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KV线路继电保护课程设计

封面

作者：

PanHongliang

仅供个人学习

110KV电网线路继电保护课程设计

一、设计资料

1．110KV系统电气主接线

110KV系统电气主接线如下图所示

2．系统各元件主要参数：

（1）发电机参数

机组

容量（MVA）

额定电压（KV）

额定功率因数

＃1、＃2

2×15

10．5

0．8

13.33

（2）输电线路参数

AS2

BS1

LGJ－185/15

LGJ－240/25

LGJ－185/18

LGJ－240/28

ф＝670

ф＝710

ф＝670

ф＝710

（3）变压器参数

序号

1B、2B

3B、4B

5B、6B

型号

SF－15000/110

SF－20000/110

SF－15000/110

接线组别

Y0/△－11

短路电压

10.2%

10.41%

10.4%

变比

110±8×1.5%

110±2×2.5%

110±8×2.5%

（4）CT、PT变比

AB线

AC线

AS2线

BS1线

CT变比

600/5

150/5

600/5

PT变比

110000/100

变压器绝缘采用分段绝缘.中性点不允许过电压，经动稳定计算，110KV线路切除故障时间<0.5秒可满足系统稳定要求.

二、设计内容

1.CA线路保护设计

2.、AC、AB线路保护设计

3.BA、线路保护设计

三、设计任务

1.系统运行方式和变压器中性点接地的选择

2.故障点的选择及正、负、零序网络的制定

3.短路电流计算

4．线路保护方式的选择、配置与整定计算（选屏）

*5．主变及线路微机保护的实现方案

6．线路自动综合重合闸

7．保护的综合评价

8、110KV系统线路保护配置图，*主变保护交、直流回路图

参考资料:

[1]韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册[M].北京:

中国水利电力出版社，2003

[2]何仰赞，温增银.电力系统分析上、下册[M].武汉:

华中科技大学出版社，2002

[3]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:

中国电力出版社，1994

[4]尹项根，曾克娥.电力系统继电保护原理与应用上册[M].武汉:

华中科技大学出版社，2001

[5]陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:

中国水利出版社,1992

[6]孙国凯，霍利民.电力系统继电保护原理[M].北京:

中国水利出版社，2002

[7]有关国家标准、设计规程与规范、图纸

前言

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.

摘要

本设计以110KV线路继电保护为例，简述了零序电流保护和距离保护的具体整定方法和有关注意细节，对输电网络做了较详细的分析同时对于不同运行方式环网各个断路器的情况进行了述说，较为合理的选择了不同线路，不同场合下的断路器、电流互感器、电压互感器的型号.

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系统运行方式和变压器中性点接地的选择

1.1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.

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算之前，首先应该分析运行方式.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或G2投入.对保护501而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式；保护501的最小运行方式应该是在系统的最小运行方式.所有变压器星型侧接地.

2故障点的选择和正、负、零序网络的制定

如图3.1所示，在整个系统中选择了4个短路点d1、d2、d3、d4.之所以选这四个点是因为本系统需要零序电流保护，通过这四点算出最大最小零序电流为后面的零序电流整定奠定基础.图3.2、3.3、3.4是d1短路时的正、负、零序网络图，由于篇幅所限，其他短路点的网络图这里没有画出来.

图3.1等值电路图和各短路点

图3.2d1短路时的正序网络图

图3.3d1短路时的负序网络图

图3.4d1短路时的零序网络图

3零序短路电流的计算成果（具体过程参考附录二）

表4.1

短路点

最大短路零序电流

最小短路零序电流

1.477KA

1.066KA

1.097KA

0.898KA

0.799KA

0.712KA

1.048KA

0.958KA

4线路保护方式的选择、配置方案的确定

4.1保护的配置原则

小电流接地系统（35KV及以下）输电线路一般采用三段式电流保护反应相间短路故障：

由于小电流接地系统没有接地点，故单相接地短路仅视作异常运行状态，一般利用母线上的绝缘检查装置发信号，由运行人员分区停电寻找接地设备.对于变电站来讲，母线上出线回路较多，也涉及供电的连续性问题，故一般采用零序电流保护反应接地故障.

110KV输电线路一般采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式.对于极个别非常短的线路，如有必要也可以采用纵差保护作为主保护.

4.2配置方案的确定

根据题目的要求和保护的配置原则，从经济性出发：

本系统线路的保护方式采用三段式相间距离保护作为故障的保护方式，采用阶段式零序电流保护作为接地短路的保护方式.其中，第一段作为线路的主保护，二、三段作为后备保护.

5继电保护距离保护的整定计算成果（具体过程参考附录三）

表6.1

断路器501

断路器503

断路器504

断路器506

Zdz'

Zdz''

Zdz'''

Zdz'

Zdz'''

Zdz'

Zdz''

Zdz'''

Zdz'

Zdz'''

6.12

9.84

123.7

5.1

173.2

8.5

15.62

123.3

9.52

170.7

t'''

0.5

1.5

0.5

1.0

0.5

6继电保护零序电流保护的整定计算成果（具体过程参考附录四）

表7.1

断路器501

断路器503

断路器504

断路器506

I0'·dz

I0''·dz

I0'''·dz

I0'·dz

I0'''·dz

I0'·dz

I0''·dz

I0'''·dz

I0'·dz

I0'''·dz

5.32

4.74

1.26

3.77

1.28

3.95

3.45

1.14

2.876

1.04

t'''

0.5

1.5

0.5

1.0

0.5

7保护的综合评价

7.1距离保护的综合评价

主要优点：

能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反应电压的降低和电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度.其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定.

主要缺点：

不能实现全线瞬动.对双侧电源线路，将有全线的30﹪～40﹪的第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的.阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些.

7.2对零序电流保护的评价

零序电流保护通常由多段组成，一般是四段式，并可根椐运行需要增减段数.为了某些运行情况的需要，也可设置两个一段或二段，以改善保护的效果.接地距离保护的一般是二段式，一般都是以测量下序阻抗为基本原理.接地距离保护的保护性能受接地电阻大小的影响很大.

当线路配置了接地距离保护时，根椐运行需要一般还应配置阶段式零序电流保护.特别是零序电流保护中最小定值的保护段，它对检测经较大接地电阻的短路故障较为优越.因此，零序电流保护不宜取消，但可适当减少设置的段数.

零序电流保护和接地距离保护一般按阶梯特性构成，其整定配合遵循反映同种故障类型的保护上下级之间必须相互配合的原则，主要考虑与相邻下一级的接地保护相配合；当装设接地短路故障的保护时，则一般在同原理的保护之间进行配合整定.

结束语

通过本次课程设计，对继电保护的设计有了进一步的了解和掌握.通过对课本和参考书籍的翻阅，进一步提高了独立自主完成设计的能力.本课程设计是针对与110kv电网在不同运行方式以及短路故障类型的情况下进行的分析和整定，因此它可以保护发生上述各种故障和事故时的系统网络，再设计思路中紧扣继电保护的四要求：

1速动性2灵敏性3可靠性4选择性.

在本次课程设计中，重新回顾了电力系统分析，电路，电机学，CAD等专业课.因为这次课程设计涉及的知识面较广，基本上涵盖了所有专业课知识，对短路计算，电路的化简进一步加深了认识，通过和同学的讨论加强了团队合作意识.

参考资料

[8]韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册[M].北京:

中国水利电力出版社，2003

[9]何仰赞，温增银.电力系统分析上、下册[M].武汉:

华中科技大学出版社，2002

[10]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:

中国电力出版社，1994

[11]尹项根，曾克娥.电力系统继电保护原理与应用上册[M].武汉:

华中科技大学出版社，2001

[12]陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:

中国水利出版社,1992

[13]孙国凯，霍利民.电力系统继电保护原理[M].北京:

中国水利出版社，2002

[14]有关国家标准、设计规程与规范、图纸

附录一电网各元件等值电抗计算

1.1基准值选择

基准功率：

SB=100MV·A，基准电压：

VB=115KV.基准电流：

IB=SB/1.732VB=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

1.2输电线路等值电抗计算

（1）线路AS2等值电抗计算

正序以及负序电抗：

XAS2=X1LAS2=0.4×15=6Ω

XAS2*=6/132.25=0.04537

零序电抗：

XAS20=X1LAS2=3X1LAS2=3×6=18Ω

XAS20*=XAS20/ZB=18/132.25=0.1361

（2）线路AB等值电抗计算

正序以及负序电抗：

XAB=X1LAB=0.4×25=10Ω

XAB*=XAB/ZB=10/132.25=0.07561

零序电抗：

XAB0=X0LAB=3XAB=30Ω

XAB*=3XAB*=0.2268

（3）线路AC等值电抗计算

正序以及负序电抗：

XAC=X1LAC=0.4×18=7.2Ω

XAC*=XAC/ZB=7.2/132.25=0.05444

零序电抗：

XAC0=3XAC=21.6Ω

XAC0*=3XAC*=0.1633

（4）线路BS1等值电抗计算

正序以及负序电抗：

XBS1=0.4×28=11.2Ω

XBS1*=11.2/132.25=0.08469

零序电抗：

XBS10=3XBS1=33.6Ω

XBS20*=3XBS1*/ZB=0.2541

1.3变压器等值电抗计算

（1）变压器1B、2B等值电抗计算

XT1=XT2=（UK%/100）×（VN2×103/SN）≈98.736Ω

XT1*=XT2*=XT1/ZB=98.736/132.25=0.7466

（2）变压器3B、4B等值电抗计算

XT3=XT4=（UK%/100）×（VN2/SN）≈62.9805Ω

XT3*=XT4*=XT3/ZB=62.9805/132.25=0.4762

（3）变压器5B、6B等值电抗计算

XT5=XT6=XT7=（UK%/100）×（VN2/SN）≈83.89Ω

XT6*=XT5*=0.6305

1.4发电机等值电抗计算

（1）发电机G1、G2电抗标幺值计算

XG1=0.7109×132.25=94.0165Ω

XG1*=XG2*=X%SB/SG=0.7109

1.5最大负荷电流计算

（1）B母线最大负荷电流计算（拆算到110KV）

IfhB·max=2S2B/U=2×15000/（1.732×115）=150.62A；

（2）A母线最大负荷电流计算

IfhA·max=2S3B/U=2×20000/（1.732×115）=200.8234A

附录二零序短路电流的计算

根据最大负荷电流可求出对应的负荷阻抗

XLD1=E/1.732Id1·max=265.6Ω

XLD2=E/1.732Id2·max=330.7Ω

XLD3=E/1.732Id3·max=189.7Ω

XLD4=E/1.732Id4·max=209.9Ω

2.1d1点短路的零序电流

根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出

X0∑=16.75ΩX1∑=X2∑=48.23Ω

I0·min=E/（2Z2∑+Z0∑）=115/（2×48.23+16.75）=1.066KA

I0·max=E/（2Z0∑+Z1∑）=115/（2×16.75+48.23）=1.477KA

2.2d2点短路的零序电流

根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出

X0∑=24.36ΩX1∑=X2∑=43.83Ω

I0·min=E/（2Z2∑+Z0∑）=115/（2×43.83+24.36）=0.898KA

I0·max=E/（2Z0∑+Z1∑）=115/（2×24.36+43.83）=1.097KA

2.3d3点短路的零序电流

根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出

X0∑=56.8ΩX1∑=X2∑=47.2Ω

I0·max=E/（2Z2∑+Z0∑）=115/（2×47.2+56.8）=0.799KA

I0·min=E/（2Z0∑+Z1∑）=115/（2×56.8+47.2）=0.712KA

2.4d4点短路的零序电流

根据题目给的数据和正、负、零序网图可求出

X0∑=34.8ΩX1∑=X2∑=45.6Ω

I0·min=E/（2Z2∑+Z0∑）=115/（2×45.6+34.8）=0.958KA

I0·max=E/（2Z0∑+Z1∑）=115/（2×34.8+45.6）=1.048KA

附录三继电保护距离保护的整定计算和校验

3.1断路器501距离保护的整定计算和校验

3.1.1距离保护І段的整定计算

（1）动作阻抗

对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定.

取KK'=0.85；Zdz'=KK'ZLCA=0.85×7.2=6.12Ω；

（2）动作时限

距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s.

3.1.2距离保护П段的整定计算和校验

（1）动作阻抗：

按下列三个条件选择.

①与相邻线路LAS2的保护的І段配合

Zdz''=KK''（ZLCA+K'Kfh·minZLAS2）

Kfh·min=ILAS/ILCA=1于是

Zdz''=KK''（ZLCA+K'Kfh·minZLAS2）=0.8×（7.2+0.85×6）=9.84Ω；

②与相邻线路L2的保护的І段配合

Zdz''=0.8×（7.2+0.85×10）=12.56Ω；

③按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定

Zdz''=KK''（ZLCA+K'Kfh·minZLTC）=0.7×（7.2+1×31.5）=27.09Ω；

取上面最小值为Ⅱ段整定值即Zdz''=9.84Ω

（2）动作时间t1"=Δt=0.5s

（3）灵敏性校验：

Klm=Zdz''/ZLCA=9.84/7.2=1.37＜1.5,不满足要求.

3.1.3距离保护Ш段的整定计算和校验

（1）动作阻抗：

按躲开最小负荷阻抗整定；

Kzq=1,Kh=1.15,KK"'=1.2，If·max=316.3A

Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×115/（1.732×350）=170.74Ω

于是Zdz'''=Zf·min/KK"'KhKzq=170.74/1.2×1.15×1=123.72Ω

（2）动作时间：

t'''1=3t=1.5s

（3）灵敏性校验：

①本线路末端短路时的灵敏系数为：

Klm=Zdz'''/ZLCA=123.72/7.2=17.2>1.5满足要求

②相邻元件末端短路时的灵敏系数为：

І相邻线路LAS2路时的灵敏系数为；

最大分支系数为1：

Klm=Zdz'''/（ZLCA+ZLAS2）=123.72/（7.2+6）=9.4>1.2，满足要求

П相邻线路LAB末端短路时的灵敏系数为；

最大分支系数：

Kfh·max=1

Klm=Zdz'''/（ZLCA+ZLAB）==123.72/（7.2+10）=7.2>1.2，满足要求

Ш相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；

最大分支系数：

Kfh·max=1

Klm=Zdz'''/（ZLCA+ZT）==123.72/（7.2+31.5）=3.2>1.2，满足要求

3.2断路器503距离保护的整定计算和校验

3.2.1距离保护І段的整定计算

（1）动作阻抗

对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定.

取KK'=0.85

Zdz'=KK'ZLAS2=0.85×6=5.1Ω；

（2）动作时限

距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s.

3.2.2距离保护Ⅲ段的整定计算

Zf·min=239.03ΩZdz'''=173.2Ωt=0.5s

灵敏度校验：

KLM=173.2/6=28.9＞1.5满足要求

3.3断路器504距离保护的整定计算和校验

3.3.1Ⅰ段整定计算

（1）动作阻抗

对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定.

取KK'=0.85Zdz'=KK'ZLAB=0.85×10=8.5Ω；

（2）动作时限

距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s.

3.3.2Ⅱ段整定计算

（1）动作阻抗：

按下列三个条件选择.

①与相邻线路BS1的保护的І段配合

Zdz''=KK''（ZLAB+K'Kfh·minZLBS1）

Kfh·min=1

Zdz''=0.8×（1.07+0.85×11.2）=15.62Ω；

②按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定

Zdz''=KK''（ZLAB+Kfh·minZTC）

Kfh·min==1

Zdz''=0.8×（10+42）=41.6Ω；

取以上二个计算值中最小者为П段整定值，即取Zdz''=15.62Ω；

（2）动作时间：

t1"=Δt=0.5s

（3）灵敏性校验：

Klm=Zdz''/ZLAB=15.62/1.07=1.56＞1.5,满足要求.

3.3.3距离保护Ⅲ段的整定计算和校验

（1）动作阻抗：

按躲开最小负荷阻抗整定；

Zf·min=0.9Ue/1.732If·max=0.9×115×1000/350=170.74Ω

于是：

Zdz'''=Zf·min/KK"'KhKzq=170.74/1.2×1.15×1=123.3Ω

（2）动作时间：

t'''=2Δt=1s

（3）灵敏性校验：

①本线路末端短路时的灵敏系数为：

Klm=Zdz'''/ZLAB=123.3/10=12.3>1.5，满足要求

②相邻元件末端短路时的灵敏系数为：

І相邻线路LBS1末端短路时的灵敏系数为；

Kfh·max=1

Klm=Zdz'''/（ZLAB+Kfh·maxZLBS1）=5.8>1.2，满足要求

П相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；

Kfh·max=1

Klm=Zdz'''/（ZLAB+Kfh·maxZTC）==123.3（10+42）=2.4>1.2，满足要求

3.4断路器506距离保护的整定计算和校验

3.4.1距离保护І段的整定计算

（1）动作阻抗

对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定.

取KK'=0.85；Zdz'=KK'ZLBS1=0.85×11.2=9.52Ω；

（2）动作时限

距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s.

由于506后没有线路，故无需进行Ⅱ、Ⅲ段整定.

3.4.2距离保护Ⅲ段的整定计算

Zf·min=170.34Zdz'''=123.3t=1s

Klm=123.3/11.2=11＞1.5满足要求

3.5断路器502、505装距离保护基本没作用，由于该系统是单电源供电，也不需装功率方向继电保护.

附录四继电保护零序电流保

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