某小区二次供电系统保护 毕业论文

2013届毕业设计说明书

某小区二次系统保护

系、部：电气与信息工程系 指导教师： 职称讲师
专	业：电气自动化技术
班	级：	电气1001 班
完成时间：		2013-5-24

摘 要

随着国民经济的不断提高，城市化的步伐正在加快。不仅是目前的城市，还是社会主义新农村，由经过专业人士设计的居民小区环境优美，公共设施齐全，各地小区的建设可谓是蒸蒸日上，如火如荼。电是现代人生活不可离开的一部分，所以作为一名有志于成为一名电那么小区供电质量直接影响着居民的日常生活。

力工作人员的人，应该针对电力供应的各个环节，不断的学习模拟，提高专业水平。

本文设计的是《某小区二次供电系统保护》，是对小区二次电力供电系统进行检测与保护。本设计主要是对一“居民小区”，全系去总面积约34000平方米。对小区内的居民楼和小区内的各用电设施及地下停车场进行一个供电的二次系

统保护。保护内容主要包括：系统的过电流保护，继电器保护，电流速断保护， 电流负荷保护，电测量仪表与绝缘式装置选择，互感器的应用与互感器的选择，高压断路器的控制和信号回路的选择，二次回路操作电源的选择，小区变电配电

Abstract

As the national economy continues to improve, the pace of urbanization is

accelerating.Not only is the city, or a new socialist countryside, designed by a

professional residential area beautiful environment, public facilities, residential modern life can not leave, then the cell directly affects the quality of power supply daily life of residents. Therefore, as an aspiring to become an officer of the electrical building can be described throughout thriving in full swing. Electricity is part of This design is "a district secondary power system protection" is a secondary

powersupply system for cell detection and protection. This design is a"residential area", the whole system to a total area ofapproximately 34,000 square meters. Residential buildings within thedistrict and the district of the electrical facilities andunderground parking for a secondary power system protection.Protection should include: over-current protection system, the relayprotection, current protection, current overload protection,electrical measuring instruments and devices selected insulation,transformers and transformer selection of applications, high voltagecircuit breaker control and signal circuits choice, the choice of thesecondary circuit

operating power, the operation of the cell substation substation power selection. Central control signal device selection, as well as residential lightning protection measures.

Keywords: relay; overcurrent protection; transformer

目 录

绪论 ………………………………………………………………………11 概述……………………………………………………………………32 系统的过流保护………………………………………………………4

2.2 对保护装置的基本任务及要求…………………………………4 2.1 过电流保护的类型和任务 ………………………………………5 2.2.1 继电器简介…………………………………………………4 2.3 继电器保护原理…………………………………………………7

2.3.1 保护继电器组成元件………………………………………7 2.3.2 电力系统故障后工频电气量的主要特征变化……………9 2.4 过流保护…………………………………………………………9 2.4.1 定时限过电流保护…………………………………………9 2.4.2 反时限电流保护……………………………………………11 2.4.3 定时限与反时限过电流保护的比较………………………11 2.5 电流速断保护……………………………………………………12 2.6 电流负荷保护……………………………………………………153 电测量仪表与绝缘监视装置选择……………………………………16

3.1 安装电测量仪器目的 ……………………………………………16 3.2 互感器的应用 …………………………………………………16 3.3 互感器的选择 …………………………………………………17

3.3.1 电流互感器的选择…………………………………………17 3.3.2电压互感器的选择 …………………………………………20 3.4 电测量仪表选择 ………………………………………………23 3.5 绝缘监视装置选择………………………………………………244 高压断路器的控制和信号回路选择 ………………………………26 4.1 高压断路器的选择与校验 ……………………………………26 4.2 高压断路器的控制和信号回路的概述…………………………26 4.3 手动的高压断路器的控制和信号回路…………………………27 4.4 电磁操作机构的高压断路器的控制和信号回路………………28 4.5 弹簧操作机构的高压断路器的控制和信号回路 ……………29 4.6 高压断路器控制和信号回路的选择 ………………………315 二次回路操作电源的选择……………………………………………32 5.1 二次回路概述 …………………………………………………32

5.1.1 二次回路分类 ……………………………………………32 5.2 直流操作电源介绍 ……………………………………………33 5.2.1 蓄电池组直流操作电源 …………………………………33

6.1 直流操作电源 …………………………………………………34 6.2 交流操作电源 …………………………………………………34 7 控制信号装置选择 ……………………………………………35 7.1 事故信号装置选择 ………………………………………35 7.2 预告信号装置 ……………………………………………37 7.3 闪光信号装置选择 ……………………………………………38 8 自动重合闸与备用电源自动投入装置设计 ………………………40 8.1 自动重合装置选择 ……………………………………………40 8.1.1 自动重合装置的概述 ……………………………………40 8.1.2 电气一次自动重合闸装置的基本原理 ………………40 8.2 备用电源自动投入装置 ………………………………………41 8.2.1 备用电源的概述 …………………………………………41

8.2.2 备用电源自动投入的基本原理 …………………………419防雷保护装置 ………………………………………………………43 9.1 雷电过电压 ……………………………………………………43 9.2 雷电的危害 ……………………………………………………43 9.3 防雷装置保护 …………………………………………………43 9.4 防雷设计 ………………………………………………………43 9.5 防雷保护计算 …………………………………………………44总结 ……………………………………………………………………47参考文献 ………………………………………………………………48致谢 ……………………………………………………………………49附录Ⅰ …………………………………………………………………50

绪论

随着我国经济的快速增长，用电已成为制约我国经济发展的重要因素。为保证正常的供配电要求，各地都在兴建一系列的供配电装置。例如就不少住宅小区规模和大型高层住宅小区里面一般有高层住宅建筑、多层住宅建筑、商业性建筑和地下车库，其负荷特点是负荷容量大，用电设备多，而且电梯、消防设施、水泵等一级和二级负荷要求供配电系统接线方案。所以据目前住宅小区的供电电源电压等级均为10kV，而10kV电压等级供电容量有限。所以本文针对变电所的特点，阐述了10kV变电所的设计思路、设计步骤，并进行了相关设备的计算和校验。并关键介绍了主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠

性。所以在此熟悉变电所的设计要求和设计过程，对从事电力工程设 计，故障分析和判断是非常有益的。

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第一章 概述

1.1设计的对象

本次设计的对象—“居民小区”，全小区总面积约34000平方米。有2座12层的小高层，小高层下面配备有地下车库，有14座6层的多层，有1座2层的物业管理中心。负荷等级属于二级负荷。

1.2设计的原始资料

1.2.1小区平面图

图1 小区平面图

1.2.2供电电源情况
在距离小区5km处有10KV电缆分接箱，从该分接箱处引出一条10KV三

芯电缆，电缆首段设的高压真空断路器，其流量容量为500MVA。该真空断路器 具有体积小，动作快，寿命长，安全可靠和便于维护检修等优点。该小区据邻近 单位配电所的最远距离为2km，可以从邻近单位引进一条10KV 架空线路引进， 当做备用电源使用。

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1.3当地的气象情况

（1）最热月平均最高温度：32.4℃。

（2）最高温度38.9℃。

（3）冬季最低日平均温度：-11.4℃。

（4）年平均雷暴日数（d/a）：21.4。按照雷暴日等级划分（20天及以下为少

雷区，20天到40天为多雷区），处于少雷区和多雷区的边界处，高温雷暴并存。

（5）海拔100m，华中平原，黄土地，地下水位大于20m。

1.4供配电系统设计的原则

（1）必须遵守国家的有关法规、标准和规范，执行国家的有关方针、，包

括节约能源、节约有色金属等技术经济。

（2）应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经

济合理，设计中应采用国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产

品。 （3）必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。

1.5本文主要工作

本次设计的主要任务有系统过流保护与过压保护，变配电所主变压器和主接

线方案，电测量仪表与绝缘视装置选择，电压电流互感器的选择，高压断路器的

控制和信号回路的选择，变配电所位置和型式的选择，二次回路操作电源的选择，

小区变配电所得操作电源，控制信号装置的选择，自动重合闸与备用电源自

动投入装置设计，变配电所二次设备的选择校验，变配电所进出线的选择，变配

电所二次回路方案的选择与继电保护的整定，变配电所的防雷保护与接地装置的

设计、变配电所的布置与结构设计。

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第二章 系统的过电流保护

2.1 过电流保护的类型和任务

电流保护装置有：熔断器保护、低压断路器保护和继电保护。

容电器保护，适用于高低供电系统。由于其简单、经济，所以在供电系统中应用广泛。但是其断流能力较小，选择性较差，且气溶体熔断后要进行更换，不能迅速恢复供电，因此在要求供电可靠性较高的场所不宜应用。

低压断路器保护，又称低压自动开关保护，适用于要求供电可靠性较高和操作灵活方便的低压供电系统中。

继电保护，适用于要求供电可靠性较高、操作灵活方便特别是自动化程度较高的高压供电系统中。

熔断器保护和低压断路器保护都能在过负荷和短路时动作，断开电路，一切 于短路保护，而低压断路器有的还可在失压或欠压是动作。 继电保护装置在过负荷时动作，一般只发出报警信号，引起值班人员注意，以便 除过负荷和短路部分，而是系统的其他部分保持正常运行。但熔断去通常主要用 2.2 对保护装置的基本任务及要求

2.2.1 继电器简介

继电器是组成继电保护装置的基本元件。它是一种能自动执行断、续控制的部件，当其输入量达到一定值时，能使其输出的被控制量发生预计的状态变化，如触点打开、闭合，或电平由高变低、由低变高等，具有对被控电路实现“通”、“断”控制的作用。

按反应的物理量分为：电流继电器、电压继电器、气体继电器
按实现的型式分为：电磁式、感应式、数字式
：量度继电器、时间继电器、中间继按继电器在保护回路中所起的作用分为
电器、信号继电器、出口继电器.继电保护装置是一种能反映供电系统中电气元件（线路、变压器、母线、用电设备等）发生故障或处于不正常运行状态、并动作于断路器跳闸或发出信号的自动装置，
其适用于要求供电可靠性较高的高压供电系统中。

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2.2.2 继电保护装置的基本任务
在电气元件发生故障时，有选择性地作用于断路器跳闸，将故障元件从供电系统中快速切除。

在电气元件出现异常运行工况时，及时发出报警信号。

大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置一般由测量部分、逻辑部分、执行部分构成，如图2所示。

输入信号：电流或电压

输入	测量	逻辑	执行	输出
	部分	部分	部分
信号				信号

定值
调整

图2 继电保护装置
(1) 可靠性

该动作的情况下就不应该误动作。为了满足可靠性的要求，保护装置接线应尽可能简单，力求减少继电器接点保护装置在其保护范围内发生故障时，必须可靠动作，不应拒绝动作，在不 ，

保护装置对其保护区内发生故障或不正常运行状态的反应能力称为灵敏性，如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，即具有足够的反应能力，说明保护装置的灵敏度高。保护装置灵敏与否，一般都用灵敏系数（ks

）来衡量。以过电流保护为例，灵敏系数表示为：
k			I	k.min
	s		I op ——系统在最小运行方式时保护区末端的短路电流；
I	k.min
I	op	——保护装置一次侧动作电流。

(3) 选择性
当供电系统发生故障时，离故障点最近的保护装置应先动作，切除故障，而供电系统的其他无故障部分继续运行，满足这一要求的动作就叫有选择性。

(4) 速动性

保护装置在尽可能的条件下，应尽快地动作切除事故，以减少对用电设备的影响， 如果故障能在0.2s 内切除，则一般电动机就不会停转。迅速的动作还能减轻对

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系统的破坏程度，减轻对元件的损害程度，减少用户在低电压下工作的时间和停

电时间，加速恢复正常运行的过程，提高系统的稳定性。

2.2.3 继电器的接线方式

工厂高压线路的继电保护装置中，启动继电器与电流互感器之间的连接方式，

主要有两相两继电器式、两相三继电器式接线和两相一继电器式三种。

1、两相两继电器式接线和两相三继电器式接线

这种接线，如果一次电路发生三相短路或任意两相短路，至少有一个继电器

动作，从而使一次电路的断路器跳闸。					I		的关系为：	K		I	KA
这种方式的继电器电流		I		与电流互感器二次电流
			KA			2		W		I	2
K W	为接线系数

两相两继式接线在一次电路发生任何形式的相间短路时，即其保护灵敏度都

相同。并且所用元件较少。

但是两相两继未接互感器的单相短路故障不能保护。

采用两相三继电器接线提高保护的灵敏度，但是器件较多。

图3 两相两继电器式接线和两相三继电器式接线

2、两相一继电器式接线

正常工作时，流入继电器的电流为两相电流互感器的二次电流之差。

这种接线保护灵敏度有所不同，有的甚至相差一倍，因此不如两相两继电器

式接线，但是它少用了一个继电器，较为简单经济，主要用于高压电动机保护。

3、继电器接线方式选择

为了保护好供电线路安全，本次设计采用两相两继电器式接线方法，因为两

相两继电器式接线保护灵敏度明显优于两相一继电器式接线。如果一次电路发生

三相短路或任意两相短路，至少有一个继电器动作，从而使一次电路的断路器跳

闸。本工厂为三级负荷，所以从成本上来说两相三继有点浪费。所以本次设计选

择两相两继电器式接线。

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图4 两相一继电器式接线

2.3 继电器保护的原理
继电器是一种在其输入的物理量（电量或非电量）达到规定值时，其电气输

出电路被接通（导通）或分断（阻断、关断）的自动电器。 2.3.1 保护继电器的组成元件： 机电型：结构原理有电磁式、感应式等。具有简单可靠、便于维修等优点。 与传统的继电保护装置相比，具有可靠性高、功能齐全、调试维护方便、性

能价格比优等优点。已成为电力系统继电保护的更新换代产品。

在供电系统中，电流继电器是保护装置中重要的起动元件。常用的机电式电流继电器分电磁式和感应式两种。

1．电磁式电流继电器(KC)
电磁式电流继电器的其动作特性如图5所示。

动作电流Iop——过电流继电器线圈中的使继电器动作的最小电流。

返回电流Ire——过电流继电器线圈中的使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流。

这种电流继电器是一种瞬时继电器。用电磁式电流继电器构成定时限过电流保护装置时，还要用到电磁式时间继电器(KT)、信号继电器(KS)以及中间继电

器(KA)。 因为这种保护装置的动作时限（由时间继电器预先调整）与故障电流的大小
无关，是固定的，所以其保护特性称为“定时限特性”。

7

2.感应式电流继电器(KC)
感应式电流继电器的电流时间特性曲线如图7所示。当继电器线圈中的电流大到一定数值时，其动作时间与通入电流的平方成反比，通入的电流越大，动作时间越短，这也就是感应式电流继电器的“反时限特性”，如下图所示曲线abc，这一特性是其感应元件所产生的。

当继电器线圈电流进一步增大到整定的速断电流Iqb时，电磁元件动作，使触点发生切换，同时也使信号牌掉下。很明显，电磁元件的作用又使感应式继电器兼有“电流速断特性”，如图所示bb/d曲线。因此这种电磁元件又称为电流速断元件。

速断电流Iqb是指继电器线圈中的使电流速断元件动作的最小电流。速断电流与感应元件的动作电流之比称速断电流倍数nqb。

Y

t

1

top
图5 电磁式电流继电器的其动作特性 图6 定时限特性

t

a

b

c

0	1	b'	10	d	n
		nqb

图7 感应式电流继电器的反时限特性

8

2.3.2 电力系统故障后工频电气量的主要特征变化

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

电流增大； 电压降低； 电流与电压之间的相位角发生变化； 测量阻抗发生变化； 出现负序和零序分量； 电气元件流入与流出电流的关系发生变化； 利用故障时电气量的变化特征，可以构成各种作用原理的继电保护。

2.4 过电流保护

当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并

用时

限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护称为过

电流保护。

1) 定时限过电流保护的原理接线 所谓定时限，是指过电流保护的动作时限是固定的，与通过其上电流的大小2.4.1 定时限过电流保护
图8 a 定时限过电流保护的原理图

b定时限过电流保护的展开图

正常运行时，1KA、2KA、KT、KS的触点都是断开的，当被保护区故障或电

流过大时，1KA 或2KA动作，通过其触点起动时间继电器KT，经过预定的延时后，

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KT的触点闭合，将断路器QF的跳闸线圈YR接通，QF跳闸，同时起动了信号继电器KS，信号牌掉下，并接通灯光或音响信号。这样，不正常状态或故障被切除。

2) 定时限过电流保护的工作原理
为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作，显然保护装置的起动 同时还必须考虑在外部故障电流必须整定得大于该线路上出现的最大负荷电流；
切除后电压恢复，负荷自起动电流作用下保护装置必须能够返回，
其返回电流应大于负荷自起动电流。一般情况下，负荷自起动电流大于最大负荷电流，因此往往以负荷自起动电流决定过电流保护的起动电流。

定时限过电流保护的动作电流

I			op				k k k	st M	I
							k	re		30
式中				I	op	——继电器的动作电流（一次侧）；
k	k	——保护装置的可靠系数，一般取1.15~1.25 ；
k st M——自起动系数，由负荷性质及线路接线决定，一般取1.5~3； k I re 30 ——保护装置的返回系数，工程上一般采用0.85~0.95 ； ——计算负荷电流。

为了保证前后两级保护装置动作的选择性，在后一级保护装置的线路首端k点发生三相短路时，前一级保护的动作时间应比后一级保护的动作时间要大一个时间

差

t

，对于定时限保护装置，一般取0.5s（对于微机型过电流保护，常取0.35s）。

过电流保护灵敏系数的校验
定时限过电流保护的灵敏系数是以其保护末端最小短路电流Ikmin与动作电流Iop之比ks来衡量，要求ks 1.3~1.5。对于中性点不接地的供电系统，最小短路电流出现在最小运行方式下末端两相短路时的短路电流Ikmin (2) 故ks=Ikmin (2)

Iop

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2.4.2 反时限过电流保护

(1) 反时限过电流保护的原理接线

图9反时限过电流保护的原理

a)原理图 b)展开图

(2)反时限过电流保护的整定配合

图10 a) 短路点距离与动作时间的关系

b) 反时限动作特性曲线

2.4.3 定时限与反时限过电流保护的比较

定时限过电流保护的优点是：动作时间准确，容易整定。而且不论短路电流

大小，动作时间是一定的，不会因短路电流小而动作时间长。

定时限过电流保护的缺点是：继电器数目较多，接线比较复杂。在靠近电源

处短路时，保护装置的动作时间太长。

反时限过电流保护的优点是：可采用交流操作，接线简单，所用保护设备数

11

量少，因此这种方式简单经济，在工厂供电系统中的车间变电所和配电线路上用

得较多。

反时限过电流保护的缺点是：整定、配合较麻烦，继电器动作时限误差较大，

当距离保护装置安装处较远的地方发生短路时，其动作时间较长，延长了故障持

续时间。

2.5 电流速断保护

定时限过电流保护装置的时限一经整定便不能变动，如下11图所示，

当k3处发生三相短路故障时，断路器QF3处继电保护动作时间必须经过

才能动作，达不到速动性的目的。为了减小本段线路故障下的事故影响范围，

当过电流保护的动作时限大于0.7s时，便需设置反应电流增大而瞬时动作的电

流保护即电流速断保护，以保证本段线路的短路故障能迅速地被切除。

图11 具有电流速断和定时限过电流保护的原理线路图

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电流速断保护的动作电流必须按躲过它所保护线路末端在最大运行方式下发生的短路电流来整定。
k	k	——可靠系数，一般可取1.2～1.3；
I	(3)	k.max	——被保护线路末端短路时的最大短路电流。

线路电流速断保护的保护区

图12电流速断保护的“死区”

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电流速断保护的“死区”及其弥补
由于电流速断保护的动作电流是按被保护线路末端的最大短路电流来整定的，因而其动作电流会大于被保护范围末端的短路电流，这使得保护装置不能保护全段线路，出现一段“死区”。

速断保护只能保护线路的一部分，而不能保护线路的全长。

为了弥补死区得不到保护的缺点，在装设电流速断保护的线路上，必须配备带时限的过电流保护。在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，过电流保护为后备保护；而在电流速断保护的死区内，过电流保护为基本保护。

的动作时间太长。而反时限过电流保护刚好弥补了它的缺陷，
反时限过电流保护的缺点是：整定、配合较麻烦，继电器动作时限误差较大，
当距离保护装置安装处较远的地方发生短路时，其动作时间较长，延长了故障持
续时间。恰好定时限保护弥补了它的缺陷。

电流速断保护的动作电流是按被保护线路末端的最大短路电流来整定的，因而其动作电流会大于被保护范围末端的短路电流，这使得保护装置不能保护全段线路，出现一段“死区”。因此速断保护只能保护线路的一部分，而不能保护线路的全长。为了弥补死区得不到保护的缺点，在装设电流速断保护的线路上，必须配备带时限的过电流保护。在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，过电流保护为后备保护；而在电流速断保护的死区内，过电流保护为基本保护。

所以本次设计过电流保护选择定时限过电流保护、反时限过电流保护和电流 速断保护结合使用，更好的保护好供电电网。

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2.6 过负荷保护

对于可能时常出现过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护，延时动作于信号，

必要时可动作于跳闸。其动作电流整定为

I	op		1.2 ~1.3		I
			k	TA		30
I	30	——所保护线路的计算电流
k	TA	——电流互感器变流比

动作时间一般整定为10~15s

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第三章 电测量仪表与绝缘监视装置选择

3.1 安装电测量仪器目的
1、计费测量
2、对供电系统中运行状态、技术经济分析所进行的测量，如电压、电流、有功功率、无功功率、及有功电能、无功电能测量等。

3、对交、直流系统的安全状况如绝缘电阻、三相电压是否平衡等进行监测。

感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息

流(5、1A)，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。为了确保工作人员在接触测量仪表和继电器时的安全，互感器的每一个二次绕组必须有可靠的接地，以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压。

互感器包括电流互感器和电压互感器两大类，主要是电磁式的。此外，电容式电压互感器在超高压系统中也被广泛应用。非电磁式的新型互感器，如电子式、光
电式互感器，尚未进入广泛的工业实用阶段。

来说，互感器是一种特殊变压器。

互感器有如下作用；
(1)安全绝缘
采用互感器作一次电路与二次电路之间的中间元件，可避免一次电路的高电压直接引入测量仪表、继电器等二次设备，有利于保障人身安全；可避免一次电 ；
也可避免二次路发生短路使二次仪表、继电器等电流线圈受大电流冲击而损坏电路的故障影响一次电路。这样就提高了一、二次电路工作的安全性和可靠性。

(2)按比例减小电流和降低电压
电流互感器是将一次大电流按比例变成二次小电流的装置。虽然电流互感器一次额定电流不同，但二次额定电流一般为5A。电压互感器是将一次高电压按 虽然电压互感器一次额定电压不同，但二次额定电比例变成二次低电压的装置，

程为5A的电流表与不同变流比的电流互感器配套使用，就可测量不同范围的电流。同样，用一只量程为100V的电压表与不同变压比的电压互感器配套使用，就可测量不同范围的电压。此外，使用互感器后，可使二次仪表和继电器等的电流或电压规格统一，有利于这些产品的标准化、小型化和大规模生产。

3.3 互感器的选择

3.3.1 电流互感器的选择

1、电流互感器的选择与校验主要有以下几个条件
1.电流互感器额定电压应不低于安装地点线路额定电压；

2.根据一次负荷计算电流

I 30

选择电流互感器变比；

3.根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度；4.校验动稳定度和热稳定度。

2、电流互感器变比选择

图15电流互感器的基本结构和接线

I 1



N

2

I

2



K I i

N 1

2



144

K

i

= I

30

:5

A 

721:5

I 1

——一次侧电流

I

2

——二次侧电流

K

i

——变流比

准确度级：测量用有0.1、0.2、0.5、1、3、5等级;保护用有5P和10P两级。

电流互感器的类型 ： 单匝式（包括母线式、心柱式、套管式）多匝式（包括线圈式、线环式、串级式）

17

高压电流互感器一般制成两个铁心和两个二次绕组，其中准确度级高的二次

绕组接测量仪表，其铁心易饱和；准确度级低的二次绕组接继电器，其铁心不应

饱和。

3、常用接线方案

1)一相式接线

反应一次电路对应相的电流。通常用在负载平衡的三相电路中测量电流，或

在继电保护中作为过负荷保护接线。

2）两相V 形接线

图17 两相V形接线

3）三相星形接线

反应各相电流，因此广泛用于中性点直接接地的三相三线制特别是三相四线

制电路中，用于测量或过电流继电保护等。主要用于500V及以下的配电装置中

测量电流、电能。

18

图18 三相星形接线图

4、使用注意事项
1）电流互感器在工作时其二次侧不得开路，否则励磁磁动势剧增几十倍，将产生严重后果：
①铁心过热，并且产生剩磁。

②可在二次侧感应出危险的高电压。

2）电流互感器的二次侧有一端必须接地；
3）电流互感器在连接时，要注意其端子的极性。

1. 电压、电流的选择 U U 5、电流互感器的选择与校验 I 2N.et5A

2.按准确级要求选择

S

2



S

2N

对于保护用电流互感器来说，其复合误差限值为10%。电流互感器满足保护的10%误差要求的条件为：

Z  Z 2al 2						K 1	（即	I 1	/	I 1N	）与最
生产厂家给出电流互感器的误差为10%时一次电流倍数
大允许二次负荷阻抗	|	Z	2al	|	的关系曲线。

19

图19 误差为10%时一次电流倍数

K 1

与最大允许二次负荷阻抗

|

Z

2al

|

的关系曲线

3. 短路稳定性的校验
1）目前电流互感器的新产品直接给出了短路动稳定电流峰值和1s热稳定电流有效值，因此其动稳定性与热稳定性可按下式校验。

i max



i sh (3)

I t t 2



I t2

ima

2）电流互感器准确度选择及校验
准确度选择的原则：计费计量用的电流互感器其准确度为0.2～0.5级，计

量用的电流互感器其准确度为0.1～3.0 级。为了保证准确度误差不超过规定值， 荷S N，所选准确度才能得到保证。 一般还校验电流互感器二次负荷（伏安） S2不大于二次额定负 I 3.3.2 电压互感器选择

1、电压互感器的选择应按以下几个条件：
⑴按安装地点环境及工作要求选择装置类型；
⑵电压互感器的额定电压应不低于装设点线路额定电压；⑶按测量仪表对电压互感器准确度要求选择并校验准确度。

电压互感器准确度的设置一般有５档，计量用的为０.５级以上，一般测量用的准确度为１.０～3.0级，保护用准确度为３Ｐ级和６Ｐ级。

计为了保证准确度的误差在规定范围内，二次负荷应不大于相应的额定值，算公式为：S2S2NS2 PuQu2

式中PuSucosu 和QuSusinu分别为仪表、继电器电压线圈消耗的总有功功率和总无功功率。

2、结构原理 一次绕组并联在主电路中,二次绕组中仪表，继电器均并联连接。

U



N 1

U



K U

U



100 V

1

N

2

2

u

2

2N

20

图20 电压互感器的基本结构和接线

三相三绕组电压互感器的铁心为三相五心柱式，以便零序磁通能在铁心中流通，从而二次绕组中能感应出零序电压。

准确度级：有0.2、0.5、1、3等级。

按相数分：有单相式和三相式； 按绕组数量分：有双绕组（如JDZ-10 型）电压互感器的类型

图21一个单相电压互感器的接线图

2.两个单相电压互感器接成V/V形
可测量三相三线制电路的各个线电压，它广泛地应用于用户10kV高压配电装置中。

21

图22 两个单相电压互感器接成V/V形电路图

3.三个单相三绕组电压互感器或一个三相五心柱三绕组电压互感器接成

形

图23 三个单相三绕组电压互感器或一个三相五心柱三绕组电压互感器接成 形 器或微机小电流接地选线装置。

三相三芯柱的电压互感器不能用来作绝缘监视装置。因为在一次电路发生单

相接地时，电压互感器各相的一次绕组均将出现零序电压（其值等于相电压），

从而在互感器铁心内产生零序磁通。如果互感器是三相三芯柱的，由于三相零序

磁通是同相的，不可能在铁心内闭合，只能经附近气隙或铁壳闭合，如图32a所

示，因此这些零序磁通不可能与互感器的二次绕组及辅助二次绕组交链，也就不

能在二次绕组和辅助二次绕组内感应出零序电压，从而它无法反应一次电路的单

相接地故障。如果互感器采用如图24b所示的三相五芯柱铁心，则零序磁通可经

两个边芯柱闭合，这样零序磁通就能与二次绕组和辅助二次绕组交链，并在其中

感应出零序电压，从而可实现绝缘监视功能。

22

图24 电压互感器中的零序磁通分布（只画出互感器的一次绕组）

a)三相三芯柱铁心 b)三相五芯柱铁心

4、使用注意事项

在工作时其二次侧不得短路 二次侧有一端必须接地 连接时要注意其端子的极性 般为100V。

2.按准确级要求选择

电压互感器满足准确级要求的条件，也是其二次负荷								S	2	不得大于规定准确级所要求的
额定二次容量					S	2N	，即
S	2		S	2N

6、电压互感器的选择

与电流互感器的选择目的相同，故选用JSZW-10，准确度为0.5级，变压比为：

10KV :0.1KV



100

3.4 电测量仪表选择

电测量仪表是指对电力装置回路的运行参数作经常测量、选择测量和记录用

的仪表以及作计费或技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。

为了监视供电系统一次设备（电力装置）的运行状态和计量一次系统消耗的

23

电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行，工厂供电系统的电力装置中必须装设一定数量的电测量仪表。

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大类。

TA-电流互感器 TV-电压互感器 PA-电流表 PJ1-三相有功电能表 PJ2-

三相无功电能表 WV-电压小母线

3.5 绝缘监视装置选择

其利用供电系统单相接地后出现的零序电压给出信号。在中性点非有效接地的供电系统中，只要本级电压网络中发生单相接地故障，则在同一电压等级的所有母线上都将出现数值较高的零序电压。利用这一特点，在变电所的母线上一般装设网络单相接地的绝缘监视装置，它利用接地后出现的零序电压，带延时动作于信号，表明本级电压网络中出现了单相接地。

在供电系统中常用三相五芯柱式电压互感器或三只三绕组单相电压互感器作中性点不接地系统的绝缘监测装

置绝缘监视装置的保护方法简单，但给出信号没有选择性，值班人员想判别 出故障发生在哪一条线路上，还需要依次断开各条线路来寻找。若断开某线路时
接地信号能消失，即表明故障是在该线路上。

24

这种监视装置可用于出线不太多、负荷电流允许短时间内切断的供电网中。此外，在电网正常运行时，由于电压互感器本身有误差以及高次谐波电压的存在，开口三角形绕组有不平衡电压输出，因此继电器的动作电压要躲过这一不平衡电压，一般整定为15V。

图27 是10kV 母线的电压测量和绝缘监视电路图。图中电压转换开关SA 用

图27 10kV 母线的电压测量和绝缘监视电路

TV-电压互感器 QS-高压隔离开关及其辅助触点 SA-电压转换开关PV-电压表 KV-电压继电器 KS-信号继电器 WC-控制小母线WS-信号小母线 WFS-
预告信号小母线

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经过比较选择图26所示的电压测量和绝缘监视电路来对线路进行测量和监视。图27集合了电压测量和绝缘监视回路，可以更好的测量电压，监视线路的绝缘情况。绝缘监视的信号回路供电电源由电压互感器提供。

第四章高压断路器的控制和信号回路选择

4.1 高压断路器的选择与校验

现初选SN10-10Ⅰ/630-300进行校验，如表1所示。
表1 高压断路器选择校验表

序

SN10-10Ⅰ/630-300

选择要

装设地点电气条件

结论

号	项目	数据	求	项目			数据
1	U N	10KV	≥	U	W.	N		10KV	合格
2 I N 630A≥ I C .06A 合格 3 4 I OC max I OC. N 16KA 40KAish 4.52KA 5.1KA 合格 合格

4.2 高压断路器的控制和信号回路的概述

高压断路器的控制回路是指控制高压断路器的分、合闸的回路。它取决于断路器的操作机构的型式和操作电源的类别。

信号回路是用来表示一次电路设备运行状态的二次回路，信号按用途分，有断路器的位置信号、事故信号、预告信号等。红灯表示合闸，绿灯表示分闸。 位置信号：用来显示断路器正常工作的位置状态。

事故信号：用来显示断路器在事故情况下的工作状态。

预告信号：在系统出现不正常状态时或在故障初期发出的报警信号。

对断路器的控制和信号回路主要有下列基本要求：

（1）应能监视控制回路保护装置及其跳、合闸回路的完好性。 （2）合闸或跳闸动作完成后，应能使命令脉冲解除，即能切断合闸或跳闸
回路。

26

（3）应能指示断路器正常合闸和跳闸的位置信号以及断路器自动合闸和跳闸的指示信号。

（4）应有防止断路器连续多次跳、合闸的防跳回路。

控制开关是开关柜就地控制断路器跳、合闸的操作元件。常用的控制开关是用手柄操作的，在手柄转轴上装有彼此绝缘的系列铜片触点（动触点），绝缘外壳的内壁上装有固定不动的静触点。当手柄转动时，每个触点盒内动、静触点的通断状态发生相应变化。目前用户变配电所多采用LW12型万能转换开关作为控制开关。

4.3 手动的高压断路器的控制和信号回路
合闸时，推上操作机构手柄使断路器合闸。这时断路器的辅助触点QF3-4闭合，红灯RD亮，指示断路器QF已经合闸。由于有限流电阻R，跳闸线圈YR虽有电流通过，但电流很小，不会动作。红灯RD亮，还表示跳闸线圈YR回路及控制回路的熔断器FU1、FU2是完好的，即红灯RD同时起着监视跳闸回路完好性的

作用。 开，切断跳闸回路，同时辅助触点QF1-2 闭合，绿灯GN 亮，指示断路器QF 已经 分闸时，扳下操作机构手柄使断路器分闸。这时断路器的辅助触点QF3-4 断 触点QF5-6 是同时切换的，总是一开一合，所以事故信号回路总是不通的，因而

不会错误地发出事故信号。

当一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，其出口继电器KM的触点闭合，接通跳闸线圈YR的回路（触点QF3-4原已闭合），使断路器QF跳闸。随后触点QF3-4断开，使红灯RD灭，并切断YR的跳闸电源。与此同时，触点QF1-2闭合，使绿灯GN亮。这时操作机构的操作手柄虽然仍在合闸位置，但其黄色指示牌掉下，表示断路器已自动跳闸。同时事故信号回路接通，发出音响和灯光信号。这事故信号回路正是按“不对应原理”来接线的：由于操作机构仍在合闸位置，其辅助触点QM闭合，而断路器因已跳闸，其辅助触点QF5-6也返回闭合，当值班员得知事故跳闸信号后，可将操作手柄扳下至分因此事故信号回路接通。

闸位置，这时黄色指示牌随之返回，事故信号也随之解除。

控制回路中分别与指示灯GN和RD 串联的电阻R1和R2，主要用来防止指示灯的灯座短路时造成控制回路短路或断路器误跳闸。