继电保护设计

维修电工实训说明书

题目名称： 110KV电网继电保护

系 部：专业班级： 电力11-11-3 学生姓名： 常 宏 磊 学 号： 2011231447 指导教师： 竟 静 静 完成日期：

新疆工程学院

实训评定意见

设计题目 110KV电网继电保护 系 部____电力工程系____ 专业班级 电力11-11-3班 学生姓名_____常宏磊______ 评定意见：

指导教师（签名）：

学生学号 2011231447 评定成绩：

年 月 日

评定意见参考提纲：

1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。 2、学生的勤勉态度。

3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。

新疆工程学院

___系(部)课程实训任务书

学年 学期 年 月 日

教研室主任（签名） 系（部）主任（签名）

摘 要

本次毕业设计的主要内容是针对110kV电网做出保护配置，并依据继电保护配置的原理，对所选择的保护进行整定计算，从而更进一步的确定所选的保护类型和自动装置的类型。

首先对110kV电网进行初步分析，来确定电网的类型、中性点接地方式和系统运行方式，从而进一步的简化系统网络；然后依据各设备的已知参数求取其在统一基准值下的标幺值，进而依据化简的系统网络图画出各序网络图；再次初步为系统网络配置保护装置，依据各保护装置的整定原则进行整定计算，从而确定保护类型；最后依据网络的特点选取相应的自动装置并进行相应的整定。从而完善本次110kV电网保护的设计。

关键词：运行方式，保护配置，整定计算，自动装置

摘 要 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 1.电网的概述 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 6 1.1 对网络的初步认识 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 1.2 开环方案 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 2.保护装置 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 2.1 硬件结构 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10 2.2 保护原理及配置------------------------------------------------------------------------------------------------------ 10 3.保护原理 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 14 3.1 距离保护的作用和工作原理 -------------------------------------------------------------------------------------- 14 3.2 零序电流保护原理 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 15 4.整定计算 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17 4.1 互感器的变比 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17 4.2 相间距离保护的整定结果 ----------------------------------------------------------------------------------------- 20 4.3 BZT各元件的定值计算 --------------------------------------------------------------------------------------------- 21 4.5 相间距离保护装置的整定计算 ------------------------------------------------------------------------------------ 24 致 谢 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 37 参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38

1.电网的概述

1.1 对网络的初步认识

该网络是110kV电压等级环形网络，以开环方式运行。包括两个电源点，一个是发电厂，另一个是外接系统。其中发电厂A由2×60MVA并联，2×40MVA（cos =0.8）单独运行发电机经4×50MVA（Uk%=10.5）台变压器组成，外接系统距该系统C变电所62KM。该网络包括6个变电所，其中B变电所有2×20MVA（Uk%=10.5）主变压器，发电厂A和变电所B相距42KM，C变电所有2×31.5MVA（Uk%=10.5）主变压器，B变电所和C变电所相距55KM，D变电所有单台31.5MVA（Uk%=10.5）变压器，C变电所和D变电所相距50KM，发电厂A和变电所D相距40KM。变电所G有单台10MVA（Uk%=10.5）变压器，变电所G和变电所B相距36KM，变电所E有单台20MVA（Uk%=10.5）变压器，变电所E和变电所C相距22KM，变电所F有单台20MVA（Uk%=10.5）变压器，变电所F和变电所D相距25KM。

该网络发电厂总容量为220MVA，总负荷容量为179.5MVA，即正常运行时向外接系统输送220-179.5=40.5MVA容量。

其中由发电厂A、变电所B、变电所C、变电所D及其线路构成环网构架。

1.2 开环方案

1）潮流计算及相关概念：

电力网的潮流计算一般包括潮流分布计算、功率损耗计算、电能损耗计算、电压损耗计算。

在电力系统中，习惯上把功率和电压的分布成为潮流分布。由于负荷的随机性及电力系统运行方式的不断变化，潮流分布也随之发生变化。 通过潮流计算可以分析该网络的电压水平高低、功率分布和电力损耗及经济性等，从而可以对该网络的设计及运行做出评价。

不计电力网阻抗和导纳中功率损耗的潮流分布称为初步潮流分布，与此对应，计及了功率损耗的潮流分布称为最终潮流分布。这里只进行初步潮流分布计算，假设系统有功功率和无功功率为同一分点，用各分点的容量进行潮流计算。

SL

A

AA'

=

SL

BB

BA'

＋

SL

C

CA'

＋

SL

D

DA'

S

A

=

BA'

+CCA'+DDA'

L

=

AA'

50⨯145+83⨯90+46.5⨯40

=88.663 SA'LAA'=

187

SL

D

DA

+SCLCA+SBLBA

S

A'

=

D

DA

+CCA+BBA

L

=

AA'

46.5⨯147+83⨯97+50⨯42

=90.837

187

校验：

S

A

+

S

A'

=88.663+90.837=179.5

S+S+S

B

C

D

=179.5

∴ SA+ SA'=SB+SC+SD ∴SA=SAB=88.663

S

BC

=

S-S

A

A'D

B

=88.663-50=38.663

S=S

A'

=90.837

S

DC

=SA'-SD=90.837-46.5=44.337

A 88.663MVA B 38.663MVA C 44.337MVA D

50MVA 83MVA 46.5MVA

图1.1 潮流分布图

由此知功率分点应在变电所C变电所母线上。（注：SALAB=∑SiLi适用于均一网路，即线路单位长度阻抗相等） 2）开环方案

在C变电所母线上确定具体开环点：

方案一： 在C变电所母线上与变电所E相连部分和两台并列变压器之间开环。

Q

A

=SAsinϕ=88.663⨯0.6=53.1978 Q=12

E

53.19

图1.2 电压分布图

QX53.199⨯16.8

=-=110-=110-8.1247=101.88 UU110UQ(X+X)12⨯30.8

=-=101.88-=101.88-3.627=98.25 UU101.88U

Q=Ss=90.837⨯0.6=54.502

Q=Ss=63⨯0.6=37.8

A

1

2

1

1

E

2

3

3

2

2

A'

A'

inϕ

C

C

inϕ

'=110-54.502⨯16=110-7.927=102.072

U2110

'=102.072-37.8⨯20=102.072-7.359=94.666 U3102.072

∴该方案开环后，E变电所母线电压为98.25KV，C变电所母线电压为94.666KV。

方案二：在C变电所母线两台并联运行变压器之间开环。

Q

Q

A

=88.663⨯0.6=53.197

=50⨯0.6=30 =20⨯0.6=12

B

Q

E

QQ

C

=31.5⨯0.6=18.9

A'

=90.827⨯0.6=54.502

Q

D

=46.5⨯0.6=27.9

1

U

16.8

U

2

22

U

3

8.8

U

4

53.197 30.9 12

图1.3 电压分布图

53.197⨯16.8

=110-8.124=101.875

11030.9⨯22

U3=101.875-=101.875-6.6729=95.202

101.87512⨯8.8

=95.202-=95.202-1.109=94.093U4

95.202

U2=110-

U

1

16

U

' 20

2

U

'

3

图1.4 电压分布图

'=110-54.502⨯16=110-7.927=102.074 U2110

18.9⨯20

'=102.074-=102.074-3.703=98.371 U3102.074

该方案开环后，E变电所母线电压为94.093KV，与C变电所母线相连的 C母线电压为95.202KV，单独变压器侧C母线电压为98.371KV。

显然方案二的C变电所母线电压较方案一高，所以最终开环方案为方案二，即开环点确定在两台并列运行变压器之间。

1.3 电网中性点接地方式

(a) 中性点接地原则：

在高压（110kV及以上）电压中，绝缘费用在设备总价中有很大比重，设备价格几乎和试验电压 成正比，降低绝缘水平的经济效益很显著，因而着重考虑过电压和绝缘水平方面的问题。一般采用中性点直接接地，这样可使系统内部过电压水平降低20%-30%。

中性点直接接地系统中变压器中性接地原则：

发电厂及变电站低压侧有电源的变压器，中性点均应接地，以防止出现不接地系统的工频过电压状态；

2)两台或两台以上并列运行变压器，通常只考虑一台中性点直接接地运行； 3)低压无电源的受电端变压器一般不接地运行，以提高送电端直接接地保护的灵敏度。

(b) 开环点侧变压器中性点接地方案：

分别设A变电所母线、B变电所母线、D变电所母线接地故障。

2.保护装置

微机线路保护装置WXH-803（河南许继的产品）是适用于110kV ~500kV输电线路的

成套数字式保护装置。该装置由分相电流差动保护及零序电流保护构成全线速动主保护，由三段式相间距离和接地距离以及六段零序电流方向保护构成后备保护。并配有自动重合闸。

2.1 硬件结构

WXH-803线路保护装置采用6U高度，19英寸标准机箱。机箱采用整体面板及大背板结构，面板背后还有一块MMI板，用于人机对话和与保护CPU通信。背板出线双层布置，一层为箱体内部出线的弱电回路，一层为模拟量输入、开关量输入、信号触点、出口跳闸触点、直流电源等强电回路。保护插件采用6层印制板，贴装工艺，集DSP系统、模数转换、开入开出等于一体。开关量的输入输出采用高可靠性的光电隔离器件。这些措施提高了装置的可靠性，增强了装置的抗干扰能力。装置的安装方式为嵌入式安装；结构型式为组合插件式结构；接线方式为后接线方式。

图2.1 插件位置图

DSP-10保护插件（插件2，4，5，6）

DSP-10模块是在分析和借鉴了国内外同类产品基础上，从技术和开发手段的先进性，软硬件资源的通用性，系统的可靠性等方面出发，开发研制的DSP型保护模块。作为基本的软硬件平台，在单块PCB板上完成了数据采集、I/O、保护及控制功能等，具有独立的A/D，每种保护数据采集系统损坏不影响其他保护。适用于多种继电保护装置。WXH-803的差动、距离、零序、重合闸选用单独的DSP-10保护插件，其中CPU1为差动保护，CPU2为距离保护，CPU3为零序保护，CPU4为重合闸（可选）

2.2 保护原理及配置

1、TV断线

装置各保护均设有两种检测TV断线的判据，两种判据都带延时，且仅在线路正常

运行，起动元件不起动的情况下投入，一旦起动元件起动，TV断线检测立即停止，等整组复归后才重新投入。

a. 三相电压之和不为零，用于检测一相或两相断线。判据为：|UA+UB+UC|>7V(有效值)

b. 三相失压检测

三相电压有效值均低于8V，且A相电流大于0.04In或在合位，附加电流条件是防止TV在线路侧时，断路器合闸前误告警。检测到TV断线后，驱动告警Ⅱ发出本地及中央告警信号，但不切断保护出口回路的+24V电源。

在TV断线时，差动保护退出电容电流补偿并自动按2IC抬高动作门槛；距离保护将被闭锁；零序保护带方向段退出或选择无方向。装置继续监视TV电压，一旦电压恢复正常，各保护恢复正常。

重合闸同时对抽取电压Ux进行检查，在开关处于合位，且有电流流过，并检查到抽取电压低于无压定值时，报抽取电压TV断线。

2、比例制动分相电流差动元件 动作特性

本装置差动保护由故障分量差动、稳态量差动及零序差动保护。

差动保护采用每周波96点采样，由于高采样率，差动保护可以进行短窗相量算法实现快速动作，使典型动作时间小于20ms。故障分量差动保护灵敏度高，不受负荷电流的影响，具有很强的耐过渡电阻能力，对于大多数故障都能快速出口；稳态量差动及零序差动则作为故障分量差动保护的补充。

比例制动特性动作方程如下：

IM+IN〉ICDset

.

.

.

.

..

（1）

IM+IN〉KIM-IN

.

.

（2）

式中IM、IN为两侧电流，K为制动系数，ICD为动作门坎，对于各差动保护有

.

.

其各自的取值。

1）对故障分量差动，式中IM、IN分别对应于两侧相电流的故障分量∆IM、∆IN，

1

K取0.75, ICDset取Idz+∆Idz，式中Idz为分相差动整定值，∆Idz取min{0.1In,Idz}，In为

2

.

.

额定电流。

2）对稳态量差动，式中IM、IN分别对应于两侧相电流稳态量，K取0.6, ICDset取

Idz。

.

.

3）对零序电流差动，式中IM、IN分别对应于两侧零序电流I0M、I0N，K取0.75,

ICDset取I0dz，I0dz为零序差动整定值。

....

各保护动作特性如图2.2所示，图中①为故障分量差动，②为稳态量差动，③为零序差动。

ICD=IM+IN，If=IM-IN。

.

.

.

.

图2.2 差动保护稳态动作特性

反时限特性

图2.3 差动保护暂态动作特性

以上动作方程中Idz及K是针对整周波（20ms）模拟量而言，即采用全周傅氏算法时用。因为差动保护采用短窗（5ms）相量算法以提高动作速度，故障暂态过程中必须要采用与算法对应的高动作门槛及制动系数以保证高可靠性。故障

分量差动及稳态量差动的暂态动作特性如图2.3所示。 弱馈线路方案及TA饱和自适应

对于公式（2），IM+IN〉KIM-IN，取IN=

.....

ρIM，ρ=ρR+jρX，动作方程可转化为：

...

1+ρ1-ρ

.

.

>K

图2.4示出

由图可知K大于1时，即使两侧电流同向，仍有拒动区，此时对于弱馈系统保护将拒动。因此取K小于1（对故障分量及零序差动为0.75，对稳态量为0.6）以保证可靠动作。但在短线路情况下，区外大电流故障引起TA饱和时就可能误动。因此装置根据定值识别可能引起TA饱和的短线路，并采取特殊处理方案：

图2.5 饱和时电流波形

从TA饱和特性（图2.5）分析，在故障初始5ms内不会发生严重TA饱和，本装置差动保护最快时段取故障后5ms数据，故对短线路K取值可以小于1，任何情况下不会拒动。当5ms数据窗不动作时，自动抬高K值，并投入TA饱和判别逻辑，通过波形畸变识别法判断出TA不饱和后，投入低K值，否则一直投高K值；当装置判断出TA饱和时，退出零序电流差动，K值取1.2。

3.保护原理

3.1 距离保护的作用和工作原理

电流保护，其保护范围或灵敏度受系统运行方式变化的影响很大。严重时电流速断

.

Um-测量电压 Im-测量电流 Z1-线路单位长度的阻抗值 L-线路长度 Zid-负荷阻抗

当被保护线路发生故障时 Zm=

UmIm

..

.

=Z1Ik

三段式距离保护原理框图

（1）电压二次回路断线闭锁元件。当电压二次回路 断线 时 ，保护会误动作。为防止 电压二次回路线断线时保护的误动作，当出 现电压二次回路断线时可将距离保护闭锁。

（2）起动元件。被保护线路发生短路时，立即起动保护装置，以判别被保护线路

是否发生故障。

（3）Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ、段测量元件。ZI、Z 、ZIII，用来测量故障点到保护安装处阻抗的大 小（距离的长短），以判别故障是否发生在保护范围内，决定保护是否动作。

（4）振荡闭锁元件。振荡闭锁元件是用来防止当电力系统发生振荡时距离保护的误动作。在正常运行或系统发生振荡时，振荡闭锁装置可将保护闭锁；而当系统发生短路故障时，解除闭锁开放保护。所以振荡闭锁元件又可理解为故障开放元件。

（5）时间元件。根据保护间配合的需要，为满足选择性而设的必要延时。 正常运行时，起动元件ZI、Z 、ZIII，均不动作，距离保护可靠地不动作。 当被保护线路发生故障时，起动元件起动、振荡闭锁元件开放，ZI、Z 、ZIII，

3.2 零序电流保护原理

零序电流保护属于小接地电流系统的保护方式，它利用当系统发生故璋时零序电流比正常运行时较大的特点，来实现有选择性地发出信号或瞬时切断主回路电源避免事故的发生.尽管此种保护方式属于小接地电流系统，但早已在发电厂、变电站和配电系统中得到较广泛的应用。

采用中性点经高电阻接地，能使灵敏而有选择性的接地保护得以实现，能减少电弧接地过电压的危险，接地保护是否动作于跳闸取决于接地电流的大小，这种接地保护方式的缺点是接地电阻电压较高(6kV)，接地功耗较大(60一75kw)，使电阻器发热，影响其机械强度，给制造带来了较大的困难，而且造价很高。

中性点经消弧线圈接地系统，当发生单相接地故障时，在接地点产生一个电感点流

并和系统中的接地电容电流相抵消，可减小流经故障点的电流.在通常情况下，接地电弧不会出现，单相接地故障自动消除，从而就可减少接地故障引起的停电事故。由于采用了消弧线圈，在发生单相接地故障时的电流分布发生了变化，又给实现有选择性的保护带来了一定的困难，因而必须谋求新途径。

目前，在变配电系统中为提高供电的可靠性，大多采用小接地电流系统.上述几种零序电流保护的接线方式都有各自的优缺点，在实际应用时应从经济技术诸方面综合加以考虑。

零序分段的特点，如图3.3(a)所示的网络，当A相发生金属性单相接地短路时，可利用对称分量的方法将电流、电压分解为正序、负序和零序分量，并利用复合序网来表示它们之间的关系.其零序网络如图3.3 (b)所示，零序电流可看成是在故障点出现一个零序电压亡，而产生的，零序电流经过变压器接地中性点构成回路.零序电流的正方向规定从母线流向故障点，零序电压的正方向是线路指向大地，其主要特点如下:

1)线路中任何一点发生接地短路时，该点的三倍零序电流(或电压)都等于该点的三 相电流(或电压)的向量和，即

3I0=IA+IB+IC 3U0=UA+UB+UC

当系统中A相发生接地短路时，故障点D的电压UDA=0，故障点D处的零序电压为：

.

.

.

.

.

.

.

.

.

U

.

DA

=

.

1.

(UDB+UDC)，即故障点的零序电压等于非故障相电压向量和的3

1/3. 故障

...

点的电流IdA=ID,IDB=0,IDC=0.即故障点的零序电流等于故障点电流的

.

1/3，并且相

位相同。

2)故障点的零序电压最高，其值为UD0，距故障点的距离越远，零序电压就越低;变器中性点处，零序电压为零.零序电压的分布如图3.3 (c)所示。

3)零序电流超前零序电压900，如图3.3 (d)所示，零序电流的分布，主要决定于线路和中性点接地变压器的零序阻杭，而与电源的数目和位里无关。

4)零序功率S。=I0·U0，由于故障点零序电压最高，所以，故障点的零序功率也最 大，距故障点越远零序功率越小。

.

4.整定计算

4.1 互感器的变比

1、电流互感器的选择

a)110KV电网线路最大负荷电流计算

根据电能质量指标中的电压允许波动范围：35KV及以上电压等级为±5%，10KV及

以下电压等级为±7%。 计算公式：

Iie=

I

ie

—最大负荷电流 SiN—线路输送容量 — 线路的额定电压 K—电压允许波动范围

U

iN

开环方式下各线路的最大负荷电流：（电流互感器的装设位置如图4.1所示）

A 图4.1 互感器分布图

I1e=I3e=

=560.077

=654.698

I2e=I4e=

=284.531

=397.79

I5e=I7e=I9e=I11e=

=110.497

=233.75

=82.873

=55.248

I6e=I8e=

=1955.54

=1955.54

=1241.61

I10e=

考虑正常运行情况下线路检修时，对负荷电流的影响： 1）线路AD检修时，全网所有负荷经线路AB供电。

B

C TA4 图4.2互感器分布图

I

'=

1e

=1215.547

=939.23

=256.9

II

'=

2e

'=

4e

2）线路AB检修时，全网所有负荷经线路AD供电。

A TA3 TA4 C 图4.3互感器分布图

I

''=

3e

=1215.547

=958.567

=1215.547

II

''=

4e

''=

3e

取最大负荷电流中的最大值：

I

1e

=1215.547

II

2e

=939.23

I

3e

=1215.547

4e

=958.567

继电保护用电流互感器选择时应考虑：

TA单独用于保护回路时，其电流应大于该线路可能出现的最大长期负荷电流； 当保护与测量仪表公用一组电流互感器时 ，只能选用相同的额定一次电流。 根据测量表计用TA应使用正常负荷仪表指示在刻度的三分之二以上，并应使过负荷运行时能有适当的指示。

因此，电流互感器的一次电流可选为 ： I1

≥1.25Iie

I1-电流互感器的一次电流 Iie—线路的最大负荷电流 电流互感器标准变比选择如表3.1： 表4.1 电流互感器标准变比

电流互感器准确度等级：一般保护用电流互感器选3级，差动、距离及高频保护用

的电流互感器选D级。

2 电压互感器的选择

a) 110KV电压等级电压互感器采用三相五柱式接线。即：一次绕组和主二次绕组接成中性点直接接地的星型，而辅二次绕组接成有零序回路的接地方式；

b) 电压互感器变比的选择：

c )TV准确度等级选择：

1）电度表用电压互感器准确度等级为0.5级；

2）功率表和电压继电器用的互感器准确度等级为1级； 3）公用于估计被侧数值的表计互感器，其准确度等级为1级。

4.2 相间距离保护的整定结果

4.3 BZT各元件的定值计算

1） 低电压继电器

为避免系统发生短路并在短时间内使工作母线电压降低时,勿将备用电源投入,必须正确选择低电压元件的电压整定值和自动装置的动作时间.其整定值可计算为:

U

dz

K

eK

U

e-额定电压

K

K

--可靠系数取3-4

2) 过电压继电器

过电压继电器用以判断备用母线是否有电压,既确定备用母线正常情况下是

否带有电压元件,要求备用母线能处于正常的范围之内.其定值可计算为:

Udz=

KU

K

0.9e

f

U

e--母线额定电压

K

K

可靠系数取1.1

U

f

-返回系数取1.2

3）时间继电器

按大于在低电压继电器反应的范围内，系统中其它设备的继电保护切除短路的

时间计算：

t

dz

='+∆t

t

dz

tdz —备用电源自动投入装置时间元件的动作时间 t

'

dz

—系统中其他设备继电保护切除短路的最长时间

∆t—时间级差，取0.5-1s 4）延时返回中间继电器

延时返回中间继电器延时返回时间，应保证备用断路器能可靠合闸，并留有裕度。其整定值计算为：

t

yf

≥tdh+∆t

tyf—中间继电器延时返回时间 tdh—备用短路器合闸时间 ∆t—时间裕度

4.4 系统各元件的等效电抗

取SB=100MVA，

UB=Uav

A： 2×60MVA发电机： XG1*=0.129⨯

XG2*

2×40MVA发电机：

100

=0.215 60100

=0.129⨯=0.258

4×50MVA变压器：

XTA*=0.105⨯

100

=0.2150 100

=0.1272

115 100

=0.1211152

42KM线路：

XAB*=42⨯0.4⨯

40KM线路：

XAD*=40⨯0.4⨯

B： 10MVA变压器：

XTG*=0.105⨯

100

=1.0510 100

=0.1091152 100

=0.52520

36KM线路：

XBG=0.4⨯36⨯

2×20MVA变压器：

XTB=0.105⨯

55KM线路：

XBC=55⨯0.4⨯

100

=0.1661152 100

=0.52520 100

=0.0672

115 100

=0.33331.5 100

=0.1882

115 100

=0.1511152

C： 20MVA变压器：

XTE=0.105⨯

22KM线路 ：

XCE=0.4⨯22⨯

2×31.5MVA变压器：

XTC=0.105⨯

2×62KM线路 ：

XLS=62⨯0.4⨯

D： 50KM线路 ：

XCD=50⨯0.4⨯

31.5KM变压器 ：

XTD=0.105⨯

100

=0.33331.5 100

=0.0751152

25KM线路 ：

XDF=25⨯0.4⨯

15KM线路 ：

XTF=0.105⨯

100

=0.7015

所以，系统的正序（负序）网络为：

图5.1 系统正序网络图

4.5 相间距离保护装置的整定计算

阻抗继电器的接线方式均采用0接线

UAB

和

IAIBk

-。接线按系数co=1 。在系统开

环方式下进行整定计算。正常运行时为开环运行，考虑到线路检修或故障时BZT投入，环网的骨架线路均装设两套保护。

距离保护1，2，3，4分别装设在线路 AB,BC,AD,DC首端，保护5，6，7，8分别装设在线路末端。保护9装设在BG线路首端，保护10装设在线路CE首端，保护11装设在线路DF首端。

（一）保护1装设在AB线路首端

距离保护1各段动作的一次值，灵敏系数及动作时限： ①距离I段：

ZOP1IKrelIZAB

=

=0.85×42×0.4=14.28 Ω （90）

②距离II段： 1>当与保护2的距离I段配合

Zop2IKrelIZBC

==

=0.85×0.4×55=18.7Ω +

=0.8×16.8+0.8×1×18.7=28.4Ω （保护网II段

I

ZOP1IIkrelIIZABKb,minkrelIIZop2

不考虑分支系数） 2>当与保护9距离I段配合

ZOP9IZBGKrelI

=

=0.8×14.4=11.52Ω，

ZOP1II

=

ZABKrelIIKrelIIKb,minZOP9I

+

=22.656Ω

3>当与保护B变电所母线变压器差动配合

11011

ZT=2ZT=2×0.105×20=31.7625Ω

+

2

ZOP1II=ZABkrelIIKb,minKrelIIZT,min=0.8×16.8+0.7×1×31.7625=35.673Ω

为保证选择性，取三项计算结果中最小者为保护1的II段动作阻抗，即

ZOP1II=22.656Ω

检验灵敏系数，

Ksm

II

ZOP1II

t1II=t2I+∆t=0.0+0.5=0.5s

==1.34>1.3 满足要求 ZAB

③距离II段： 按躲过线路的最小负荷阻抗整定

Zl,min=Il.max=51.8

9

Il,max取1215.547A

采用方向阻抗继电器测量元件时其动作阻抗为

ZOP1

III

51.89

=KIIIKK==43.678 ϕ0

relress1.2⨯1.1⨯1.5⨯0.6 m= 90

Zl,min

ϕL

=arccos0.8

校验灵敏系数： 作为AB段的近后备保护时

ZOP1III43.678

Ks,min,1III=ZAB=16.8=2.59>1.5

，满足要求； 作为相邻BC线路远后备保护时，

ZOP1III

43.678

III=Ks,min,1ZAB+Kb,min1ZBC=16.8+22=1.125>1.2

不满足要求，若考虑与相邻线路距离

III段的配合：

ZOP1III=KrelIIIZABKrelIIIKb,minZOP2III=0.8×16.8+0.8×1×56.542=58.673

+

ZOP1III58.673

Ks,minIII=ZAB=16.8=3.49>1.3

校验灵敏系数：a, 近后备： 满足

ZOP1III

58.673

III==Ks,minZAB+Kb,maxZBC16.8+11.22=1.512>1.2

b, 远后备：

Ks,min1

III

ZOP1III

==58.673=1.8>1.2ZAB+Kb,maxZBG16.8+14.4 满足要求

Kb,max

为BC线路末端短路时，实际可能最大的分支系数，

Kb,ma=1x

t1III=t2II∆t=2.5+∆t=3s

+

（二）保护2装设在BC线路首端

①距离I段，按躲过本线路末端短路的条件来整定，

ZOP1IKrelIIZBC=0.85⨯22=18.7Ω

=

②距离II段： 1>与相邻变压器纵差保护配合，

Kb,min=

I1X22

=1+AB=1+=1.128I2X∑s171.1

1152

XmaxX=1.2×100=158.7Ω

为外接系统最小运行方式下对应的电抗max

ZOP2II=KrelIIZBC+Krel,TIIKb,minZT,min=

10.5⨯11021

0.8×22+0.7×1.128⨯100⨯31.5⨯2=33.52

2 >与相邻线路I段配合，即 躲过CD线路保护I段末端短路整定

Kb,min=ZOP2II

I1X22=1+AB=1+=1.128I2X∑s171.1

IIIKrelZBCKrelKb,minZOP8

=+

=0.8×22+0.8×1.128×（0.8×20）=32.038Ω

3>与相邻CE线路I段配合

Z10IKrelIZBC

=

=0.85×88=7.04Ω +

=0.85×22+0.8×1.128×7.04=25.449Ω

ZOP2II

=

III

KrelIIZBCKrelKb,minZ10

距离II段：3> 显然灵敏系数不满足要求，与BC段线路保护10的II段配合

ZOP2II=KrelIIZBC+KrelIIKb,minZOP10II

=0.8×22+0.8×1.128×51.5=64.08Ω

II

ZOP10IIKrelIIZCEKrel,TKb,minZT

=+

1102

=0.8×88+0.7×1×20×0.105

=5105Ω

取上述计算结果中最小值

t2II

ZOP2II

=32.038Ω

t8I∆ttTI∆tt10II∆t=max{+,+,+}={0.5,0,0.5+0.5}=1s

取上述结果中较小的，即

ZOP2II

=32.038Ω

ZOP2II32.038

Ks,minII=ZBC=22=1.45>1.3

校验灵敏系数， 满足要求 ③距离III段 1> 躲过被保护线路的最小负荷阻抗。

系统流过线路BC的最大负荷电流

Il.max

=939.23A

最小负荷阻抗

0.95⨯=67.156

Z

l,mi=Inl,max

采用方向阻抗继电器做测量元件时其动作阻抗为，

ϕm

0ϕZ

= 90，L=arccos0.8 OP2

III

=K

Zl,min

IIIrel

KrelKssx

=

67.156

=56.542Ω

1.2⨯1.1⨯1.5⨯0.6

校验灵敏系数：a ，当为本线路近后备保护时，

ZOP2III56.542

Ks,minIII=ZBC=22=2.57>1.5

满足要求 b ,远后备，

Ks,minIII=ZBC

ZOP2III

56.54

+Kb,maxZCE=22+1.139⨯8.8=1.765>1.2

满足要求

22

=1+157.87=1.139K

b,max

t2III=max{t10III+∆t，t8III+∆t，tTIII+∆t}=2.5s

（三）保护3装设在AD线路首端

①距离I段，按躲过线路AD末端短路整定

ZOP3IKrelIZAB

=

=0.8×16=12.8Ω

② 距离II段，1>与DC线路I段配合，即躲过下一线路保护第I段末端线路整定

ZOP3IIKrelIIZADKb,minKrelIIZOP4I

=

+

=0.8×（16+1×20×0.8）=25.6Ω

2> 与相邻变压器动作保护配合，即

II

ZOP3IIKrelIIZADKrel,TZTKb,min

=+

1102

=0.8×16.7×1×0.105×31.5

=41.03Ω

为保证选择性，取上述两项计算结果较小的为距离II段动作阻抗

ZOP3II

=25.6Ω

II

ZOP11IIKrelIIZDFKrel,TZTKb,min

=+

1102

=0.8×10+0.7×1×0.105×15

=67.29Ω

3>与相邻DF线路II段配合

II

ZOP3IIKrelIIZADKrelIIzop11Kb,min

=+

=0.8×16+0.8×1×67.29=66.63

t3II

t4I∆ttTI∆tt11II∆t=max{+，+，+}=max{0.5，0.5，1}=1s

ZOP3II25.6

KsmII=ZAD=16=1.6>1.3

校验灵敏系数： 满足要求 ③距离III 1>按躲过被保护线路的最小负荷阻抗

Z

l,min

=51.89

取

Il,max=121.547A

采用方向阻抗继电器作测量元件时，其动作阻抗

Zl,min

ϕm

= 90，

ϕL

=arccos0.8

ZOP3=Krel

III

III

51.89

KreKss=1.2⨯1.1⨯1.5⨯0.6=43.67

ZOP3III48.658

Ks,minIII=ZAD=16=2.7>1.2

灵敏系数校验： 近后备，

ZOP3III

43.67

=ZAD+Kb,minZDC=16+20=1.21>1.2K

远后备，s,min

t3III=max{t4III+∆t,t11III+∆t,tTIII+∆t}=3s

t11III

=1+0.5=1.5 满足要求

（四）保护4装设在DC线路首端

ZOP4IKrelIZDC① I段 ==0.8×20=16Ω

20

==1.116K

② 距离II段： 分支系数，b,min1+158.7+12.4

1〉 与相邻线路保护6的I段配合。 ZOP4II=KrelIIZDC+KrelIIKb,minZOP6I =0.8[20+1.116×（22×0.8）] =31.713Ω

2〉与相邻线路保护10的I段配合 ZOP4II=KrelIIZDC+KrelIIKb,minZOP10I

=0.8[20+1.116×（8.8×0.8）]=22.28 显然不满足灵敏度 与相邻线路保护II段配合

ZOP4II= KrelIIZDC+KrelIIKb,minZOP10II

=0.8（20+1.116×51.5）=61.97Ω

ZOP10II=KrelIIZCE+Krel,TIIKb,minZT

1102

=0.8×88+0.7×1+×0.105=51.5

20

3〉 与相邻变压器差动相配合 ZOP4II=KrelIIZDC+Krel,TIIKb,minZT

11021

=0.8（20+1.116×××0.105）=34

31.52

取上述较小值作为动作阻抗：ZOP4II=31.713Ω

校验灵敏系数：Ks,min t4II=t10II+∆t=1s

II

ZOP4II31.713===1.58＞1.3 满足要求

20ZDC

③ 距离III段：1＞按躲过线路DC的最小负荷阻抗整定

Z

l,min=65.79Ω I

l,max

取958.567A

采用方向阻抗继电器作测量元件时其动作阻抗：

ϕ=900，ϕL=arccos0.8 ZOP4III=

Zl,minKrelIIIKreKss

=

65.79

=55.47

1.2⨯1.1⨯1.5⨯0.3

校验灵敏系数：近后备，Ks,min Kb,max=1+

远后备，Ks,min=

III

III

ZOP4III55.47===2.77＞1.3

20ZDC

20

=1.126

145.47+12.4

ZDC

ZOP4III55.47

==1.855＞1.2 满足要求

+Kb,maxZBC20+1.126⨯8.8

t4III=max{t6III+∆t，t10III+∆t，tTIII+∆t}=2.5s （五）保护5装设在AB线路末端

II

①距离I段： Zop5=Krel⨯zAB=16.8⨯0.8=13.4Ω

②距离II段：与相邻变压器差动配合。

Z

IIop5

=KII

IIrel

z

AB

+KII

IIrelT

11102

K6,minz7=0.85⨯16.8⨯0.7⨯⨯⨯0.105=18.72

450

IIZop5

效验灵敏系数：KsII,min=

z

=

AB

17.88

=1.114〈1.3 不满足要求，考虑装III段。 16.8

③距离III段：按躲过最小负荷阻抗

ZlIIImin=

=51.89Ω

Il1max取1215.547A

采用方向阻抗继电器作为测量元件其动作阻抗：

ZIIIlminop5=

KIII

=

51.89

1.2⨯1.1⨯1.5⨯0.6

=43.67Ω

rel

kre

k

ss

⨯0.6

校验灵敏系数：近后备IIIZIIIKs,min

=

op5

43.67

z

=

16.8

=2.5971.5满足要求 AB

tIII5=1s ( 不考虑与电源点变压器后备保护配合)

（六）保护6装设在BC线路末端

①距离 I段 ： ZII

op6=KrelzBC=0.8⨯22=17.6Ω

②距离II段：1>与相邻变压器差动配合。

Z

IIop6

=K

IIrel

z

BC

+K

IIK6,minz⨯22+0.7⨯11021

relT

7=0.820⨯2

⨯0.105=39.83Ω 2>与相邻线路保护5的II段配合。

ZIIIIII6relzBC+KrelK6,minZIIIIop=Kop5=0.8⨯22+0.8⨯1⨯17.88=31.9Ω

3>与相邻线路保护9II段配合。

ZIIIIzIIIIop6=KrelBC+KrelK6,minZIIop9=0.8⨯22+0.8⨯1⨯100.55=98.04Ω

取最小值ZIIop6=31.9 Ω

II

效验灵敏系数：K

II

Zop6

31.9s,min

=

z

=

BC

22

=1.457〉1.3 tIItII

6=9+∆t=1s ③距离III段：按夺过BC线路最小负荷阻抗。

Zl1min=

=

=67.15Ω

采用方向阻抗继电器为测量元件： Φm=900

Φl=arcCos0.8

ZIII

1min

op6=

lKIII

=

67.15

relKrelKss⨯0.6

1.1⨯1.2⨯1.5⨯0.6

=56.52Ω

zIII效验灵敏系数： 近后备： KIIIop6

s,min

=

z=

56.52

22

=2.56〉1.5 BC

远后备：KIIIop6s,min=

zIII

z

=

56.52

BC

+kbmaxzAB

22+1⨯16.8

=1.45〉1.2K6,min=1

t

III6

=max｛t+∆t,t

II5

IIIt6T

+∆t,t

IIIt69

+∆t｝=2s

(七) 保护7装设在AD线路末端

II

=K①距离I段：Zop7relzAD=0.8⨯16=12.8Ω

②距离II段：与相邻变压器差动配合

Z

II

op7

=K

IIrel

z

AD

+K

IIrelT

11102

kbminzTmin=0.8⨯16+0.7⨯1⨯4⨯50⨯0.105=17.24

显然灵敏系数不满足要求考虑用III段。 ③距离III段：按躲过AD线路最小负荷阻抗整定

zl,min=

IIIZop7=

=51.889Ω

Il,max=1215.547A

采用方向阻抗继电器作为测量元件其动作阻抗

z

K

IIIrel

l,min

kk

re

ss

CosΦm-Φl51.889

==43.678Ω

效验灵敏系数：近后备：KsIII,min=

IIIZop7

z

=

AD

43.678

=2.7 16

IIIt7=1s ( 不考虑与电源点变压器后备保护配合)

(八) 保护8装设在DC线路末端

II

①距离I段 Zop8=KrelzCD=0.8⨯20=16Ω

②距离 II段1>与变压器差动配合

Z

II

op8

=K

IIrel

z

CD

+K

IIrel,T

k

b,min

z

T

1102

=0.85⨯20+0.7⨯1⨯⨯0.105=45.23Ω

31.5

2>与相邻线路AD保护7的I段配合

IIIIIIIZop8=KrelzCD+Krel,Tkb,minZop7=0.85⨯20+0.8⨯1⨯16⨯0.8=27.24

3>与相邻线路DF保护11的I段配合

IIIIIIIZop8=KrelzCD+Krel,Tkb,minZop11=0.85⨯20+0.8⨯1⨯10⨯0.8=23.4

显然不满足灵敏度的要求。 与相邻线路DF保护11的II段配合

IIIIIIIIZop8=KrelzCD+Krel,Tkb,minZop11=0.85⨯20+0.8⨯1⨯67.29=70.83

取上述计算结果最小可以为II段动作阻抗：

IIZop8=27.24

较验灵敏系数：K

II

s,min

=

IIZop8

z

=

CD

27.24

=1.36〉1.3 满足要求。 20

IIIIt8=t11+∆t=0.5+0.5=1s

③距离III段 按躲过线路CD最小负荷阻抗整定。

Zl,min=

=65.8

Il,max取959.56A

测量元件采用方向阻抗继电器其动作阻抗为

IIIZop8=

III

Krel

krekssCosΦm-Φll,min

=

65.8

=55.387Ω

1.2⨯1.1⨯1.5⨯0.6

效验灵敏系数：近后备 K

IIIs,min

IIIZop855.387==2.7〉1.5 zCD20

IIIZop8

远后备 K

III

s,min

=

z

CD

+kbmaxzAB

=

55.387

=1.53〉1.2

20+16

IIIIIIIIIIIIt8=max{tT+∆t,t11+∆t,t7+∆t}=max{2,1.5,1.5}=2.0s

(九) 保护9装设在BG线路首端

①距离I段：ZOP9I=KrelIZBG=0.8×14.4=11.52Ω ②距离II段：与变压器纵差配合

ZOP9II=KrelIIZBG+Krel,TIIKb,minZT

1102

=0.8×14.4+0.7×0.105×=100.455

10

校验灵敏系数：Ks,min

II

ZOP9II100.455===6.97＞1.3 满足要求

14.4ZBG

t9II=t7II+∆t=0.5s 取变压器纵差动作时间为0s

③距离III段：按躲过线路最小负荷阻抗整定

Z

l,min=1141.679

取Il,max=55.248A

采用方向阻抗继电器作为测量元件，

ZOP9III=

KrelIIIKreKssCOSϕm-ϕLIII

Zl,min

=

1141.679

=916Ω

1.2⨯1.1⨯1.5⨯0.6

灵敏系数校验：Ks,min

ZOP9III916===66.7＞1.3 （近后备） ZBG14.4

t9III=t9II+∆t=1s 满足条件

(十) 保护10装设在CE线路首端

①距离保护I段： ZOP10I=KrelIZCE=0.8×8.8=7.04Ω ②距离保护II段：与相邻变压器差动配合

ZOP10=KrelZCE+Krel,T

II

II

II

0.105⨯1102

Kb,minZT=0.8×8.8+0.7×1×=51.5Ω

20

校验灵敏系数：Ks,min

II

ZOP10II51.5===5.85＞1.3 满足要求

8.8ZCE

t10II=0.5s

③距离III段， 按躲过CE段线路最小负荷阻抗整定

Z

l,min=570.83Ω 取Il,min=11.49A 方向阻抗继电器动作测量元件，

ZOP10III=

KrelIIIKreKsscosϕm-ϕlIII

Zl,min

=

570.83

=460.5Ω

1.2⨯1.1⨯1.5⨯0.6

校验灵敏系数：Ks,min

ZOP10III460.5===52.27＞1.3 （近后备） ZCE8.8

t10III=t10II+∆t=1s

(十一) 保护11装设在DF线路首端

① 距离保护I段：ZOP11II=KrelIIZDF+Krel,TKb,minZT

1102

=0.8×10+0.7×1×0.105×=67.29Ω

15

灵敏系数校验：Ks,min

ZOP11II67.29===6.279＞1.3 满足要求 ZCE10

t11II=0.5s

②距离III段， 躲过DF段线路最小负荷阻抗整定

Zl1min=

=761.11 Il1max取82.873A 采用方向阻抗继电器作为测量元件时动作阻抗为：

IIIZop11=

Zl1min761.11

==640.66Ω III

KrelKreKssCos(Φm-Φl)1.2⨯1.1⨯1.5⨯0.6

IIIsmin

效验灵敏系数，近后备： K=

IIIZop11

z

=

DF

640.66

=64＞1.3 10

IIIII

=t11+∆t=1s 满足要求。 t11

III

=1s t11

总结

本次设计是针对与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计算和整定的。通过具体的短路电流的计算发现电流的三段式保护不能满足要求，故根据本次设计的实际要求，以及继电保护“四性”的总要求故采用了反应相间短路的距离保护和反应接地故障的零序电流三段式保护。由于本次设计涉及到不同运行方式下的不同类型的短路电流的计算，这对本次设计增加了难度。在进行设计时首先要将各元件参数标准化，而后对每一个保护线路未端短路时进行三相短路电流的计算，二相短路电流的计算及零序电流的计算。在整定时对每一个保护分别进行零序电流保护的整定和距

离保护阻抗的整定，并且对其进行灵敏度较验。

通过这次设计，在获得知识之余，还加强了个人的独立提出问题、思考问题、解决问题能力，从中得到了不少的收获和心得。在思想方面上更加成熟，个人能力有进一步发展，本次课程设计使本人对自己所学专业知识有了新了、更深层次的认识。在这次设计中，我深深体会到理论知识的重要性，只有牢固掌握所学的知识，才能更好的应用到实践中去。这次设计提高了我们思考问题、解决问题的能力，它使我们的思维更加缜密，这将对我们今后的学习、工作大有裨益。

此次课程设计能顺利的完成与同学和老师的帮助是分不开的，在对某些知识模棱两可的情况下，多亏有同学的热心帮助才可以度过难关；更与老师的悉心教导分不开，在有解不开的难题时，多亏老师们的耐心指导才使设计能顺利进行。

致 谢

历时两周的实训不仅学到了很多新知识，而且增强了我的动手能力，更是增加了我的技能。我能取得这么大的进步，首先要感谢细心、耐心指导我们的竟老师。是竟老师耐心给我们讲解继电保护知识。所谓团结就是力量，其次，要感谢我组各位成员，大家齐心协力为此次实训做出了应有的贡献，我们的精诚团结是此次实训圆满结束的基础。

参考文献

[1] 吕继绍.电力系统继电保护设计原理.北京:中国水利电力出版社,1986年

[2] 韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册.北京:中国水利电力出版社，2003 [3] 许建安.继电保护整定计算.北京:中国水利水电出版社.2004年

[4] 熊为群,陶然.继电保护自动装置及二次回路.北京: 中国电力出版社，1999年 [5] 陈德树.计算机继电保护原理与技术北京:中国水利出版社,1992