继电保护课程设计-110kv电网继电保护配置与线路保护整定计算

南京工程学院电力工程学院继电保护课程设计

1 概述

电力系统中的发电机、变压器、输电线路、母线以及用电设备，一旦发生故障，继电保护及安全自动装置能够快速、可靠、有选择地将故障元件从系统中切除，使故障元件免于继续遭受损坏，既能保证其它无故障部分迅速恢复正常，又能提高电力系统运行的稳定性，是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。而课程设计是学生在校期间的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计（或研究）的综合性训练。通过课程设计，可以培养学生运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，增强工程观念，以便更好地适应工作的需求。

本次课程设计为给110kV电网继电保护配置与线路保护整定计算，学习规程确定系统运行方式，变压器运行方式。选择各元件保护方式，计算发电机、变压器、线路的参数，确定保护方式及互感器变比；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。

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2 运行方式

2.1最大最小运行方式

继电保护整定计算用的运行方式，是在电力系统确定好远行方式的基础上、在不影响继电保护效果的前提下，为提高继电保护对运行方式变化的适应能力而进一步选择的。

确定运行方式的限度，就是确定最大和最小运行方式，它应满足常见运行方式为基础、在不影响保护效果的前提下，适当加达变化范围。其一般原则如下： (1) 必须考虑抢修与故障两种状态的重叠出现。

(2) 不考虑极少见的特殊方式。必要时，可采取临时的特殊措施加以解决。 最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性。

最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。

2.2接地运行方式

2.2.1中性点有效接地系统

发生单项短路时，三相立即切除，供电的可靠性差，对低电压无变化，适用于110KV及以上的系统。

2.2.2中性点非有效接地系统

正常运行时，中性点对打的电压为零，各相对低电压等于相电压。发生单项接地 故障时，中性点对地电压可达相电压，完好相对低电压可达线电压，接地相对地电压为零。适用于电压小于500KV的装置。

根据以上说明本系统变压器（T1、T2、T3）有一台或两台采用中性点非有效接地系统，另外的采用中性点有效接地系统，终端变压器（T4、T5、 T6、T7）采用中性点非有效接

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地系统

2.3本电网运行方式

本电网的最大运行方式为系统s在最大运行方式下发电厂三台发电机同时投入运行，厂内有一至两台主变压器中性点接地，变电所两台主变压器并列运行，T4﹑T5﹑T6﹑T7作为终端变压器一般不接地。

本电网的最小运行方式为系统s在最小运行方式下发电厂有一台发电机退出运行，即发电机G3退出运行，厂内有一至两台主变压器中性点接地，变电所两台主变压器独自运行，T4﹑T5﹑T6﹑T7作为终端变压器一般不接地。

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3保护配置

3.1发电机变压器保护配置

3.1.1配置原则

1) 根据国家电网公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》（国电发

[2000]589号）第20.1.4条规定，“为提高继电保护的可靠性，对重要的路线和设备必 须坚持设立两套独立的主保护的原则，并且两套保护宜为不同原理和不同厂家的产品，对重要元件应充分考虑 后背保护的设置，200MW及以上容量的发电机设备应配置两套完整的互相独立的主保护和后备保护”。

2) 根据国电公司25项反措第11.6条要求精神，防止发电机变压器组和变压器的主断路器出现非全相运行，引起设备事故或扩大为系统事故，220KV及以上发电机变压器组和变压器的主断路器及母联、母线分段断路器应选用三相联动的双跳断路器。

3) 发变组保护技术要求高，对运行安全性，可靠性有严格的要求，必须选用有良好运行实绩的危机发变组保护。

根据以上的原则110kV输电线路方式为：相间距离保护和零序电流保护。其中段Ⅰ、Ⅱ作为主保护，Ⅲ段作为后备保护。

3.1.2 发电机-变压器组保护方式的选择与配置

3.1.2.1 发电机-变压器组保护配置

（1）差动保护

发电机定子绕组相间短路是一种严重的故障，为防止其危害，要装设纵联差动保护。

（2）发电机定子匝间短路保护

大型发电机由于额定电流大，定子绕组每相都由两个或以上的并联支路组成。同一支路或同相不同支路绕组之间的短路称为匝间短路。发电机在正常运行中，定子绕组由于电晕腐蚀，长期受热，机械振动以及机械磨损等因素的影响，匝间绝缘将会逐步劣化。发生匝间短路后，在匝间电势的作用下，短路绕组内将形成很大的短路环流，其值甚至超过机端三相短路电流，因此定子绕组匝间短路是发电机不容忽视的一种严重故障形式。

（3）发电机定子绕组的接地保护

发电机发生单相接地故障的危害，主要表现在故障点的电弧将烧伤铁芯并进一步

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扩大定子绕组的损坏范围。同时绕组发生一点接地后，如未能及时发现，则当绕组再发生另一点接地时，就会造成匝间或相间故障，使发电机定子遭受更严重的损坏。 （4）主变零序保护

大型电力变压器高压侧所连接的都是中性点直接接地的高压电力系统，配置于变压器高压侧的零序保护，是用来作为变压器、相邻母线及输电线路的单相接地故障的后备保护。

（5）低阻抗保护

低阻抗保护用于防护发电机及变压器内部相间短路，作为发变组差动保护的后备，

并兼作220KV母线短路的近后备以及220KV输电线路的远后备。 （6）对称过负荷保护

当发电机差动保护范围外部故障，而故障元件的保护拒动时，为了能可靠切除故障，在发电机上应装设过负荷保护。同时也作为发电机差动保护的后备。 （7）不对称过负荷保护

不对称过负荷保护不仅作为发电机相间短路的后备，而且是大型发

电机反应转子表层过热的主保护。电力系统发生不对称短路或三相负荷不平衡时，定子绕组将流过负序电流，建立起相对转子两倍转速的负序磁场。在转子表层感应出数值很大的100Hz电流，引起转子表层过热、局部灼伤，甚至造成护环受热松脱。此外，产生的100Hz交变电磁转矩作用在转子大轴和定子机座上，将引起机组振动。对于大型汽轮发电机，由于热容量相对较小，所以发热条件是决定机组承受负序电流能力的主要依据。

（8）发电机失磁保护

发电机失磁指的是励磁电流突然消失或下降到静态极限所对应的励磁电流以下（即部分失磁）。失磁的原因主要有：转子绕组短路、励磁回路开路、励磁系统故障、灭磁开关误跳闸以及误操作等。

（9）发电机过电压保护

大型机组由于自动电压调节器故障或功频调节系统反应迟缓，在满载下突然甩负荷后，出现危及绝缘安全的过电压是比较常见的现象。

过电压是造成发电机或变压器过励磁的原因之一，因此过电压保护尚具有不完全的过励磁保护的功能。

（8）过励磁保护

引起发变组中主变过励磁的原因有：

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1）发电机在低速下预热或启动过程中转速尚未上升到额定值时，误加励磁并升压到额定值，即因频率较低而导致过励磁。

2）发电机并列过程中，误加较大励磁，使变压器电压超过额定值而导致过励磁。 3）机组停运转速下降时，若灭磁开关未跳，而电压自动调节器（AVR）仍作用调压，而导致过励磁。

4）机组突然甩负荷时，由于电压自动调节器（AVR）调整惯性，特别当其失灵或停运时，则由于频率升高赶不上电压急剧升高而导致过励磁。

（11）逆功率保护

汽轮发电机由于机炉保护动作或调速系统故障，可能会出现主汽门突然关闭的情况，此后随着汽轮机动能的消失，发电机将迅速转变为电

动机运行，即由向系统输出有功功率变为从系统吸收有功功率，此即为逆功率。 （12）发电机失步保护

发电机或机组群在受到大的扰动时（如相邻设备短路故障延时切除或相邻大型机组发生低励故障），并与系统或与系统其余部分电势间相角的摇摆可能会不断扩大，以致超过180°进入异步运行状态，即为失步，或称不稳定振荡。 3.1.3本电网变压器的运行方式

T4﹑T5﹑T6﹑T7作为 发电厂变压器的运行方式为有一至两台主变压器中性点接地，

终端变压器一般不接地。

3.1.4 本电网发电机-变压器组保护类型

本电网中发变组应该装设差动保护、瓦斯保护、失磁保护、转子一点接地保护、定子单相接地保护、过电压保护、过负荷保护等。

表1保护方式的选择与配置 输电线路 相间距离保护（Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅲ段） 零序电流保护（Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅲ段）

发电机-变压器组 差动保护、瓦斯保护、失磁保护、转子一点接地保护、定子单相接地保护、过电压保护、过负荷保护等 3.2线路保护配置

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3.2.1配置原则

1）110KV系统线路保护现按远后备原则考虑实施，只配置一套线路微机保护。保护的主要工能为相间距离保护、接地距离保护、零序电流保护和三相一次重合闸。

2）同一变电所宜采用同一制造厂的产品。对于110KV线路，保护和监控了两个独立的单元机箱应装设在同一屏上。一面屏上可装设两条线路的保护和监控，以避免不必要的连线，简化回路接线，提高抗干扰力。

3）地区发电厂至变电所的110KV联络线可根据电网稳定运行或继电保护整定配合需要可装设一套完整的纵联距离保护（有条件时可考虑采用光纤通道）。

3.2.2本电网线路保护类型

本设计中线路发生相间短路时采用相间距离保护（Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅲ段）， 接地短路时采用零序电流保护（Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅲ段）。

3.3互感器变比

3.3.1电压互感器变比

根据《电气工程专业毕业设计指南—继电保护分册》—韩笑﹑宋丽群主编，电压互感器的选择：

1） 一次电压与二次电压的选择与配置

电压互感器的一次绕组额定电压有3KV、6KV、20KV、35KV、110KV、220KV、500KV各级，电压互感器二次绕组分主二次绕组及辅助二次绕组两类，即主二次绕组的额定电压是按下述原则设计的：①一次绕组接于线电压时，二次绕组额定电压为100V；②一

次线路接于相电压时，二次绕组的额定电压为1003。辅助二次绕组的额定电压按下

述原则设计：①中性点直接接地的系统中，二次绕组额定电压为100V；②中性点不接待或经消弧线圈接地的系统中，二次绕组额定电压为100在本次设计中选择的电压互感器变比是110KV0.1KV

3.3.2电流互感器选择

3.3.2.1选择原则

为降低工程造价，在设计上通常采用测量仪表与继电保护共用一组电流互感器的方式，一个电流互感器内有一个或多个铁芯，每个铁芯上有一个二次绕组，测量仪表和继电保护接不同的二次绕组，且供测量仪表的铁芯与供继电保护的铁芯在特性上有

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3。

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较大差别。测量铁芯是按电流互感器正常运行条件设计的，铁芯截面小，饱和倍数低；而保护用铁芯是按短路条件设计的，铁芯截面大，饱和倍数高。

1）一次电流的选择

测量仪表用电流互感器的一次电流一般应取ITA?1.25In。其中，In为发电机或变压器的额定电流，对线路应是最大负荷电流。对于直接起动电动机的测量仪表用电流互感器应选用ITA?1.25In。

继电保护用电流互感器额定电流应大于该电气主设备可能出现的最大长期负荷电流。

2)二次电流的选择

标准电流互感器二次额定电流为5A或1A。110kV及以上的电流互感器的额定二次

电流宜选1A，这样可大幅度降低电缆中的有功损耗，在相同的条件下可减轻电流互感器的二次负担，减小电流回路电缆截面，以降低工程造价。 3)额定输出容量的选择

电流互感器的额定输出容量是指在额定一次电流、额定变比条件下，保证所要求的准确级时，所能输出的最大容量。可根据二次负载所消耗的容量来计算电流互感器的输出容量。电流互感器二次负载所消耗的容量Sloa为Sloa?In2Zloa式中In——电流互感器的二次额定电流，A;

Zloa——二次回路的负载阻抗，可采用实际测量值或通过计算得到。

选择电流互感器的额定输出容量Sn?Sloa。额定容量标准值为5VA、10VA、15VA、20VA、25VA、30VA、40VA、50VA、60VA、80VA、100VA。

注意，对测量仪表用互感器的额定容量只要稍大于二次负载即可，以保证短路时

铁芯能迅速饱和，使测量仪表免遭过大的电流所造成的损坏。

3)准确级的选择

为满足保护、测量的需要，各个铁芯具有的准确级可以不同。保护用电流互感器应选P级或TP级。P级一般保护用电流互感器，其误差是在稳态正弦一次电流条件下的误差，P级可分为5Px,10Px两种，如5P10,5P20,10P10,10P20等，其中“P”表示保护用铁芯，P之前的数字表示综合误差即准确等级，P之后的数字表示极限准确倍数。极限准确倍数指电流互感器能满足综合误差要求的最大一次电流值与电流互感器额定一次电流之比值，如5P20的含义是该互感器为保护用，在一次侧流过的最大电流为其一次额定电流20倍时，该互感器的综合误差不大于5%。

在设计时，推荐采用10P型电流互感器铁芯，只有对精度有特殊要求而10P型铁芯不能满足时才采用造价相对较高的5P型电流互感器铁芯。

对于测量用电流互感器铁芯，准确等级用有0.1级、0.2级、0.3级、0.5级1级、3级、5级等，测量和表计用的电流互感器一般为0.5级。只作为测量用的允许用1级，

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对非重要的测量允许使用3级。

使用了规定准确等级的电流互感器后，并不能确保实际的电流误差控制在规定范围之内。必须保证二次负载实际的消耗伏安数不超过电流互感器的额定容量。此外，对继电保护用电流互感器的一次最大短路电流不应超过电流互感器的极限准确倍数。

3.3.2.2 整定线路SC电流互感器的选择

所整定线路SC流过的最大负荷电流即在发电厂有两台发电机投入运行，两变电所都在运行状态下流过线路SC的电流：

Iloa?max?2SNG?(SNT4?SNT5?SNT6?SNT7)2?100?10?30.85?(31.5?2?25?2)3?115?1033?UB

?614.0A

故所选电流互感器的变比为800A∕1A

表2互感器变比选择

名 称 变 比 800A/1A 电流互感器 电压互感器 110kV/0.1kV

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4整定计算

4.1参数计算

4.1.1 标幺值计算

（1）发电机G电抗标幺值XG可利用公式XG=0.129例如发电机G1的电抗标幺值XG1?0.129

***SBSN求得

SBSN=0.129?1001000.85=0.110

同理可求得发电机G2﹑G3的电抗标幺值，见表格3所示。 （2）变压器T电抗标幺值XT*可利用公式XT*=

U%SBSNUK%SBSN100求得

例如变压器T1的电抗标幺值XT1*?K100?12.5100?100125?0.100

同理可求得变压器T2﹑T3﹑T4﹑T5﹑T6﹑T7电抗标幺值，见表格3所示。 （3）线路L正序电抗标幺值Xl1可利用公式Xl1=0.4?l?SBUB2**SBUB2求得

100*例如线路SC的正序电抗标幺值XSC1=0.4?lSC??0.4?52?1152?0.166

同理可求得线路AB﹑BC﹑CA的正序电抗标幺值，见表格3所示。 （4）线路L零序电抗标幺值可利用公式Xl0=1.2?l?SBUB2*SBUB2求得

1001152*例如线路SC的零序电抗标幺值XSC0=1.2?lSC??1.2?52??0.498

同理可求得线路AB﹑BC﹑CA的正序电抗标幺值，见表格3所示。

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表3 发电机变压器线路阻抗值表

发电机G1G2G3 T1 T2 T3　变压器 T4T5 T6 T7 正序 0.110 0.100 0.333 0.420 0.042 5.554 0.076 10.05 0.054 7.141 0.166 21.95 负序 0.110 0.100 0.333 0.420 0.042 5.554 0.076 10.05 0.054 7.141 0.166 21.95 零序 \\ 0.080 0.266 0.336 0.126 16.66 0.228 30.15 0.126 16.66 0.498 65.86 标么值 AB 有名值? 标么值 线路 CA BC 有名值? 标么值 有名值? 标么值 SC 有名值? 4.2相间距离保护

4.2.1距离保护整定原则

（1）距离Ι段的整定计算

①动作阻抗按躲本线路末端接地故障整定为

Zset?KrelZL (4.1)

??式中 Kr?e——可靠系数，一般取0.8~0.85; l ZL——本线路的正序阻抗 ②动作时间 t??0s

（2）距离Ⅱ段的整定计算

①动作阻抗按与相邻变压器T6的快速保护相配合整定为

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Zset?Krel(ZL?Kb.minZT)

???? (4.2)

??式中 Krel——可靠系数，考虑变压器阻抗误差较大，一般取0.7~0.75

Kb.mi——最小分支系数 n ②灵敏度校验

距离保护Ⅱ段，应能保护线路全长，本线路末端短路时应有足够的灵敏度。考虑各种误差因素，要求灵敏系数应满足

Ksen?ZsetZL???1.25 (4.3)

③动作时间的整定

距离保护Ⅱ段的动作时间，应比与之配合的相邻元件保护动作时间大一个时间级差?t。

t???t??t? (4.4)

（3）距离Ⅲ段的整定计算

① 考虑到电动机子启动的情况下，保护Ⅲ段必须立即返回的要求，采用全阻抗特性，则整定值为

Zset????1KrelKssKreZL.min

(4.5)

式中 Krel——可靠系数，一般取1.2~1.25； Kss——电动机自启动系数，取1.5； Kre——阻抗测量元件的返回系数，取1.15；

ZL.min? ZL.mi——最小负荷阻抗，一般n0.9UNIL.max。

②灵敏度校验。

距离保护的Ⅲ段既作为本线路Ι、Ⅱ段保护的近后备，又作为相邻下级设备的远后备保护，灵敏度应分别进行校验。

作为近后备时，按本线路末端短路校验，计算式为

Ksen(近)?Zset???ZSCcos(?1??L)?1.5 （4.6）

作为远后备时，按相邻设备末端短路校验，计算式为

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Ksen(远）?Zset???(ZSC?Kb?maZ)cos?(1??L)xnext?1.2 （4.7）

式中 Znext——相邻设备的阻抗； Kb.ma——分支系数最大值。 x ③动作时限

t????t??tx （4.8）

式中 tx—与本保护配合的相邻元件保护段（x为Ⅰ或Ⅱ段）最大的动作时间。 （4）转换成二次值

Zset2?Zset1?nTAnTV （4.9）

4.2.2 S侧距离保护整定

4.2.2.1 S侧距离Ⅰ段整定

（1）动作阻抗

距离Ι段动作阻抗按躲本线路末端接地故障整定，根据式（4.1）可得距离Ι段动作阻抗一次值为16.85Ω，根据式（4.9）可得距离Ι段动作阻抗二次值为13.42Ω。 （2）动作时间

距离Ι段动作时限为0s

4.2.2 1.1S侧距离Ⅱ段整定

（1）动作阻抗

距离Ⅱ段分别与下一级线路CAⅠ段、线路BCⅠ段和变压器T6﹑T7配合，并取三者较小者作为Ⅱ段整定阻抗，由于校验灵敏系数不满足，故该与下线路CAⅡ段配合，校验灵敏系数满足，得距离Ⅱ段动作阻抗一次值为46.31Ω，根据式（4.9）可得距离Ⅱ段动作阻抗二次值为33.34Ω。 （2）动作时间

距离Ι段动作时限为1s

4.2.2.1.2S侧距离Ⅲ段整定

（1）动作阻抗

距离Ⅲ段动作阻抗按躲开最小的负荷阻抗ZL?min整定，根据式（4.5）可得距离Ⅲ段动作阻抗一次值为69.11Ω，根据式（4.9）可得距离Ⅲ段动作阻抗二次值为49.75Ω。

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（2）动作时间

距离Ι段动作时限为2.5s

4.2.2.2 C侧距离保护整定

由于C侧没有下一级线路，故只需整定Ⅰ段和Ⅲ段。

4.2.2.2.1 C侧距离Ⅰ段整定

(1）动作阻抗

距离Ι段动作阻抗按躲本线路末端接地故障整定，根据式（4.1）可得距离Ι段动作阻抗一次值为17.680Ω，根据式（4.9）可得距离Ι段动作阻抗二次值为12.858Ω。 （2）动作时间

距离Ι段动作时限为0s

4.2.2.2.2 C侧距离Ⅲ段整定

（1）动作阻抗

距离Ⅲ段动作阻抗按躲开最小的负荷阻抗ZL?min整定，根据式（4.5）可得距离Ⅲ段动作阻抗一次值为49.155Ω，根据式（4.9）可得距离Ⅲ段动作阻抗二次值为35.749Ω。

（2）动作时限

距离Ⅲ段动作时限为1s

表4 相间距离保护整定值表

保护段 整定段 Ⅰ段 S侧 Ⅱ段 Ⅲ段 C侧 Ⅰ段 III段 一次值 XG1*XTI*XG2*XT2*XG3*XT3*XCA1*XS1*XSC1*二次值 XT1*XT2*XT3*XCA1*XS1*XSC1*时限t（s） 灵敏系数 0 1 2.5 0 1 / 2.03 近：2.68 远(1)2.16(2)1.98 / 近：2.68 18.65 46.31 69.11 18.65 69.11 13.42 33.34 49.75 13.56 49.75

4.3零序保护

4.3.1整定原则

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1）零序电流保护Ι段的整定计算

① 动作电流按躲过区外接地短路的最大三倍零序电流整定位

?I0.set?Krel3I0.max (1.9)

式中 Krel——可靠系数，取值不小于1.3；

3I0.max——区外接地短路的最大三倍零序电流，对于单回线一般取本线路末端接地短路时的最大三倍零序电流。必须考虑正序等值阻抗和零序等值阻抗的比值，当

Z1??Z0?时取单相接地电流，Z1??Z0?时取两相接地短路的电流；

② 保护范围

零序电流Ι段的保护范围应不小于线路全长的15%~20%。 ③ 动作时间

零序电流Ι段的动作时间为保护装置的固有动作时限。

2) 零序电流保护Ⅱ段的整定计算

. ①动作电流 按本线路末端接地短路时有足够灵敏度整定，即

I0.set???3I0.minKsen (1.10)

式中 3I0.min——相邻线路末端接地故障的最小零序电流；

Ksen——灵敏系数，取值不小于1.3。

②动作时间

在相邻保护动作时限的基础上高一个时间级?t（0.5s）。

4.3.2 S侧零序电流保护整定

4.3.2.1 S侧零序电流Ⅰ段整定

（1）动作电流

零序电流Ⅰ段的动作电流应该躲过被保护线路末端发生单相或两相

接地短路时流过本线路的最大零序电流，可得零序电流Ⅰ段的动作电流一次值为5616.94A，可得零序电流Ⅰ段的动作电流二次值为7.018A。 （2）动作时限

零序电流Ⅰ段的动作时限为0s

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4.3.2.2 S侧零序电流Ⅱ段整定

(1)动作电流

零序电流Ⅱ段保护区不超出相邻线路零序电流Ⅰ段保护区，可得零序电流Ⅱ段的动作电流一次值为1856.4A,可得零序电流Ⅱ段的动作电流二次值为2.30A。 (2)动作时限

零序电流Ⅱ段的动作时限为0.5s

4.3.2.3 S侧零序电流Ⅲ整定 (1)动作电流

零序电流Ⅲ段可得零序电流Ⅲ段的动作电流一次值为329.8A，可得零序电流Ⅲ段的动作电流二次值为0.412A。 (2)动作时限

零序电流Ⅲ段的动作时限为2.5s

4.3.3 C侧零序电流保护整定

由于C侧没有下一级线路，故只需整定Ⅰ段和Ⅲ段。

4.3.1 C侧零序电流Ⅰ段整定

(1）动作电流

零序电流Ⅰ段的动作电流应该躲过被保护线路末端发生单相或两相接地短路时流过本线路的最大零序电流，可得零序电流Ⅰ段的动作电流一次值为5238.7A，可得零序电流Ⅰ段的动作电流二次值为6.548A。 （2）动作时间

零序电流Ι段动作时限为0s

4.3.2 C侧距离Ⅲ段整定

（1）动作电流

零序电流Ⅲ段可得零序电流Ⅲ段的动作电流一次值为269.55A，根据式（4.6)可得零序电流Ⅲ段的动作电流二次值为0.336A。 （2）动作时限

零序电流Ⅲ段动作时限为1s

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表5 零序保护电流整定值表

电流值保护段 整定段 A 电流值A 动作时间（S） 灵敏系数 (一次侧值) (二次侧值) Ⅰ段 保护1 Ⅱ段 Ⅲ段 保护2 Ⅰ段 Ⅲ段 5614.92 1856.4 329.8 5238.7 269.55 7.018 2.320 0.412 6.548 0.336 0 1 2.5 0 1 / 1.6 近9.55远（1）21.40（2）9.88 / 近5.68

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110kv电网继电保护配置与线路保护整定计算

5小结

本设计中为110kV输电线路及变压器组T1选择合理的保护方式，110k输电线路采用了反应相间故障的距离保护整定计算和反应接地故障的零序保护整定计算，本方案整定线路SC段。对于被保护线路保护方式的选择分相间短路时线路的距离保护，和接地短路时线路的接地零序保护。

距离保护是利用短路时的电压，电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护安装处的距离而工作的保护。一般分三段整定，其中I段可以保护全线路的80%~85%，按躲过本线路末端故障时测量阻抗，其动作时间为0S，可以做到速断，II段可以和相邻线路保护配合，也可以和相邻变压器配合，既与相邻线路的距离I段配合，若灵敏度不满足则与相邻线路保护II段 配合，也按躲过相邻变压器低压侧故障时整定，动作时间一般为0.5S~1.0S通常能灵敏而快速切除全线路范围内的故障。由I段和II段构成线路的主保护，III段按躲过最小负荷阻抗整定，动作时间

一般在2S以上，作为后备保护段。

利用短路时的电压，电流的变化特征，通过测量故障阻抗来确定故障所处的范围，保护区稳定，灵敏度高，动作情况受到电网运行方式变化的影响小，能在多侧电源的高压及超高压复杂电力系统中应用。对于电流，电压保护来说，距离保护的构成，接线和算法都比较复杂，装置自身的可靠性稍差。

零序电流保护反应中性点接地系统中发生接地故障短路时的零序电流分量，零序电流保护接于电流互感器的零序滤过器，通常有三段组成，I段按躲开下段线路出口处单项接地故障时可能出现的最大零序电流3Iomax来整定，其保护范围不小于线路全长的15%~20%，动作时限为保护装置的固有动作时限。II段按与相邻线路零序保护配合，既与相邻线路零序电流保护的I段配合整定，若为单项接地时，灵敏度校验应按照两相接地短路时计算，若不满足，可按与相邻线路零序电流保护II段配合整定。动作时间不应超过1.5S，III段躲过本线末端相间短路时最大不平衡电流Iunb.max，与相邻线路首端最大两相短路电流来整定，灵敏度按照相邻元件末端接地短路时，流过本保护的最小零序电流来校验。

零序电流保护直接受系统运行方式变化的影响很小。此外，由于线路零序阻抗远较正序阻抗大，故线路始端与末端短路时，零序电流变化显著，曲线较陡，因此零序一段保护范围较大，也较稳定，零序二段保护的灵敏系数也易于满足要求。方向性零序保护没有电压死区。

课程设计使所学课程的知识进行强化，提高了分析问题和解决问题的能力，拉近课堂与工程设计的距离，掌握了对电力系统各元件配置相应的保护和对线路的整定。并且进行设计技能、计算绘图及编写说明书的初步训练。能按课程设计任务书要求独立完成设计。

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6 参考文献

1]刘万顺.电力系统暂态分析.北京：中国电力出版社,2006。

2]崔家佩等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.北京：水利电力出版社，1995。

3]李斌.隆贤林. 电力系统继电保护及自动装置. 北京：中国水利水电出版社，2007。 4]许建安 .继电保护整定计算.北京：中国水利水电出版社， 2001。 5]马永翔 .电力系统继电保护.重庆大学出版社，2007。

6]东北电力设计院.继电保护和安全自动装置技术规程DL400-91.电力 版社，1991。 7]西北电力设计院.电力工程电气设计手册（二）.北京：水利电力出 社，1990。

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计算书

1参数的计算

1．1发电机阻抗计算

Xd?Xd*\\SSBN?Xd\SPB =0.129×100/50/0.8=0.110

cos?1.2变压器阻抗计算

对变压器T1T2T3,SB?100MVA,SN?125MVA,Ud?10.5%

XT1?XT2?XT3?*??UK%SB100SN=

10.5100100125?0.100

X?(0)?0.8?0.100?0.080

变压器阻抗有名值：

XT1?XT2?XT3?XT1?*UB2SB?0.1*132.25?13.225?

对变压器T4,T5而言：

SB?100MVA,SN?31.5MVA,Ud?10.5% X?T4?X??T5?Ud(%)?SBN100?S =0.3333

X?T5(0)X?T4(0)?0.8?0.3333?0.2666

变压器阻抗有名值：

XT4?XT5?XT4?*UB2SB?0.333*132.25?44.03?

对变压器T6T7而言：

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SXB?100MVA,SN?25MVA,U?d?10.5(%)

*T6?X?T7Ud(%)?SBN100?S=0.420

X*T60??X?0.8?0.420?0.336

T7(0)变压器阻抗有名值：

XT6?XT7?XT6?*UB2SB?0.420*132.25?55.545?

1.3线路阻抗计算

阻抗基准值：

ZB?U2BSB?132.25?

对线路AB

X*AB?0.4?14*1001152?0.042

X*B0?1.2?1411510011522?0.126

XAB?0.042?100?5.554?

对线路BC

X*BC?0.4?251001152?0.076

X*BC0?1.2?251001152?0.228

115XBC2?0.076?100?10.05?

对线路CA

XCA?0.4?18*1001152?0.054

XCA0?1.2?18*1001152?0.126

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115XCA?0.054?1002?7.147?

对线路SC

X*SC?0.4?551001152?0.166

X*SC0?1.2?551001152?0.498

115XSC?0.166?1002?21.95?

2相间距离保护的计算

2.1 S侧

AGTCK1T7SK21.0sT6

1）相间距离保护1的Ⅰ段：C点短路

Zset.1?Krel?Zsc?0.85?21.95?18.65?I （一次侧值）

(二次侧值)

ZIset.SB?18.65?nTAnTV1000?18.65?1101?16.95?0.1 动作时限: t1? = 0 S

2）相间距离保护1的II 段：在A点短路

Kb=1

ZsetCA?Krel?ZCA?0.85*7.141?6.06?I

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ZsetSC?KrelZSC?Kb?ZsetCAII?I??0.85*(21.95?6.06*1)?23.80?

. 与变压器T6T7的主保护配合：

ZsetSC?Krel?ZSC?Kb?ZT6//ZT7??0.85*(21.95?55.545/2*1)?42.26?IIII取其中较小的整定值ZsetSC?23.80?

KIIsenSC?ZsetSCZSCII?23.8021.95?1.08＜1.25

不符合要求，所以与下线二段配合

1KbMIN=

IacIsc=1?Xg1?XT1?0.85*X1AC?2.19

XS1?XCS1?0.85*XZsetca?KrelZca?Kbmin?ZsetabIIAC1?I??0.85*(7.14?5.554*0.85*2.19)?14.85?

ZsetSC?KrelZSC?Kbmin?ZsetCAII?II??0.85*(21.95?14.85*2.19)?46.31?（一次侧值）

ZIIset.Sc?46.31?nTAnTV?1000?46.31?1101?42.10?(二次侧值)

0.1KIIsenSC?ZsetSCZSCII44.7221.95?2.03>1.25

符合要求

3） 相间距离III段：

IMAX?SG1*2?ST4?T5?T6?T7UB*0.9UN3ILmaxZLminKrelKssKre3*1000?436.7?

Z?Lmin*1000?136.83?

ZsetSC?III?69.11? (一次侧值)

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Zset.Sc?69.11?IIIIIInTAnTV1000?69.11?1101?62.82?(二次侧值)

0.1 Ksen近?ZsetZSC?2.86﹥1.5

1KBMAX=

IacIsc=1?XXg1?XT1?X1?XCS1?XAC?2.16

S1AC1

Ksen远?ZsetSCZSC?Kbmax?ZCAIII?1.98>1.2

符合要求 2．2 C侧

AGTCK1T7SK21.0sT6

1)相间距离Ⅰ段：在s点短路

I?Krel?Zsc?0.85?21.95?18.65? （一次侧值） Zset.1 ZIset.SB?18.65?nTAnTV1000?18.65?1101?16.95?(二次侧值)

0.1 动作时限: t1? = 0 S

因为没有下级线路，所以不用计算II段。 2）距离III段：

IMAX?SG1*2?ST4?T5?T6?T7UB*0.9UN3ILmax3*1000?436.7?

Z?Lmin*1000?136.83?

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ZsetSC?IIIZLminKrelKssKre?69.11? (一次侧值)

ZIIIset.Sc?69.11?nTAnTV1000?69.11?1101?62.82?(二次侧值)

0.1 Ksen近?ZsetIIIZSC?2.86﹥1.5

3零序整定计算

3.1．１Ｉ段整定（短路点在线路SC的末端） 1）各序网图 ①正序网络图

XG1*XG2*XG3*XTI*XT2*XT3*XCA1*XS1*XSC1*②负序网络图

XG1*XTI*XG2*XT2*XG3*XT3*XCA1*XS1*XSC1*

③零序网络图

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XT1*XT2*XT3*XS1*XSC1*

I段最大运方

①正序阻抗

X1??max?[(XG1?XT1)//(XG2?XT1)//(XG3?XT3)?XCA1]//(XS1max?XSC1)?[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?0.0541]//(0.1?0.166)?0.083**********

②负序阻抗

X2??max?[(XG1?XT1)//(XG2?XT1)//(XG3?XT3)?XCA1]//(XS2max?XSC2)?[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?0.0541]//(0.1?0.166)?0.083**********

③零序阻抗

X0??max?(XT1//XT1//XT3?XCA0)//(XS0max?XSC0)?(0.100//0.100//0.100?0.126)//(0.3?0.498)?0.156*******

(1)因为X0??max?X1??max,故单相接地短路的零序电流IK0大于两相接地短路的零序电流IK0(1，1)**

最小运方 ①正序阻抗

X1??min?[(XG1?XT1)//(XG2?XT2)//?XCA1]//(XS1min?XSC1)?[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)//?0.054]//(0.35?0.166)?0.119********

②负序阻抗

X2??min?[(XG1?XT1)//(XG2?XT2)?XCA1]//(XS2min?XSC2)?[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?0.054]//(0.35?0.166)?0.119X0??min?(XT1//XT2?XCA0)//(XS0min?XSC0)?(0.100//0.100?0.154)//(1.05?0.498)?0.18**************③零序阻抗

(1)因为X0??min?X1??min,故单相接地短路的零序电流IK0大于两相接地短路的零序电流IK0

(1，1)**

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(3)最大零序电流

I0?max?I1?max?**1X1??max?X2??max?X0??max***?10.083?0.083?0.156?3.10

I0?max?I0?max*SB3UB?3.10?1003?115?10?1559.7A

3（4）最小零序电流

I0?min?*?I1?min1*XX2??min*2??min**?X0??min?1X1??min?X?2.09**2??minX//X0??min*2??min*X2??min*?X0??min*

0.1190.119?0.119//0.180.119?0.18

I0?min?I0?min*SB3UB?2.09?1003?115?103?1050.5A

(5)动作电流

I0?act?1?Krel?3I0?max?1.2?3?1559.7?5614.92A（一次值） I0?act?1?I0?act?1/nta?5614.92/800?7.018A（二次值）

????

（6）动作时限t1??0s

３.１.２ＩＩ段整定

1）各序网图

①正序网络图

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110kv电网继电保护配置与线路保护整定计算

XG1*XG2*XG3*XTI*XT2*XT3*XCA1*/2XS1*XSC1*XCA1*2

②负序网络图

XG1*XTI*XG2*XT2*XG3*XT3*XS1*XSC1*XCA1*2

③零序网络图

XTI*XT2*XT3*XCA1*/2XS1*XSC1*XCA1*2

II段最大运方

①正序阻抗

X1??max?[(XG1?XT1)//(XG2?XT1)//(XG3?XT3)??[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?

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*******XCA12*]//(XS1max?XSC1?0.0542**XCA12*)0.0542]//(0.1?0.166?)?0.07南京工程学院电力工程学院继电保护课程设计

②负序阻抗

X2??max*?[(XG1?XT1)//(XG2?XT1)//(XG3?XT3)?******XCA22*]//(X*S2max?X*SC2?XCA22*)

?[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?0.0542]//(0.15?0.166?0.0542)?0.070③零序阻抗

X0??max?(XT1//XT1//XT3??(0.100//0.100//0.100?******XCA02*)//(XS0max?XSC0?0.1262**XCA02*)

0.1262)//(0.30?0.498?)?0.088(1)因为X0??max?X1??max,故单相接地短路的零序电流IK0大于两相接地短路的零序电流IK0(1，1)

最小运方 ①正序阻抗

X1??min?[(XG1?XT1)//(XG2?XT2)??[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?0.0542*****XCA12*]//(XS1min?XSC1?0.0542**XCA12*)

]//(0.1?0.166?)?0.09②负序阻抗

X2??min?[(XG1?XT1)//(XG2?XT2)//??[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)//?0.0542*****XCA22*]//(XS2min?XSC2?0.0542**XCA22*)

]//(0.1?0.166?)?0.09③零序阻抗

X0??min?(XT1//XT2??(0.100//0.100?****XCA02*)//(XS0min?XSC0?0.1262**XCA02*)

0.1262*)//(1.05?0.498?)?0.104(1)因为X0??min?X1??min,故单相接地短路的零序电流IK0大于两相接地短路的零序电流IK0(1，1)

(3)最大零序电流

I0?max?I1?max?**1X1??max?X2??max?X0??max***?10.07?0.07?0.088?4.38

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I0?max?I0?max*SB3UB?4.38?1003?115?103?2202.1A

（4）最小零序电流

I0?min?I1?min?1**X2??min***X2??min?X0??min0.09?1X1??min?X2??min//X0??min?3.36***X2??min*X2??min*?X0??min*

0.09?0.09//0.1040.09?0.104

I0?max?I0?max*SB3UB?3.36?1003?115?10?1687.6A

3

(5)动作电流

I0?act?1?Krel?IS0?max?1.1?1687.6?1856.4A（一次值） I0?act?1II?????I0?act?1/nta?1856.4/800?2.32A（二次值）

II

(6)灵敏度校验

Ksen?3IS0?minI0?act?1???3?1050.51856.4???1.6?1.3，满足要求。

（7）动作时限t1?0.5s

3.1.3零序ＩＩＩ段 Ⅲ段整定

1)线路末端发生三相短路时，流过保护1的短路电流为

XG1*XTI*XG2*XT2*XG3*XT3*XCA1*XS1*XSC1*

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III段最大运方

最大运行方式

Ik?max?(3)*?1(XG1?XT1)//(XG2?XT2)//(XG3?XT3)?XCA11?*******?1X*S1?X*SC110.180?0.166

(0.110?0.100)//(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?0.054(3)?10.9Ikmax?Ikmax(3)*SB3UB?10?10.9?31003?115?10?5497.6A

3(2)最大不平衡电流Iunb?max?KaperKssKerIkmax(3)动作电流I0?act???(3)?1?0.5?0.1?5497.6?274.88A

?Krel???Iunb?max?1.2?274.88?329.8A

III I0?act?1(4)灵敏度校验 ①作为近后备

Ksen近???III??I0?act?1/nta?329.8/800?0.412A（二次值）

?3I0?minI0?act????3?1050.5329.8?9.55?1.5

故满足要求。

②作为远后备

Ksen远????3I0?minI0?act????3?2241.1314.2?21.40?1.5

Ksen远????3I0?minI0?act????3?1348.5314.2?12.88?1.5

3.2保护二整定

短路点在线路CA的末端1）各序网图 ①正序网络图

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110kv电网继电保护配置与线路保护整定计算

XG1*XTI*XG2*XT2*XG3*XT3*XCA1*XS1*XSC1*

②负序网络图

XG1*XTI*XG2*XT2*XG3*XT3*XCA1*XS1*XSC1*

③零序网络图

XT1*XT2*XT3*XCA1*XS1*XSC1*

I段最大运行方式 ①正序阻抗

X1??max?[(XG1?XT1)//(XG2?XT1)//(XG3?XT3)?XCA1?XSC1]//XS1max?[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?0.054?0.166]//0.1?0.07**********

②负序阻抗

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X2??max?[(XG1?XT1)//(XG2?XT1)//(XG3?XT3)?XCA2?XSC2]//XS2max?[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?0.054?0.166]//0.1?0.07**********

③零序阻抗

X0??max?(XT1//XT1//XT3?XCA0?XSC0)//XS0max?(0.100//0.100//0.100?0.126?0.498)//0.30?0.205*******

(1)因为X0??min?X1??min,故单相接地短路的零序电流IK0大于两相接地短路的零序电流IK0(1，1)**

最小运方

①正序阻抗

X1??min?[(XG1?XT1)//(XG2?XT2)?XCA1?XSC1]//XS1min********

?[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?0.054?0.166]//0.35?0.168②负序阻抗

X2??min?[(XG1?XT1)//(XG2?XT2)?XCA2?XSC2]//XS2min?[(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?0.054?0.166]//0.35?0.168********

③零序阻抗

X0??min?(XT1//XT2?XCA0?XSC0)//XS0min?(0.100//0.100?0.126?0.498)//1.05?0.410******

(1)因为X0??min?X1??min,故单相接地短路的零序电流IK0大于两相接地短路的零序电流IK0(1，1)**

(3)最大零序电流

I0?max?I1?max?**1X1??max?X2??max?X0??max***?10.07?0.07?0.205?2.89

I0?max?I0?max*SB3UB?2.89?1003?115?103?1455.2A

（4）最小零序电流

I0?min?I1?min?**X2??min***X2??min?X0??min?1X1??min?X2??min//X0??min?1.017***X2??min*X2??min*?X0??min*

10.1680.168?0.168//0.4100.168?0.410

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110kv电网继电保护配置与线路保护整定计算

*I0?min?I0?minSB3UB?1.017?1003?115?10?510.7A

3（5）动作电流

I0?act?2?Krel?3I0?max?1.2?3?1455.2?5238.7A（一次值） I0?act?2?I0?act?2/nta?5238.7/800?6.54A（二次值）

????

（6）动作时限 动作时限t2??0s

3. Ⅲ段整定

(1) 线路末端发生三相短路时，流过保护2的短路电流为

最大运行方式

Ik?max?(3)*?1(XG1?XT1)//(XG2?XT2)//(XG3?XT3)?XCA1?X1********SC1?11X*S1

(0.110?0.100)//(0.110?0.100)//(0.110?0.100)?0.054?0.166(3)?0.18?8.948Ikmax?Ikmax(3)*SB3UB?103?8.948?1003?115?103?4492.5A

(2)最大不平衡电流Iunb?max?KaperKssKerIkmax(3)动作电流I0?act???(3)?1?0.5?0.1?4492.5?224.6A

?Krel???Iunb?max?1.2?224.6?269.55A（一次值） /nta?269.55/800?0.336A（二次值）

I0?act?1

(4)灵敏度校验 作为近后备

Ksen近???III?I0?act?1III?3I0?minI0?act????3?510.7269.55?5.68?1.5

故满足要求。

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