110KV电网继电保护设计说明书.docx
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110KV电网继电保护设计说明书
第一章绪论
第1.1节电力系统继电保护的作用
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。
第1.2节电力系统继电保护的基本特性
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。
1.2.1选择性：
是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。
1.2.2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。
1.2.3灵敏度：
是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，他不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。
除此之外，还应从整体利益出发，考虑其经济条件。
1.2.4可靠性：
保护则不同，它的硬件是一台计算机，各种复杂的功能是由相应的软件来实现的。
换言之，它是一个只会做几种单调的、简单操作的硬件，配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，尤其是对于超高压大容量系统往往是造成系统大面积停电的重要原因，因此应予足够的重视。
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。
例如采用二中取二的双重化措施，无
疑提高了不误动的可靠性，但却降低了不拒动的可靠性。
在考虑提高保护装置可靠性同时，应根据电力系统和负荷的具体情况来处理。
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，应着重强调提高不拒动的可靠性。
又如对于大容量发电机保护，应考虑同时提高不拒动的可靠性和不误动的可靠性，对此可采取三中取二”的双重化方案或双倍的二中取一”双重方案。
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，也是贯穿全书的主线，必须反复的深刻领会。
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。
第1.3节电力系统继电保护装置
继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。
它的基本任务是：
（1）当电力系统中发生短路故障时，继电保护能自动地、迅速地和有选择性地动作,使断路器跳闸，将故障元件从电力系统中切除，以系统无故障的部分迅速恢复正常运行，并使故障的设备或线路免于继续遭受破坏。
（2）当电气设备出现不正常运行情况时，根据不正常运行情况的种类和设备运行维护条件，继电保护装置则发出信号，以便由值班人员及时处理，或由装置自动进行调整。
由此可见，继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全供电。
因此，继电保护是电力系统重要的组成部分，是保证电力系统安全可靠运行的不可缺少的技术措施。
在现代的电力系统中，如果没有专门的继电保护装置，要想维持系统的正常运行是根本不可能的。
第1.4节设计原则和一般规定
电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分，对保证电力系统的正常运行，防止事故发生或扩大起了重要作用。
应根据审定的电力系统设计（二次部分）原则或审定的系统接线及要求进行电网继电
保护和安全自动装置设计。
设计应满足《继电保护和安全自动装置技术规程（SDJ6-83）》、
《110~220kV电网继电保护与安全自动装置运行条例》等有关专业技术规程的要求。
要合理处理好继电保护和安全自动装置与其保护对象一一电网部分的关系，二次部分应满足《电力系统技术导则》、《电力系统安全稳定导则》等有关技术规程的要求，这是电力系统安全经济的基础。
在确定电网结构、厂站主接线和运行方式，必须统筹考虑继电保护和安全自动装置配置的合理性与可能性。
在此基础上，继电保护和安全自动装置的设计应能满足电网结构和帮站主接线的要求，适应电网和帮站运行灵活性的需求。
继电保护和安全自动装置由于本身的特点和重要性，要求采用成熟的特别是符和我国电网要求的有运行经验的技术。
不合理的电网结构、厂站主接线和运行方式必将导致继电保护和安全自动装置配置的困难，接线复杂，有时为适应一次部分某些特殊需要采用一些不成熟的保护装置，由此往往引起保护误动，甚至使一般性故障扩大为系统故障，设计必须引以为戒。
电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、安全性、灵敏性、速动性的要求。
要结合具体条件和要求，从装置的选型、配置、整定、实验等方面采取综合措施，突出重点,统筹兼顾，妥善处理，以达到保证电网安全经济运行的目的。
第二章电力系统元件的参数计算
第2.1节标幺值的计算
2.1.1标幺值
①精确的计算法，再标幺值归算中，不仅将各电压级参数归算到基本级，而且还需选取同样的基准值来计算标幺值。
1）将各电压级参数的有名值按有名制的精确计算法归算到基本级，再基本级选取统一的电压基值和功率基值。
2）各电压级参数的有名值不归算到基本值而是再基本级选取电压基值和功率基值后将电压基值向各被归算级归算，然后就在各电压级用归算得到的基准电压和基准功率计算各元件的标幺值。
②近似计算：
标幺值计算的近似归算也是用平均额定电压计算。
标幺值的近似计算可
以就在各电压级用选定的功率基准值和各平均额定电压作为电压基准来计算标幺值即可。
（2•7）
（2•8）
电阻都忽略不计，其中2.2KM线路基准电压为6.3K。
第2.2节线路元件的参数计算公式
2.2.1发电机参数的计算发电机的电抗有名值:
Xd（%）Un2
100SN
发电机的电抗标幺值:
Xd（%）Sb
100SN
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，取115KV
Sb
基准容量，取100MVA
Sn
发电机额定容量，单位MVA
计算过程详见计算书，计算结果如表2.1所示2.2.2变压器参数的计算
（1）双绕组变压器参数的计算:
双绕组变压器电抗有名值:
双绕组变压器电抗标幺值:
（2）三绕组变压器参数的计算:
1各绕组短路电压百分值
中压与低压之间的短路电压百分值。
②各绕组的电抗有名值
各绕组的电抗标幺值
2
Xt2=Ukii（%）Un
=100Sn
XT1*=UKI（%）SB
100SN
计算过程详见计算书，计算结果如表2.2所示
2.
2.3输电线路参数的计算
负序阻抗X2=X1
（1）
线路阻抗有名值的计算:
⑵线路阻抗标幺值的计算:
线路长度，单位KM
基准电压，取为115KV（D厂2.2KM线路取6.3KV）
计算过程详见计算书，计算结果如表2.3所示
第2.3节元件参数计算结果表
发电机参数计算表
容量
额定电压
功率因数
次暂态电抗
归算到基准容量的
/KVA
/KV
COS©
Xd”
等值电抗（标幺值）
6000
6.3
0.8
12.2%
1.627
12000
6.3
0.8
12.0%
0.800
25000
6.3
0.8
16.5%
0.528
变压器参数计算表
容量
/KVA
绕组型式
短路电压百分值
Uk（%）
归算到基准容量的等值电抗（标幺值）
15000
三相双绕组
10.5
0.700
31500
三相双绕组
10.5
0.333
Udi—n（%=17
0.239
45000
三相三绕组
Udi—m（%=10.5
0.139
Ucn—B（%=6
-0.006
Udi—n（%=17
0.538
20000
三相三绕组
Udi—m（%=10.5
0.313
Udn—m（%=6
-0.013
Udi—n（%=17
0.341
31500
三相三绕组
Udi-m（%=10.5
0.198
Udn—m（%=6
-0.008
线路名称
长度/KM
正序、负序阻抗值（标幺值）
零序阻抗值
（标幺值）
A厂-BD5
65
0.197
0.688
A厂-BDi
13.3
0.0404
0.141
A厂-BD2
43
0.130
0.455
B厂-BDi
19
0.0575
0.201
B厂-BD2
48
0.145
0.508
B厂-BD3
15
0.0454
0.159
B厂-BD4
35
0.106
0.371
C厂-BD4
49
0.148
0.519
D厂-BD4
2.2
2.217
7.760
第3.1节变压器中性点的选择原则
3.1.1变压器中性点的选择原则
（1）电力系统的中性点是指：
三相电力系统中星形连接的变压器或发电机中性点。
目前我国的电力系统采用中性点运行方式主要有三种，中性点不接地，经过消弧线圈和直接接地，前两种称不接地电流系统；后一种又称为大接地电流系统。
（2）如何选择发电机或变压器中性点的运行方式，是一种比较复杂的综合性的技术经济问题，不论采用哪一种运行方式，都涉及到供电可靠性，过电压绝缘配合，继电保护和自动装置的正确动作，系统的布置，电讯及无线电干扰，接地故障时对生命的危险以及系统稳定等一系列问题。
（3）本课题所设计网络是110KV。
电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。
变压器中性点接地方式的安排应尽量保持变电所零序阻抗基本不变，遇到因变压器检修等原因使变电所的零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时，应根据规或实际情况临时处理。
（《电力系统继电保护实
用技术问答》77页），变压器中性点接地原则如下：
1变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地；
2变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地。
如果由于某些原因，变电所正常必须有两台变压器中性点直接接地运行，当其一台中性点直接接地的变压器停运时，若有第三台变压器则将第三台变压改为中性点直接接地运行，否则，按特殊
运行方式处理。
3双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地方式运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中一台中性点直接接地变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器直接接地。
若不能保持不同母线上各有一个接地点时，作为特殊运行方式处理。
4为了改善保护配合关系，当某一短线路检修停运时，可以用增加中性点接地变压器台数的办法来抵消线路停运对零序电流分配关系产生的影响。
5发电厂只有一台主变压器则变压器中性点宜直接接地运行，当变压器检修时，按特殊运行方式处理。
6发电厂有接于母线的两台主变压器，则宜将保持一台变压器中性点直接接地运行,如果由于某些原因，正常运行时必须两台变压器中性点均直接接地运行，则当一台主变检修时，按特殊方式处理。
7发电厂有接于母线的三台及以上主变压器，则宜将两台变压器中性点直接接地运行，并把它们分别接于不同的母线上，当不能保持不同母线上各有一个接地点时，按特殊运行方式处理。
8自耦变压器和绝缘有要求的变压器中性点必须直接接地运行。
（4）所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地，以便于运行调度灵活，选择接地点，当变压器中性点可能断开运行时，若该变压器中性点绝缘不按线电压设计，应在中性点装设避雷器的保护。
（5）选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地系统，双母线界限有两台及以上变压器时，可考虑两台主变压器中性点接地。
根据上述原则本次设计的变压器中性点的接地方式为：
A厂两台变压器中性点接地；B厂一台接地；C厂两台接地;D厂一台接地；变电所E中性点接地。
第3.2节输电线路TA、TV的选择
3.2.1输电线路TV的选择
（1）电流互感器的作用：
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。
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它二次回
路的设计制造标准化。
②电保护装置和其它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。
电流互感器二次回路必须有一点接地，否则当一，二次击穿时，造成威胁人身和设备的安全。
（2）电流互感器的选择和配置
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：
Ug=Un
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
1）一次回路电流：
11心Igmax
Igmax—电流互感器安装处一次回路最大电流
I1n—电流互感器一次侧额定电流。
2）准确等级：
用于保护装置为0.5级，用于仪表可适当提高。
3）二次负荷：
S2S2---电流互感器二次负荷
Sn---电流互感器额定负荷巾
4）输电线路上TA的选择：
见TA选择结果表（3•1）
3.2.2输电线路TV的选择
（1）电压互感器的作用
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，实现了二次系统
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：
1.1Un>U1>0.9Un
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.继电器与自动置及设备对准确等级的要求来确定。
5二次负荷：
S2（3）输电线路上TV变比的选择
线路电均为110KV,故选用三相屋外的TV，见TV变比选择结果表（3•2）
第3.3节TA、TV变比的选择结果表
TA选择结果表
线路名称
长度
（km）
最大工作电流
（A）
工作电压
（KV）
CT型号
变比
A厂一BD5
65
98.2
110
LCW--110
100/5
A厂一BDi
13.3
260
110
LCW--110
300/5
A厂一BD2
43
260
110
LCW--110
300/5
B厂一BDi
19
160
110
LCW--110
200/5
B厂一BD2
48
160
110
LCW--110
200/5
B厂一BD3
15
161
110
LCW--110
200/5
B厂一BD4
35
226
110
LCW--110
300/5
C厂一BD4
49
151
110
LCW--110
200/5
TV变比选择结果表
线路名称
最大工作电流
电流互感器的变比
A-BD
260A
300/5
A-BD
260A
300/5
A-BD
98.2A
100/5
B-BD
160A
200/5
B-BD
160A
200/5
B-BC3
161A
200/5
B-BD4
226A
300/5
C-BD
151A
150/5
电压互感器的变比
晋O/^/ioo
V3V3
第四章系统运行方式确定
第4.1节运行方式确定的原则
计算短路电流时，运行方式的确定非常重要，因为它关系到所选的保护是否经济合理、简单可靠，以及是否能满足灵敏度要求等一系列问题。
保护的运行方式是以通过保护装置的短路电流的大小来区分的。
4.1.1最大运行方式
根据系统最大负荷的需要，电力系统中的发电设备都投入运行（或大部分投入运行）以及选定的接地中性点全部接地的系统运行方式称为最大运行方式。
对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最大的运行方式。
4.
1.1最小运行方式
对过量保护来说，
性，因为只要在最大运行方式下能保证选择性，在其他运行方式下也一定能保证选择性；灵敏度的校验应根据最小运行方式来进行，因为只要在最小运行方式下，灵敏度符合要求,在其他运行方式下，灵敏度也一定，灵敏度也一定能满足要求。
对某些保护（例如电流电压连锁速断保护和电流速断保护），在整定计算时，还要按正常运行方式来决定动作值或计算灵敏度。
根据系统正常负荷的需要，投入与之相适应数量的发电机、变压器和线路的运行方式称为正常运行方式。
第4.2节系统运行方式确定的结果表
系统运行方式结果表
1#DL
最大运行方式
A-BD断线，开环运行，且系统开机容量为最大
最小运行方式
闭环运行，且系统开机容量为最小
2#DL
最大运行方式
A-BC2断线，开环运行，且系统开机容量为最大
最小运行方式
闭环运行，且系统开机容量为最小
17#DL
最大运行方式
闭环运仃，且系统开机容量为最大
最小运行方式
B-BD断线，且系统开机容量为最小
第五章短路电流的计算
短路是电力系统最常见的故障。
所谓短路，是指一切不正常的相程与相或中性点接地系统中相与地之间的短路。
第5.1节短路计算的说明
5.1.1短路计算的目的
短路故障对电力系统正常运行的影响很大，所造成的后果也十分严重，因此在系统的设计，设备选择以及系统运行中，都应着眼于防止短路故障的发生，以及在短路故障发生后要尽量限制所影响的范围。
短路的问题一直是电力技术的基本问题之一，无论从设计，制造，安装，运行和维护检修等各方面来说，都必须了解短路电流的产生和变化规律，掌握分析计算短路电流的方法。
针对本次设计，短路电流计算的主要目的是：
继电保护的配置和整定。
系统中应配置哪些继电保护以及保护装置的参数整定，都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析，而且不仅要计算短路点的短路电流，还要计算短路电流在网络各支路中的分流系数，并要作多种运行方式的短路计算。
5.1.2选择计算短路点
（1）在零序短路计算中，整定时一般是选择各母线短路，在校验时应根据实际情况选取短路点。
（2）在距离保护的整定中也是按其实际情况选取短路点。
5.1.3短路计算方法
（1）首先去掉系统中的所有负荷分支线路电容，发电机电抗用次暂态电抗。
（2）取基准容量和基准电压
将各元件电抗换算为同一基准值的标幺电抗
绘出等值网络图，并将各元件阻抗统一编号，把复杂网络简化为如下两种形式之一:
①一个等值电势和一个等值电抗的串联电路。
②多个有源支路并联的多支星形电路。
并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。
第5.2节短路计算结果表
短路电流计算结果表（详细过程见《计算书》第四章）表5•1短路计算结果表
短路
母线
运行
方式
短路
类型
各分支短路电流（KA）
1#DL
2#DL
17#DL
BD-1
最大
f⑴
2.309
f（2.0）
f（3）
1.708
最小
f
（1）
0.606
f（2.0）
f（3）
BD-5
最大
f
（1）
0.3472
f（20））
f（3）
0.771
最小
f
（1）
f（2.0）
0.5567
f（3）
A厂
110KV
母线
最大
f
（1）
0.1822
f（2.0）
f（3）
BD-5末
端
最小
f
（1）
f（2.0）
0.2237
f（3）
B厂
110KV
母线
最大
f
（1）
0.3293
f（2.0）
f（3）
1.684
最小
f
（1）
0.3067
f（2.0）
f（3）
BD-4
最小
f
（1）
f（2.0）
0.0663
6.1.1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。
6.1.2B-BDi和A-BD5线路相间继电保护方式选择：
（1）B-BD1为110KV环形网络中的一条线路，为了保证环网各线路的保护都有足够的灵敏度和选择性，降低网络保护的动作时限，确定在各线路上都装设三段式距离保护。
（2）
A-BD为110KV辐射形线路，为保证线路的可靠性，装设电流保护。
6.2.1距离保护原理:
系统的运行方式变化增大，长距离中符电压保护的灵敏度、快速性、选择性往
电力系统的迅速发展，出现了一些新的情况:
合线路增多，网络结构复杂化。
这些情况下电流、不能满足要求。
在起一段装设的保护，如能测量出故障点至保护安装处的距离并即可怕不断出故障点的位置从而决定起行为。
这种方式显然不受
这样构成的保护就是距离保护。
对于高电压、大电流的电力系统，
，假设保1,则测量元件感受到的测量阻抗乙=乙。
又因
为变比为1,在阻抗继电器上设置的整定阻抗
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