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1、引 言电力系统在运行中，可能出现各种故障和不正常运行状态。最常见同时也是最危险的故障是各种类型的短路，其中包括相间短路和接地短路。此外，还可能发生输电线路断线，旋转电机、变压器同一相绕组的匝间短路等，以及由上述几种故障组合而成的复杂故障。随着电子技术和计算机技术的发展，电力系统的继电保护也突破了传统的继电保护形式，出现了以微处理器为核心的微机保护。现在微机保护的技术已日趋成熟。本次设计题目是：35KV电网的微机继电保护设计。设计的主要内容是对35KV电网进行常规继电保护的配置和整定并进行微机保护配置。设计中的整定原则及原理是通用的，但是，由于继电保护的形式和原理在不断更新，因而，整定也有发展变
2、化。应当指出，继电保护整定是一项系统工程，要依据系统结构的不同，运行方式的不同在满足继电保护“四性”的前提下采取最佳方案。论文中主要介绍了在35KV线路中微机保护的应用及继电保护的基本原理。内容主要包括：线路过流保护、距离保护的配置与整定，绝缘监视装置在小接地电流系统中的应用，以及自动重合闸的设计。本次设计由杨炳元老师担任我们小组的指导教师。设计过程中，得到了杨炳元老师及电力系其他老师的悉心指导，在此表示衷心的感谢。由于本人所学理论知识和实践经验所限，编写时间仓促，论文中难免有缺点和错误，敬请老师批评指正。 第一章 绪 论1.1 继电保护的概念和内容1.1.1 继电保护的概念当电力系统中的电力
3、元件（如发电机，线路等）或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时，需要有向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施、勇于保护电力元件的成套硬件设备，一般通称为继电保护装置；勇于保护电力系统的，则通称为电力系统安全装置。1.1.2 继电保护的基本内容：对被保护对象实现继电保护，包括软件和硬件两部分内容：（1）确定被保护对象在正常运行状态和拟进行保护的异常或故障状态下 ，有哪些物理量发生了可供进行状态判别的量、质或量与质的重要变化，这些用来进行状态判别的物理量，称为故障量或起动量；（2）将反映故障量的一
4、个或多个元件按规定的逻辑结构进行编排，实现状态判别，发出警告信号或断路器跳闸命令的硬件设备。 1、故障量。用于继电保护状态判别的故障量，随被保护对象而异，也随所处电力系统周围的条件而异。使用的最为普遍的是工程电气量。而最基本的是通过电力元件的电流和所在母线的电压，以及由这些量演绎出来的其它量，如功率、相序量、阻抗、频率等从而构成电流保护、电压保护、阻抗保护、频率保护等。例如，对于发电机，可以实现检测通过发电机绕组两端的电流大小是否相等、相位是否相反，来判定定子绕组是否发生了短路故障；对于变压器，也可以用同样的判据来实现绕组的短路故障保护，这种方式叫电流差动保护，是 电力元件最基本的一种保护方式
5、；而复杂的网络中。除电流大小外，还必须配以母线电压的变化进行综合的判断，才能实现线路保护，而最为常用的是可以正确地反映故障点到继电白狐装置安装处电气距离的距离保护。对于主要输电线路，还借助连接两侧变电所的通信通道相互传输继电保护信息，来实现对线路的保护。近年来，又开始研究利用故障初始过程暂态量作为判据的线路保护。对于电力系统安全自动装置，简单的例如以反映母线电压的频率绝对值下降或频率变化为负来判断电力系统是否已开始走向频率崩溃；复杂的则在一个处所设立中心站，通过通信通道连续收集相关变电所的信息。进行综合判断，及时向相应变电所发出操作指令，以保证电力系统的安全运行。 2、硬件结构硬件结构又叫装置
6、。硬件结构中，有反映一个或多个故障量而动作的继电器元件，组成逻辑回路的时间元件和扩展输出回路数的中间元件等，在二十世纪五十年代及以前，它们差不多都是用电磁型的机械元件构成，随着半导体器件的发展，陆续推广了利用整流二极管构成的整流元件和由半导体分立元件组成的装置。70年代以后，利用集成电路构成的装置在电力系统继电保护中得到了广泛运用。到80年代微型机在安全自动装置和继电保护装置中逐渐应用。随着新技术、新工艺的采用，继电保护硬件设备的可靠性，运行维护方便性也不断得到提高。目前，是多种硬件结构并存的时代。1.2继电保护的作用电力系统运行要求安全可靠。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异运行情况复
7、杂覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、设备及人为因素的影响(如雷击、倒塔、内部过电压或运行人员误操作等)，电力系统会发生各种故障和不正常运行状态。最常见、危害最大的故障是各种形式的短路。故障造成的很大的短路电流产生的电弧使设备损坏。从电源到短路点间流过的短路电流引起的发热和电动力将造成在该路径铀F故障元件的损坏。靠近故障点的部分地区电压大幅度下降，使用户的正常工作道到破坏或影响产品质量。破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使该系统瓦解和崩溃。所谓不正常运行状态是指系统的正常工作受到干扰，使运行参数偏离正常值，如一些设备过负荷、系统频率或某些地区电压异常、系统振荡等。故障和不正常运行情
8、况常常是难以避免的，但事故却可以防止。电力系统继电保护装置就是装设在每一个电气设备亡，用来反映它们发生的故障和不正常运行情况，从而动作于断路器跳闸或发出信号的一种有效的反事故的自动装置。它的基本任务是：自动、有选择性、快速地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件损坏程度尽可能降低，并保证该系统相故障部分迅速恢复正常运行。反映电气元件的；正常运行状态，并依据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出信号、减负荷或延时跳闸应该指出，要确保电力系统的安全运行除了继电保护装置外，还应该设置电力系统安全自动装置。后者是着眼于事故后和系统不正常运行情况的紧急处理，以防止电力系统大面积停电和保证对重要负荷连续
9、供电及恢复电力系统的正常运行例如自动重合闸、备用电源自动投入、自动切负荷、快关汽门、电气制动、远方切机、在技选定的开关上实现系统解列、过负荷控制等。电力是当今世界使用最为广泛、地位最为重要的能源。电力系统的运行要求安全可靠、电能质量高、经济性好。但是，电力系统的组成元件数量多，结构各异，运行情况复杂，覆盖的地域辽阔。因此，受自然条件、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。为此，还应设置以各级计算机为中心，用分层控制方式实施的安全监控系统，它能对包括正常运行在内的各种运行状态实施控制。这样才能更进一步地确保电力系统的安全运行。1.3电力
10、系统继电保护的基本要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。1.3.1选择性：继电保护选择性是指在对系统影响可能最小的处所，实现断路器的控制操作，以终止故障或系统事故的发展。例如：对于电力元件的继电保护，当电力元件故障时，要求最靠近的故障点的断路器动作断开系统供电电源；而对于振荡解列装置，则要求当电力系统失去同步运行稳定性时，在解列后两侧系统可以各自安全的同步运行的地点动作于断路器，将系统一分为二，以终止振荡，等等 电力元件继电保护的选择性，除了决定于继电保护装置本身的性能外，还要求满足：由电源算起，愈靠近故障点的故障，启动值愈小，动作时间愈短
11、，并在上下级之间有适当的裕度。要具有后备保护的作用，如果最靠近故障点的断路器拒动，能由相邻的电源恻继电保护动作将故障断开1.3.2速动性：是指快速地切除故障，以提高电力系统并列运行稳定，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。继电保护快速动作可以减轻故障元件的损坏程度，提高线路故障后自动重合闸的成功率，并特别有利于故障后的电力系统同步运行的稳定性。快速切除线路与母线的短路故障，是提高电力系统暂态稳定的重要手段。1.3.3灵敏度：继电保护灵敏性是指继电保护对设计规定要求动作的故障及异常状态能够可靠地动作的能力。故障时
12、通入装置的故障量和给定的装置动作值之比，称为继电保护的灵敏系数。它是考核继电保护灵敏性的具体指标。在一般的继电保护设计与运行规程中，对它都有具体的规定要求。 继电保护愈灵敏，愈能可靠地反应要求动作的故障或异常状态；但同时，也愈易于在非要求动作的其他的情况下产生误动作，因而与选择性有矛盾，需要协调处理。1.3.4可靠性：是指在保护装置规定的保护范围内发生了它应该反应的故障时，保护装置应可靠地动作（即不拒动）。而在不属于该保护动作的其它任何情况下，则不应该动作（即不误动）。可靠性取决于保护装置本身的设计、制造、安装、运行维护等因素。一般来说，保护装置的组成元件质量越好、接线越简单、回路中继电器的触
13、点和接插件数越少，保护装置就越可靠。同时，保护装置的恰当的配置与选用、正确地安装与调试、良好的运行维护。对于提高保护的可靠性也具有重要的作用。保护的误动和拒动都会给电力系统造成严重的危害，在保护方案的构成中，防止保护误动与防止其拒动的措施常常是互相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性质不同，误动和拒动的危害程度有所不同，因而提高保护装置的可靠性的着重点在很多情况下也应有所不同。例如，系统有充足的旋转备用容量、各元件之间联系十分紧密的情况下，由于某一元件的保护装置误动而给系统造成的影响较小；但保护装置的拒动给系统在成的危害却可能很大。此时，应着重强调提高不误动的可靠性。又如对于大容量发电机保护，应
14、考虑同时提高不拒动的可靠性和不误动的可靠性。在某些文献中称不误动的可靠性为“安全性”，称不拒动和不会非选择动作的可靠性为“可信赖性”。对继电保护装置的四项基本要求是分析研究继电保护的基础。与此同时，电子计算机特别是微型计算机技术的发展，各种微机型继电保护装置也应运而生，由于微机保护装置具有一系列独特的优点，这些产品问世后深受用户青睐电流。.1.4 微机继电保护1.4.1 微机保护的现状传统的继电保护装置，调试工作量很大，尤其是一些复杂的保护. 微机具有高速运算、逻辑判断和记忆能力，微机保护是通过软件程序实现的，具有极大的灵活性，也因而微机保护可以实现很复杂的保护功能，也可以实现许多传统保护模式
15、无法实现的新功能。目前，微机保护的平均无故障时间长达十万小时以上，这说明了微机保护是十分可靠的。微机保护经过近20年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了电力系统运行管理水平。近年来，计算机软硬件技术、网络通信技术、自动控制技术及光电子技术日新月异的进步，现代电力系统不断发展的新形势，对微机保护技术的发展提出了许多新的课题及挑战。文章对现代微机保护软硬件技术的发展及设计进行了深入分析和阐述，提出了新的设计思路和解决问题的新概念新方法。特高压输电线和直流输电在国内的建设、大容量紧凑型输电技术的应用、FACTS技术的发展，变电
16、站自动化技术的成熟以及集成智能化电力设备（智能开关及组合电器）、电子或光电式互感器的投入运行都对微机保护技术的发展提出了新的课题，他们对保护运行的可靠性、抗干扰能力、快速性、灵敏性，保护的构成方式，保护动作行为的改进，保护装置的高速通信能力以及保护新原理研究等方面提出了更高的要求。在新的硬件和软件基础上，这些性能需求能够得到更好的满足和实现。微机保护在现场的普遍应用已经为现场继电保护人员带来了无可比拟的优越性，不仅保护的正确动作率大大提高，而且由于其调试的方便性使调试工作量大为减少，从而缩短了调试时间。然而，实现装置内部100%的实时状态监视和自检，特别是加强对装置内部薄弱部位的监视以及实现装置的全自动化测试，不仅是继电保护装置安全稳定运行的要求，更是现场继电保护工作
