110KV线路继电保护课程设计

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。

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图3.3 d1短路时的负序网络图

图3.4 d1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 d1 1.477KA 1.066KA d2 1.097KA 0.8KA d3 0.799KA 0.712KA d4 1.048KA 0.958KA

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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 Zdz' Zdz'' Zdz''' 断路器503 Zdz' Zdz''' 断路器504 Zdz' Zdz'' Zdz''' 断路器506 Zdz' Zdz''' 6.12 9.84 123.7 5.1 t' 0

173.2 8.5 t''' 0.5 t' 0 / 18

15.62 123.3 9.52 170.7 t\" 0.5 t''' 1.0 t' 0 t''' 0.5 4

t\" 0.5 t''' 1.5 t' 0

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 I0'·dz 5.32 t' 0 断路器503 断路器504 断路器506 I0'''·dz I0''·dz I0'''·dz I0'·dz 4.74 t\" 0.5 1.26 t''' 1.5 3.77 t' 0 I0'''·dz I0'·dz 1.28 t''' 0.5 3.95 t' 0 I0''·dz I0'''·dz I0'·dz 3.45 t\" 0.5 1.14 t''' 1.0 2.876 1.04 t' 0 t''' 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。

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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。

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/1.732 VB=100×103/1.732×115=0.502KA；基准电抗：ZB=VB/1.732 IB=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

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(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*=3 XAB*=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=7.2ΩXAC*= XAC/ ZB=7.2/132.25=0.044 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=0.21

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.Ω XT6*= XT5*=0.6305

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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 =2 S2B /3U =2×15000/(1.732×115)=150.62A；(2) A母线最大负荷电流计算

IfhA ·max = 2S3B/3U=2×20000/(1.732×115)=200.8234A

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/1.732 Id1·max=265.6Ω XLD2= E/1.732 Id2·max=330.7Ω XLD3= E/1.732 Id3·max=1.7Ω XLD4= E/1.732 Id4·max=209.9Ω

2.1 d1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∑=16.75Ω X1∑= X2∑=48.23Ω I0·min=E/(2Z2∑+Z0∑)= 115/(2×48.23+16.75)=1.066 KA I0·max=E/(2Z0∑+Z1∑)= 115/(2×16.75+48.23)=1.477KA

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2.2 d2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∑=24.36Ω X1∑= X2∑=43.83Ω I0·min=E/(2Z2∑+Z0∑)= 115/(2×43.83+24.36)=0.8 KA I0·max=E/(2Z0∑+Z1∑)= 115/(2×24.36+43.83)=1.097 KA

2.3 d3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∑=56.8Ω X1∑= X2∑=47.2Ω I0·max=E/(2Z2∑+Z0∑)= 115/(2×47.2+56.8)=0.799 KA I0·min=E/(2Z0∑+Z1∑)= 115/(2×56.8+47.2)=0.712 KA

2.4 d4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∑=34.8Ω X1∑= X2∑=45.6Ω I0·min=E/(2Z2∑+Z0∑)= 115/(2×45.6+34.8)=0.958 KA I0·max=E/(2Z0∑+Z1∑)= 115/(2×34.8+45.6)=1.048 KA

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。

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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=0.5 s (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

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于是Zdz'''= Zf·min/KK\"'Kh Kzq=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。

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3.2.2距离保护Ⅲ段的整定计算

Zf·min =239.03Ω Zdz'''=173.2Ω t=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

3.3.1 Ⅰ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'=0.85 Zdz'=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。

3.3.2 Ⅱ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；

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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=0.5 s (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\"'Kh Kzq=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

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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 =170.34 Zdz'''=123.3 t=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。

继电保护零序电流保护的整定计算和校验

4.1断路器506零序电流保护的整定计算和校验

4.1.1零序电流保护І段的整定计算

(1) 躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0·max,即 KK'=1.2 ,I0'·dz=KK'3I0·max=1.2×3×0.799=2.876KA 由于断路器506无下一回线路，所以无需整定零序保护的第П段

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4.1.2零序电流保护Ш段的整定计算

(1) 起动电流

① 躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流Ibp·max,即 Ibp·max=0.865KA, K\"'K =1.2,I0'''·dz=K\"'K Ibp·max=1.2×0.865=1.04KA (2)灵敏度校验

作为本线路近后备保护时，按相邻线路保护范围末端发生接地故障时、流过本保护的最小零序电流3 I0'''·min来校验，要求Klm≥2,即 Klm=3 I0'''·min/ I0'''·dz=3×0.712/1.04=2.05≥2,符合要求。 (3)动作时限

零序Ш段电流保护的起动值一般很小，在同电压级网络中发生接地地短路时，都可能动作。为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。 t'\"=Δt=0.5

4.2断路器503零序电流保护的整定计算和校验

4.2.1零序电流保护І段的整定计算

(1) 躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0·max,即 KK'=1.2 ,I0'·dz=KK'3I0·max=1.2×3×1.048=3.77KA 由于断路器503无下一回线路，所以无需整定零序保护的第П段

4.2.2零序电流保护Ш段的整定计算

(1) 起动电流

① 躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流Ibp·max,即 Ibp·max=0.936KA, K\"'K =1.2,I0'''·dz=K\"'K Ibp·max=1.2×0.936=1.28KA (2)灵敏度校验

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作为本线路近后备保护时，按相邻线路保护范围末端发生接地故障时、流过本保护的最小零序电流3 I0'''·min来校验，要求Klm≥2,即 Klm=3 I0'''·min/ I0'''·dz=3×0.958/1.28=2.25≥2,符合要求。 (3)动作时限

零序Ш段电流保护的起动值一般很小，在同电压级网络中发生接地地短路时，都可能动作。为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。 t'\"=Δt=0.5

4.3断路器504零序电流保护的整定计算和校验

4.3.1零序电流保护І段的整定计算

(1) 躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0·max,即 KK'=1.2 ,I0'·dz=KK'3I0·max=1.2×3×1.097=3.95KA

4.3.2零序电流保护П段的整定计算

(1) 起动电流

零序П段的起动电流应与下一段线路的零序І段保护相配合。 该保护的起动电流I0''·dz为：取KK''=1.2， I0''·dz= KK'' I0'·dz =1.2×2.876=3.45KA (2) 动作时限：

零序П段的动作时限与相邻线路零序І段保护范围相配合，动作时限一般取0.5s。

(3) 灵敏度校验：

零序П段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足Klm≥1.5的要求，即Klm=3I0·min/ I0''·dz=3×1.8/3.45=1.65≥1.5

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4.3.3零序电流保护Ш段的整定计算

(1) 起动电流

与下一线路零序电流Ш段相配合就是本保护零序Ш段的保护范围，不能超出相邻线路上零序Ш段的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时（有中性点接地变压器时），起动电流整定为I0'''·dz=K\"'KI0'''·dz下一线=1.1×1.04=1.144KA (2)灵敏度校验

作为本线路近后备保护时，按相邻线路保护范围末端发生接地故障时、流过本保护的最小零序电流3 I0'''·min来校验，要求Klm≥2,即 Klm=3 I0'''·min/ I0'''·dz=3×0.8/1.144=2.4≥2,符合要求。 (3)动作时限

零序Ш段电流保护的起动值一般很小，在同电压级网络中发生接地地短路时，都可能动作。为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。 t4'\"=2Δt=1.0

4.4断路器501零序电流保护的整定计算和校验

4.4.1零序电流保护І段的整定计算

(1) 躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0·max,即 KK'=1.2 ,I0'·dz=KK'3I0·max=1.2×3×1.477=5.32KA

4.4.2零序电流保护П段的整定计算

(1) 起动电流

零序П段的起动电流应与下一段线路的零序І段保护相配合。 该保护的起动电流I0''·dz为：取KK''=1.2， I0''·dz= KK'' I0'·dz =1.2×3.95=4.74KA (2) 动作时限：

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零序П段的动作时限与相邻线路零序І段保护范围相配合，动作时限一般取0.5s。

(3) 灵敏度校验：

零序П段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足Klm≥1.5的要求，即Klm=3I0·min/ I0''·dz=3×1.66/2.74=1.8≥1.5

4.4.3零序电流保护Ш段的整定计算

(1) 起动电流

与下一线路零序电流Ш段相配合就是本保护零序Ш段的保护范围，不能超出相邻线路上零序Ш段的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时（有中性点接地变压器时），起动电流整定为I0'''·dz=K\"'KI0'''·dz下一线=1.1×1.144=1.26KA (2)灵敏度校验

作为本线路近后备保护时，按相邻线路保护范围末端发生接地故障时、流过本保护的最小零序电流3 I0'''·min来校验，要求Klm≥2,即 Klm=3 I0'''·min/ I0'''·dz=3×1.066/1.26=2.5≥2,符合要求。 (3)动作时限

零序Ш段电流保护的起动值一般很小，在同电压级网络中发生接地地短路时，都可能动作。为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。 t4'\"=3Δt=1.5

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