1、断路器在水泥厂变电所的继电保护系统中的应用毕业论文毕 业 论 文题 目：断路器在水泥厂变电所继电保护系统中的应用专 业： 电气自动化技术 班 级： 学 生： 指导教师： 成 绩 黑龙江建筑职业技术学院建筑材料与工业技术学院黑 龙 江 建 筑 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文 任 务 书姓名： 班级： 专业： 电气自动化技术 毕业论文题目：断路器在水泥厂变电所的继电保护系统中的应用立题目的和意义： 在工厂供配电系统中继电保护装置是必要的组成部分。断路器具有断路速度快、操作方便、运行稳定等特点，可对工厂电气设备进行迅速、有效地继电保护，应用确保工厂安全、可靠地生产。本论文结合断路器在水泥厂变电
2、所的应用对其进行进一步分析和阐述。技术条件：设备上：黑龙江宾州水泥有限公司有一个变电所，变电所内配有容量为1.6万KVA的变压器，断路器采用ZN63A-12（户内交流高压真空断路器）兼少量SN10-10、型少油断路器。人员上：变电所24小时有人看守，并且师傅们都具有多年的理论与实践的工作经验，可以随时解答疑问。工作计划：与指导教师交流，提出自己对毕业论文选题的初步意向，汇报顶岗实习情况，汇报相关资料收集整理情况，接受指导教师的指导；根据指导教师的指导意见，进一步收集整理相关资料，酝酿毕业论文选题及论文内容。与指导教师交流，确定毕业论文选题，提交论文开题报告，指导教师审阅开题报告，双方确认开题报
3、告；在指导教师的指导下，根据开题报告的有关安排开展论文的撰写工作，论文撰写过程中要及时与指导教师联系，定期（至少三次）向指导教师汇报论文撰写进度；在指导教师的指导下，进一步修改完善论文，上交终稿电子版，打印二份论文终稿。时间安排：3月24日-4月15日查阅资料 4月16日-4月25 日开题报告4月26日-5月19日撰写、打印论文 5月20日-5月25日交论文初稿5月26日-6月10交论文成稿 6月11日-6月24日准备答辩。指导教师： 年 月 日教研室主任： 年 月 日黑 龙 江 建 筑 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文 评 语 年 月 日学生 班级 自动化075专业 电气自动化技术毕业论
4、文题目： 断路器在水泥厂变电所的继电保护系统中的应用指导教师评语： 指导教师(签字) 评阅人评语： 评阅人(签字) 答辩委员会评语：答辩委员会根据毕业论文之材料及学生之答辩作出以下评语：学生 毕业论文答辩成绩评定为 根据所提交之材料及毕业论文答辩成绩，答辩委员会认为该学生已（未）完成黑龙江建筑职业技术学院的教学计划准予毕业（肄业）。对毕业论文的特殊评语： 答辩委员会主任（签字） 委员（签字） 断路器在水泥厂变电所的继电保护系统中的应用摘要：水泥厂变电所是整个工厂的重要组成部分，它为工厂电气设备正常的运行提供电能。当线路发生短路时，短路电流流经电气设备会产生大量的热量，把电气设备烧坏，从而影响到
5、水泥厂的正常生产。那么，水泥厂变电所就需要合理的继电保护装置对其进行短路保护。一般水泥厂变电所的发电机、变压器、高压输电线、电容器等电气设备的投运或停运都是由断路器的合闸、分闸来实现的。当工厂电气设备发生故障时，继电保护装置动作，跳开（分闸）故障设备最近的断路器，使其脱离运行电源，从而达到继电保护目的。本文结合黑龙江宾州水泥有限公司的高压真空断路器对断路器的结构、工作原理、动作过程以及它在继电保护中遇到的一些常见问题进行了进一步地分析与阐述。关键词：水泥厂 变电所 继电保护目 录摘要 第一章 绪论(1)1.1 继电保护的发展和现状(1) 1.2 继电保护的基本任务(1)第二章 断路器的种类和技
6、术参数(2)2.1 断路器的种类(2)2.2 技术参数(3)第三章 断路器的选择与接线(5)3.1断路器的选择（5）3.1.1 按线路预期短路电流的计算选择(5)3.1.2 按短路分断能力选择(6)3.2 断路器的接线（8第四章 断路器在水泥企业变电所的应用（10）4.1 水泥企业变电所(10)4.1.1黑龙江宾州水泥有限公司简介(10)4.1.2变电所基本概况(10)4.2 ZN断路器的介绍、结构、工作原理及动作过程（11）4.2.1 ZN断路器的介绍（11）4.2.2 ZN断路器的结构、工作原理及动作过程（13）4.3 ZN断路器的常见问题（15）结论(18)结束语(19)参考文献(20)
7、第一章 绪论1.1继电保护的发展和现状继电保护是随着电力系统的发展而发展起来的，19世纪后期，熔断器作为最早、最简单的保护装置已经开始使用。但随着电力系统的发展，电网结构日趋复杂，熔断器早已不能满足选择性和快速性的要求；到20世纪初，出现了作用于断路器的电磁型继电保护装置；70年代，真空断路器取得了全面发展和广泛应用后,设计出了形形色色的触头,诞生了各类真空灭弧室。由于真空断路器具有开断能力强、可靠性高、无爆炸危险、环保性能好、使用方便、机电寿命长等优点，所以在电力系统中得到了广泛应用，并且迅速发展。本世纪50年代，由于半导体晶体管的发展，开始出现了晶体管式继电保护装置；随着电子工业向集成电路
8、技术的发展，80年代后期，集成电路继电保护装置已逐步取代晶体管继电保护装置。但是随着工厂结构日趋的复杂化，市场竞争的日益激烈，继电保护装置也逐步趋向智能化。1.2继电保护的基本任务(1) 当发生故障时，自动、迅速、有选择性地将故障元件从供电系统中切除，使故障元件免除继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。(2) 当出现不正常工作状态时，继电保护装置动作发出信号，减负荷或跳闸，以便引起运行人员注意，及时地处理，保证安全供电。(3) 继电保护装置还可以和供电系统的自动装置，如自动重合闸装置、备用电源自动投入装置等配合，大大缩短停电时间，从而提高供电系统运行的可靠性。第二章 断路器的种类和
9、技术参数2.1断路器的种类高压断路器种类很多，按其灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：多油断路器、少油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器及真空断路器。（1）多油式断路器以油作为灭弧介质和绝缘介质；触头系统及灭弧室安置在接地的油箱中；结构简单，制造方面，易于加装单匝环形电流互感器及电容分压装置；耗钢、耗油量大，体积大；属自能式灭弧结构。额定电流不易做得大；开断小电流时，燃弧时间较长；开断电路速度较慢；油量多，有发生火灾的可能性，目前国内已不生产。运行维护简单；噪音低；需配备一套油处理装置。（2）少油式断路器油量少，油主要用作灭弧介质，对地绝缘主要依靠固体介质，结构简单，制造方便；可配用电磁操动机构
10、、液压操动机构或弹簧操动机构；积木式机构，可制成各种电压等级产品。开断电流大，对35 KV以下可采用加并联回路以提高额定电流；35 KV 以上为积木式结构；全开断时间段；增加压油活塞装置加强机械油吹后，可开断空载长线。运行经验丰富，易于维护；噪音低；油量少；易劣化，需要一套油处理装置。（3）压缩空气断路器结构较复杂，工艺和材料要求高；以压缩空气作为灭弧介质和操动介质以及弧隙绝缘介质；操动机构与断路器合为一体；体积和重量比较小。额定电流和开断能力都可以做得较大，适于开断大容量电路；动作快，开断时间短。噪音较大，维修周期长，无火灾危险，需要一套压缩空气装置作为气源；断路器价格较高。（4）SF6断路
11、器结构简单，但工艺及密封要求严格，对材料要求高；体积小、重量轻；有屋外敞开式及屋内落地罐式之别，更多用于GIS封闭式组合电器。额定电流和开断电流都可以做得很大；开断性能好，可适于各种工况开断；SF6气体灭弧、绝缘性能好，所以断口电压可做得较高；断口开距小。噪音低，维护工作量小；不检修间隔期长；断路器价格目前较高；运行稳定，安全可靠，寿命长。（5）真空断路器体积小、重量轻；灭弧室工艺及材料要求高；以真空作为绝缘和灭弧介质；触头不易氧化。可连续多次操作，开断性能好；灭弧迅速、动作时间短；开断电流及断口电压不能做得很高，目前只生产35KV以下级：所谓真空，是指绝对压力低于101.3 kPa的空间，断
12、路器中要求的真空度为133.310-4Pa。运行维护简单，灭弧室不需要检修，无火灾及爆炸危险；噪音低。2.2 技术参数对于断路器一般常用的技术参数有额定电压（UN）、额定电流（IN）、额定开断电流（INk）、额定断流容量（SNd）、极限通过电流、热稳定电流、合闸时间、固有跳闸时间。（1）额定电压UN指额定线电压，应与标准线路电压适应，并标于断路器的铭牌上，其最高工作电压为额定电压的1.15倍。（2）额定电流IN指断路器可以长期通过的最大电流。断路器长期通过额定电流时，其各部分的发热温度不超过允许值。它决定了断路器的触点结构及导电部分截面。额定电流一般有200、400、600、1000、1500
13、、2000A等几种。（3）额定开断电流INk指由断路器灭弧能力所决定的能可靠开断的最大电流。额定开断电流应大于所控设备的最大短路电流。（4）额定断流容量SNd指额定开断电流INk和额定电压UN乘积的3倍，即 SNd = 3UNINk（5）极限通过电流指断路器在冲击短路电流作下，所承受电动力的能力。通过断路器的极限电流峰值应大于短路瞬间最大冲击电流。极限通过电流有效值应大于短路电流的有效值。（6）热稳定电流某规定时间内允许通过的最大电流，表明断路器承受短路电流热效应的能力。（7）合闸时间指自发出合闸信号（即合闸接触器带电）起，到断路器触点接通时为止所经过的时间。要求断路器的实际合闸时间不大于厂家
14、要求的合闸时间。（8）固有跳闸时间指自发出跳闸信号到断路器三相触点均分离的最短时间。要求实际跳闸时间不大于厂家要求的跳闸时间。断路器的实际开断时间等于开关固有跳闸时间加上熄弧时间。第三章 断路器的选择与接线3.1 断路器的选择断路器的选择在供配电系统中是一个重要环节,如果断路器的型号、性能等参数不能达到所要保护电气设备的要求，根本起不到断路保护的作用，很有可能使电气设备损坏。以下是选择断路器的方法。3.1.1按线路预期短路电流的计算选择按线路预期短路电流的计算来选择断路器的分断能力精确的线路预期短路电流的计算是一项极其繁琐的工作。因此便有一些误差不很大而工程上可以被接受的简捷计算方法如下：(1
15、)对于10/0.4KV电压等级的变压器，可以考虑高压侧的短路容量为无穷大(10KV侧的短路容量一般为200400MVA甚至更大，因此按无穷大来考虑，其误差不足10%)。(2)GB50054-95低压配电设计规范的2.1.2条规定：“当短路点附近所接电动机的额定电流之和超过短路电流的1%时，应计入电动机反馈电流的影响”，若短路电流为30KA，取其1%，应是300A，电动机的总功率约在150KW，且是同时启动使用时此时计入的反馈电流应是6.5In。(3)变压器的阻抗电压UK表示变压器副边短接(路)，当副边达到其额定电流时，原边电压为其额定电压的百分值。因此当原边电压为额定电压时，副边电流就是它的预
16、期短路电流。(4)变压器的副边额定电流Ite=Ste/1.732U式中Ste为变压器的容量(KVA)，Ue为副边额定电压(空载电压)，在10/0.4KV时Ue=0.4KV因此简单计算变压器的副边额定电流应是变压器容量x1.441.50。(5)按(3)对Uk的定义，副边的短路电流(三相短路)为I(3)对Uk的定义，副边的短路电流(三相短路)为I(3)=Ite/Uk，此值为交流有效值。(6)在相同的变压器容量下，若是两相之间短路，则I(2)=1.732I(3)/2=0.866I(3)。以上计算均是变压器出线端短路时的电流值，这是最严重的短路事故。如果短路点离变压器有一定的距离，则需考虑线路阻抗，因
17、此短路电流将减小。例如SL7系列变压器(配导线为三芯铝线电缆)，容量为200KVA，变压器出线端短路时，三相短路电流I(3)为7210A。短路点离变压器的距离为100m时，短路电流I(3)降为4740A；当变压器容量为100KVA时其出线端的短路电流为3616A。离变压器的距离为100m处短路时，短路电流为2440A。远离100m时短路电流分别为0m的65.74%和67.47%。所以，用户在设计时，应计算安装处(线路)的额定电流和该处可能出现的最大短路电流。并按以下原则选择断路器：断路器的额定电流In线路的额定电流IL断路器的额定短路分断能力线路的预期短路电流因此，在选择断路器上，不必把余量放
18、得过大以免造成浪费。3.1.2 按短路分断能力选择断路器的极限短路分断能力和运行短路分断能力国际电工委员会的IEC947-2和我国等效采用IEC的GB4048.2低压开关设备和控制设备低压断路器标准，对断路器极限短路分断能力和运行短路分断能力作了如下的定义：断路器的额定极限短路分断能力(Icu)：按规定的试验程序所规定的条件，不包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力；断路器的额定运行短路分断能力(Ics)：按规定的试验程序所规定的条件，包括断路器继续承载其额定电流能力的分断能力。(1)极限短路分断能力极限短路分断能力Icu的试验程序为otco。其具体试验是：把线路的电流调整到预期的短路电流
19、值(例如380V，50KA)，而试验按钮未合，被试断路器处于合闸位置，按下试验按钮，断路器通过50KA短路电流，断路器立即开断(OPEN简称O)并熄灭电弧，断路器应完好，且能再合闸。t为间歇时间(休息时间)，一般为3min，此时线路处于热备状态，断路器再进行一次接通(CLOSE简称C)和紧接着的开断(O)(接通试验是考核断路器在峰值电流下的电动和热稳定性和动、静触头因弹跳的磨损)。此程序即为CO。断路器能完全分断，熄灭电弧，并无超妯规定的损伤，就认定它的极限分断能力试验成功(2)运行短路分断能力断路器的运行短路分断能力(Icu)的试验程序为otcotco，它比Icu的试验程序多了一次co。经过
20、试验，断路器能完全分断、熄灭电弧，并无超出规定的损伤，就认定它的额定进行短路分断能力试验通过。Icu和Ics短路分断试验后，还要进行耐压、保护特性复校等试验。由于运行短路分断后，还要承载额定电流，所以Ics短路试验后还需增加一项温升的复测试验。Icu和Ics短路或实际考核的条件不同，后者比前者更严格、更困难，因此IEC947-2和GB14048.2确定Icu有四个或三个值，分别是25%、50%、75%和100%Icu(对A类断路器即塑壳式)或50%、75%、100%Icu(对B类断路器，即万能式或称框架式)。断路器的制造厂所确定的Ics值，凡符合上述标准规定的Icu百分值都是有效的、合格的产品
21、。万能式(框架式)断路器，绝大部分(不是所有规格)都具有过载长延时、短路短延时和短路瞬动的三段保护功能，能实现选择性保护，因此大多数主干线(包括变压器的出线端)都采用它作主(保护)开关，而塑壳式断路器一般不具备短路短延时功能(仅有过载长延时和短路瞬动二段保护)，不能作选择性保护，它们只能使用于支路。由于使用(适用)的情况不同，IEC92船舶电气建议：具有三段保护的万能式断路器，偏重于它的运行短路分断能力值，而大量使用于分支线塑壳断路器确保它有足够的极限短路能力值。(3)极限短路分断和运行短路分断能力综合分析主干线切除故障电流后更换断路器要慎重，主干线停电要影响一大片用户，所以发生短路故障时要求
22、两个CO，而且要求继续承载一段时间的额定电流，而在支路，经过极限短路电流的分断和再次的合、分后，已完成其使命，它不再承载额定电流，可以更换新的(停电的影响较小)。但是，无论是万能式或塑壳式断路器，都有必须具备Icu和Ics这两面三刀个重要的技术指标。只有Ics值在两类断路器上表现略有不同，塑壳式的最小允许Ics可以是25%Icu，万能式最小允许Ics是50%的Ics=Icu的断路器是很少的，即使万能式也少有Ics=100%国外有一种采用旋转双分断(点)技术的塑壳式断路器，它的限流性能极好，分断能力的裕度很大，可做到Ics=Icu，但价格很高。我国的DW45智能型万能式断路器的Ics为62.5%
23、65%Icu，国际上，ABB公司的F系列，施耐德的M系列也不过是70%左右，而塑壳式断路器，国内各种新型号，Ics大抵在50%75%Icu之间。有些断路器应用的设计人员，按其所计算的线路预期短路电流选择断路器时，以断路器的额定运行短路分断能力来衡量，由此判定某种断路器(此断路器的极限短路能力大于线路预期短路电流，而运行短路分断能力则低于计算电流)为不合格。这是一个误解。3.2 断路器的接线断路器操作控制是变电站保护及自动化整个控制过程的最后环节，是执行环节,其对电网安全运行有着重大的影响。如果接线上出现了问题，会使断路器不能正常工作，失去控制。因此，以下是对这方面常见的一些接线方式进行分析，结
24、合继电器参数和动作特性分析错误接线出现异常现象的原因及其对运行的影响，指出正确的接线方式。(1)跳闸回路接线方式对跳闸、相关回路，一种接线方式是将合位继起动和跳闸命令回路在操作箱和保护屏端子上分开引接至机构箱，因依靠合位继接点形成的断线信号监视跳闸回路的完好性，这种接线方式下跳闸回路电缆断线不能引起合位继失电，不能及时发出信号，可能会造成一次设备故障后开关拒跳的后果，这种接线方式不应采用。正确接线方式应是将合位继起动端和跳闸命令端在保护屏上连接后引电缆至机构箱跳闸命令端。(2)断路器控制断线信号由跳位继和合位继常闭接点串联形成控制回路断线信号。完善的设计接线使这个信号在断路器合闸运行过程中监视
25、跳闸回路的完好性，可实现整个跳闸回路的监视，如操作电缆断线、跳闸线圈断线、闭锁条件不满足和远方就地切换开关位置不正确等，在热备用状态下则监视合闸回路的完好性，同时监视2组操作电源的完好性，是最重要的信号之一。(3)跳闸、闭锁回路的独立性实际工程中不少开关厂家提供的跳闸、闭锁接点，不具独立性。比如由一对跳闸闭锁接点经重动变为2对接点分别去闭锁跳闸、，而重动继电器接操作I上的电源，这样当操作I回路电源失电后，因闭锁不通跳闸也会拒动。所以须要求断路器厂家对各闭锁量都应提供2对独立的接点供跳闸、回路闭锁用。(4)机构箱防跳接点的接线机构箱防跳接点应接合闸线圈和电源负极之间，这样当合闸线圈正极端因故障带
26、正电时，防跳接点也能切断合闸线圈回路起防跳作用。(5)机构箱上的操作电源小开关应保留目前不少实例工程取消了断路器机构箱上操作回路的熔断器或自动空气开关等保护设备，只保留保护屏上的至操作箱的电源小开关。这样操作电源显得清晰简单，但失去了在就地机构箱上方便快速切除电源的手段，给就地设备调试造成安全隐患。其实保留就地操作电源开关并没有什么不妥之处，取消就地电源开关的其中一个原因是担心就地电源开关跳闸，就地失电检测不方便，这个问题实际不存在，对由跳位继TWJ和合位继HWJ常闭接点形成的控制回路断线信号进行分析，可知由该信号可检测到的就地操作电源失电。另一个原因是觉得机构箱上的操作电源须经操作箱的电源小
27、开和机构箱上电源小开关串联取得显得繁琐，但这样对断路器跳合闸操作没有实质影响，而就地调试时可切断该开关停止操作，增加调试工作的安全性。第四章 断路器在水泥企业变电所的应用4.1水泥企业变电所工厂企业变电所按其在供电系统中的作用和地位分为总降压变电所和车间变电所，变电多位置和数量的选择，实际上就是在整个企业内选择布置供电点。因此，企业对变电所的选择要合理。4.1.1 黑龙江宾州水泥有限公司简介黑龙江省宾州水泥有限公司是浙江省海运集团投资兴建的。浙江省海运集团系2000年经省计经委、体改委批准整体改制成立，其前身是浙江省海运总公司，成立于1950年。是承运重点物资、军运战备、抢险救灾物资运输的省属
28、海运骨干企业集团，主要从事国际货物运输；沿海、内河客、货（含液化气、集装箱、散装水泥、油品等）运输；石油制品销售、船舶修造、房产租赁和进出口业务等。公司在哈尔滨宾西经济开发区计划总投资22亿元，其中固定资产投资20亿元。占地面积66.7万平方米，建筑面积20万平方米。设计能力为年产600万吨水泥。项目达产后，预计年产值20亿元，税金3亿元，劳动用工2000人。该项目分三期建设，其中一、二期分别建设一条日产5000吨的新型干法水泥生产线，一期工程已于今年4月20日开工建设，二期工程将于2005年4月初动工。4.1.2 变电所基本概况黑龙江宾州水泥有限公司拥有中心变电所,并且变电所的电能是由哈东站
29、电力局提供的。哈东站电力局进行一次变电把电压从66KV变到6.3KV，然后电力局通过高压电缆把6.3KV电压供配到工厂变电所。工厂变电所进行的是二次变电，它把6.3KV的电压变到6KV然后供配给各车间及部门使用。车间和部门通过自身的变压器对电压进行相应处理，从而达到电气设备的使用要求。中心变电所主变采用的是双电源互为备用式，它的电压主要供制成2#变、制成5#变、2450立磨变、制成3#变、制成1#变、2450立磨电机、2450立磨风机电机、1#窑尾高温风机电机、1#窑头余风机电机等使用。4.2 ZN断路器的介绍、结构、工作原理及动作过程4.2.1 ZN断路器的介绍ZN断路器是三相交流50Hz,额定电压为12KV户内装置,可供工矿、企业、发电厂及变电站作电气设施的控制和保护之用。它既可装入手车式开关柜，也可装入固定式开关柜。（1）ZN断路器型号含义 （2）ZN断路器的使用环境 周围空气温度上限不高于+40、下限不低于-15； 相对温度应控制在日平均值不大于95%，月平均值不大于90%； 饱和蒸气压应控制在日平均值不大于2.2 kPa，月平均值不大于1.8 kPa； 安装地点应无经常性的剧烈震动； 周围空气应不受腐蚀性或可燃性气体，水蒸汽的明显污染； 安装场所应保持干燥、清洁。(3) ZN断路器主要技术参数（见表4-1）表4-1 ZN断路器主要技术
