电力系统继电保护课程设计方案.docx
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电力系统继电保护课程设计方案
前言
《电力系统继电保护》作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。
在完成了理论的学习的基础上，为
了进一步加深对理论知识的理解，本专业特安排了本次课程设计。
电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。
而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过
各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。
在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。
电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。
本
次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。
其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。
通过此次线路保护的设计可以巩固我们本学期所学的《电力系统继电保护》这一课程的理论知识，能提高我们提出问题、思考问题、解决问题的能力。
1/36
1
1.1
，正常发电
（3>
（4>
（5>
（6>
1.2
（1>
（2>各开关保护配置方案，计算配置各线路的保护及计算出各保护的二次动作
（3>
（4>设计一套电压二次回路断线闭锁装置，二次断线时闭锁，故障时开放。
（5>
1.3
配置原理图等）。
2/36
110KV线路继电保护课程设计
[摘要]：
为给110KV单电源环形电网进行继电保护设计，首先选择过电流保
护，对电网进行短路电流计算，包括适中电流的正序、负序、零序电流的短路
计算，整定电流保护的整定值。
在过电流保护不满足的情况下，相间故障选择
距离保护，接地故障选择零序电流保护，同时对距离保护、零序电流保护进行
整定计算，并用AUOCAD绘制出保护配置原理图。
[关键词]：
继电保护、短路电流、整定计算
1运行方式的选择
1.1运行方式的选择原则
1.1.1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。
1.1.2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。
1.1.3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。
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1.1.4流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择
（1>相间保护
对单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大短路电流出现在最大运行方
式；
而最小短路电流，则出现在最小运行方式。
对于双电源的网络，一般<当取Z1=Z2时）与对侧电源的运行方式无关，
可按单侧电源的方法选择。
对于环状网络中的线路，流过保护的电大短路电流应选取开环运行方式，
开环点应选在所整定保护线路的相邻下一线线路上。
而对于电小短路电流，则
应选闭环运行方式，同时再合理停用该保护背后的机组、变压器及线路。
（2>零序电流保护
对于单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大零序短路电流与最小零序电
流，其选择方法可参照相间短路中所述，只需注意变压器接地点的变化。
对于双电源的网络及环状网，同样参照相间短路中所述，其重点也是考虑
变压器接地点的变化。
1.1.5选取流过保护的最大负荷电流的原则
选取流过保护的最大负荷电流的原则如下：
（1>备用电源自动投入引起的增加负荷。
（2>并联运行线路的减少，负荷的转移。
（3>环状网络的开环运行，负荷的转移。
（4>对于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增加负
荷。
1.2本次设计的具体运行方式的选择
电力系统运行方式的变化，直接影响保护的性能。
因此，在对继电保护进
行整定计弊之前，首先应该分析运行方式。
这里要着重说明继电保护的最大运
行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运
行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。
因此，系统的最大
运行方式不一定就是保护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定就是
4/36
保护的最小运行方式。
现结合本次设计具体说明如下，系统的最大运行方式是所有设备全部投入
运行；系统的最小运行方式为发电机G1和G2投入，发电机G3停运。
对保护
1而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式下线路L1回路断开，其他
设备全投；保护1的最小运行方式应该是：
在系统的最小运行方式下线路
L1+L2与L3并联运行。
2．电网各个元件参数计算及负荷电流计算
2.1基准值选择
基准功率：
SB=100MV·A，基准电压：
VB=115V。
基准电流：
IB=SB/1.732
VB=100×103/1.732×115=0.502KA；基准电抗：
ZB=VB/1.732IB=115×103/1.732
×502=132.25Ω；电压标幺值：
E=E（2>=1.05
2.2电网各元件等值电抗计算
2.2.1输电线路等值电抗计算
（1>线路L1等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL1=X1L1=0.4×50=20Ω
XL1*=XL1/ZB=20/132.25=0.1512
零序电抗：
XL10=X0L1=3X1L1=3×0.4×50=60Ω
XL10*=XL10/ZB=60/132.25=0.4537
（2>线路L2等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL2=X1L2=0.4×40=16Ω
XL2*=XL2/ZB=16/132.25=0.121
零序电抗：
XL20=X0L2=3X1L2=3×0.4×40=48Ω
XL20*=XL20/ZB=48/132.25=0.363
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（3>线路L3等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL3=X1L3=0.4×90=36Ω
XL3*=XL3/ZB=36/132.25=0.2722
零序电抗：
XL30=X0L3=3X1L3=3×0.4×90=108Ω
XL30*=XL30/ZB=108/132.25=0.8166
（4>线路L4等值电抗计算
正序以及负序电抗：
XL4=X1L4=0.4×25=10Ω
XL4*=XL4/ZB=10/132.25=0.0756
零序电抗：
XL40=X0L4=3X1L4=3×0.4×25=30Ω
XL40*=XL40/ZB=30/132.25=0.2268
2.2.2变压器等值电抗计算
（1>变压器T1、T2等值电抗计算
XT1=XT2=（UK%/100>×（VN2×103/SN>≈40.333Ω
XT1*=XT2*=XT1/ZB=40.333/132.25=0.3050
（3>变压器T4、、T6、等值电抗计算
XT4==XT6==（UK%/100>×（VN2×103/SN>≈63.5Ω
XT6*=XT7*=XT4*=XT5*=0.4802
2.2.3发电机等值电抗计算
（1>发电机G1、G2电抗标幺值计算
XG1*=XG2*=Xd1SB/SG1=Xd1SBCOSφ/PG1=0.132×100×0.8/25=0.4224
（2>发电机G3电抗标幺值计算
XG3*=Xd3SB/SG3=Xd3SBCOSφ/PG3=0.129×100×0.8/50=0.2064
2.2.4最大负荷电流计算
（1>B、C母线最大负荷电流计算
最大负荷电流计算（拆算到110KV>
I
=I
=P
V
2
/1.732UCOSφ
fhB·max
fhC·max
av
fhBmax
=20×103/1.732×115×0.8≈0.1255KA；
6/36
2.2.5各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流
（2>保护2的最大运行方式：
发电机Fl、P2、F3全投入，断开L3回路；通
过保护2最大负荷电流为Ifhmax13113179341A。
保护2的最小运行方
式；F3停，线路全部运行。
（3>保护4的最大运行方式：
Fl、F2、F3全投，继开线路L3；通过保护4
的最大负荷电流为Ifhmax13179210A。
保护4的最小运行方式：
F3停，线
路全部运行。
（6>保护6因正常运行时不可能有正向电流通过，要是有正向电流
通过，一定是线路发生故障。
为此，在保护3和保护7上只需判别电流（功率>的方向即可，故不用分析保护3和保护6的运行方式。
3短路电流计算
3.1电网等效电路图
由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运行方式（三台发电机全部投入,系统环网取开网运行>时各线路未端短路的情况,最小运行方下（三台中最小的一台投入,系统按环网计算>时各线路未端短路的情况。
电网等效电路图如图3.1所示
图3.1电网等效电路图
3.2短路电流计算
3.2.1d1点发生短路时流过断路1
（1>d1点短路最大运行方式下等值图如图3.2.1（a>
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3.2.1（a>d1点短路时最大运行方式下的等值电路图
进一步简化后得图3.2.1（b>
3.2.1（b>简化图
XGT=（XG1+XT1>×（XG2+XT2>/（XG1+XT1+XG2+XT2>=0.3637
XGT3=XG3+XT3=0.2064+0.1601=0.3665
XL=XL1+XL2+XL3=0.1512+0.121+0.2722=0.5444
图3.2.1（b>正序短路电路图
其中：
XdT=XGT×XGT3/（XGT+XGT3>=0.3637×0.3665/（0.3637+0.3665>=0.18255
Xff1=XdT+XL=0.18255+0.5444=0.72695
Id1·max*=E/Xff1=1.05/0.72695≈1.4444
Id1·max=Id1·max*IB=1.4444×0.502≈0.725KA
（2>最小运行方式两相短路正序短路电流
Xff1=Xd1+XT1＋XL=0.4224+0.3050+0.5444=1.2718
Xff1（2>（2>=Xff1
（2>
（0>
/（Xff1
＋Xff1（2>
（2>
>=Vf
（0>
/2Xff1
=1.05/2
×1.2718=0.4128
Ifa（1>
=Vf
If（2>*=1.732Ifa（1>（2>=1.732×0.4128=0.7150
（2>
=If
（2>
=0.7150×0.502=0.3589KA
If
*I
B
（3>最大运行方式两相短路零序短路电流.
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图3.2.1（c>零序短路电路图
XTT（0>=XT1（0>/2=0.1525
XT（0>=0.1525×0.1601/（0.1525+0.0.1601>=0.0781
XTBL（0>=（0.4536+0.0781>×0.2401/（0.4536+0.0781+0.2401>=0.167
XTL（0>=（0.2268+0.6405>×0.2401/（0.2268+0.6405+0.2401>=0.188
XTLB（0>=（0.363+0.167>×0.188/（0.363+0.167+0.188>=0.1388
Xff1（0>=XL3（0>+XTLB（0>=0.8166＋0.1388=0.9554
Iff1（0>*=E（0>/Xff1（0>=1.05/0.9554=1.099
Iff1（0>=Iff1（0>*IB=1.099×0.502=0.552KA
3.2.2d2发生短路时流过断路2
（1>最大运行方式正序短路电流
Xff2=XdT+XL3=0.18255+0.2722=0.45475
Id2·max*=E/Xff2=1.05/0.45475≈2.309
Id2·max=Id2·max*IB=2.309×0.502≈1.159KA
（2>最小运行方式两相短路正序短路电流
X2=（XL1+XL2>×XL3/（XL1+XL2+XL3>=XL3/2=0.1361
Xff2=Xd1+X2=0.18255+0.1361=0.31865
If（3>*=E/2Xff1=1.05/2×0.31865=1.6475
If（3>=If（3>*IB=3.295×0.502=0.827KA
If（2>*=1.732E/4Xff1=1.732×1.05/4×0.31865=1.429
流过断路器1、2、3、4、5和6的短路电流为：
If（2>=If（2>*IB=1.429×0.502=0.7163KA
（3>最大运行方式两相短路零序短路电流,如图3.2.2示
9/36
图3.2.2短路等值电路
XBL（0>
=XL1（0>
×
XTB（0>/（XL1（0>>+XTB（0>>=0.4536
×
0.2401/（
0.4536+0.2401>=0.157
XTL（0>=（XL4（0>+XT8（0>>×XTC（0>/（XL4（0>+XT8（0>+XTC（0>>=0.188
XLB（0>=（XL2（0>+XBL（0>>×XTL（0>/（XL2（0>+XTBL（0>+XTC（0>>=0.138
Xff2（0>=（XL3（0>+XT（0>>×XLB（0>/（XL3（0>+XT（0>>+XLB（0>>=0.1208
Iff2（0>*=E（0>/Xff2（0>=1.05/0.1208=8.692
Iff2（0>=Iff2（0>*IB=8.692×0.502=4.3634KA
3.2.3d3
发生短路时流过断路2
（1>最大运行方式正序短路电流
Xff3=XdT+XL=0.18255+0.5444=0.72695
Id3·max*=E/Xff3=1.05/0.72695≈1.4444
Id3·max=Id3·max*IB=1.4444×0.502≈0.725KA
（2>最小运行方式两相短路正序短路电流
Xff3=Xd1+XT1＋XL=0.4224+0.3050+0.5444=0.9996If（2>*=1.732E/2Xff1=1.732×1.05/2×0.9996=0.9097If（2>=If（2>*IB=0.9097×0.502=0.4567KA
（3>最大运行方式两相短路零序短路电流,如图3.2.3示
图3.2.3短路等值电路
10/36
XTL4（0>=（XL4（0>+XT8>×（XL3（0>+XT>/（XL4（0>+XT8+XL3（0>+XT>
=（0.2268+0.6405>×（0.8166+0.0781>/（0.2268+0.6405+0.8166+0.0781>
=0.4404
XTL2（0>=（XL2（0>+XTC>×XTB/（XL2（0>+XTC+XTB>
=（0.363+0.2401>×0.2401/（0.363+0.2401+0.2401>
=0.1717
XBL（0>=XTL4（0>×XTL2（0>/（XTL4（0>+XTL2（0>>=0.4404×0.1717/（0.4404+0.1717>
=0.1235
Xff3（0>=XL1（0>+XBL（0>=0.4536＋0.1235=0.5771
Iff3（0>*=E（0>/Xff3（0>=1.05/0.5771=1.819
Iff3（0>=Iff3（0>*IB=1.89×0.502=0.913KA
3.2.4d4点发生短路时流过断路1
（1>最大运行方式正序短路电流
Xff4=XdT+XL1=0.18255+0.1512=0.33375
Id4·max*=E/Xff4=1.05/0.33375≈3.146
Id4·max=Id4·max*IB=3.146×0.502≈1.579KA
（2>最小运行方式短路正序短路电流
X3=（XL3+XL2>×XL1/（XL1+XL2+XL3>
=（0.2722+0.121>×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512>=0.1156
Xff2=Xd1+X3=0.18255+0.1156=0.2981
If（3>*=E/Xff1=1.05/0.2981=3.522
If（3>=If（3>*IB=3.522×0.502=1.768KA
流过断路器1、4、5的三相短路电流为：
If（3>1=If（3>×XL1/（XL1+XL2+XL3>
=1.768×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512>
=0.491KA
流过断路器2、3的三相短路电流为：
（3>
（2>
（2>
=1.768KA-0.491KA=1.277KA
If2
=If*－If1
11/36
If（2>*=1.732E/2Xff1=1.732×1.05/2×0.2981=3.0496If（2>=If（2>*IB=3.0496×0.502=1.531KAIf（2>1*=If（2>*×XL1/（XL1+XL2+XL3>
=3.0496×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512>
=0.847
流过断路器1、4、5的短路电流为：
（2>
（2>
*IB=0.847×0.502=0.425KA
If1
=If
流过断路器2、3的短路电流为：
（2>
（2>
（2>
If2
=If
*－If1=1.531KA-0.425KA=1.106KA
（3>最大运行方式两相短路零序短路电流
图3.2.4短路等值电路
X2（0>=（XL4（0>+XT8>×XTC/（XL4（0>+XT8+XTC>
=（0.8166+0.6405>×0.2401/（0.8166+0.6405+0.2401>
=0.2061
X1（0>=（XL1（0>+XT>×XTB/（XL1（0>+XT+XTB>
=（0.4536+0.0781>×0.2401/（0.4536+0.0781+0.2401>
=0.1654
Xff4（0>=X1（0>×（X2（0>+XL2（0>>/（X1（0>+XL2（0>+X2（0>>
=0.1654×（0.2061+0.363>/（0.1654+0.2061+0.363>
=0.1282
Iff4（0>*=E（0>/Xff4（0>=1.05/0.1282=8.193
Iff4（0>=Iff4（0>*IB=8.193×0.502=4.113KA
12/36
3.2.5d4点发生短路时流过断路器2
（1>最大运行方式正序短路电流
其中：
Xff5=XdT+XL3+XL2=0.18255+0.2722+0.121=0.57575
Id5·max*=E/Xff5=1.05/0.57575≈1.824
Id5·max=Id5·max*IB=1.824×0.502≈0.9155KA
（2>最小运行方式短路正序短路电流
X3=（XL3+XL2>×XL1/（XL1+XL2+XL3>
=（0.2722+0.121>×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512>=0.1156
Xff2=Xd1+X3=0.18255+0.1156=0.2981
（3>
If（3>=If（3>*IB=3.522×0.502=1.768KA
流过断路器1、4、5的三相短路电流为：
If（3>1=If（3>×XL1/（XL1+XL2+XL3>
=1.768×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512>
=0.491KA
流过断路器2、3的三相短路电流为：
If2（3>=If（2>*－If1（2>=1.768KA-0.491KA=1.277KA
I
f
（2>*
=1.732E/2X
ff1
=1.732×1.05/2×0.2981=3.0496
If
（2>=If（2>*IB=3.0496×0.502=1.531KA
If（2>
1*=If（2>*×XL1/（XL1+XL2+XL3>
=3.0496×0.1512/（0.2722+0.121+0.1512>
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