绪 论

电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。继电保护技术经历了基于集成运算放大器的集成电路保护、超大规模集成电路的集成电路保护、微机保护等。继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。本次毕业设计是作者在临汾城北变电站参观学习时，以变电站的建站的原始数据为依据，本变电所110KV有两回进线，可采用单母线分段接线，当一段母线发生故障时，分段断路器自动切除故障段，保障正常母线不间断供电。35KV和10KV出线有较多重要用户，所以均采用单母线分段接线方式。主变压器110KV侧中性点经隔离开关接地，并装设避雷器保护。计算用到的一切数据全部来自该变电站的真实数据，但整定计算结果是不一样的，原因是变电站的继电保护全是微机保护，整定计算的公式与理论公式有所出入。设计计算时查阅了相关继电保护和整定计算相关的书籍，并得到了有关继电保护工程师的理论帮助，从许多的整定方法中选出与自己设计课题相符的整定方式，所有的计算公式全是建立在理论基础上的。设计共分为五章，对继电保护的基础和线路继电保护方法做了简单阐述，主要部分是系统短路电流计算和线路保护整定计算，以及变压器的相关保护，分别对各个短路的进行了三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路计算。变电站的#1、#2输电线路的主保护是光纤纵联差动保护，后备保护是相间距离保护、接地距离保护和零序电流保护，所以这次设计对保护线路进行这几种保护的整定计算。

临汾城北110KV变电站按六台主变设置总平，五台10/10k容量为5x40M双卷有载调压变压器，一台110/35kV，容量为20MVA的双卷有载调压变压器。对于其二期工程将装设一台40MVA,一台31.5MVA的主变压器。对于各级电压的出线，110KV进线最终三回，目前投入使用两回，10KV出线五十三回，目前投入使用二十四回。对于无功补偿要求，按照无功功率就地平衡的原则，及省电力公司批复的文件要求（变电站的无功补偿后，功率因数不小于0.98），本设计按主变（最终规模）容量的15％考虑，采用静止无功自动补偿方式，设两组7500千乏电容器，预留5x7500千乏电容器组的位置。采用屋内柜式无功补偿，接线

型式为单星形，串联电抗器接于电源侧以限制涌流及抑制高次谐波。其电气主接线为双母线接线型式，10kV最终规模为Ⅰ、Ⅱ段单母线分段型式，Ⅲ、Ⅳ段单母线分段型式。各电压等级中性点接地方式：110kV系统通过变压器中性点直接接地。10kV系统采用不接地方式。站内分隔成四个部分：110kV配电区、主变、10kV配电及控制室建筑区、电容补偿装置区。站区南侧为110kV配电装置，采用半高型软母线布置方式；站区北侧为10kV配电区；站区中央为主变布置，与110kV配电区分列路两旁；电容补偿装置在站区的东面；控制室及附属建筑区布置在站区北面，进站大门在站区西侧。为了防止直击雷危害站内的电力设施，设四支30米高独立避雷针联合保护站区。为防止沿线路的雷电侵入波和操作过电压对设备的危害，110kV、10kV母线及10kV出线口装设氧化锌避雷器。110kV母线上所装避雷器与主变压器的电气距离经计算约为140m，根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规程规定，金属氧化物避雷器至主变的最大电气距离为120m（进线回路数为2，避雷线长度为1.5km），故在每台主变压器回路上各装设氧化锌避雷器一组。为了保护和工作需要，全站设主接地网，其电阻不大于0.5欧，主网埋深0.8米；独立避雷针应设独立接地网，其电阻不大于10欧。

根据需要，城北站的主变选择为SZ10-31500/110,110±8x1.25%/10.5 （Ynd11 ）Uk=14.7%一台；SZ10-40000/110,110±8x1.25%/10.5（Ynd11）Uk=14.7%一台；110kV断路器LW25-126W（40kA）；电流互感器LB7-110W；隔离开关GW4-110DW/1600A；避雷器YH10WZ-100/260W；10kV开关柜XGN2A-12Z系列；避雷器HY5W-17/45。对于城北站的电气二次保护部分采用先进的综合自动化系统，按无人值班要求设计。设备采用微机综合自动化装置，综合考虑监控、保护、计量、远动、低周减载、小电流接地选线、微机五防及交直流电源。综自系统由数据采集、控制保护信息处理、信息网络部分组成。具有“遥测、遥信、遥控、遥调”，远方、就地操作闭锁及遥控跳闸闭锁重合闸功能。

事故信号、预告信号重复动作、远方及就地复归，发生事故推画面，在主接线显示并伴有语音报警及文字说明，同时打印记录。

10kV线路、10kV分段并列监控保护装置就地安装于开关柜小门上，二次消谐装置分别装在10kV两段PT柜小门上。主变及110kV线路监控保护装置组屏装于控制室内：综合测控屏1面（通讯管理单元、温度变送器、智能规约转换器、

10kV PT保护、），公用屏1面，变压器监控保护屏2面(变压器差动保护装置、变压器非电量保护装置、变压器两侧后备保护装置、变压器监控装置)，110kV线路监控保护装置屏2面（含110kV PT并列装置1套），110kV母联保护测控屏1面，110kV母线保护屏1面，电度表屏2面，本期上1面。电度表采用多功能电度表，设低周低压减载屏2面、故障录波屏2面，本期均各上1面。10kV电度表装于开关柜小门上，主变两侧及110kV线路电度表装于控制室电度表屏上。

第1章 继电保护基础

1.1 概述

电力系统的规模随着经济的发展越来越大，结构越来越复杂。运行就得要求安全可靠电能质量高、经济性好。由于自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。

故障或不正常运行状态若不及时正确处理，都可能引发事故。为了及时正确处理故障和不正常运行状态，避免事故发生，就产生了继电保护，它是一种重要的反事故措施。继电保护装置是完成继电保护功能的核心，它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

1.2 继电保护的基本原理和任务

在电力系统发生短路故障时，许多参量比正常时候都有了变化，有的变化明显，有的不明显。明显的有电流剧增、电压大幅下降、线路测量阻抗减少、功率方向变化、负序或零序分量出现等，根据不同电气量的变化，可构成不同原理的继电保护配置。不论那种电气量变化，当其测量值超过一定数值时，继电保护将有选择地切除故障或显示电气设备的异常情况。如：根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护；利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护等。

继电保护的任务是：

（1）当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动、迅速，有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。

（2）当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据

运行维护的条件发出信号或跳闸。

1.3 继电保护装置的基本结构

继电保护装置一般由现场信号输入部分、测量部分、逻辑部分和执行部分组成。

（1）现场信号输入部分：现场信号送入继电保护装置一般要进行必要的前置处理，如隔离、电平转换、低通滤波等，使继电器能有效地检测各现场物理量。

（2）测量部分：是测量从被保护对象输入的有关物理量（如电流，电压，阻抗，功率方向等），并与已给定的整定值进行比较，根据比较结果给出逻辑信号，从而判断保护是否该起动。

（3）逻辑部分：是根据测量部分输出量的大小，性质，输出的逻辑状态，出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定逻辑关系工作，最后确定是否应跳闸或发信号，并将有关命令传给执行元件。

（4）执行部分：是根据逻辑元件传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如：故障时跳闸，不正常运行时发信号，正常运行时不动作等。

1.4 继电保护的基本要求

根据继电保护任务，对动作于跳闸的继电保护其具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这些要求是相辅相成、相互制约的，需要根据具体的使用环境进行协调保证。

（1）选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量减小停电范围。

（2）速动性：是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。

（3）灵敏性：是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。

（4）可靠性：是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，而在不该动作时，它能可靠不动。即不发生拒绝动作也不发生错误动作。

1.5 互感器基础

1.5.1电压互感器