论文总字数：32267字

摘 要

本文设计了一所110kv的综合自动化变电站，首先介绍了变电站的功能概念以及国内发展历程，对变电站的结构和模式进行了深刻阐述，并且以绘制结构图的方式对各种模式和结构进行直观清晰的展示。继电保护是电力系统中不可或缺的措施，本文通过概念解释和结构分析等方式，让我们可以更加清楚明白地了解其在系统内如何运行，并且以绘制表格的方式展示了各种保护配置方案的优缺点。其后重点分析了各种保护的原理，包括主变、线路和母线等，了解了各种保护所起到的作用和功能。

根据任务书以及变电站所需，还有相关的国家标准和规定，完成了主接线图的绘制，对有关线路和设备进行整定计算，进一步和文章前文所提到的相关主变、线路和母线保护原理相印证，从而有助于我们对变电站的认识及如何工作更加深刻直观，同时这也是继电保护的核心所在。最后对有关设备进行了配置，变电站的安全可靠工作环境所依赖的是每个设备的正常运行，所以只有深入了解，方可保证运行的安全稳定。变电站所处的环境十分复杂，电磁干扰十分容易产生，为此提出了一些措施，最终完成了对长丰县变电站的设计工作。

关键词：110kv变电站；保护配置选型；整定计算；继电保护

Abstract

This paper designs a 110 kV integrated automation substation. Firstly, it introduces the function concept of the substation and the domestic development process, deeply expounds the structure and mode of the substation, and intuitively and clearly displays various modes and structures by drawing the structure diagram. Relay protection is an indispensable measure in power system. In this paper, through concept explanation and structure analysis, we can more clearly understand how it operates in the system, and show the advantages and disadvantages of various protection configuration schemes by drawing tables. After that, the principle of all kinds of protection is analyzed, including main transformer, line and bus, and the function of all kinds of protection is understood.

According to the task book and the requirements of the substation, as well as the relevant national standards and regulations, we have completed the drawing of the main wiring diagram, carried out the setting calculation of the relevant lines and equipment, and further confirmed the relevant main transformer, line and bus protection principles mentioned in the previous article, which helps us to have a deeper understanding of the substation and how to work, At the same time, it is also the core of relay protection. Finally, the relevant equipment is configured. The safety and reliability of the class environment depends on the normal functioning of each machine. Only with full understanding, we can ensure the safe and continuous functioning of the order. The terminal environment is very complicated, electromagnetic interference is very easy to produce, so this paper puts forward some measures, and finally completes the design of Changfeng County substation.

Key words: 110 kV substation; Protection configuration selection; Setting calculation; relay protection

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1变电站综合自动化的概述 1

1.2国内变电站综合自动化发展历程 1

第二章 变电站综合自动化系统的功能及结构和模式 2

2.1变电站综合自动化系统的功能 2

2.2变电站综合自动化系统的结构和模式 2

2.2.1集中式系统结构 2

2.2.2分层分布结构集中式组屏的变电站综合自动化系统 3

2.2.3分散分布式与集中相结合的综合自动化系统结构 3

2.2.4完全分散式的综合自动化系统结构 4

第三章 变电站综合自动化系统的继电保护 6

3.1继电保护的基本概念 6

3.2继电保护的构成 6

3.2.1 模拟量硬件图 6

3.2.2 数字量硬件图 7

3.3继电保护常见故障 7

3.3.1保护力度故障 7

3.3.2短路故障 7

3.4继电保护故障处理方法 7

3.5变电站的保护配置方案 8

3.5.1变电站的常规保护配置方案 8

3.5.2变电站的系统保护配置方案 9

3.5.3变电站的两种保护配置方案的对比 11

3.6变电站综合自动化系统的算法 12

3.7输电线路保护原理 14

3.7.1输电线路保护配置 14

3.7.2距离保护 15

3.7.3零序过流保护 16

3.7.4纵联保护 17

3.7.5自动重合闸 17

3.8母线保护原理 18

3.8.1母线差动保护 18

3.8.2母联充电、过流保护 18

3.8.3母联死区保护 19

3.8.4母联失灵保护 20

3.9主变保护原理 21

3.9.1主变保护配置 21

3.9.2瓦斯保护 22

3.9.3差动保护 23

3.9.4零序方向过流保护 23

第四章变电站综合自动化的“四遥”及数据通信原理 24

4.1变电站综合自动化的“四遥 24

4.1.1遥测 24

4.1.2遥信 24

4.1.3遥控 25

4.1.4遥调 26

4.2通信系统结构 26

4.3通信网的通信媒介 26

4.4通信的实现 27

4.4.1数据采集过程 27

4.4.2控制操作通信过程 27

第五章长丰县110kv变电站综合自动化配置与实际实例 28

5.1长丰县用电基本概况 28

5.2接线图 29

5.3变压器保护整定计算 29

5.3.1纵联差动保护 29

5.3.2过电流保护 31

5.3.3 零序电流、零序过电压保护 32

5.3.5 装置选型 34

5.4 10kv线路保护整定计算 35

5.4.1 无时限电流速断保护的整定计算（I段） 36

5.4.2定时限电流速断保护的整定计算（III段） 37

5.4.3保护装置选型 38

5.5安全自动装置配置原则 39

5.5.1 自动记录故障装置 39

5.5.2备用电源自动投入装置 40

5.6抗干扰措施 42

5.6.1网控室及变电所构建等电位面 42

5.6.2用屏蔽电缆减少电容耦合 43

5.7电源系统 44

5.7.1直流电源系统接线方式 44

5.7.2直流电源系统配置 44

5.7.3直流电源系统保护监控 45

5.8防误操作 45

第六章 总结与展望 46

6.1 总结 46

6.2 展望 46

第一章 绪论

1.1变电站综合自动化的概述

变电站综合机械化系统是一门融合了多种高科技领域的技术，这门技术的开发革新了传统电网运营的管理模式。同时也对于变电站中不直接和电能产生联系的装置的性能进行了又一次组装，在设计上也进行了改革和优化,采用了各种计算机技术、现代通讯技术等先进科学技术,从而达到了实现自动监视、测量、调控及微机安全保护等各种多个方面的功能。

1.2国内变电站综合自动化发展历程

(1)传统的变电站运行方式

在四十年前的初期，维持变电站正常运行的保护设备主要是是由TTL、IC这些设备组合而成的。在过去变电站的低压电气设备装配中：控制屏对变电站的站内进行监控，保护屏对电能设备进行保护，而远动设备则对实时数据进行收集。这三者的功能决定它们发挥的作用，彼此之间不存在联系。

(2)远动RTU方式

在四十年前的中、后期，中央处理器（CPU）与电信工程取得了非常大的发展，连带着由微型机组装的运动装备（RTU）的功能也得到了很大的提高。这个方法在原来传统的人员值班变电站的底子上在RTU中新增了远程操控、远程调节的功用，而变电站的内部仍然存留着过去的控制屏、指示仪表、光字牌等装备。RTU收集全部的信号，利用远程遥控和调节的指示对RTU装备进行硬接点的发送，信号再通过控制电缆进入控制回路，同时拒绝与数字保护进行接触，保护动作的信号仍然需要经过。

(3)综合自动化体例

变电所综合自动化系统是通过先进的计算机技术、通信技术和信息处理技术等技术实现对除了变电站内的交流电源和直流电源以外的低压电气设备（包括继电保护、控制、测量等装置）的综合运用。其核心以是微机保护和计算机监控系统主，附加上另外的变电站智能装置组合成性能全能化的变电所自动化系统，将综合自动化系统代替过去的传统二次系统是如今电力系统实行的农村电网升级、城市电网升级对于变电所二次系统的升级的重要方法。通过系统策画思维和装配的地理位置差异，综合自动化系统的组建形态能够划分出许多个模式，并且每一个模式又随着变电所的现实状况而出现改变。根据系统策画思维上可以分类有集中式、分布式以及分层分布式，从组装地理位置上则分类出集中组屏。

第二章 变电站综合自动化系统的功能及结构和模式

2.1变电站综合自动化系统的功能

综合自动化系统是一门融合了多种领域的概括性技术，分解了变电站自动化系统需要达成的性能，其中包含：监控、调节性能；机械化操纵性能；勘测表计性能；继电保护性能；同继电保护相联系的性能；接触外界性能；体系性能。与我国的现实状况相联系，综合机械化系统的性能在其以下的子系统中也有所体现：监视子系统，微型计算机保护子系统；电压、无功综合控制子系统；自动按频率减负载控制；备用电源自动投入控制；通信系统。

2.2变电站综合自动化系统的结构和模式

2.2.1集中式系统结构

集中式变电站综合机械化系统，就是通过对各种功能种类和不同档次的巨型电脑，扩宽其外部的微型计算机接口控制电路，统筹接收变电站运作的许多数据，并且对数据进一步运算与处理，从而实现了各类功能，如微机监控、微机保护等，靠单独一台计算机实现保护、监控等任务不是集中结构的含义。该结构可见示意图1.1。

图1.1 变电站综合自动化系统集中式系统结构示意图

该结构的关键是按量进行配置，通过变电站的整体规模来配置相应容量和性能的系统，包括微机保护装置、监控以及用于采集数据的系统，各种系统皆是安置于主控室。站内各种电气装置的工作情况都会输送到主控室的设备上，同时调度中心的主计算机也可与之进行数据方面的通信。显示、管理、制作表格进行打印等任务则由当地用来监控功能的计算机来完成。

2.2.2分层分布结构集中式组屏的变电站综合自动化系统

分布式结构的含义是指在结构中运用了主从CPU协同一种运行模式，每个不同模块之间的数据要完成通信功能，需要使用网络方面的技术或串行模式，系统有多个CPU可以显著加强解决并行多发问题的水平、有效地避免了集中式结构个体CPU处理能力不足的情况，同时极大地有利于系统进行拓展和维修保护，及时局部出现问题，也不导致其他模块无法运行。

一个完整的变电站的一、二次装置系统能够归纳为三个内容，分别是厂站级的监控、继保护与测控等和设备层，上述的构造就是这样划分的。

在变电站系统中，一般指的是包含了继电保护、自动重合闸、故障录波等性能于一身的装置，另外勘测与控制的性能则属于控制单元，间隔层单元则是保护与控制的并称。

高压电气设备组织成为间隔层，其根据断路器的间隙，区分为三个方面，由勘测、自动操纵与继电保护构成。简单来说，各种单元设备的有机结合，组合成为了间隔层，在总线的作用下，独立单元装置可以直接连通到变电站层。

设备层的含义则是站内的一次设备。

站控层是由微机集合而成，可以是一台，也可以是多台，该系统的指挥和管理控制中心就是这些微机，而且操作十分便捷，界面也是汉化。

该结构示意图如下图1.2所示

图1.2 变电站综合自动化系统分层分布结构集中式结构示意图

2.2.3分散分布式与集中相结合的综合自动化系统结构

它设计办法是“OO”(面向对象法)，“OO”指的就是对电工装备制造的一次接线，或者是电气的隔断，把每个单元都弄到一起，包括了对数据进行的采集、对数据的监管和控制以及保护，在进行设计的时候，应该把每个单元放在同样的配件里面，同时把这样的每一个配件分散开来进行布置，配置到电气的阻断开关上或者是其他的一次接线的一旁。这种结构的模式的配置更加方便进行控制，在安装这种配置时，可以实现分散安装在隔开的开关柜，同时在进行控制的地方有集中和分层组屏两种组屏方式。该结构示意图可见下图。

图1.3 变电站综合自动化系统分散分布式与集中相结合式结构示意图

2.2.4完全分散式的综合自动化系统结构

所谓完全分散的结构，就是由电压变换器、断路器等一次设备为安装单位，在一次主要设备的开关柜上面给配置了用于保护、控制的单元，并且还要满足进行就地分散的要求，在主要控制的单元和分散的单元之间的通信是由配置在进行主要控制的单元，然而主要控制的单元和进行监督控制的主机之间的联系是通过互联网。这种结构能够实现比较独立、测控都有的模式，还能做到保护、测量、控制完全合一；还有一种是保护、测量、控制三项完全的合为一体，让变电站也具备自动化的高度综合。这种结构的示意图详见下图。主要控制的单元和分散的单元之间的通信一般是由配置于主要控制的主控单元进行控制。

图1.4 变电站综合自动化系统完全分散式结构示意图

第三章 变电站综合自动化系统的继电保护

3.1继电保护的基本概念

继电保护的系统是先进的继电保护的技术，还有继电保护设备等等这些组成的一个系统, 可以对系统的故障或者出现的不正常状态进行响应，出现故障会出现断路器的跳闸或者会发出警报信号的一种自动化装置。如果电力的系统出现问题，自动，迅速，选择有问题的元件进行排除，既保护了出现问题的元件，又避免了被破坏，让其他有问题的元件也可以快速重新正常工作。

3.2继电保护的构成

反事故自动化措施一般是测量的部分、有规则的部分、执行的部分这三个部分组成，反事故自动化措施的示意图详见下图。当测量部分收到被保护的一方发来的信号，会与设定的一个值进行进一步分析比较，从而获得结果，并输出至下一部分，也就是有规则的部分。逻辑部分动作的定义是由每一个运送出去的量的大小状态、出现的时间或信号的总结来得出的。如果需要执行一些动作，就要通过传递的信号，让执行部分马上或者稍迟一些发出其他动作的信号，这些动作包括警报和跳闸。

图3.1 继电保护构成逻辑图

3.2.1 模拟量硬件图

图3.2模拟量硬件图

3.2.2 数字量硬件图

图3.3数字量硬件图

3.3继电保护常见故障

3.3.1保护力度故障

具有保护力度的故障，就是对改变电压的10千伏侧的一种保护没有办法达到保护力度最基础的标准，具体来说就是保护的不够的时候。对多余的电流的保护一般应用在较慢的消除，在主要改变电压10千伏侧作用。可以很好地把主要的线路中的故障消除，可以保证改变电压设备可以更好地撑住比较强的电流的冲击，从而实现改变你电流的基站能够正常进行工作的效果。由于过流保护的这个作用的存在，在运行的时候，进行断路的设备非常有可能发生问题，如不确定或者失去功能，这个时候为了保证过流保护的功能，可以用高压的一侧相应的电压实现。

3.3.2短路故障

在变压器低压侧一般会出现一些短路故障，这些问题会对变电站的正常运行造成影响，变压器可能会受到大电流冲击，造成严重损失，一旦短路故障没有得到相关人员及时的处理，可能会引发更为严重的后果，导致变压器被烧毁。短路故障除了影响变压器运行，还会损坏变压器内部结构，所以，改进和优化等各种完善措施是必不可少的。

3.4继电保护故障处理方法

（1）替换法

替换法就是指直接调换直接换用的系统中发现了问题的有关元件，工作人员可以对替换掉的元器件的电驿保护的系统的一个工作的状态一直进行观察，如果换了元器件以后的故障没有了，那么就可以明确存在故障的元器件。如果更换之后电驿保护的系统还是有问题，就能够清楚更换的元器件没有问题，这种方法可以对系统中有问题的元件进一步了解，明确问题的范围。

（2）参照法

这种方法通过把正常和不正常的设备的数据进行对比，找出矛盾的地方，就能够知道问题所在的点不正常的设备的问题点在哪个位置。这个方法可以用在查找的功能出现问题的时候，固定校验值的时候看到得出的数据和之前意料的值有很大的 不同，但是却不能知道是什么原因造成的问题。在改造回路和换另一个设备之后，二次设备的地方在不能恢复的时候，相同种类的设备接线就能用来作为参照。在对电驿的固定数值进行检验的时候，出现电驿的测出来的值和之前定的数值之间有很大的不同，但是又不能判断这个继电器特性是好的还是坏的，或者马上去改变电驿上面的每一格的数字，可以用同样的表去测量其他相同种类的设备，然后再进行比较。

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