110kV电网线路保护设计继电保护课设docxWord下载.docx
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8QF
50MVA
13QF
14QF
3×
40MW
15QF
16QF
cosΦ=0.85
121±
2×
2.5%/6.3KV
D
Xd=1,72
1．网络接线如附图所示；
2．网络中，各线路均采用带方向或不带方向的电流保护（或距离保护）作为主保护，
变压器均采用纵差动作为主保护，变压器均为Y/△-11接线；
3．发电厂的最大发电容量为3×
40MW，最小发电容量为2×
40MW（发变组停运）；
4．网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行；
5．允许的最大故障切除时间为0.85s；
6．110KV短路器均采用DW2-110型断路器，跳闸时间为0.05-0.08s；
7．线路AB，BC，AD，CD的最大负荷电流分别为250A，70A，230A和140A，负荷自起
动系数Kzqd=1.5；
8．各变电所引出线上后备保护的动作时间如图所示，△t=0.5s；
9．线路的正负序电抗为x1=x2=0.4Ω/km,x0=3.5x1，Φd=700；
10．电压互感器的变比nyh=110，000/100；
11．其他参数如图所示。
二、设计内容
1、建立电力系统设备参数表；
2、绘制电力系统各相序阻抗图；
3、确定保护整定计算所需的系统运行方式和变压器中性点接地方式；
4、进行电力系统中潮流及各点的短路计算；
5、进行继电保护整定计算。
2．对课程设计成果的要求〔包括图表、原理图、仿真图等〕：
说明书一份，其中含短路电流计算、整定计算、校验，同时，进行距离保护与零序保护
的整定与校验，最后用AutoCAD画出保护配置图。
3．主要参考文献：
[1]吕继绍.电力系统继电保护设计原理.北京:
中国水利电力出版社，2009
[2]陈永芳.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.北京:
中国电力出版社,2005
[3]孙国凯.电力系统继电保护原理.北京:
中国水利水电出版社,2002
[4]西北电力设计院.电力工程电气设计手册.北京：
中国电力出版,1996
[5]何仰赞.温增银.电力系统分析（上、下）.武汉:
华中科技大学出版社，2002
[6]冯炳阳.输电设备手册[M].北京：
机械工业出版社，2000
[7]戈东方.电力工程电气设备手册.北京：
中国电力出版社，1998
[8]曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料.北京：
中国电力出版社，1995
[9]黄其励.电力工程师手册（上、下）.北京：
中国电力出版社，2002
[10]周文俊.电气设备实用手册.北京：
中国水利水电出版社，1999
4．课程设计工作进度计划：
序号
起迄日期
工作
内
容
1
2016.1.4
布置任务，教师讲解设计方法及要求
2
2016.1.5-2016.1.19
进行各种保护计算
3
2016.1.20-2016.1.23
检验并写说明书，小组讨论
4
答辩
主指导教师
盛义发
日期：
年
月
日
摘要：
本设计以110KV线路继电保护为例，建立了电力系统设备参数表绘制电力系统
各相序阻抗图，确定了保护整定计算所需的系统运行方式和变压器中性点接地方式，对
电力系统中潮流及各点进行短路计算，并对继电保护进行整定计算。
关键词：
继电保护、最大运行方式、距离保护、110KV线路继电保护
1引言0
2设计资料分析与参数计算1
2.1系统运行方式和变压器中性点接地方式的确定1
2.2参数分析及计算1
3.线路保护配置4
3.1线路保护配置的一般原则4
3.2接地故障采取的措施5
3.3相间短路所采取的措施6
3.4双侧电源的整定原则和计算及其保护8
4.短路计算10
4.1短路电流的原则10
4.2短路电流的计算10
5.整定计算20
5.1电流保护整定计算20
5.2电流保护整定计算22
5.3零序电流保护整定计算24
6.保护装置的选择一般要求27
7.结束语29
参考资料30
I
1引言
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，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4
个历史阶段：
继电保护的萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。
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的发展。
随着计算机硬件的迅速发展，微机保护硬件也在不断发展。
电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护。
继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信号量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。
对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性，速动性，灵敏性，可靠性。
这次课程设计以最常见的110KV电网线路保护设计为例进行分析设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。
特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。
重点进行了电路的化简，短路电流的求法，继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。
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2设计资料分析与参数计算
2.1系统运行方式和变压器中性点接地方式的确定
2.1.1发电机、变压器运行方式选择的原则
（1）一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故
障；
当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。
对水电厂，还应根据水库运行方式选择。
（2）一个发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量最大的一台停用。
2.1.2变压器中性点接地选择原则
（1）发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要接地。
（2）自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。
（3）T接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。
（4）为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后
再断开，这种情况不按接地运行考虑。
2.1.3线路运行方式选择原则
（1）一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，另一条线路又故障的方式。
（2）双回路一般不考虑同时停用。
2.2参数分析及计算
2.2.1发电机参数的计算
发电机的电抗有名值：
X
Xd（%）UN
100SN
（2-1）
发电机的电抗标幺值：
Xd（%）SB
100SN（2-2）
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式中：
Xd（%）——发电机次暂态电抗
UN——发电机的额定电压
UB——基准电压115KV
SB——基准容量1000MVA
SN——发电机额定容量MVA
计算结果：
表2.1
发电机参数结果表
发
发电
有功
功率因数
次暂态电抗
等值电抗
电
机编
/MW
COS
Xd（%）
（标幺值）
（有名值）
厂
号
Ω
1、2、
40
0.85
0.132
2.805
37.096
2.2.2变压器参数的计算
双绕组变压器电抗有名值：
UK（%）UN2
XT（2-3）
双绕组变压器电抗标幺值：
XT
Uk（%）SB
（2-4）
UK（%）——变压器短路电压百分值
UB——基准电压115KV
SN——变压器额定容量MVA
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表2.2变压器参数结果表
容量
绕组型式
短路电压百分值
/MVA
Uk（%）
（有名值）Ω
25
三相双绕组
10.5
4.2
55.5
50
2.1
0.0833
15
7
0.2778
2.2.3输电线路参数的计算
表2.3
线路参数
线路名称
正、负序电抗
零序电抗
（有名值
）（标幺值）
A-B
0.182
24
0.637
B-C
0.151
20
0.529
A-D
C-D
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3.线路保护配置
3.1线路保护配置的一般原则
在110-220kV中性点直接接地电网中，线路的相间短路保护及单相接地保护均应动作于断路器跳闸。
在下列情况下，应装设全线任何部分短路时均能速动的保护：
（1）根据系统稳定要求有必要时；
（2）线路发生三相短路，使厂用电或重要用户母线电压低于60%额定电压，且其保护不能无时限和有选择地切除短路时；
（3）如某些线路采用全线速动保护能显著简化电力系统保护，并提高保护的选择性，灵敏性和速动性。
在110-220kV中性点直接接地电网中，线路的保护以以下原则配置：
（1）对于相间短路，单侧电源单回线路，可装设三相多段式电流电压保护作为相间
短路保护。
如不满足灵敏度要求，应装设多段式距离保护。
双电源单回线路，可装设多段式距离保护，如不能满足灵敏度和速动性的要求时，则应加装高频保护作为主保护，把多段式距离保护作为后备保护。
（2）对于接地短路，可装设带方向性或不带方向性的多段式零序电流保护，在终端
线路，保护段数可适当减少。
对环网或电网中某些短线路，宜采用多段式接地距离保护，有利于提高保护的选择性及缩短切除故障时间。
（3）对于平行线路的相间短路，一般装设横差动电流方向保护或电流平衡保护作主保护。
当灵敏度或速动性不能满足要求时，应在每一回线路上装设高频保护作为主保护。
装设带方向或不带方向元件的多段式电流保护或距离保护作为后备保护，并作为单回线运行的主保护和后备保护。
（4）对于平行线路的接地短路，一般可装设零序电流横差动保护作为主保护；
装设接于每一回线路的带方向或不带方向的多段式零序电流作为后备保护。
对于电缆线路或电缆与架空线路混合的线路，应装设过负荷保护。
过负荷保护一般动作于信号，必要时可动于跳闸。
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3.2接地故障采取的措施
电力系统中采用的中性点接地方式，通常有中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地和中性点不接地三种。
一般110kV及以上电压等级的电网均采用中性点直接接地方式，称为大接地电流系统。
110kV以下电压等级的电网采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式，称为小接地电流系统。
大接地电流系统中发生单相接地短路时，故障相流过的短路电流较大，对设备造成的危害较大，继电保护必须通过断路器切除故障。
小接地电流系统中发生单相接地时，因不能形成短路电流的通道，不会产生大的电流，设备允许继续运行。
因此，不要求继电保护快速动作切除故障。
但是，由于单相接地后，完好相对地电压升高，往往造成设备绝缘击穿故障扩大。
因此，继电保护必须及时发现单相接地故障，发出信号，使运行人员采取措施消除故障。
3.2.1几种接地故障的特征
（1）当发生一相（如A相）不完全接地时，即通过高电阻或电弧接地。
这时故障相的电压降低，非故障相的电压升高，它们大于相电压，但达不到线电压。
电压互感器开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出接地信号。
（2）如果发生A相完全接地，则故障相的电压降为0，非故障相的电压升高到线电压。
此时电压互感器开口三角处出现100V电压，电压继电器动作，发出接地信号。
（3）电压互感器高压测出现一相（如A相）断线或熔断器熔断，此时故障相的指示不为0，这是由于此相电压表在二次回路中经互感器线圈和其他两相电压表形成串联回路，出现比较小的电压指示，但不是该相实际电压，非故障相仍为相电压。
互感器开口三角处会出现35V左右电压值，并启动继电器动作，发出接地信号。
（4）由于系统中存在容性和感性参数的元件，特别是带有铁芯的铁磁电感元件，在参数组合不匹配时会引起铁磁谐振，并且继电器动作，发出接地信号。
（5）空载母线虚假接地现象。
在母线空载运行时，也可能会出现三相电压不平衡，并且发出接地信号。
但当送上一条线路后接地现象会自行消失。
3.2.2单相接地故障的处理
（1）处理接地故障的步骤①发生单相接地故障后，值班人员应马上复归音响，作好报告当值调度和有关负责
人员，并按当值调度员的命令寻找接地故障，但具体查找方法由现场值班员自己选择。
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②详细检查所内电气设备有无明显的故障迹象，如果不能找出故障点，再进行线路
接地的寻找。
③将母线分段运行，并列运行的变压器分列运行，以判定单相接地区域。
④再拉开母线无功补偿电容器断路器以及空载线路。
对多电源线路，应采取转移负
荷，改变供电方式来寻找接地故障点。
⑤采用一拉一合的方式进行试拉寻早故障点，当拉开某线路断路器接地现象消失，
便可判断它为故障线路，并马上汇报当值调度员听候处理，同时对故障线路的断路器、
隔离开关、穿墙套管等设备做进一步检查。
（2）处理接地故障的要求
①寻找和处理单相接地故障时，应作好安全措施，保证人身安全。
当设备发生接地
时，室内不得接近故障点4m以内，室外不得接近故障点8m以内，进入上述范围的工作
人员必须穿绝缘靴，戴绝缘手套，使用专用工具。
②为了减少停电的范围和负面影响，在寻找单相接地故障时，应先试拉线路长、分
支多、历次故障多和负荷轻以及用电性质次要的线路，然后试拉线路短、负荷重、分支
少、用电性质重要的线路。
双电源用户可先倒换电源再试拉，专用线路应先行通知。
若
有关人员汇报某条线路上有故障迹象时，可先试拉这条线路。
③若电压互感器高压熔断器熔断，不得用普通熔断器代替。
必须用额定电流为0.5A
装填有石英砂的瓷套管熔断器，这种熔断器有良好的灭弧性能和较大的断流容量，具有
限制短路电流的作用。
3.3相间短路所采取的措施
3.3.1继电器
（1）电磁型继电器
电磁型继电器在35kV及以下电网的电力线路和电气设备继电保护装置中大量地被
采用，电流继电器是实现电流保护的基本元件。
电磁型继电器基本结构型式有螺管线圈
式、吸引衔铁式和转动舌片式三种。
（2）晶体管继电器
晶体管型继电器的功能是有晶体管开关电路完成的。
晶体管电流继电器由电压形成
回路——电流变换器TA将输入电流变换成与之成正比的电压；
整流比较回路及执行回
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路——单稳态触发器构成。
晶体管型时间继电器由两个三极管及阻容延时电流组成。
3.3.2电流互感器TA
（1）电压互感器TV的作用
电流互感器的作用是将高压设备中的额定大电流变换成5A或1A的小电流，以便继电保护装置或仪表用于测量电流。
电流互感器又铁芯及绕组组成。
①电流互感器将高压回路中的电流变换为低压回路中的小电流，并将高压回路与低压回路隔离，使他们之间不存在电的直接关系。
②额定的情况下，电流互感器的二次侧电流取为5A，这样可使继电保护装置和其他二次回路的设计制造标准化。
③电保护装置和其他二次回路设备工作于低电压和小电流，不仅使造价降低，维护方便，而且也保证了运行人员的安全。
（2）电流互感器TA的选择和配置①型号：
电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择。
②一次电压：
UgUN
Ug：
电流互感器安装处一次回路工作电压；
UN：
电流互感器的额定电压。
③一次回路电流：
I1NIgmax
Igmax：
电流互感器安装处一次回路最大电流；
I1N：
电流互感器一次测额定电流。
根据以上技术要求，我们已知：
线路AB上流过的最大负荷电流为300A，因此初步选择线路上AB的TA型号为LAJ-10，TV型号为JCC-10，且变比为300/5。
线路BC上流过的最大负荷电流为80A，因此初步选择线路BC上的TA型号为LAJ-10，变比为100/5，
TV型号为JCC-10，变比为100/5。
3.3.3电压互感器
电压互感器的任务是将很高的电压准确地变换至二次保护及二次仪表的允许典雅，
使继电器和仪表既能在低压情况下工作，又能准确地反映电力系统中高压设备的运行情
况。
电压互感器分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器两种。
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①电压互感器的作用是将一次侧高电压成比例的变换为较低的电压，使二次系统与
一次系统的隔离，保证了工作人员的安全。
②电压互感器二次侧电压通常为100V，这样可以做到测量仪表及继电器的小型化和
标准化。
（2）电压互感器TV的配置原则
①型式：
电压互感器的型式应根据使用条件选择，在需要检查与监视一次回路单相
接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有三绕组的单相互感器组。
②一次电压的波动范围：
1.1UNU10.9UN
③二次电压：
100V
④准确等级：
电压互感器应在哪一准确度等级下工作，需根据接入的测量仪表、继
电器与自动装置及设备对准确等级的要求来确定。
⑤二次负荷S2SN
3.4双侧电源的整定原则和计算及其保护
整定原则：
设保护1装有电流速断，其动作电流计算后为Iset.1，它与短路电流变化
曲线的交点M即为保护1电流速断的保护范围。
当在此点发生短路时，短路电流即为
Iset.1，速断保护刚好动作。
根据以上分析，保护2的限时电流速断不应超过保护1电流
速断的范围，因此在单侧电源供电的情况下，它的起动电流就应该整定为：
Iset.2Iset.1。
上式中不可取等号，因为保护1和保护2的安装地点不同，使用的电流互感器和继
电器不同，故它们之间的特征很难完全一样，会导致其中之一误动作。
引入可靠系数Krel，
则得：
Iset.2KrelIrel.1，其中Krel一般取为1.1-1.2。
从以上分析中已经得出，显示速断的动作时限t2应选择得比下一条线路速断保护的
动作时限t1高出一个时间阶段。
为保证在正常运行情况下过电流保护绝不动作，显然保护装置的起动电流必须整定
得大于该线路上可能出现的最大负荷电流IL.max。
然而，在实际上确定保护装置的启动电
流时，还必须考虑在外部故障切除后，保护装置是否能够返回的问题。
在故障切除后电
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压恢复时，电动机要有一个自启动过程。
电动机的自启动电流要大于它正常工作的电流，因此，引入一个自启动系数Kss来表示自启动时最大电流Iss.max与正常运行时最大负荷电
流IL.max之比，即：
Iss.maxKssIL.max
保护4和5在这个电流的作用下必须立即返回。
为此应使保护装置的返回电流Ire大
于Iss.max。
引入可靠系数Krel，则：
IreKrelIss.maxKrelKssIL.max
由于保护装置的启动与返回是通过电流继电器来实现的。
因此继电器返回电流与起
动电流之间的关系就代表着保护装置返回电流与起动电流之间的关系。
引入继电器返回
系数Kre，则保护装置的起动电流即为：
Iset
Ire
KrelKssIL.max
Kre
Kre
灵敏度校验：
当过电流保护作为本线路的主保护时，应采用最小运行方式下本线路
末端两相短路时的电流进行校验，要求Ksen1.3~1.5；
当作为相邻线路的后备保护时，
则应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验，此时要求
Ksen1.2。
此外，在各个过电流保护之间，还必须要求灵敏度系数相互配合，
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