继电保护课程设计

继电保护课程设计

题 目 220kV电网线路保护设计 学院名称 电气工程学院

摘要：本文研究的是关于220kV电网继电保护。通过本次设计掌握和巩固电力系统继电保护的相关专业理论知识，熟悉电力系统继电保护的设计步骤和设计技能，根据技术规范，选择和论证继电保护的配置选型的正确性并培养自己在实践工程中的应用能力、创新能力和独立工作能力。

由于各种继电保护适应电力系统运行变化的能力都是有限的，因而，对于继电保护整定方案的配合不同会有不同的保护效果，如何确定一个最佳的整定方案，将是从事继电保护工作的工程技术人员的研究课题。总之，继电保护既有自身的整定技巧问题，又有继电保护配置与选型的问题，还有电力系统的结构和运行问题。尤其，对于本文中220kV高压线路分相电流差动保护投运前的现场试验，一直是困扰技术人员的一个问题，由于线路两端距离的限制，现场试验不能像试验室那样方便。另外，光纤保护在长距离和超高压输电线路上的应用还有一定的局限性，在施工和管理应用上仍存在不足，但是从长远看，随着光纤网络的逐步完善、施工工艺和保护产品技术的不断提高，光纤保护将占据线路保护的主导地位。

关键词：电网、光纤网络、自动重合闸。

目录

1 绪论 ......................................................... 1 1.1 电力系统继电保护概论 ..................................... 1 1.2 对继电保护动作的基本要求 ................................. 1 1.3 继电保护的构成 ........................................... 2 2 220KV电网元件参数的计算 ..................................... 4 2.1 设计原则和一般规定 ....................................... 4 2.2 220KV电网元件参数计算原则 ................................ 4 2.2.1标幺值的概念 .......................................... 4 2.3 发电机参数的计算 ......................................... 5 2.4 变压器参数的计算 ......................................... 6 2.4.1 双绕组变压器参数计算公式： ........................... 6 2.5 输电线路参数的计算 ....................................... 9 3 输电线路上TA、TV及中性点接地的选择 ......................... 11 3.1 输电线路上TA、TV变比的选择 ............................. 11 3.1.1 TA的配置原则 ........................................ 11 3.2 变压器中性点接地方式的选择 .............................. 12 3.2.1 变压器中性点接地的位置和数目的具体选择原则 ........... 13 4 短路电流的计算 .............................................. 14 4.1电力系统短路计算的主要目的 ............................... 14 4.1.1电力系统短路计算的主要目的是： ....................... 14 4.2 运行方式确定的原则 ...................................... 14 4.2.1最大运行方式 ......................................... 14 4.2.2最小运行方式 ......................................... 14 4.3 网络等效图的化简 ........................................ 15 4.3.1正序等效图 ........................................... 15 4.3.2零序等效图 ........................................... 15 4.4 关于相间距离保护的短路计算 .............................. 16 4.4.1对1QF而言： ......................................... 16 4.4.2 最大分支系数Kb，max的计算 .......................... 17

4.5 关于零序电流保护的短路计算 .............................. 20 4.5.1 零序电流3I1,max的计算 ................................. 20

04.5.2 最大三相短路电路的计算Ik(3)........................... 28 ,max 5 自动重合闸 .................................................. 32 5.1自动重合闸的基本概述 ..................................... 32 5.1.1 概述 ................................................ 32 5.1.2 自动重合闸的配置原则 ................................ 32 5.2 自动重合闸的基本要求 .................................... 32 结束语 ........................................................ 35 参考文献 ...................................................... 36 附录 .......................................................... 37

电力网主接线图 ............................................. 37

1 绪论

1.1 电力系统继电保护概论

由于电力系统是一个整体，电能的生产、传输、分配和使用是同时实现的，各设备之间都有电或磁的联系。因此，当某一设备或线路发生短路故障时，在瞬间就会影响到整个电力系统的其它部分，为此要求切除故障设备或输电线路的时间必须很短，通常切除故障的时间小到十分之几秒到百分之几秒。只有借助于装设在每个电气设备或线路上的自动装置，即继电保护，才能实现。因此，继电保护的基本任务有：

（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，并使系统无故障的部分迅速恢复正常运行，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。

1.2 对继电保护动作的基本要求

继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。 （1）选择性

所谓继电保护装置动作的选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒绝动作时，应由相邻设备或线路的保护装置将故障切除。 （2）速动性

所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障，对提高电力系统运行的可靠性具有重大的意义。 （3）灵敏性

所谓继电保护装置的灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反映能力。 （4）可靠性

所谓保护装置的可靠性是指在保护范围内发生的故障该保护应该动作时，不应该由于它本身的缺陷而拒绝动作；而在不属于它动作的任何情况下，则应该可靠不动作。

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1.3 继电保护的构成

继电保护装置可视为由测量部分、逻辑部分和执行部分等组成，如图1.1所示，各部分功能如下：

图1.1 模拟型继电保护装置原理框图

（1）测量部分

测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较的结果，判断保护是否应该启动的部件。 （2）逻辑部分

逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分的部件。 （3）执行部分

执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的对外操作的任务的部件。如检测到故障时，发出动作信号驱动断路器跳闸；在不正常运行时发出告警信号；在正常运行时，不产生动作信号。

1.4 微机继电保护的特点

（1）维护调试方便

微机保护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。如果硬件完好，对于以成熟的软件，只要程序和设计时一样（这很容易检查），就必然会达到设计的要求，用不着逐台作各种模拟试验来检验每一种功能是否正确。 （2）可靠性高

计算机在程序指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可以实现常规保护很难办到的自动纠错。另外，它有自诊断能力，能够自动检测出本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动，因此可靠性很高。 （3）易于获得附加功能

应用微型计算机后，如果配置一个打印机，或者其它显示设备，可以在系统发生故障后提供多种信息。 （4）灵活性大

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由于计算机保护的特性主要由软件决定，因此，只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。 （5）保护性能得到很好改善

由于计算机的应用，使很多原有形式的继电保护中存在的技术问题，可找到新的解决办法。例如对接地距离的允许过度电阻的能力，距离保护如何区别振荡和短路等问题都以提出许多新的原理和解决办法。

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2 220kV电网元件参数的计算

2.1 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。

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合我国电网要求的有运行经验的技术。

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。

2.2 220kV电网元件参数计算原则

2.2.1标幺值的概念

（1）参数计算需要用到标幺值或有名值，因此做下述简介。 在标幺制中，单个物理量均用标幺值来表示，标幺值的定义如下： 标幺值=实际有名值（任意单位）/基准值（与有名值同单位）

当选定电压、电流、阻抗和功率的基准值分别为UB、IB、ZB和SB时，相应的标幺值为：

U*=U/UB I*=I/IB Z*=Z/ZB S*=S/SB

使用标幺值，首先必须选定基准值。电力系统的各电气量基准值的选择，在符合电路基本关系的前提下，原则上可以任意选取，但四个基准值只能任选两个，其余两个则由上述关系式决定。至于先选定哪两个基准值，原则上没有限制，但习惯上多选定UB 和SB。这样电力系统主要涉及三相短路的IB、ZB， 可得；

IＢ＝ＳＢ／3UＢ

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ＺＢ＝UＢ／3ＩＢ＝U2B／ＳＢ

UB和SB原则上选任何值都可以，但应根据计算的内容及计算方便来选择。通常UB多选为额定电压或平均额定电压，ＳB可选系统的或某发电机的总功率；有时也可取一整数，如100、1000MVA等。 （2）标幺值的归算

本网络采用近似计算法

近似计算：标幺值计算的近似归算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进行。结合本网络选取基准值：SB=1000MVA ； UB=230kV；

2UB2302ZB???52.9?

SB10002.3 发电机参数的计算

发电机的电抗有名值：

?(%)UN2Xd X?100SN发电机的电抗标幺值：

Xd?(%)SB X??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230kV； SB —— 基准容量1000MVA； SN ——发电机额定容量235.294MVA.

已知： PN = 200MW UN =15.8 kV cos?= 0.85 X\d=0.1444 则： SN =

PN =200= 235.294 MVA 0.85COS?Xd\ (%)SB XG* = =0.1444?1000 =0.614

235.294100SN22X\UBd(%)230 XG = =0.1444? =32.46（Ω） 235.294100SN第 5 页 共 42 页

表2.1 发电机参数结果

发电机 编号 1# 2# 容 量（MW） 200 200 功 率 出口电?Xd 电 抗 有名值 电 抗标幺值 0.614 0.614 因 数 压（kV） 0.85 0.85 15.8 15.8 0.1444 32.46Ω 0.1444 32.46Ω 2.4 变压器参数的计算 2.4.1 双绕组变压器参数计算公式：

双绕组变压器电抗有名值：

UK(%)UN2XT?

100SN双绕组变压器电抗标幺值：

XT??Uk(%)SB

100SN式中： UK(%)——变压器短路电压百分值；

UN——发电机的额定电压； UB——基准电压230kV；

SB——基准容量1000MVA；

SN——变压器额定容量. 2.4.2 三绕组变压器参数的计算公式 （1）各绕组短路电压百分值

UK1（%）=UK2（%）=UK3（%）=

1〔UdⅠ—Ⅱ（%）+UdⅠ—Ⅲ（%）-UdⅡ—Ⅲ（%）〕 21〔UdⅠ—Ⅱ（%）+UdⅡ—Ⅲ（%）-UdⅠ—Ⅲ（%）〕 21〔UdⅠ—Ⅲ（%）+UdⅡ—Ⅲ（%）-UdⅠ—Ⅱ（%）〕 2式中：UdⅠ—Ⅱ（%）、UdⅠ—Ⅲ（%）、 UdⅡ—Ⅲ（%）分别为高压与中压，高压与低压，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：

UK1(%)UN2 XT1 =

100SN第 6 页 共 42 页

UK2(%)UN2 XT2 =

100SNUK3(%)UN2 XT3 =

100SN 各绕组的电抗标幺值：

XT1* = Uk1(%)SB

100SNXUk2(%)SBT2* =

100S

N XUk3(%)SBT3* = 100S

N式中： SB —— 基准容量1000MVA；

SN —— 变压器额定容量；

UN —— 发电机的额定电压；

UB —— 基准电压230kV。 （3）大同厂变压器参数计算：

已知： SN = 240MW UK12%=14.12 则： XSBT1??UK1%?S?14.12%?1000240?0.588 T1NX*T1?XT1?ZB?0.588?52.9?34.726??? （4）西万庄变压器参数计算：

已知： SN = 240MW UK12%=11.50 UK23%=7.60 则： 各绕组的阻抗百分值为：

U1K1% =

2（UK12%+UK13%-UK23%） =

12（ 11.50 + 23.7 - 7.60 ） = 13.8

UK2% =

12（UK23%+UK12%-UK13%） =

12（ 7.60 + 11.50 – 23.70 ）第 7 页 共

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K13%=23.70 U

= –2.3

UK1% =

1（UK13%+UK23%-UK12%） 21（ 23.70 + 7.60 – 11.50 ） 2 =

= 9.9

XT1* = XT2* = XT3* =

Uk1(%)SB = 13.8?1000 = 0.575

100?240100SNUk2(%)SB = ?2.3?1000 =?0.096

100?240100SNUk3(%)SB = 9.9?1000 = 0.412

100?240100SN对于高碑店变压器参数计算原则与2.4.2(4)相同，计算结果如表2.2所示：

表2.2 各变压器参数计算结果

变压器 编号 T1 T2 T3 容量 （MVA） 240 240 240 绕组型式 短路电压百分值 Uk（%） 等值电抗 标幺值 0.588 0.588 0.575 0 0.412 1.675 0 0.962 1.675 0 0.962 双相双绕组 双相双绕组 三相三绕组 14.12% 14.12% UdⅠ—Ⅱ（%）= 11.50 % UdⅡ—Ⅲ（%）= 7.60 % UdⅠ—Ⅲ（%）= 23.70 % T4 90 三相三绕组 UdⅠ—Ⅱ（%）= 14.07 % UdⅡ—Ⅲ（%）= 7.65 % UdⅠ—Ⅲ（%）=23.73 % T5 90 三相三绕组 UdⅠ—Ⅱ（%）= 14.07 % UdⅡ—Ⅲ（%）= 7.65 % UdⅠ—Ⅲ（%）=23.73 % 说明： 对普通（非自耦）三绕组变压器，按如上方法求得的三个电抗中，有一个可能是负值，这是由于这种变压器的三个绕组中，必有一个在结构上处于其它两个绕组之间，而这个处于居中位置的绕组与位于它两侧两个绕组间的两个漏抗之和又小于该两绕组

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相互间的漏抗。例如，中压绕组居中，且有UdⅡ—Ⅲ（%）+ UdⅠ—Ⅱ（%）〈 UdⅠ—Ⅲ（%） 的关系。因此，这种等值电抗为负值的现象并不真正表示该绕组有容性漏抗。普通三绕组变压器出现这种现并不少见，但因这一负值电抗的绝对值往往很小，在近似计算中常取其为零。

2.5 输电线路参数的计算

线路零序阻抗为： Z0 = 3Z1

负序阻抗为： Z2 = Z1

线路阻抗有名值的计算：

正、负序阻抗： Z1 = Z2 = (r1+jx1)L

零序阻抗： Z0 = 3Z1

线路阻抗标幺值的计算：

正、负序阻抗： Z1* = Z2* =（r1+jx1)L

零序阻抗： Z0* = 3Z1*

式中： r1 —— 每公里线路正序电阻值Ω/KM；

x1 —— 每公里线路正序电抗值Ω/KM； L —— 线路长度 KM； SB —— 基准容量 1000 MVA； UB —— 基准电压 230 kV。 大同——神头线（AB段）

有名值：ZAB1= RAB1+ jXAB1= (R1+ jX1 ) ×LAB

=(0.0785+j0.4)×80=6.28+j32= 32.610?78.9??

ZAB2 =ZAB1 =6.28+j32= 32.610?78.9?? ZAB0= RAB0+ jXAB0=3 ZAB1

= 3×(6.28+j32)=18.84+j96=97.830?78.9??

标幺值：ZAB1*= ZAB1/ ZB =(6.28+j32) /52.9 =0.119 +j0.605=0.617?78.9? ZAB2* =ZAB1* =0.119 +j0.605=0.617?78.9?

ZAB0*= RAB0*+ jXAB0*=3 ZAB1*

=3×(0.119 +j0.605)=0.357+j1.815=1.851?78.9?

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SB UB2

对于其它线路：大同——西万庄线（BC段），神头——西万庄线（AC段），神头——南郊线（AD段），南郊——高碑店线（DE段），高碑店——房山线（EF段），房山——天津线Ⅰ回（FG段），房山——天津线Ⅱ回（FG段）的计算原则与2.5(2)相同，计算结果如表2.3所示：

表2.3 线路参数计算结果

线路 名称 大神 (AB段） 大西 (BC段） 神西 (AC段） 神南 (AD段） 南高 (DE段） 房高 (EF段） 型号 长度正、负序阻正、负序阻抗/Km 零序阻抗 零序阻抗 （有名值?） 18.84+j96 抗（标幺值） （有名值?） （标幺值） 0.119+j0.605 0.034+j0.139 0.074+j0.378 0.148+j0.756 0.117+j0.478 0.076+j0.309 0.178+j0.726 0.178+j0.726 6.28+j32 0.357+j1.815 0.102+j0.417 0.222+j1.134 0.444+j2.268 0.351+j1.434 0.228+j0.927 0.534+j2.178 0.534+j2.178 LGJQ-400 80 LGJQ-2﹡240 LGJQ-300 23 1.806+j7.36 5.418+j22.08 50 3.925+j20 11.775+j60 LGJQ-400 100 7.85+j40 6.202+j25.28 4.004+j16.32 9.42+j38.4 23.55+j120 18.606+j75.84 12.012+j48.96 28.26+j115.2 LGJQ-2﹡300 LGJQ-2﹡240 79 51 房天1 LGJQ-2﹡(FG段） 300 120 房天2 LGJQ-2﹡(FG段） 300 120 9.42+j38.4

28.26+j115.2

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3 输电线路上TA、TV及中性点接地的选择

3.1 输电线路上T A、TV变比的选择

3.1.1 TA的配置原则

（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.

（3）一次回路电流：I1n≥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.

（4）准确等级：用于保护装置为0.5级，用于仪表可适当提高。 （5）二次负荷：S2≤Sn

S2—电流互感器二次负荷； Sn—电流互感器额定负荷ф.

（6）输电线路上CT的选择： 根据最大极限电流来选择。

3.1.2 TA变比及型号的选择

TA二次侧的电流为5A （1）对大神线而言

其最大工作电流为：

Igmax =

Smax3UN

=

2500003?230= 628A

所以线路AB上TA变比选为1200/5。

对于大西线，神西线，神南线，南高线，房高线同3.1(2)的选择原则及结果相同，TA变比均为：1200/5，由《发电厂电气部分课程设计参考资料》查的型号为LCW—220型 其中， L—电流互感器； C—瓷绝缘； W—户外式。 （2）对房天1线及房天2线而言

其最大工作电流均为：

Igmax =

Smax3UN

=

500003?230= 125A

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所以线路DE上TA变比选为600/5， 由《发电厂电气部分课程设计参考资料》查的型号为LCLWD2—220型。

其中， L—电流互感器； C—瓷绝缘； L（第三个字母）—电缆型 ；

W—户外式； D2—差动保护用。

(3) TV的配置原则

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。 一次电压的波动范围：1.1Un>U1>0.9Un 二次电压：100V

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。 二次负荷：S2≤Sn (4) TV变比及型号的选择

线路电压均为220kV，由《发电厂电气部分课设参考资料》查得变比为

220000100//100 ， 型号为YDR—220； Y—电压互感器；D—单相； R—电容式。 33表3.1 TA、TV选择结果

线路名称 大神(AB段） 大西(BC段） 神西(AC段） 神南(AD段） 南高(DE段） 房高(EF段） 房天1(FG段） 房天2(FG段） 长度（km） 最大工作电流（A） 80 23 50 100 79 51 120 120 628 753 628 1130 1000 500 125 125 TA变比 1200/5 1200/5 1200/5 1200/5 1200/5 1200/5 600/5 600/5 TV变比 220000100//100 333.2 变压器中性点接地方式的选择

通常，变压器中性接地位置和数目按如下两个原则考虑：一是使零序电流保护装置在系统的各种运行方式下保护范围基本保持不变，且具有足够的灵敏度和可靠性；二是

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不使变压器承受危险的过电压。为此，应使变压器中性点接地数目和位置尽可能保持不变。

3.2.1 变压器中性点接地的位置和数目的具体选择原则

（1）对单电源系统，线路末端变电站的变压器一般不应接地，以提高保护的灵敏度和简化保护线路；对多电源系统，要求每个电源点都有一个中性点接地，以防止接地短路的过电压对变压器产生危害。

（2）电源端的变电所只有一台变压器时，其变压器的中性点应直接接地；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，再将另一台中性点不接地的变压器改为中性点直接接地运行。若由于某些原因，变电所正常情况下必须有二台变压器中性点直接接地运行，则当其中一台中性点直接接地变压器停运时，应将第三台变压器改为中性点直接接地运行。

（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的方式运行，并把他们分别接于不同的母线上。当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，应将另一台中性点不接地的变压器改为中性点直接接地运行；低电压侧无电源的变压器中性点应不接地运行，以提高保护的灵敏度和简化保护接线。

（4）对于其他由于特殊原因不满足上述规定者，应按特殊情况临时处理。例如，可采用改变保护定值、停运保护或增加变压器接地运行台数等方法进行处理，以保证保护和系统的正常运行。

根据变压器的台数和接地点的分布原则，结合该系统的具体情况，中性点接地的选择结果如下： 大同发电厂A的两台为T1、T2；西万庄变电站C端的一台为T3；高碑店变电站E端的两台为T4、T5。

T1—接地； T2—不接地； T3—接地； T4—接地； T5—不接地。

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4 短路电流的计算

4.1电力系统短路计算的主要目的

4.1.1电力系统短路计算的主要目的是：

（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否要采取限制

短路电流的措施时，需进行短路计算。

（2）在选择电气设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠的工作，同时又力求节

省投资，这需要全面地进行短路计算。

（3）在选择继电保护装置和进行整定计算时，需进行各种短路电流计算，依次据短路电流的大小及特性，来确定保护装置的型号及整定值。 4.1.2短路计算的假定条件

本设计短路电流计算采用以下假定条件及原则：

（1）故障前为空载， 即负荷略去不计，只计算短路电流的故障分量。 （2）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

（3）故障前所有接点的电压均等于平均额定电压， 其标幺值为1。 （4）不考虑短路点的电弧阻抗和励磁电流。 在本次设计中所有线路和元件的电阻都略去不计。

4.2 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。

4.2.1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。

4.2.2最小运行方式

根据系统最小负荷，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为最小运行方式。对继电保护来说，是短路时通过保护的短路电流最小的运行方式。

第 14 页 共 42 页

表4.1 系统运行方式的结果

断路器编号 1QF 运行方式 最大 最小 最大 最小 系 统 运 行 情 况 开机容量最大，线路BC断开，系统S最大 开机容量最小，闭环运行，系统S最小 开机容量最大，线路AC断开，系统S最大 开机容量最小，闭环运行，系统S最小 开机容量最大，闭环运行，系统S最大 开机容量最小，闭环运行，系统S最小 开机容量最大，闭环运行，系统S最大 开机容量最小，闭环运行，系统S最小 2QF 7QF 最大 最小 最大 最小 8QF 4.3 网络等效图的化简

4.3.1正序等效图

图4.1 正序等效网络图

4.3.2零序等效图

第 15 页 共 42 页

图4.2 零序等效网络图

4.4 关于相间距离保护的短路计算

4.4.1对1QF而言：

（1）最小分支系数Kb，min的计算

运行方式：开机容量最小，AC断线，系统1-6最大运行方式，双回线. 网络等效图如下所示： 图4.3 关于最小分支系数Kb，min等效网络图

化简得：

第 16 页 共 42 页

图4.4 关于最小分支系数Kb，min等效网络化简图

11????X1??(0.234??0.726)?0.309?//?3.34??0.962?1.675???0.402

22????X2????X1?0.478?//0.517?0.756??//0.3?0.605?0.840

X3?0.588?0.614?1.202 ∴ Kb,min?I6X2?X30.840?1.202???1.699 I1X31.2024.4.2 最大分支系数Kb，max的计算

运行方式：开机容量最大，闭环，系统1-6最小运行方式，单回线. 网络等效图如下所示： 第 17 页 共 42 页

图4.5关于最大分支系数Kb，max等效网络化简图(1)

图4.6 关于最大分支系数Kb，max等效网络化简图(2)

X4?12?0.588?0.614??0.601 XX1X2012?XX?.605?0.378?0.139?0.2291.122?0.204

1?2?X30.605?0.378XX1X30.605?13?XX?0.139?0.075

1?2?X31.122XX2X30.378?23?XX?0.139?0.047

1?2?X31.122X?0.726?//0.168?0.309?//??1?A???0.234?5.43?2?0.962?1.675????0.424

X'12???XA?0.478?//0.52?0.756?//0.3?X12

第 18 页

共 42 页

???0.424?0.478?//0.52?0.756?//0.3?0.204?0.439

'X13?X13?X4?0.075?0.601?0.676

''XC?X12//X13?X23?0.439//0.676?0.047?0.313

∴ I23?I12?I2311??3.195 XC0.313X'130.676?3.195??0.606?3.195?1.936 ''0.439?0.676X12?X13I13?I23?I12?3.195?1.936?1.259

∴ I1??I12X12?I13X13?/X1??1.936?0.204?1.259?0.075?/0.605?0.809 I3??I13X13?I23X23?/X3??1.259?0.075?3.195?0.047?/0.139?1.760 ∴ Kb,max ?I31.760??2.176 I10.809对2QF，7QF和8QF最大和最小分支系数的计算原理同4.4(1)相同，计算结果如表4.2所示。

表4.2 相间距离保护中分支系数的计算结果

序号 1 短路位置 距6QF85%处 系统运行方式 分支系数 开机容量最小，线路AC断开，系统1-6Kb，min=1.699（1QF） 最大，双回线。 2 C母线处短路 开机容量最大，闭环，系统1-6最小，Kb，max=2.176（1QF） 单回线。 3 距3QF85%处 开机容量最大，线路BC断开，系统1-6Kb，min=6.132（2QF） 最小，单回线。 4 D母线处短路 开机容量最小，闭环，系统1-6最大，Kb，max=10.74（2QF） 双回线。 5 距9QF85%处 开机容量最大，闭环，系统2最小，系Kb，min=2.865（7QF） 统1、3最大，单回线。 6 D母线处短路 开机容量最大，AC断线，系统2最大，Kb，max=2.950（7QF） 系统1、3最小，双回线。 7 距3QF85%处 开机容量最小，线路AB断开，系统2、Kb，max=4.607（8QF） 第 19 页 共 42 页

4、5、6最大，系统1最小， 双回线。 8 B母线处短路 开机容量最大，线路BC断开，系统1、Kb，max=4.978（8QF） 3最大，系统2、4、5、6最小，单回线。 4.5 关于零序电流保护的短路计算

4.5.1 零序电流3I1,max的计算

0（1）B母线短路时流经1号断路器的最大零序电流3I10,max 正序网：

图4.7 B母线短路时的等效正序网

图4.8 B母线短路时的等效正序化简网（1）

图4.9 B母线短路时的等效正序化简网（2）

第 20 页 共 42 页

????11??X1???0.234??0.726?//0.168?0.309?//?3.34??0.962?1.675???0.402

22??????XB?1?0.588?0.614??0.601 2XA?0.3//?0.378?2.61??0.273

X2???X1?0.478?//0.517?0.756?//XA?0.605?0.822 X1??X2//XB?0.822//0.601?0.347 ∴ X1??X2//XB?0.822//0.601?0.347

零序网：

图4.10 B母线短路时的等效零序网

图4.11 B母线短路时的等效零序化简网

???1?X1???0.411??2.178?//0.1715?0.927?//?7.18?0.962?1.675??0.974

2????X2??1.33//?0.575?0.412??1.134?//0.306?0.206

X3???X1?1.434?//0.687?2.268?//X2?1.815

???0.974?1.434?//0.687?2.268?//0.206?1.815?2.007

第 21 页 共 42 页

∴ X0??X3//0.588?2.007//0.588?0.456

X1??X0? ，所以采用单相接地的零序电流：

3I10?1??3E3?1??2.609

2X1??X0?2?0.347?0.456∴ 流过保护1QF的最大零序电流3I0,max为： 3I10,max?3I10IB?1?0.5880.588?2.609?2.510??1.484（KA）

X3?0.5882.007?0.588（2）对于：A母线短路时流经2号断路器的最大零序电流3I10,max；D母线短路时流经7号断路器的最大零序电流3I10,max；A母线短路时流经8号断路器的最大零序电流3I10,max的计算原理与4.5(1)相同，计算结果如表4.3。

表4.3 母线处短路时流过保护的最大零序电流

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 短路位置 系统运行方式 故障类型 流过保护的最大零序电流（KA） B母线处短路 A母线处短路 C母线处短路 A母线处短路 B母线处短路 C母线处短路 D母线处短路 A母线处短路 E母线处短路 系统等值阻抗最小 系统等值阻抗最小 系统等值阻抗最小 系统等值阻抗最小 系统等值阻抗最小 系统等值阻抗最小 系统等值阻抗最小 系统等值阻抗最小 系统等值阻抗最小 单相接地短路 单相接地短路 单相接地短路 单相接地短路 单相接地短路 两相接地短路 单相接地短路 单相接地短路 单相接地短路 1QF：1.484 2QF：1.335 3QF：3.556 4QF：2.314 5QF：3.274 6QF：2.688 7QF：1.435 8QF：1.177 9QF：0.541 （3）零序电流3I0,min的计算 在距1号断路器15%处短路时流经1号断路器的最小零序电流3I10,min 正序网：

第 22 页 共 42 页

图4.12 距1号断路器15%处短路时的等效正序网

图4.13 距1号断路器15%处短路时的等效正序化简网(1)

图4.14 距1号断路器15%处短路时的等效正序化简网(2)

1??XA???0.234?0.726?//0.168?0.309?//?5.43??0.962?1.675???0.424

2??X1??(XA?0.478)//0.52?0.756?//0.3?15%?0.605?0.326 X2??4.74?0.139?//?0.588?0.614??85%?0.605?1.479 X1??X1//X2?0.326//1.479?0.267

第 23 页 共 42 页

零序网：

图4.15距1号断路器15%处短路时的等效零序网

图4.16 距1号断路器15%处短路时的等效零序化简网(1)

图4.17距1号断路器15%处短路时的等效零序网(2)

XA???0.411?2.178?//0.1715?0.927?//?7.867?0.962?1.675??0.986 X1??(XA?1.434)//0.687?2.268?//0.306?15%?1.815

??(0.986?1.434)//0.687?2.268?//0.306?15%?1.815?0.548

X2??2.494//(0.575?0.412)?0.417?//0.588?85%?1.815?1.929

X0??X1//X2?0.548//1.929?0.427

第 24 页 共 42 页

X1??X0? ，所以采用两相接地的零序电流：

3I10?1,1??X1?3E3?1??2.676

?2X0?0.267?2?0.427∴ 流过保护1QF的最小零序电流3I0,min为： 3I10,min?3I10?1,1?IBX21.929?2.676?2.510??5.231（KA）

X1?X21.929?0.548（4）对于： 在距2号断路器15%处短路时流经2号断路器的最小零序电流3I10,min；在距7号断路器15%处短路时流经7号断路器的最小零序电流3I10,min；在距8号断路器15%处短路时流经8号断路器的最小零序电流3I10,min的计算原理与4.5（2）相同，计算结果如表4-4所示。

（5）B母线短路时流经1号断路器的最小零序电流3I10,min 正序网：

图4.18 B母线短路时的等效正序网

图4.19 B母线短路时的等效正序化简网

第 25 页 共 42 页

1??XA???0.234?0.726?//0.168?0.309?//?5.43??0.962?1.675???0.424

2??X12?X1X20.605?0.3780.229???0.204

X1?X2?X30.605?0.378?0.1391.122X1X30.605?0.139X13???0.075

X1?X2?X31.122X23?X2X30.378?0.139??0.047

X1?X2?X31.122

??????0.424?0.478?//0.52?0.756??//0.3?0.204?//?XXB?0.588?0.614?1.202

X1??X4//XB?0.477//1.202?0.341 零序网：

X4????XA?0.478?//0.52?0.756??//0.3?X12//?X23?4.74??X1323??4.74??0.075?0.477

图4.20 B母线短路时的等效零序网

第 26 页 共 42 页

图4.21 B母线短路时的等效零序化简网

XA???0.411?2.178?//0.1715?0.927?//?7.867?0.962?1.675??0.986

XB?2.494//?0.575?0.412??0.707 X12?X1X21.815?1.134??0.612

X1?X2?X31.815?1.134?0.417X13?X23?X1X31.815?0.417??0.225

X1?X2?X31.815?1.134?0.417X2X31.134?0.417??0.141

X1?X2?X31.815?1.134?0.417XD?[?XA?1.434?//0.687?2.268]//0.306?X12?0.888 XC?X23?XB?0.848

X0??X4//0.588?0.659//0.588?0.311 X1??X0? ，所以采用单相接地的零序电流：

3I10???13E3?1??3.021

2X1??X0?2?0.341?0.311流过XD的电流：

ID?3I10??IB1X0?XC0.3110.848??3.021?2.510???1.748（KA） X4XD?XC0.6590.848?0.8881流过X13的电流： I13?I10??IBX0?0.311?3.021?2.510??3.706（KA） X40.659∴ 流过保护1QF的最小零序电流3I0,min为： 3I10,min??IDX12?I13X13?/X1?1.049（KA）

（6）对于：A母线短路时流经2号断路器的最小零序电流3I10,min；A母线短路时流经8号断路器的最小零序电流3I10,min；D母线短路时流经7号断路器的最小零序电流

3I10,min；D母线短路时流经2号断路器的最小零序电流3I10,min；C母线短路时流经1号断路器的最小零序电流3I10,min；E母线短路时流经7号断路器的最小零序电流3I10,min；B母线短路时流经8号断路器的最小零序电流3I10,min的计算原理与4.5(3)相同，计算结果如表4.4所示。

第 27 页 共 42 页

表4.4 各种形式短路时流过保护的最小零序电流

序号 短路位置 系统运行方式 故障类型 流过保护的最小零序电流（KA） 1 距1号断路器15%处短路 2 3 B母线处短路 C母线处短路 系统等值阻抗最大 两相接地短路 1QF：5.231 系统等值阻抗最大 系统等值阻抗最大 系统等值阻抗最大 单相接地短路 单相接地短路 两相接地短路 1QF：1.049 1QF：0.490 2QF：4.041 4 距2号断路器15%处短路 5 6 7 A母线处短路 D母线处短路 C母线处短路 系统等值阻抗最大 系统等值阻抗最大 系统等值阻抗最大 系统等值阻抗最大 两相接地短路 两相接地短路 单相接地短路 两相接地短路 2QF：1.011 2QF：0.095 3QF：1.566 7QF：5.118 8 距7号断路器15%处短路 9 10 D母线处短路 E母线处短路 系统等值阻抗最大 系统等值阻抗最大 系统等值阻抗最大 两相接地短路 两相接地短路 两相接地短路 7QF：1.031 7QF：0.339 8QF：3.480 11 距8号断路器15%处短路 12 13 A母线处短路 B母线处短路 系统等值阻抗最大 系统等值阻抗最大 两相接地短路 两相接地短路 8QF：1.435 8QF：0.172 4.5.2 最大三相短路电路的计算Ik(3),max （1）B母线短路时流经1号断路器的最大三相短路电路的计算Ik(3),max： 等效网络图：

第 28 页 共 42 页

图4.22 B母线短路时的等效网络图

图4.23 B母线短路时的等效化简图(1)

图4.24 B母线短路时的等效化简图(2)

????11??X1???0.234??0.726?//0.168?0.309?//?3.34??0.962?1.675???0.402

22??????XB?1?0.588?0.614??0.601 2XA?0.3//?0.378?2.61??0.273

X2???X1?0.478?//0.517?0.756?//XA?0.605?0.822 X1??X2//XB?0.822//0.601?0.347 ∴ X1??X2//XB?0.822//0.601?0.347

∴ 流过保护1QF的最大三相短路电路的计算Ik(3),max为：

第 29 页 共 42 页

(3)I1,max?E1IB??2.510?3.054?KA? X20.822 （2）对于： A母线短路时流经2号断路器的最大三相短路电路的计算； D母线短路时流经7号断路器的最大三相短路电路的计算； A母线短路时流经8号断路器的最大三相短路电路的计算原理与4.5（3）相同，计算结果如表4.5所示。

表4.5 最大三相短路电流

序号 短路位置 系统运行方式 故障类型 流过保护的最大三相短路电流（KA） 1 B母线处短路 2 A母线处短路 3 D母线处短路 4 A母线处短路 系统等值阻抗最小 系统等值阻抗最小 系统等值阻抗最小 系统等值阻抗最小 三相短路 三相短路 三相短路 三相短路 1QF：3.054 2QF：2.286 7QF：2.588 8QF：2.324 4.5.3 零序保护中最小分支系数Kb，min的计算 （1）对1QF而言： 最小分支系数Kb，min的计算

运行方式：开机容量最小，系统1-6最大运行方式，AC断线。 网络图：

图4.25 关于最小分支系数Kb，min等效网络图

第 30 页 共 42 页

图4.26 关于最小分支系数Kb，min的等效网络化简图

???1?X1???0.411??2.178?//0.1715?0.927?//?7.18?0.962?1.675??0.974

2????X4????X1?1.434?//0.687?2.268??//0.306?1.815?2.091

Kb,min?X4?0.588?4.556

0.588（2）对2QF，7QF和8QF最小分支系数的计算原理同4.5（4）相同，计算结果如表4.6所示。

表4.6零序电流保护中最小分支系数的计算结果

序号 1 短路位置 系统运行方式 分支系数 距6QF15%处 开机容量最小，线路AC断开，系统Kb，min=4.556 （1QF） 1-6最大，双回线。 2 距3QF 15%处 开机容量最大，线路BC断开，系统Kb，min=9.707 （2QF） 1-6最小，单回线。 3 距9QF15%处 开机容量最大，闭环，系统2最小，Kb，min=4.642 （7QF） 系统1.3最大，单回线。 4 距3QF15%处 开机容量最小，线路AB断开，系统Kb，min=7.807 （8QF） 2.4.5.6最大，系统1最小， 双回线。

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5 自动重合闸

5.1自动重合闸的基本概述

5.1.1 概述

在110kV级以上电压的大接地电流系统中，由于架空线路的线间距离较大，相间故障的机会比较少，而单相接地短路的机会比较多。在高压输电线路上，若不允许采用快速非同期三相重合闸，而采用检同期重合闸，又因恢复供电的时间太长，满足不了稳定运行的要求时，就采用单相重合闸方式。

单相重合闸是指只把发生故障的一相断开，然后再进行单相重合，而未发生故障的两相仍然继续运行，这样就可大大提高供电的可靠性和系统并列运行的稳定性。如果线路发生的是瞬时性故障，则单相重合闸成功即恢复三相的正常运行。如果是永久性故障，单相重合不成功，则根据系统的具体情况，如不允许长期非全相运行时，则应再次切除单相并不再进行自动重合。目前一般都是采用重合不成功时跳开三相的方式。当采用单相重合闸时，如线路发生相间短路时，一般都跳开三相断路器，不进行三相重合；如有其它原因断开三相断路器时，也不进行重合。

5.1.2 自动重合闸的配置原则

自动重合闸的配置原则根据电力系统的结构形状、电压等级、系统稳定要求、负荷状况、线路上装设的继电保护装置及断路器性能，以及其它技术经济指标等因素决定。其配置原则：

（1）1kV及以上架空线路及电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，当用电设

备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置；

（2）旁路断路器和兼作旁路的母联断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置； （3）低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置； （4）必要时，母线故障也可采用自动重合闸装置。

总结多年来自动重合闸运行的经验可知，线路自动重合闸的配置和选择应根据不同系统结构、实际运行条件和规程要求具体确定。在本此所设计的220kV中性点直接接地电网中，采用综合自动重合闸装置。

5.2 自动重合闸的基本要求

（1）由值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时。

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（2）手动投入断路器，由于线路上存在故障，随即由保护动作将其断开.因为在这种情况下，故障大多都是属于永久性的。它可能是由于检修质量不合格、隐患未能消除或者是保安地线没有拆除等原因造成的。因此，即使再重合一次也不可能成功。 （3）在某些不允许重合的情况下例如，断路器处于不正常状态(如气压、液压降低等)以及变压器内部故障，差动或瓦斯保护动作使断路器跳闸时，均应使闭锁装置不进行重合闸。

除上述条件外，当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后，重合闸都应该动作，使断路器重新合闸。在某些情况下(如使用单相重合闸时)，也允许只在保护动作于跳闸后进行重合闸。

基于以上的要求，应优先采用断路器操作把手与断路器位置不对应启动方式，即当断路器操作把手在合闸位置而断路器处在跳闸位置时启动重合闸。这种方式可以保证无论什么原因使断路器跳间后(包括偷跳和误跳)，都能进行一次重合闸。当手动操作断路器跳闸，由于两者的位置是对应的，因此，不会启动重合闸。

当利用保护来启动重合闸时，由于保护动作很快，可能使重合闸来不及启动。因此，必须采取措施(如设置自保持回路或记忆回路等)来保证装置可靠动作。

（4) 自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。如一次重合闸就只应该动作一次。当重合于永久性故障而再次跳间后，就不应该再动作。

装置本身也不允许出现元件损坏或异常时，使断路器多次重合的现象，以免损坏断路器设备和扩大事故范围。

（5）自动重合闸在动作以后，应能够自动复归。

对于10kV及以下的线路，当经常有值班人员时，也可采用手动复归方式。

（6）自动重合间时间应尽可能短，以缩短停电的时间.因为电源中断后，电动机的转速急剧下降，停电时间越长，电动机转速越低，重合闸后自起动就越困难，会拖延恢复正常工作的时间。但重合闸的时间也不能太短，因为： ①要使故障点的绝缘强度来得及恢复。

②要使断路器的操作机构来得及恢复到能够重新合闸的状态。重合闸的动作时间一般采用0.5～1.5s。

（7）自动重合闸装置应有与继电保护配合加速切除系统故障的回路。加速方式可分为前加速和后加速。

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前加速方式就是在重合闸前保护以瞬时或缩短ΔT时间，快速切除故障。重合于永久性故障时保护将延时切除故障。

后加速方式就是在重合闸前保护瞬时或后备时间切除故障，重合于永久性故障时，保护将瞬时或后备缩短△T时间，快速切除故障。

（8）在两侧电源的线路上采用重合闸时应考虑同步问题。

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结束语

本文针对220kV中性点直接接地电网中的线路，根据<<继电保护和安全自动装置的技术规程>>规定，在满足继电保护“四性”要求的前提下，对本电网中的线路AB和AD的继电保护编制了一个220kV电网继电保护整定方案，可分为光纤差动保护方案，相间距离保护方案，接地零序保护方案，重合闸方案。

本设计根据给定的220kV电网接线图和相关数据，进行了如下的具体设计，其内容为：计算系统中各元件参数；确定输电线路上TA，TV变比的选择及变压器中性点接地的选择；绘制电力系统等值阻抗图，确定系统运行方式并进行短路计算；确定电力系统继电保护的主保护和后备保护的选择及整定计算：主保护采用两套独立的、厂家不同的、能保护线路全长的保护装置（第一套CSC-103B光纤纵差保护；第二套PSL-603（G）分相电流差动保护），后备保护采用相间距离保护和接地零序电流保护；输电线路的自动重合闸采用单相自动重合闸方式。

通过本次设计，掌握和巩固了电力系统继电保护的相关专业理论知识，熟悉了电力系统继电保护的设计步骤和设计技能并掌握了运用各种整定原则，提高了设计电力系统继电保护整定的计算能力。

对于各种继电保护适应电力系统变化的能力都是有限的，因此继电保护整定方案也不是一成不变的，加之本文在设计时由于时间仓促，设计者能力有限，难免有一些漏洞，希望老师指出错误，我将虚心地接受并加以改进。

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参考文献

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