了工廠的高壓電氣設備之間相互連接關系以及傳送電能的電路。電氣主接線應滿足安全性、可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的要求。電氣主接線又稱為電氣一次接線圖。2.工廠變電站的常用主接線通常有線路－變壓器接線、單母線接線和橋式接線3種形式。3.總降壓變電站主接線的類型通常分有單電源進線的主接線和雙回電源進線的主接線。4.工廠有高壓和低壓電力網(wǎng)，其接線方式主要有放射式、樹干式和環(huán)形接線等。實際應用時，應簡單可靠，往往是根據(jù)具體情況采用不同的接線方式進行組合。5.車間變電站主接線通常比較簡單。分有電纜進線和架空進線單臺變壓器的車間變電站的主接線，它們均為一次側(cè)線路-變壓器組接線類型，二次側(cè)為單母線接線。還有雙回路進線兩臺變壓器的主接線，通常為一次側(cè)雙回路－變壓器接線、二次側(cè)單母線分段接線。任務二母線、導線和電纜的選擇【任務陳述】

母線、導線和電纜都是用來輸送和分配電能的導體。在供配電系統(tǒng)中，它們選擇得恰當與否，關系到供配電系統(tǒng)能否安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行。一

母線、導體和電纜的選擇1.硬母線硬母線按所使用的材料不同分為硬銅母線和硬鋁母線、鋁合金母線等；按截面形狀不同硬母線又分為矩形、圓形和槽形、管形等結(jié)構。母線的排列方式應考慮散熱條件好，且短路電流通過時具有一定的熱、動穩(wěn)定性。常用的排列方式有水平布置和垂直布置兩種。硬母線用來匯集和分配電流，又稱為匯流排，簡稱母線。電力系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)定：交流母線A、B、C三相按黃、綠、紅標示，接地的中性線用紫色標示，不接地的中性線用藍色標示，以方便識別各相的母線。母線的選擇母線都用支柱絕緣子固定，母線的種類有管形和矩形，如圖示。型號的選擇目前變電站的母線除大電流采用銅母線外，一般盡量采用鋁母線。變電所高壓柜上的高壓母線，通常選用硬鋁矩形母線。硬母線動穩(wěn)定校驗

(1)短路時母線承受很大的電動力，因此，母線最大允許應力σal

應大于或等于母線短路沖擊電流產(chǎn)生的最大計算應力σc。即：其中：硬鋁母線的最大允許應力σal=70MPa；硬銅母線σal=140MPa。母線截面選擇

(1)母線允許的載流量Ial

應大于或等于匯集到母線上的計算電流IC。

(2)母線的經(jīng)濟截面積Sec應等于計算電流IC與經(jīng)濟電流密度jec的比值。上式中：M為母線通過ish(3)時受到的彎曲力矩；W為母線截面系數(shù)；Fc(3)為三相短路時，中間相受到的最大電動力；l產(chǎn)擋距；K為系數(shù)，當擋距為1~2時K=8，擋距>2時，K=10；b為母線截面寬度；h為母線截面垂直高度。當母線實際截面大于最小允許截面時，滿足熱穩(wěn)定要求。母線熱穩(wěn)定校驗母線截面應不小于熱穩(wěn)定最小允許截面，即：式中：i∞(3)是三相短路穩(wěn)態(tài)電流；tima為假想時間；C為導體的熱穩(wěn)定系數(shù)，鋁母線C=87，銅母線C=171。(2)鋼芯鋁絞線：通常用于機械強度要求較高的場合和35kV及以上的架空線路上。(3)銅絞線：價格較高，但導電性能好、機械強度高，是否選用根據(jù)用戶實際需要來定。(1)鋁絞線：多用于6~10kV線路，因受力不大，桿距不超過100~125m。(4)防腐鋼芯鋁絞線：一般用在沿海地區(qū)、咸水湖及化工工業(yè)地區(qū)等周圍有腐蝕性物質(zhì)的高壓和超高壓架空線路上。架空導線又稱為軟母線，是構成工廠供配電網(wǎng)絡的主要元件。6kV及以上戶外架空線路一般采用裸導線，380V電壓等級一般采用絕緣導線。裸導線常用的型號及適用范圍如下：2.架空導線3.電力電纜電力電纜廣泛應用于工廠配電網(wǎng)絡，主要由導體、絕緣層和保護層三部分組成。其中導體一般由多股銅線鋁線絞合而成，以便于彎曲。線芯成扇形，以減小電纜的外徑。絕緣層用于將導體線芯之間及線芯與大地之間良好地絕緣。保護層用來保護絕緣層，使其密封并具有一定的強度，以承受電纜在運輸和敷設時所受的機械力，也可防止潮氣侵入。塑料絕緣電力電纜中聚氯乙烯護套電纜可用于10kV線路，交聯(lián)聚脂乙烯護套可用于110kV線路。油浸紙滴干絕緣鉛包電纜可敷設在電纜溝等；阻燃電纜主要用于高層建筑、公共建筑、人員密集場所。4.常用絕緣導體型號及選擇建筑物或車間內(nèi)采用的配電線路及從電桿上引進戶內(nèi)的線路一般采用絕緣導體。塑料絕緣導體的絕緣性能良好，價格低，主要用于室內(nèi)。常用的塑料絕緣導體型號有：BLV、BLVV、BVR。型號中B表示布線，V表示聚氯乙烯，R表示軟導體，L表示鋁芯，銅芯不表示。二、

母線、導體和電纜截面的選擇為保證供配電線路安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行，供配電線路的母線導線和電纜的選擇必須滿足以下幾條原則：母線、導體和電纜的選擇是供配電設計中的重點，須認真對待(4)裸導線和絕緣導線截面不應小于其最小允許截面。對于電纜，由于有內(nèi)外護套，機械強度一般滿足要求，不需校驗，但需校驗短路熱穩(wěn)定度。除此之外，絕緣導線和電纜截面的選擇還要滿足工作電壓的要求。(3)35kV及以上高壓線路及電壓35kV以下但距離長、電流大的線路，其導線和電纜截面宜按經(jīng)濟電流密度選擇，以使線路的年費用支出最小，企業(yè)內(nèi)的10kV及以下線路可不按此原則選擇。(2)通過正常最大負荷電流時產(chǎn)生的電壓損耗，不應超過正常運行時允許的電壓損耗。對于廠內(nèi)較短的高壓線路，可不進行電壓損耗校驗。(1)通過正常最大負荷電流時產(chǎn)生的溫度不應超過其正常運行時的最高允許溫度。2.按發(fā)熱條件選擇母線、導線和電纜的截面由于絕緣導線和電纜溫度過高時，可使絕緣加速老化甚至燒毀導線，因此母線、導線和電纜的截面應按發(fā)熱條件來選擇，即：使通過相線的計算電流IC不得超過其允許載流量Ial。導體和電纜的環(huán)境溫度及敷設方式與參考環(huán)境溫度及敷設方式不一致時，通過相線的計算電流IC應不超過其實際允許載流量I?al。即：IC≤I?al2.若實際環(huán)境溫度與規(guī)定的環(huán)境溫度不一致時，允許載流量須乘上溫度修正系數(shù)Kθ以求出實際的允許載流量。即：按允許載流量選擇截面時須注意以下幾點：式中：

θal是導體的正常發(fā)熱最高允許溫度；θ0是導體或電纜允許載流量的參考環(huán)境溫度；θ?al是導體或電纜敷設為最熱月的日最高溫度平均值。IC≤Ial（1）線路中電流的計算有一條220/380V的三相四線制線路，采用BV型銅芯塑料穿鋼管埋地敷設，當?shù)刈顭嵩缕骄罡邭鉁貫?5℃。該線路供電給一臺40kW的電動機，其功率因數(shù)為0.8，效率為0.85，試按允許載流量選擇導體截面。例解

按SPEN≥0.5Sφ的要求，選SPEN=16mm2，所以選擇BV型銅芯塑料導體BLV-500-3*25+1*16。

（2）相導體截面的選擇查表A-12–2得，4根單芯線穿鋼管敷設的每相芯線截面為25mm2的BV型導體，在環(huán)境溫度為25℃時的允許載流量為85A，其正常最高允許溫度為70℃。溫度校正系數(shù)為：導體的實際允許載流量為：所選相線截面25mm2滿足允許載流量的要求。（3）中性導體S0的選擇3.按經(jīng)濟電流密度選擇導線和電纜的截面導體和電纜截面的大小，直接影響線路投資和年計算費用。根據(jù)經(jīng)濟電流密度選擇導線和電纜的截面，應從兩個方面來考慮:1.選擇大截面電能損耗降低，投資及維修管理費用高；2.選擇小截面電能損耗增加，投資及維修管理費用降低；綜合上述兩方面因素，制定出比較合理的經(jīng)濟效益最好的截面，稱為經(jīng)濟截面。對應于經(jīng)濟截面的電流密度稱為經(jīng)濟電流密度。我國規(guī)定的導線和電纜經(jīng)濟電流密度見表5-2。

線路類別導線材料年最大負荷利用小時數(shù)（h）3000以下3000~50005000以上架空線路(A/mm2)銅3.002.251.75鋁1.651.150.90電纜線路(A/mm2)銅2.502.252.00鋁1.921.731.54（1）選擇經(jīng)濟截面有一條長度為5km的10kVLJ型鋁絞線架空線路，已知計算負荷為1380kW，cosφ=0.7，Tmax=4800h，試選擇其經(jīng)濟截面，并檢驗其發(fā)熱條件和機械強度。解查手冊后，初選標準截面為95mm2的LJ-95型鋁絞線。相線計算電流由表5-2查得：可得導線經(jīng)濟截面為：例（2）校驗發(fā)熱條件查表5-1可知，LJ-95型鋁絞線在室外溫度為25℃時允許載流量為325A。此值大于相線計算電流114A，滿足發(fā)熱條件。（3）校驗機械強度查表5-1可得10kV架空鋁絞線的最小截面積是35mm2，此值小于計算的截面積，因此滿足機械強度。4.按允許線路電壓損耗選擇導線截面由于線路阻抗的存在，所以線路通過電流時會產(chǎn)生電壓損耗。按規(guī)定，高壓配電線路的電壓損耗一般不超過線路額定電壓的5%；從變壓器低壓側(cè)母線到用電設備受電端的低壓配電線路的電壓損耗，一般不超過用電設備額定電壓的5%；對視覺要求較高的照明線路，則為2%～3%。例

某變電站架設一條10kV的架空線路，向用戶1和2供電，如圖所示。已知導體采用LJ型鋁絞線,全線導體截面相同，三相導體布置成三角形，線間距為1m。干線01的長度為3km，干線12的長度為1.5km。用戶1的負荷為有功功率800kW，無功功率560kvar，用戶2的負荷為有功功率500kW，無功功率200kvar。允許電壓損失為5%，環(huán)境溫度為25℃，按允許電壓損失選擇導體截面，并校驗其發(fā)熱情況和機械強度。解:（1）按允許電壓損失選擇導線截面因為是10kV架空線路，所以初設X0=0.38Ω/km選LJ-50，查表A-15-1得幾何均距為1000mm，截面為50mm2的LJ型鋁絞線，X0=0.355Ω/km，R0=0.64Ω/km，實際電壓損失為：所選導體滿足允許電壓損失的要求。（2）校驗發(fā)熱情況查附表A-11-1可知，LJ-50在室外溫度為25℃時的允許載流量為Ial=215A；線路中最大負荷(在01段)為：

查附表5-1可知，高壓架空裸鋁絞線的最小允許截面為35mm2，所以選擇的截面50mm2

可滿足機械強度要求。顯然，發(fā)熱情況也滿足要求。（3）校驗機械強度常用最小允許截面校驗其熱穩(wěn)定度，計算公式為：上式中

是三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位：A；tima是假想時間，

單位：SC是導體的熱穩(wěn)定系數(shù)，單位：As0.5/mm2，鋁母線C=87As0.5/mm2；銅母線C=171As0.5/mm2。三、

熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定的校驗1.熱穩(wěn)定校驗2.動穩(wěn)定校驗上式中

是母線材料的最大允許應力，單位：Pa硬鋁母線的硬銅母線的［任務實施］檢驗架空線路有一條用LJ型鋁絞線架設的5km長的10kV架空線路，計算負荷為1

380kW，cosφ=0.7，Tmax=4800h，試選擇其經(jīng)濟截面，并檢驗其發(fā)熱條件和機械強度。任務總結(jié)對母線、導線和電纜進行選擇時，通常應按發(fā)熱條件和經(jīng)濟電流密度來選擇其截面，最后還要對它們進行熱穩(wěn)定校驗和動穩(wěn)定校驗。。END理解掌握！項目五二次回路和繼電保護內(nèi)容：供配電系統(tǒng)的二次回路是實現(xiàn)供配電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行的重要保障。繼點保護是變電站二次回路的重要組成部分，也是供配電設計的主要內(nèi)容。重點：供配電系統(tǒng)的二次回路；繼電保護的基本知識和理論；電力變壓器的繼電保護；電力線路的繼電保護；繼電保護的整定計算方法。項目概述一、供配電系統(tǒng)的二次回路二次回路由二次設備組成，用來對一次設備進行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)和保護的電氣回路，又稱作二次接線系統(tǒng)。是實現(xiàn)供配電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行的重要保障。隨著變電站自動化水平的提高，二次回路將起到越來越大的作用。二次回路接線圖可為現(xiàn)場技術人員對電氣設備的安裝、調(diào)試、檢修、試驗、查線等提供重要技術資料。二次回路可反映一次系統(tǒng)的工作狀態(tài)及控制、調(diào)整一次設備。當一次系統(tǒng)發(fā)生事故時，能夠立即動作，使故障部分退出運行。二、供配電系統(tǒng)的繼電保護繼電保護是用來提高供配電系統(tǒng)運行可靠性的反事故自動裝置。繼電保護與其他自動裝置配合工作時，還可提高供配電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，所以，繼電保護是電力系統(tǒng)自動化的重要內(nèi)容之一。任務一認識供配電系統(tǒng)的二次回路【任務陳述】二次回路是由繼電保護、安全自動控制、系統(tǒng)通訊、調(diào)度自動化、DCS自動控制系統(tǒng)等組成的系統(tǒng)，是供配電系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，也是實現(xiàn)人與一次系統(tǒng)的聯(lián)系監(jiān)視、控制，使一次系統(tǒng)能安全經(jīng)濟地運行。通過本任務，學習者應了解供配電系統(tǒng)二次回路操作電源的組成及作用；理解二次回路中電測量儀表與絕緣監(jiān)察裝置的布置與用途；理解各種信號回路的分析方法；了解高壓斷路器控制及信號回路，掌握二次回路的相關技能。型變電站任務的不同，掌握工廠變電站位置的選擇原則。一、二次回路的操作電源操作電源主要供電給控制、保護、信號、自動裝置回路以及操動機械和調(diào)節(jié)機械的傳動機構；供事故照明、直流油泵及交流不停電電源用電，以保證事故保安負荷的工作。直流操作電源主要用于大、中型變配電所；交流操作電源通常用于小型變電站?！局R準備】1.直流操作電源大中型變電站中的直流操作電源，主要有鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池兩種。（1）鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池由二氧化鉛的正極板、鉛的負極板和密度1.2~1.3g/cm3的稀硫酸電解液組成。其放電和充電時的化學反應式為：優(yōu)點：工作性能可靠。缺點：危險、腐蝕、維護量大和占用空間等。（2）鎘鎳蓄電池鎘鎳蓄電池由正極板、負極板、電解液組成。正極板為氫氧化鎳或三氧化鎳，負極板為鎘，電解液為氫氧化鉀或氫氧化鈉等堿溶液。特點：工作性能可靠、腐蝕性小、大電流放電性能好、強度高和壽命長等，不需專門的蓄電池室，在大中型變電站應用普遍。鎘鎳蓄電池組的放電和充電時的化學反應式為：（3）蓄電池的運行方式蓄電池的運行方式有充電—放電運行方式和浮充電運行方式兩種。①充電-放電運行方式②浮充電運行方式蓄電池組通常采用浮充電法，即先將蓄電池充好電，然后將浮充電設備和蓄電池并聯(lián)工作，浮充電設備既給直流母線上的經(jīng)常性負荷供電，又以不大的電流向蓄電池浮充電，用來補償蓄電池由于自放電而損失的能量，使蓄電池經(jīng)常處于滿充電狀態(tài)，延長了蓄電池的壽命。2.硅整流直流操作電源平時硅整流電源將廠用交流電變?yōu)橹绷麟姽┙o操作、保護及信號回路，并向電容器組充電。采用硅整流電容儲能裝置后，一般應有兩個獨立電源供電，一個接硅整流裝置，一個備用。特點：價格便宜，占地面積小、維護量小、不需充電裝置。但可靠性差，需加裝補償電容和交流電源自動投切裝置，二次回路復雜。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時若引起廠用電源電壓下降，則整流直流電壓也相應下降，但充足電的電容器組可對繼電保護裝置和斷路器跳閘線圈放電，使斷路器可靠跳閘，從而保證電站運行的安全。硅整流電容儲能直流系統(tǒng)原理圖WO-合閘小母線WC-控制小母線WF-閃光小母線1C和2C-儲能電容器3.閃光裝置直流母線上還接有直流絕緣星宿裝置和閃光裝置。當某一母線對地絕緣電阻降低時，檢測繼電器動作發(fā)出信號，閃光裝置提供閃光電源，工作原理如圖所示：正常工作時，閃光小母線+WF不帶電，當系統(tǒng)或二次回路發(fā)生故障時，繼電器1K動作，使信號燈HL接于閃光小母線+WF上，閃光裝置工作，利用與繼電器K并聯(lián)的電容器C的充放電，使繼電器交替動作和釋放，從而閃光小母線+WF電壓交替升高和降低，信號燈發(fā)出閃光信號。2.交流操作電源交流操作電源可取自于所用電變壓器，當保護、控制、信號回路的容量不大時，也可取自于電流互感器、電壓互感器的二次側(cè)。優(yōu)點：接線簡單、投資小，維護方便。缺點：不完善、不能構成復雜的保護。(1)站用變壓器及其供電系統(tǒng)交流操作電源一般由主變壓器供電，如圖所示。這種交流操作電源適用于小型變電站。站用變一般都接在電源的進線處。一般情況下，采用一臺站用變即可，但對一些重要的變電站，要求有可靠的站用電源，此電源不僅在正常情況下能保證供電給操作電源，而且應考慮在全站停電或站用電源發(fā)生故障時，仍能實現(xiàn)對電源進線斷路器的操作和事故照明的用電，這時一般設有兩臺互為備用的站用主變。二、

電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置供配電系統(tǒng)中的電氣測量有三個目的：一是計費測量；；二是對供電系統(tǒng)中運行狀態(tài)、技術經(jīng)濟分析所進行的測量；；三是對交、直流系統(tǒng)的安全狀況進行監(jiān)測。目的不同，對測量儀表的要求也不一樣。

1.電測量儀表配置①供配電系統(tǒng)的每一條電源進線上，必須裝設計費用的有功電度表和無功電度表及反映電流大小的電流表。通常采用標準計量柜，計量柜內(nèi)有計量專用電流、電壓互感器。②在變電站的每一段3~10kV母線上，必須裝設電壓表4只，其中一只測量線電壓，其它三只測量相電壓。③35/6kV～10kV變壓器應在高壓側(cè)或低壓側(cè)裝設電流表、有功功率表、無功功率表、有功電度表和無功電度表各一只；6～10/0.4kV的配電變壓器，應在高壓側(cè)或低壓側(cè)裝設一只電流表和一只有功電度表，如為單獨經(jīng)濟核算的單位變壓器還應裝設一只無功電度表。有功電度表無功電度表電壓表電流表④3~10kV配電線路應裝設電流表，有功電度表，無功電度表各一只，如不是單獨經(jīng)濟核算單位時，無功電度表可不裝設。當線路負荷大于5000kVA及以上時，應裝設一只有功功率表。⑤低壓動力線路上應裝一只電流表。55kW及以上電動機回路應裝一只電流表。照明和動力混合供電的線路上，照明負荷占總負荷的15%及以上時，應在每相上裝一只電流表。如需電能計量，一般還應裝設一只三相四線有功電能表。⑥三相負荷不平衡程度大于10%的高壓線路和大于5%的低壓線路應裝3只電流表，照明變壓器、照明與動力公用的變壓器應裝3只電流表。⑦電容器組總回路的每相應裝設一只電流表，并應裝設一只無功電能表。（2）儀表的準確度要求

①電測量奘置的準確度不應低于表6-1的規(guī)定。指針式儀表選用1.5級，數(shù)字式儀表選用0.5級。交流指示儀表的綜合準確度不應低于2.5級,直流指示儀表的綜合準確度不應低于1.5級，接于電測量變送器二次側(cè)儀表的準確度不應低于1.0級。用于電測量奘置的電流、電壓互感器及附件、配件的準確度不應低于表8-3的規(guī)定。②電能計量裝置按其計量對象的重要程度和計量電能的多少分為五類：Ⅰ類電能計量裝置：月用電量5000MWh及以上或變壓器容量為10MVA及以上的高壓用戶；Ⅱ類電能計量裝置：月用電量1000MWh及以上或變壓器容量為2MVA及以上的高壓用戶；Ⅲ類電能計量裝置：月用電量100MWh及以上或負荷容量為315kVA及以上的計費用戶、用戶內(nèi)部用于承包考核用的計量點；Ⅳ類電能計量裝置：負荷容量為315kVA及以下的計費用戶、用戶內(nèi)部技術經(jīng)濟指標分析、考核用的電能計量裝置；Ⅴ類電能計量裝置：單相電力用戶計費用的電能計量裝置。電能計量裝置的準確度不應低于表6-3的規(guī)定。2.

直流絕緣監(jiān)察回路兩點接地的危害如圖中A、B兩點接地時，就會使跳閘線圈YR得電而造成誤跳閘事故。因此，直流系統(tǒng)中應裝設絕緣監(jiān)察裝置，以便及時發(fā)現(xiàn)直流系統(tǒng)的接地故障，盡快找出接地點，隔離故障點并排除故障。直流系統(tǒng)中，正、負母線對地是懸空的，當發(fā)生一點接地時，并不會引起任何危害，但必須及時消除，否則當另一點接地時，會引起信號回路、控制回路、繼電保護回路和自動裝置回路的誤動作。正常狀態(tài)下，直流母線正極和負極的對地絕緣良好，電阻R+和R-相等，繼電器KE線圈中只有微小的不平衡電流通過，繼電器不動作。直流絕緣監(jiān)視裝置回路圖當某極絕緣電阻下降到一定值時，流過繼電器KE線圈的電流增大，繼電器KE動作，其常開觸點閉合，發(fā)出預告信號，光字牌亮，同時發(fā)出音響信號。利用轉(zhuǎn)換開關ST和電壓表2V，可判別哪一極接地。利用轉(zhuǎn)換開關1SL和電壓表1V，讀直流系統(tǒng)總的絕緣電阻，計算每極對地絕緣電阻。供配電系統(tǒng)中，保護裝置或監(jiān)測裝置動作后都要通過信號系統(tǒng)發(fā)出相應的信號提示運行人員。這個信號系統(tǒng)稱為中央信號系統(tǒng)。中央信號有以下幾種類型：斷路器發(fā)生事故跳閘時，啟動蜂鳴器（或電笛）發(fā)出聲響，同時斷路器的位置指示燈發(fā)出閃光，事故類型光字牌亮，指示故障的位置和類型。①事故信號當電氣設備出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時，啟動警鈴發(fā)出聲響信號，同時標有故障性質(zhì)的光字牌點亮，指示不正常運行狀態(tài)的類型，如變壓器過負荷、控制回路斷線等。②預告信號三、

中央信號回路位置信號包括斷路器位置（如燈光指示或操動機構分合閘位置指示器）和隔離開關位置信號等。③位置信號用于主控制室向其它控制室發(fā)出操作命令和控制室之間的聯(lián)系。④指揮信號和聯(lián)系信號①中央事故信號裝置應保證在任一斷路器事故跳閘后，立即發(fā)出音響信號和燈光信號；1.對中央信號回路的要求②中央預告信號裝置應保證在任一電路發(fā)生故障時，能按要求（瞬時或延時）發(fā)出音響信號和燈光信號；③中央事故音響信號與預告音響信號應有區(qū)別。一般事故音響信號電笛或蜂鳴器，預告音響信號用電鈴；④中央信號裝置在發(fā)出音響信號后，應能手動或自動復歸（解除）音響，而燈光信號及其它指示信號應保持到消除故障為止。⑤接線應簡單、可靠，應能監(jiān)視信號回路的完好性。⑥應能對事故信號、預告信號及其光字牌是否完好進行試驗。⑦中央信號一般采用重復動作的信號裝置，變配電所主接線比較簡單時可采用不重復動作的中央信號裝置。2.中央事故信號回路中央事故信號按操作電源分為交流和直流兩類。按復歸方法，可分為就地復歸和中央復歸兩種。按其能否重復動作分為不重復動作和重復動作兩種。（1）集中復歸不重復動作的信號回路設斷路器1QF因事故跳閘，事故信號回路起動，蜂鳴器HB發(fā)出聲響。按2SB復歸按鈕解除音響。若此時2QF又發(fā)生了事故跳閘，蜂鳴器將不會發(fā)出聲響，這就叫做“不能重復動作”。能在控制室手動復歸稱中央復歸。1SB為試驗按鈕，用于檢查事故音響是否完好。(2)中央復歸重復動作的事故信號回路“重復動作”是利用控制開關與斷路器輔助觸點之間不對應回路中的附加電阻和信號沖擊繼電器實現(xiàn)的。3.中央預告信號回路中央預告信號指在供電系統(tǒng)中出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時發(fā)出的音響信號。中央預告信號裝置分有直流和交流，也有不重復動作和重復動作兩種。(1)中央復歸不重復動作預告信號回路系統(tǒng)發(fā)生不正常工作狀態(tài)時，反映系統(tǒng)不正常狀態(tài)的繼電器常開觸點

不正常工作狀態(tài)未消除之前KS、HL、KM線圈一直是接通的，當另一設備發(fā)生不正常工作狀態(tài)時，不能重復發(fā)出音響信號，只有相應的光字牌亮。光字牌亮

(2)中央復歸重復動作預告信號回路系統(tǒng)發(fā)生不正常工作狀態(tài)時電鈴聲響

光字牌亮預告信號音響部分的重復動作也是靠突然并入啟動回路電阻，使流過沖擊繼電器的電流發(fā)生突變實現(xiàn)的。啟動回路的電阻是光字牌中的燈泡。四、

高壓斷路器控制及信號回路1.高壓斷路器控制回路的要求為了實現(xiàn)對斷路器的控制，必須有發(fā)出跳、合閘命令的控制機構；執(zhí)行操作命令的操動機構；以及傳送命令到執(zhí)行機構的中間傳送機構等。由這幾部分構成的電路，即為高壓斷路器的控制回路。對斷路器控制回路的基本要求如下：1.能手動和自動跳閘與合閘；2.應能監(jiān)視控制回路操作電源及跳、合閘回路的完好性；應對二次回路短路

或過負荷進行保護；3.在跳閘或合閘完成后，應能自動解除命令脈沖，切斷合閘或電源；4.應有反應斷路器手動和自動跳、合閘的位置信號；5.應具有防止斷路器多次跳閘的“防跳”措施；6.斷路器的事故跳閘回路，應按不對應原理接線。7.對于采用氣壓、液壓和彈簧操動機構的斷路器，應有壓力是否正常、彈簧

是否拉緊到位的監(jiān)視和閉鎖回路。2.電磁操動機構的斷路器控制回路控制開關共有6個位置，其中“跳閘后”和“合閘后”為固定位置，其他為操作時的過渡位置。有時用字母表示6種位置，如“C”表示合閘中，“T”表示跳閘中，“P”表示預備合閘

，“D”表示合閘后。

(1)控制開關控制開關是斷路器控制回路的主要控制元件，由運行人員操作使斷路器跳、合閘，在變電所中常用的是LW2型系列自動復位控制開關，如下圖示：6個位置(2)控制回路手動合閘閉合控制開關SA處于跳閘后位置

此時1QF接通，HG綠燈亮，表明斷路器為斷開狀態(tài)，同時表明控制回路的兩個熔斷器完好，但是由于電阻1R的存在，流過合閘接觸器線圈KM的電流很小，因此KM并不動作。

此時將SA順時針旋轉(zhuǎn)90°至預備合閘PC位置，使9、12接通，讓信號燈與閃光小母線（+）WF相連。綠燈HG閃光，表明SA的位置雖然與“合閘后”位置相同，但斷路器仍處于“跳閘后”狀態(tài)，從而提醒運行人員核對操作對象是否有誤。無誤時，將SA繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)45°，置于合閘C。SA的5、8接通，使KM接通于+MC和-MC之間，KM1、KM2觸點閉合，合閘線圈YO得電，斷路器合閘。斷路器手動合閘后，斷路器輔助觸點1QF斷開使綠燈熄滅，2QF閉合，紅燈亮16-13接通。但由于2R的存在，流過跳閘線圈YR的電流很小，不足以其觸點動作。2.電磁操動機構的斷路器控制回路SA繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45°而置于跳閘位置6-7通，使跳閘線圈YR接電，斷路器跳閘，紅燈熄滅，綠燈發(fā)平光?？刂崎_關SA逆時針旋轉(zhuǎn)90°置于預備跳閘位置，13-14接通閃光母線，使紅燈HR發(fā)出閃光。當松開SA后，SA自動回到跳閘后位置，10-11通，綠燈發(fā)出平光，表明斷路器手動跳閘，又表明合閘回路完好。手動跳閘自動裝置的繼電器觸點1K和2K的閉合分別實現(xiàn)合、跳閘控制。紅燈發(fā)出閃光，表明斷路器自動合閘，同時表明跳閘回路完好。綠燈發(fā)出閃光，表明斷路器自動跳閘，又表明合閘回路完好。斷路器的自動控制當斷路器因故障跳閘時，保護出口繼電器觸點3K閉合，YR通電，斷路器跳閘，HG發(fā)出閃光，運行人員須將SA旋轉(zhuǎn)到相應的位置上，相應的信號燈發(fā)平光。出現(xiàn)多次“跳閘—合閘”現(xiàn)象，稱為“跳躍”。跳閘電流流過防跳繼電器KTL的電流線圈，使其啟動，KTL1常開觸點閉合自鎖，

KTL2常閉觸點打開，其KTL電壓線圈也動作，自保持。防止了跳躍現(xiàn)象。斷路器的防跳［任務實施］識讀二次回路圖二次回路圖主要有二次回路原理接線圖、二次回路原理展開圖、二次回路安裝接線圖。某10kV線路的過電流保護原理接線如圖所示。1.原理接線圖其余參看課本。任務總結(jié)1.二次回路操作電源分為直流和交流兩大類。直流操作電源又分為蓄電池供電和硅整流直流操作電源兩種。交流操作電源取自變電站主變壓器和電壓互感器，主要供電給繼電保護和跳閘回路。2.電氣測量儀表是監(jiān)視供電系統(tǒng)運行狀況、計量電能消耗必不可少的設備，在裝設和使用過程中應家的有關規(guī)定進行。絕緣監(jiān)察裝置的作用是專門用于監(jiān)視中央信號屏上的對地絕緣狀況的裝置，一般裝設在小電流接地系統(tǒng)。3.中央信號回路和斷路器控制回路是二次回路的重要部分，斷路器的控制有電磁式自動控制和手動控制等方式。信號系統(tǒng)包括燈光監(jiān)視系統(tǒng)、音響監(jiān)視系統(tǒng)和閃光裝置等。任務二供配電系統(tǒng)的繼電保護【任務陳述】繼電保護裝置是實現(xiàn)繼電保護的基本條件，要實現(xiàn)繼電保護的作用，就必須要具備有科學先進、行之有效的繼電保護裝置，所謂“工欲善其事、必先得其器”，有了設備的支持，才真正具備了維護供配電系統(tǒng)的能力。然而要掌握和做好繼電保護工作，學習者就必須掌握繼電保護的相關知識和技能。通過本任務，學習者應首先熟悉和了解繼電保護的類型與繼電保護裝置，其次應理解和掌握繼電保護裝置的接線方式，理解過電流保護類型及其原理，掌握過電流保護的動作電流整定及保護靈敏度校驗，了解高頻保護裝置的原理及作用。一、

繼電保護的任務1.能自動迅速且有選擇性地將被保護線路的故障元件從供配電系統(tǒng)中切除，保證其他非故障線路迅速恢復正常運行，并且避免故障元件繼續(xù)遭到破壞。2.能夠正確反映電氣設備的異常運行狀態(tài)，發(fā)出預警信號，以便操作人員采取措施，恢復電器設備的正常工作。3.與供配電系統(tǒng)的自動裝置（如自動重合閘裝置，備用電源自動投入裝置等）配合，提高供配電系統(tǒng)的供電可靠性。繼電保護是保障供配電系統(tǒng)安全可靠運行不可或缺的重要環(huán)節(jié)【知識準備】繼電保護選擇性示意圖

2.繼電保護的要求繼電保護在其所規(guī)定的保護范圍內(nèi)，發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)時應動作準確不拒動；發(fā)生任何保護不應該動作的故障或不正常運行狀態(tài)，不應誤動作。如上圖所示系統(tǒng)K點發(fā)生短路，保護3不應該拒動，保護1和保護2不應該誤動。

1.可靠性當供配電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，繼電保護裝置動作，只切除故障設備，使停電范圍最小，保證系統(tǒng)中無故障部分仍能正常工作。2.選擇性3.速動性供配電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，繼電保護應能盡快動作切除故障，以減小故障引起的損失，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性靈敏性是指繼電保護在其保護范圍內(nèi)，對發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力。在繼電保護的保護范圍內(nèi)，不論系統(tǒng)的運行方式、短路的性質(zhì)和短路的位置如何，保護都應正確動作。

4.靈敏性繼電保護的靈敏性通常用靈敏度KS來衡量，靈敏度愈高，反應故障的能力愈強。靈敏度Ks按下式計算：

不同作用的保護裝置和被保護設備，所要求的靈敏度是不同的，在《繼電保護和自動裝置設計技術規(guī)程》中都有規(guī)定。三、繼電保護的基本原理供配電系統(tǒng)中具有各種各樣的保護裝置，但基本上都是由測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成。如下圖所示。故障量測量比較單元邏輯判斷單元執(zhí)行輸出單元跳閘或信號整定值測量被保護設備的某物理量，并和保護裝置的整定值進行比較，判斷被保護設備是否發(fā)生故障，保護裝置是否應該起動。根據(jù)測量部分輸出量的大小、性質(zhì)、出現(xiàn)的順序，使保護裝置按一定的邏輯關系工作，輸出信號到執(zhí)行部分。執(zhí)行部分根據(jù)邏輯部分信號驅(qū)動保護裝置動作，使斷路器跳閘或發(fā)出信號。三、

常見的繼電保護類型與繼電保護裝置1.常見的繼電保護類型(1)按繼電器的結(jié)構原理分，有電磁式、感應式、數(shù)字式、微機式等繼電器；(2)按繼電器反應的物理量分有電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、氣體繼電器等；(3)按繼電器反應的物理量變化分，有過量繼電器和欠量繼電器，如過電流繼電器、欠電壓繼電器；(4)按繼電器在保護裝置中的功能分，有起動繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器等。目前，供配電系統(tǒng)的一般用戶常用的繼電器主要是電磁式和感應式繼電器。2.繼電保護裝置DL電磁式過電流繼電器的內(nèi)部結(jié)構示意圖

1─線圈2─電磁鐵3─Z型鋼舌片4─軸5─反作用彈簧6─軸承7─靜觸點8─動觸點9─動作電流調(diào)整桿10─標度盤（銘牌）圖示為DL電磁式電流繼電器內(nèi)部結(jié)構圖、內(nèi)部接線圖和圖形符號。文字符號是KA。(1)電磁式繼電保護裝置①電磁式電流繼電器DL系列電磁式過電流繼電器用于電機變壓器及輸電線的過負荷及短路保護。工作原理當線圈中有電流通過時，銜鐵克服反作用力矩處于動作狀態(tài)，當電流升高到整定值時，繼電器動合觸點閉合、動斷觸點斷開；當電流降低到0.8倍整定值時，繼電器觸點復歸。使過電流繼電器動作的最小電流稱為繼電器的動作電流，用Iop.kA表示。使繼電器返回到起始位置的最大電流，稱為繼電器的返回電流，用Ire.KA表示。繼電器的返回電流與動作電流之比稱為返回系數(shù)Kre，即：電磁式電流繼電器的返回系數(shù)通常為0.85。②電磁式電壓繼電器DJ型電磁式電壓繼電器的結(jié)構和工作原理與DL型電磁式電流繼電器基本相同。不同之處僅是電壓繼電器的線圈匝數(shù)多，導線細，且與電壓互感器的二次繞組并聯(lián)。電壓繼電器的文字符號用KV表示。電磁式電壓繼電器有過電壓繼電器和欠電壓繼電器兩種。過電壓繼電器返回系數(shù)小于1，通常為0.8，欠電壓繼電器返回系數(shù)大于1，通常為1.25。③電磁式時間繼電器時間繼電器用于繼電保護裝置中，使繼電保護獲得需要的延時，以滿足選擇性要求。DS型電磁式時間繼電器內(nèi)部結(jié)構由電磁系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、鐘表機構、觸頭系統(tǒng)和時間調(diào)整系統(tǒng)組成。如圖所示。DS型電磁式時間繼電器的內(nèi)部接線如圖左示。圖右為它的圖形符號。④電磁式信號繼電器信號繼電器在繼電保護裝置中用于發(fā)出指示信號，表示保護動作，同時接通信號回路，發(fā)出燈光或者音響信號。中間繼電器觸頭容量較大，觸頭數(shù)量較多，在繼電保護裝置中用于彌補主繼電器觸頭容量或觸頭數(shù)量的不足。(5)電磁式中間繼電器

(2)感應式繼電保護裝置GL系列感應式過電流繼電器

1─線圈2─鐵心3─短路環(huán)4─鋁盤5─鋼片6─框架

7─調(diào)節(jié)彈簧8─制動永久磁鐵9─扇形齒輪10─渦桿

11─扁桿12─繼電器觸頭13─時間調(diào)節(jié)螺桿

14─速斷電流調(diào)節(jié)螺桿15─銜鐵16─動作電流調(diào)節(jié)插銷感應式電流互感器用于電動機、變壓器與輸電線的過負荷短路及短路保護中作為反時限元件。圖示GL系列具有反時限及瞬時動作特性，結(jié)構為凸出式，有板前和板后兩種接線形式。工作原理：反時限動作：從繼電器感應系統(tǒng)動作到觸頭閉合的時間為繼電器的動作時限。繼電器線圈中電流越大，鋁盤轉(zhuǎn)速越快，扇形齒輪上升速度也越快，動作時限越短。這就是感應式電流繼電器的反時限特性。感應式電流繼電器由感應系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)兩個系統(tǒng)構成GL系列感應式過電流繼電器感應式電流繼電器鋁盤受力示意圖1-線圈；2-電磁鐵；3-短路環(huán)；4-鋁盤；5-鋼片；6-鋁框架；7-調(diào)節(jié)彈簧；8-制動永久磁鐵；9-軸速斷動作：繼電器線圈中的電流增大到繼電器的速斷電流整定值時，電磁鐵將銜鐵瞬時吸下。（5）繼電保護的發(fā)展趨勢建國以來，我國電力系統(tǒng)繼電保護技術經(jīng)歷了4個時代。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機技術、通信技術的進步，繼電保護技術以史無前例的速度迅猛發(fā)展，趨勢為：計算機化，網(wǎng)絡化，保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化和人工智能化。我國常規(guī)繼電保護起始于50年代，到2000年繼電保護就基本實現(xiàn)了綜合自動化，而綜合自動化只經(jīng)過了2年的時間就過渡到了數(shù)字自動化階段，數(shù)字自動化只經(jīng)歷了1年的時間，我國出臺的繼電保護技術標準和設計規(guī)范又提出了智能化，繼電保護技術出現(xiàn)了跨越式的發(fā)展。繼電保護的技術革新，引領了繼電保護的智能化。近年來，人工智能技術如神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、進化規(guī)劃、模糊邏輯等在電力系統(tǒng)各個領域都得到了應用，在繼電保護領域應用的研究也已開始?？梢灶A見，人工智能技術在繼電保護領域必會得到應用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。電流保護的接線方式是指電流繼電器與電流互感器的連接方式。繼電保護裝置可靠動作的前提是電流互感器能否正確反映外部情況，這與電流保護的接線方式有很大的關系。接線方式不同，流入繼電器線圈中的電流也不一樣。工廠供配電系統(tǒng)的繼電保護中，常用的接線方式有以下3種。1.三相三繼電器接線方式三相三繼電器接線方式中，當任何形式的短路發(fā)生時，都有相應的二次故障電流流入繼電器，因此可以保護各種形式的相間短路和單相接地短路故障。由于這種接線方式所用設備較多，接線復雜，因此主要用于大接地電流系統(tǒng)的保護。四、

繼電保護裝置的接線方式2.兩相兩繼電器接線方式這種接線方式能保護各種相間短路，但不能保護兩相接地短路和未裝電流互感器的單相接地短路故障。兩相兩繼電器接線方式設備較少、接線方式簡單。多用于中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中。3.兩相一繼電器接線方式兩相一繼電器接線方式的電流互感器通常接在A相和C相，繼電器中流過的電流為兩相電流相量之差，因此又稱為兩相電流差式接線。這種接線的接線系數(shù)隨短路種類不同而不同，保護靈敏度也不同，主要用于高壓小容量電動機的保護。為便于分析和保護的整定計算，引入接線系數(shù)Kw，它是流入繼電器的電流IKA與電流互感器二次繞組電流I2的比值，即：4.

接線系數(shù)三相三繼電器接線方式和兩相兩繼電器接線方式中，KW=1。對于兩相一繼電器接線方式，當三相短路時，KW=1.732；只有一相裝電流互感器的兩相短路時，KW=1；對于兩相都裝有電流互感器的兩相短路時，KW=2。1.定時限過電流保護及其保護原理當通過線路的電流大于繼電器的動作電流，保護裝置啟動，并用時限保證動作的選擇性，這種繼電保護裝置稱為過電流保護。定時限過電流保護是指保護裝置的動作時間不隨短路電流的大小而變化的一種保護。定時限過電流保護常用作工廠配電線路的保護。五、

過電流保護及保護原理定時限過電流保護的接線圖QF-斷路器；TA-電流互感器；KA-電流繼電器；YR-跳閘線圈KT-時間繼電器；KS-信號繼電器；KM-中間繼電器；定時限過電流保護的原理圖中，所有元件的組成部分都集中表示出來；展開圖中所有元件的組成部分按所屬回路分開表示。顯然展開圖簡明清晰，因此工廠配電線路的二次回路圖通常采用展開圖說明。當電力系統(tǒng)的一次線路發(fā)生短路時，通過線路的電流突然增大，與一次線路中的電流互感器相連的過電流繼電器1KA（或2KA）中的電流也相應突然增大，當大于其設定的動作電流值時，就會引起過流繼電器1KA（或2KA）動作，使其連接在二次回路中的常開觸點閉合，時間繼電器KT線圈得電，經(jīng)過一定的延時，KT延時觸點閉合，使信號繼電器KS線圈得電，指示牌掉下，KS常開觸點閉合，啟動信號回路，發(fā)出燈光和音響信號；中間繼電器KM的線圈與KS同時得電，其常開觸點閉合，接通斷路器跳閘線圈YR回路，使斷路器QF跳閘，切除短路故障線路。反時限過電流保護的原理圖和展開圖QF-斷路器；TA-電流互感器；KA-電流繼電器；YR-跳閘線圈2.反時限過電流保護裝置的接線和工作原理反時限過電流保護的原理圖中，由GL型感應式電流繼電器作為反時限過電流保護裝置。該繼電器具有反時限特性：當短路電流越大時，繼電器動作的時限就越短。反時限過電流保護采用交流操作的去分流跳閘原理。由展開圖可知，當線路正常運行時，跳閘線圈被1KA和2KA的常閉觸點短路，電流互感器二次側(cè)電流經(jīng)繼電器線圈及常閉觸點直接構成回路，保護不動作。當線路發(fā)生短路時，1KA(或2KA)繼電器動作，其常閉觸點打開、常開觸點閉合，電流互感器二次側(cè)電流流經(jīng)跳閘線圈YR1(或YR2)，由原理圖可看出，YR1和YR2直接控制斷路器QF的跳閘，因此當過電流直接流經(jīng)YR1(或YR2)時，就會使斷路器跳閘切除故障線路。3.定時限和反時限過電流保護的比較定時限過電流保護的優(yōu)點是：動作時間較為準確，容易整定，誤差小。缺點是：所用繼電器數(shù)目較多，因此接線復雜，繼電器觸點容量較小，需要直流操作電源，投資較大，另外靠近電源處保護動作時間太長。通過以上比較可知，反時限過電流保護裝置具有繼電器數(shù)目少，接線簡單，以及可直接采用交流操作跳閘等優(yōu)點，常用于大容量電動機的保護。反時限過電流保護的優(yōu)點是：繼電器的數(shù)量大大減少，其接線簡單，只用一套GL系列繼電器就可實現(xiàn)不帶時限的電流速斷保護和帶時限的過電流保護。由于GL繼電器觸點容量大，因此可直接接通斷路器的跳閘線圈，而且適用于交流操作。缺點是：運作時間的整定和配合比較麻煩，而且誤差較大，尤其是瞬動部分，難以進行配合；而且當短路電流較小時，其動作時間可能會很長，延長了故障持續(xù)的時間。由于電流速斷保護的動作電流大于線路末端的最大三相短路電流，所以電流速斷保護不能保護線路全長，只能保護線路的一部分，線路不能被保護的部分稱為保護死區(qū)，線路能被保護的部分稱為保護區(qū)。瞬時電流速斷保護區(qū)說明為了彌補速斷存在死區(qū)的缺陷，一般規(guī)定，凡裝設電流速斷保護的線路，都必須裝設帶時限的過電流保護。而且，過電流保護的動作時間比電流速斷保護至少長一個時間級差Δt=0.5~0.7s，前后級過電流保護的動作時間符合前面所說的“階梯原則”，以保證選擇性。4.

速斷保護②為保證保護裝置在外部故障切除后，能可靠地返回到原始位置，防止發(fā)生誤動作，以保護裝置的返回電流Ire1>IL.max也作為動作電流整定依據(jù)，同時引入可靠系數(shù)Kre1。即繼電器動作電流：1.動作電流的整定帶時限過電流保護，包括定時限和反時限兩種的動作電流Iop，是指繼電器動作的最小電流。過電流保護的動作電流整定，必須滿足下面兩個條件。①為避免在最大負荷通過時保護裝置誤動作，過電流保護的動作電流整定應該躲過線路的最大負荷電流（包括正常過負荷電流和尖峰電流）IL.max。即：Iop1>IL.max。六、

過電流保護的動作電流整定及保護靈敏度校驗某高壓線路的計算電流為100A，線路末端的三相短路電流為1200A?，F(xiàn)采用GL15/10型電流繼電器，組成兩相電流差式接線的相間短路保護，電流互感器變流比為320/5。試整定此繼電器的動作電流。解即此繼電器的動作電流可取整數(shù)9A。查Kre=0.8，Kw=，Krel=1.3，IL.max=2Ii=2×100A=200A由過電流保護動作電流整定公式可得：［任務實施］工程實例分析當k點發(fā)生短路時，根據(jù)選擇性要求，應該距k點最近的保護裝置2KA動作，因此保護裝置2KA的動作時限應最小；保護裝置1KA的動作時限應比2KA的動作時限增加

t，即：t2=t0

t1=t2+Δt考慮到斷路器動作和滅弧時間，定時限級差Δt取0.5秒，反時限Δt取0.7秒。動作時限整定（定時限）當線路2WL的k點發(fā)生短路時，由于短路電流遠大于正常最大負荷電流，所以沿線路的過電流保護裝置1KA、2KA都要啟動。在正確動作情況下，應該是靠近故障點k的保護裝置2KA首先斷開2QF，切除故障線路2WL。保護裝置的返回電流也必須躲過線路的最大負荷電流，即過電流保護裝置的動作時限，應從距離電源最遠的保護裝置開始，按階梯原則整定。動作時限整定（反時限）整定反時限過電流保護的動作時限時，應指出某一動作電流倍數(shù)(通常為10倍)時的動作時限。為保證動作的選擇性，反時限過電流保護時限整定也應按照階梯原則來確定，時限級差為Δt=0.7s。動作時限整定具體步驟如下：①計算線路2WL首端K點三相短路時保護2的動作電流倍數(shù)n2：式中，IK.KA2為K點三相短路時，流經(jīng)保護2繼電器的電流IK.KA2=Kw2?IK/Ki.2，Kw2和Ki.2分別為保護2的接線系數(shù)和電流互感器變比。②由n2從特性曲線2求K點三相短路時保護2的動作時限t2，即：③計算K點三相短路時保護1的實際動作時限t1，t1應較t2大一個時限級差Δt，以保證動作的選擇性，即：④計算K點三相短路時，保護1的實際動作電流倍數(shù)n1。式中，IK.KA1為K點三相短路時，流經(jīng)保護1繼電器的電流IK.KA1=Kw1?IK/Ki.1，Kw1和Ki.1分別為保護1的接線系數(shù)和電流互感器變比。2.保護靈敏度校驗若過電流保護的靈敏度達不到要求，可采用帶低電壓閉鎖的過電流保護，此時電流繼電器動作電流按線路的計算電流整定，以提高保護的靈敏度。過電流保護的靈敏度用系統(tǒng)最小運行方式下線路末端的兩相短路電流IK(2)min進行校驗。式中Iop1——保護裝置的一次側(cè)動作電流整定值；I（2）kmin是系統(tǒng)最小運行方式下被保護范圍末端發(fā)生金屬性短路的最小短路電流值。試整定下圖所示線路1WL的定時限過電流保護。已知1TA的變比為750/5A，線路最大負荷電流（含自啟動電流）670A，保護采用兩相兩繼電器接線，線路2WL定時限過電流保護的動作時限0.7s，最大運行方式時K1點三相短路電流4kA，K2點三相短路電流2.5kA，最小運行方式時K1和K2點三相短路電流分別為3.2kA和2kA。解例①整定動作電流：(擬選DL繼電器，所以kW=1，kre1=1.2，kre=0.85)選DL-11/10電流繼電器，線圈并聯(lián)，整定動作電流取整數(shù)7A。過電流一次側(cè)動作電流為：②整定動作時限線路1WL定時限過電流保護的動作時限應較線路2WL定時限過電流保護動作時限大一個時限級差Δt：③校驗靈敏度按規(guī)定：主保護SP1≥1.5，后備保護的SP2≥1.25；保護線路1WL的靈敏度按線路1WL末端最小兩相短路電流校驗：線路2WL后備保護靈敏度，用線路2WL末端最小兩相短路電流校驗：由此可見，保護整定滿足靈敏度要求。由于電流速斷保護動作不帶時限，為了保證速斷保護動作的選擇性，在下一級線路首端發(fā)生最大短路電流時電流速斷保護不應動作，即速斷保護動作電流Iop1＞IK.max，從而，速斷保護繼電器的動作電流整定值為：式中，IK.max為線路末端最大三相短路電流；Kre1為可靠系數(shù)，DL型繼電器取1.3，GL型繼電器取1.5；Kw為接線系數(shù)；Ki為電流互感器變比。由上式可求得的動作電流整定計算值，整定繼電器的動作電流。對GL型電流繼電器，還要整定速斷動作電流倍數(shù)，即式中：IOP.KA（ioc）為電流速斷保護繼電器動作電流整定值；Iop.KA(oc)為過電流保護繼電器動作電流整定值。電流速斷保護的靈敏度，按規(guī)定其保護裝置安裝處的最小短路電流可作為校驗值，即電流速斷保護的靈敏度必須滿足條件：圖中，1KA、2KA為定時限過電流保護繼電器，3KA、4KA為電流速斷保護繼電器。在速斷保護的范圍內(nèi)發(fā)生短路時，由速斷保護繼電器動作，瞬時跳閘；在線路末端發(fā)生短路時，則由過電流保護繼電器動作。

階段式電流保護圖示為三段式電流保護接線圖瞬時電流速斷保護雖然能迅速切除短路故障，但不能保護線路全長，而時限電流速斷保護雖能保護線路全長，卻不能作為相鄰線路的后備保護，過電流保護可以保護本級線路和相鄰線路的短路故障，作為本級線路的近后備保護和相鄰線路的遠后備保護，但動作時間往往較長。因此，三種保護各有其優(yōu)缺點。為了保證快速而有選擇性地可靠切除故障，常常將瞬時電流速斷、時限電流速斷和過電流保護組合在一起，構成階段式電流保護，使之相互配合和補充。圖中，電動機M保護4可采用瞬時電流速斷保護，動作電流按電動機最大起動電流整定，電動機發(fā)生短路故障保護瞬時動作，切除故障。線路3WL保護3采用瞬時電流速斷和過電流保護構成的二段式保護，過電流保護動作時限0.5s，若線路3WL發(fā)生短路故障無瞬時切除的要求，也允許只裝設過電流保護。線路1WL和2WL的保護1和保護2，裝設瞬時電流速斷、時限速斷和過電流保護的三段式保護，時限速斷保護動作時限0.5s；瞬時電流速斷保護為主保護，時限速斷保護為輔助保護，過電流保護為近后備保護。在同一網(wǎng)絡的所有線路上，電流繼電器應接于相同兩相的電流互感器上。由圖可見，當網(wǎng)絡任意點發(fā)生短路時，都可以在0.5s以內(nèi)切除故障。七、

高頻保護裝置1.

高頻保護的基本原理定義：高頻保護是指將線路兩端的電氣量轉(zhuǎn)換為高頻信號，利用輸電線距構成的高頻通道，將高頻信號傳送至對端進行比較，從而決定是否動作的一種繼電保護。(1)高頻閉鎖方向保護基本原理通過高頻通道傳送兩側(cè)的功率方向，在每側(cè)借助于高頻信號判別故障是處于保護范圍之內(nèi)還是之外。一般規(guī)定：從母線流向線路的功率方向為正方向，從線路流向母線的功率方向為負方向。比較被保護線路兩端的短路功率方向，即傳送來的高頻信號代表對側(cè)的功率方向信號，當線路兩端的功率方向都是由母線指向線路時，稱為方向相同，保護裝置動作；當線路外部發(fā)生故障時，一側(cè)的功率方向指向母線，說明故障，該側(cè)保護啟動收發(fā)信機，發(fā)