kv电网继电保护课程设计.docx
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kv电网继电保护课程设计
继电保护课程设计
110kV电网继电保护课程设计
学生姓名：
周佳俊
班级学号：
院、系、部：
机电工程学院
专业：
电气工程及其自动化
指导教师：
吴文通
2015年12月吉安
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
X%
＃1、＃2
2×15
10．5
0．8
13.33
（2）输电线路参数
AS2
AB
A
BS1
LGJ－185
15
LGJ－240/25
LGJ－185/1
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
Y0/△－11
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
600/5
PT变比
110000/100
110000/100
110000/100
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1
摘要3
1系统运行方式和变压器中性点接地的选择4
1.1选择原则4
1.1.1发电机、变压器运行方式选择的原则4
1.1.2变压器中性点接地选择原则4
1.1.3线路运行方式选择原则4
1.2本次设计的具体运行方式的选择4
2故障点的选择和正、负、零序网络的制定5
3零序短路电流的计算成果（具体过程参考附录二）7
4线路保护方式的选择、配置方案的确定7
4.1保护的配置原则7
4.2配置方案的确定8
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）8
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）8
7保护的综合评价9
7.1距离保护的综合评价9
7.2对零序电流保护的评价9
结束语10
参考资料11
附录一电网各元件等值电抗计算12
附录二零序短路电流的计算14
附录四继电保护零序电流保护的整定计算和校验20
附录五25
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）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
d1
1.477KA
1.066KA
d2
1.097KA
0.898KA
d3
0.799KA
0.712KA
d4
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'
t"
t'''
t'
t'''
t'
t"
t'''
t'
t'''
0
0.5
1.5
0
0.5
0
0.5
1.0
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'
t"
t'''
t'
t'''
t'
t"
t'''
t'
t'''
0
0.5
1.5
0
0.5
0
0.5
1.0
0
0.5
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）=1.048
4.1.1零序电流保护段的整定计算
（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
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"'KIbp·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3I0'''·min来校验，要求Klm≥2,即
Klm=3I0'''·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"'KIbp·max=1.2×0.936=1.28KA
（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3I0'''·min来校验，要求Klm≥2,即
Klm=3I0'''·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=3×1.898/3.45=1.65≥1.5
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3I0'''·min来校验，要求Klm≥2,即
Klm=3I0'''·min/I0'''·dz=3×0.898/1.144=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：
零序П段的动作时限与相邻线路零序段保护范围相配合，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
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