110kv输电线路继电保护设计.docx
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成人教育学院
毕业设计（论文）
题 目 110kv输电线路继电保护设计
学生姓名
专业电力系统及其自动化班级 指导教师
评阅教师
完成日期 2015年6月10日
三峡大学成教学院
毕业设计（论文）课题任务书
课题名称
110kv输电线路继电保护设计
学生姓名
专 业
发电厂及电力系统
班号
指导教师
指导人数
课题概述：
一、设计任务
1、根据所给所给参数，对指定线路进行保护设计（阶段式电流保护，距离保护
。
2、对所选保护进行整定计算。
3、画出保护原理图并加以说明。
4、完成说明书一份、毕业论文一份及准备答辩。
二、设计目的
1、掌握110KV输电线路继电保护的保护类型。
2、熟练运行输电线路的各种保护类型的保护配置原则及整定计算方法。
3、通过毕业设计，使学生系统的掌握电力系统保护配置、整定计算方法与目的将所学知识用于实践。
三、设计要求及成果
1、查阅大量文献资料，理论联系实际，对110kV线路的保护进行设计和配置。
2、独立思考。
在设计过程中，既要尽可能参考有关资料和主动争取教师的指导也可以在同学之间展开讨论，但必须坚持独立思考，独立完成设计成果。
3、认真细致。
在设计过程中，应养成认真细致的工作作风，克服马虎潦草不负责的弊病，为今后个工作岗位上担当建设任务打好基础。
4、按照任务书规定的内容和进度完成。
原始资料及主要参数：
（3选1）
1、阶段式过电流保护：
见附件1（自行编辑到本文档）
2、距离保护：
见附件2（自行编辑到本文档）
3、或者自己找电压等级为110kV线路相关的数据来设计保护
（2015----2016学年）
）
，
，
0
参考资料及文献（包括指定给学生阅读的外文资料）：
1、《电力工程电气设计手册》，中国电力出版社
2、《电力系统继电保护》第二版，张保会，尹项根主编，中国电力出版社，2010
3、《电力系统继电保护原理》第二版，贺家李，宋从矩，中国电力出版社，1994
4、《电力系统继电保护》，陕春玲，黄少臣主编，黄河水利出版社，2012
5、《35-110KV输电线路设计》，许建安主编，中国水利水电出版社，2003
6、《电气工程专业毕业设计指南-继电保护分册》中国水利水电出版社，2003
7、《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》，崔家佩等，中国电力出版社.2006
8、Protectiverelayingtheoryandapplication（继电保护理论与应用）
9、Appliedprotectedrelaying（应用继电保护）
10、Powersystemrelaying（电力系统继电保护）
设计（论文）成果要求：
1、说明书：
2000 字
2、图 纸：
号 张 号 张 号 张
3、开题报告：
字
4、论 文：
≥10000字
5、其 它：
按要求提供纸质论文及论文全文电子文档。
进度计划安排
起止日期
要求完成的内容及质量
2014~2015春季学期第十一周
第十二周第十三周第十四周
接受毕业设计任务书，学习毕业设计（论文）要求及有关规定。
阅读指定的参考资料及文献，完成说明书，指导教师批阅。
完成毕业设计，全部成果交指导教师批阅。
毕业答辩
审核（系主任）
批准（院长）
110kv输电线路继电保护系统设计
28
目录
摘要：
4
关键词：
4
前言 4
1、继电保护基本概念 4
1.1继电保护装置的构成 5
1.2继电保护装置的基本要求 5
1.3灵敏性 5
1.4输电线路保护的现状及发展 6
2、输电线路故障分析与保护配置 6
2.1故障分析 7
2.1.1故障引起原因 7
2.1.2故障状态及其危害 7
2.1.3导线的断股、损伤和闪络烧伤 8
2.1.4绝缘子故障 8
2.2输电线路保护主要形式 10
2.3本线路保护主配置 10
2.4距离保护的整定计算方法 11
3、线路距离保护原理与整定计算 14
3.1距离保护研究现状 14
3.2距离保护的概述 14
3.3距离保护的时限特性 16
3.4距离保护的接线方式 18
3.5距离保护定值配合的基本原则 22
3.6距离保护的整定计算 23
4、110KV线路保护主程序流程图 23
4.1主程序流程图 23
致 谢 30
参考文献 31
110kv输电线路继电保护设计
学 生：
指导教师：
（三峡大学成人教育学院）
摘要：
由于电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术，计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入新的活力。
未来继电保护的发展趋势是向计算化，网络化及保护，控制，测量，数据通信一体化智能化发展。
本次毕业设计的主要内容是110kV电力系统继电保护的配置，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验，确定方案中的保护。
计算系统的标幺值、短路电流，确定运行方式；确定各种设备的保护配置，包括变压器、母线、输电线、发电机等的保护配置。
其中变压器保护主保护采用纵联差动保护和瓦斯保护，两者结合做到优势互补。
后备保护是复合电压启动过电流保护。
分析母线保护保护原理，采用了完全电流差动保护，简单可靠。
关键词：
继电保护，标幺值，短路电流
前言
电力系统继电保护作为电气工程及其自动化专业的一门主要课程,主要包括课堂讲学、课程设计等几个主要部分。
电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。
而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。
在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。
电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。
本次毕业设计共分七章，第三、四章是计算系统的标幺值、短路电流，确定运行方式；第五章是各种设备的保护配置，包括变压器、母线、输电线、发电机等的保护配置。
其中变压器保护主保护采用纵联差动保护和瓦斯保护，两者结合做到优势互补。
后备保护是复合电压启动过电流保护。
母线保护包括保护原理分析，采用了完全电流差动保护，简单可靠。
1继电保护基本概念
当今世界最重要的专门技术之一就是继电保护技术，使用最为广泛、地位
最为重要的能源，电力系统的安全稳定运行对国民经济、人民生活乃至社会稳定都有着极为重大的影响。
它要有一个专门保障体系，其中。
电力系统断电保护能在全系统范围内，按指定分区实时地检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或告警等措施，以求最限度地维持系统的稳定、保持供电的连续性、保障人身的安全、防止或减轻设备的损坏。
电力系统继电保护设计包括发电机、变压器、线路、电动机、电容器等元件的保护方案选择，自动装置的选择及整定计算等等。
电力系统非正常运行状态有：
过负荷，过电压，非全相运行，振荡，次同步谐振，同步发电机短时失磁异步运行等。
电力系统继电保护和安全自动装置是在电力系统发生故障和不正常运行情况时，用于快速切除故障，消除不正常状况的重要自动化技术和设备。
电力系统发生故障或危及其安全运行的事件时，他们能及时发出告警信号，或直接发出跳闸命令以终止事件。
1.1继电保护装置的构成
继电保护装置构成的方框图。
它内测量元件、逻辑元件和执行元件所组成，测量元件将从被保护对象（输电线路或其亡电气设备）输入的信息（如电流、电压等）与预先给定的信息（称为整定值）进行比较，鉴别被保护设备有无故障或正常下作情况。
并输出相应的信息。
逻辑元件根据测量元件输出的信息．判断保护装置是否该动作于跳闸或动作干信号、是否需要带延时跳间或延时给出信号输出相应的信息。
执行元件根据逻辑入件输出的信息，送出跳问信息或报警信息予断路器的控制回路或报警信号回。
1.2继电保护装置的基本要求
选择性保护装置的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，时停电范围尽量缩小，以保证电力系统中的无故障部分仍能继续安全运行。
电力系统发生故障时，继电保护的动作应当具有选择件，它仅将故障部分切除能继续运行．尽量缩小中断供电的范围。
2．动作迅速电力系统发生故障后，要求继电保护装置尽快的动作．切除故障部分，这样做的好处
（1）系统电压恢复得快，减少对广大用户的影响。
（2）电气设备损坏程度减轻。
（3）防止故障扩大，对高压电网来说，快速切除故障更为必要，否则会引起电力系统振荡甚至失去稳定。
（4）有利于电弧闪络处的绝缘强度恢复．当电源切除后又自动重新合上（即采用白动重合闸装置）再送电时容易获得成功（即提高了自动重合闸的成功率）。
1.3灵敏性
灵敏性是指继电保护装置反应故障的能力，一般以灵敏系数的大小来衡量。
安全性和可靠性
（1）选用确当的保护原理，在可能条件下尽量简化接线，减少元器件的数量和触点的数量。
（2）提高保护装置所选用的器件质量和工艺水平，并有必要的抗干扰措施。
（3）提高保护装置安装和调试的质量，并加强维护和管理。
除了上述四个方面基本要求之外，在选用继电保护装置时，还必须注意经济性，在保证电力系统安全运行的前提下，应采用投资少、维护费用较低的保护装置。
1.4输电线路保护的现状及发展
电力系统继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，是与电力系统对运行可靠性要求的不断提高密切相关的，熔断器就是最初出现的简单过流保护。
这种保护至今任广泛应用线路和用电设备。
电力系统在运行中，可能会发生各种故障和部正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路。
在发生短路时可能产生严重的后果，包括；第一，通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；第二，短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；第三，电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量;第四，破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解。
在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择行地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行地最有效方法之一。
切除故障地时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有在每个电气元件上装设保护装置才有可能满足这个要求。
这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备地组合构成的。
这样我们称这些保护装置为继电保护装置。
它的基本任务是自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行，并且反应电气元件的不正常运行状态，根据电力系统及元件的危害程度一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。
在大型高压的电网中，距离保护作为继电保护的一种主要保护装置，我们常将距离保护应用与于这些电网中。
距离保护是反应故障点到保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。
相对于电流和电压保护，应用于高压电网中，更能满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求。
2输电线路故障分析与保护配置
由于架空线路分布很广，又长期处于露天之下运行，所以经常会受到周围环境和火自然变化的影响，从而使线路在运行中会发生各种各样的故障。
据历年运行情况统计，在各种故障中多属于季节性故障，为了防止线路在不同季节发生事故，保证线路连续不断地安全供电，就必须对运行中的线路进行巡视，观测、维护和检修。
做好预防工作，以便及时发现缺陷，消除隐患，一般影响线路正常运行的一切现象统称为故障。
2.1故障分析
2.1.1故障引起原因
一、雷害
我国，110千伏的高压输电线路主要分布在山地或者高山，这些地方一般都是灌木丛生的偏僻地区，而且这些地方地势比较复杂，加上气象多变，因此雷击造成输电线路故障比较频繁。
雷击对输电线路的安全造成了一定的威胁。
一旦发生故障或者安全事故，又将浪费不少人力物力，因此，从长远的角度来看，对输电线路进行防雷保护是很有必要的。
线路遭受雷击引起绝缘子串闪络故障，有时会引起绝缘子断串，可能在线夹到防振锤之间的导线上留下痕迹，而且闪络面积大或断线等事故。
二、大风
风速超过或接近设计风速，加之线路木身的局部缺陷，如超过杆塔机械强度，使杆塔倾倒或损坏等，使导线产生振动、跳跃和碰线，从而引起故障;同塔双回线路若不同步风摆可能造成混线短路故障.
三、洪水暴雨
雷雨季节、季节洪水冲刷杆塔基础，从而引起基础边坡塌方、塔基裂缝、沉降或是更严重的倒杆倒塔故障.
四、外力破坏
线路遭到人为的破坏而引起故障。
例如线路附近开挖土石方引起的杆塔倾斜或倾倒；线路附近操作起吊施工机械（或来往车辆）碰撞导线或杆塔、拉线等，造成的断线、倒杆故障，又如在线路附近放风筝、超高树林、漂浮物、火烧山、盗窃等。
这些都会造成线路故障影响线路的正常运行，也可能造成严重的事故。
五、覆冰
当线路导线、避雷线上出现严重覆冰时，首先是加重导线和杆塔的机械负荷，使导地线弧垂过分增大，从而造成混线、断线或倒杆倒塔、横担变形；当导线、避雷线上的覆冰脱落时，又会引起导线舞动造成导线之间或导线与避雷线之间短路故障。
六、污闪
在工业区，特别是化工区或其它极污染源的地区，所产生的尘污或有害气体，会使绝缘子的绝缘能力显著降低，以致在潮湿多雾或下毛毛雨的天气。
绝缘子串往往发生大面积的污秽闪络，造成停电事故，有此氧化作用很强的气体，则会腐蚀金属塔、导线、避雷线和金具等。
七、鸟害
鸟在杆塔上筑集或线路的杆塔上停落，芦苇、稻草、鸟大便，有时大鸟穿过导线飞翔，均可能造成线路接地或短路。
八、本体缺陷
由于线路如工艺问题、电气距离问题、材料质量等本体缺陷原因，在长时间受微风振动、气温变化的影响下也会造成线路故障。
2.1.2故障状态及其危害
1架空线路接地短路线路绝缘破坏。
架空线路的瓷瓶、避雷器瓷体、开关
设备支持绝缘子由于脏污、裂纹击穿、雷击、外力破坏等原因造成一相接地。
2、油开关、变压器等设备内部绝缘降低、击穿等造成相间短路。
3、外部环境影响。
潮湿的树木、铁丝等导电物体搭落在导电设备与接地体间造成一相导线接地或相间短路、接地。
4、雷击、外力冲击等造成断线使线路单相接地。
5、T接单相变压器烧损造成线路单相接地。
（线路接地在配电所判断的主要方法有：
1、听音响。
当线路发生接地故障时，中央信号瓶装置电铃发出预告音响信号；2、看光字牌。
在发出音响信号的同时，相应的光字牌有显示，表明接地故障的母线段；3、观察电压变化。
发生接地时接地相电压降低，其余两相升高，当完全金属接地时，该两相相电压与线电压相等。
）
处理方法
（1）更换瓷瓶、避雷器、支持绝缘子。
（2）、检修、更换烧损设备。
（3）、砍伐树木、清除线路上的异物。
（4）、续接导线。
（防止线路接地的主要预防措施：
（1）、加强绝缘子检修期间的清扫工作，检查绝缘子有无裂纹，尤其是绝缘子下部；
（2）、砍伐侵入电力线路限界的树木，创造较好的运行环境；
（3）、加强巡检工作、尤其是恶劣天气的设备巡视工作，消除隐患在萌芽状态；
（4）、加强检修工作，提高检修质量；（5）、采用新材料、新工艺减少接地故障。
）
2.1.3导线的断股、损伤和闪络烧伤
导线的振动、断股一般发生在导线的悬挂处。
1、引线弛度较大，易受风吹摆动，长期以后，在被线夹握住的地方，导线因反复曲折而在弯曲部分“疲劳”，发生断股； 2、当风速在0.5~4米/秒时，容易引起导线周期性的上下振动，导致导线断股；3、当风速在5~20米/秒时，由于振幅较大，造成相间闪络，导致线路跳闸停电或瞬时接地； 4、导线在制造上有缺陷或不合格； 5、大气中腐蚀性气体、水分的作用使导线氧化、锈蚀而降低机械强度；6、雷击使支持绝缘子击穿而使导线烧断；7、外力的作用使导线断股。
对于风吹摆动较大的导线，应进行调整，松的应调紧，档距过大的，应增加一根杆塔，以缩短档距，使导线稳定。
2、在线夹附近的导线上加装防震锤，防止导线震动；3、耐张杆塔上的跳线，应在最大摆度时不至于对杆塔、横担或拉线发生放电，如有这种可能，应加装绝缘子来固定跳线。
4、对损伤或已经断裂的导线进行处理。
2.1.4绝缘子故障
绝缘子的电气性故障有闪烙和击穿两种，闪烙发生在绝缘子表面，可见到
烧伤痕迹，通常并不失掉绝缘性能。
击穿发生在绝缘子内部，通过铁帽和铁脚间的瓷体放电，外表可能不见痕迹，但已经失去绝缘性能。
外力破坏
1、绝缘子瓷体或金属部分破碎，都会导致电气性故障，一经发现，必须立即停电更换；2、提高检修质量，停电检修时要求擦拭绝缘子，并及时发现不合格的绝缘子，减少故障。
环境温度上升，线路间断性的接地、环境温度降低，接地消失。
线路下方有钢丝绳架设的通信电缆，且与架空导线安全距离达不到规定的标准，当中午环境温度升高时，导线升长，弧度增大，导线下垂，于是对架设通信电缆的钢丝绳放电，再通过钢丝绳造成接地现象；当夜晚环境温度降低时，导线缩短，弧度减小，导线上升，接地现象消失。
查找故障点；1、升高我方高压导线；2、通知其他有关部门整改达不到标准的线路； 3、加强线路巡视，及时发现地方新架设的不符合标准的交叉跨
越线路。
跌落保险故障1、烧熔丝管。
（1）、故障容量超过了跌落式开关所能遮断的容量；
（2）、熔丝熔断后管子不能迅速跌落，电弧在管子内未被切断形成了连续电弧将管子烧坏； 2、熔丝管误跌落。
因熔丝管长度与熔丝固定接触部分尺寸不合适，一旦遇上大风就会被吹落；跌落开关上部触头的弹簧压力过小，且鸭嘴内的直角突起处被烧伤或磨损，不能挡住管子，造成熔丝误跌落；因固定螺丝的螺钉松缓造成误跌落； 3、熔丝误断。
熔丝选择的过小或与下一级熔丝容量配合不当，发生越级误熔断；熔丝制作不合格；熔丝在安装时有损伤；
4、变压器内部故障造成熔丝熔断。
跌落保险跌落后，首先应判断跌落原因，检查变压器有无内部故障，分析具体原因，分情况对跌落的跌落开关做如下处理
1、更换相应等级的熔丝管； 2调整上下转轴，清除堵塞杂物； 3、调整跌落开关上部触头的弹簧；调整熔丝长度与熔丝固定接触部分尺寸；紧固熔丝螺钉；
4、计算变压器容量选择合适的熔丝；5、做好安装前的检查工作，安装时注意安装角度保持在100~300之间，加强运行中的检查，搞好各级熔丝的配合。
3在同一处损伤的截面，单金属线超过截面的百分之17，铝绞线超过铝股部分总截面的百分之二十五；
4导线流过短路电流或其他原因，发生热股而丧失原有的机械强度。
切断重接。
导线连接有编绕法、钳压法、爆炸法。
使用钳压法时应注意：
钳接后导
线端头漏出管口长度不小于20毫米，钳压管端头的压坑应位于导线端部分同侧，压接后，管身弯曲长度超过管长的百分之三或连接管有裂纹时，应断开重接。
一、单相接地短路
单相接地短路是指三相交流供电系统中一根相线与大地成等电位状态了，也就是该相线的电位与大地的电位相等，都是“零”，非故障两相电压接近正常电压，负荷电流接接近正常，故非故障相工作状态与正常负荷状态相差不大。
二、两相短路
两相短路任意两相导线，直接金属性连接或经过小阻抗连接在一起。
此时故障点处两故障相的对地电压相等，故障相电压不为零。
而非故障相
三、两相短路接地
两相短路接地是指三相交流供电系统中两根相线与大地成等电位状态了，此时故障点处两接地相的电压都为零。
四、三相对称短路
三相对称短路是指三相全部短路，三相对称性短路时，故障点处的各相电压相等，且在三相系统对称时均都为零。
此种短路情况最为严重，对电力系统的损害极大。
电力系统的所有一次设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因会发生例如短路、断线等故障。
最常见同时也是最危险的故障是发生各种类型的短路。
在发生短路时可能产生以下后果:
（1）通过短路点的很大短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。
（2）短路电流通过非故障元件.由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短使用寿命。
（3）电力系统中部分地区的电压大大降低。
使大量的电力用户的正常工作遭到破坏或产生废品。
（4）破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使系统瓦解
2.2输电线路保护主要形式
（1）电流保护
对于输电线路来说，在正常运行时，每条线路上都流过由它供电的负荷电流，越靠近电源端，负荷电流越大。
假定在线路上发生三相短路，从电源到短路点之间将流过很大的短路电流。
利用流过被保护元件中电流幅值的增大，可以构成过电流保护。
（2）低电压保护
在输电线路正常运行时，各变电所母线上的电压一般都在额定电压
±5%～±10%范围内变化，且靠近电源端母线上的电压略高。
短路后，各变电
所母线电压有不同程度的降低，离短路点越近，电压降得越低，短路点的相间或对地电压降低到零。
利用短路时电压幅值的降低，可以构成低电压保护。
（3）距离保护
同样，在正常运行时，线路始端的电压与电流之比反映的是该线路与供电负荷的等值阻抗及负荷阻抗角（功率因数角），其数值一般较大，阻抗角较小。
短路后，线路始端的电压与电流之比反映的是该测量点到短路点之间线路段的阻抗，其值较小，如不考虑分布电容时一般正比于该线路段的距离（长度），阻抗角为线路阻抗角，较大。
利用测量阻抗幅值的降低和阻抗角的变大，可以构成距离（低阻抗）保护。
（4）差动保护
利用每个电力元件在内部与外部短路时两侧电流相量的差别可以构成电流差动保护，利用两侧电流相位的差别可以构成电流相位差动保护，利用两侧功率方向的差别可以构成方向比较式纵联保护，利用两侧测量阻抗的大小和方向等还可以构成其他原理的纵联保护。
利用某种通信通道同时比较被保护元件两侧正常运行与故障时电气量差异的保护，称为纵联保护。
它们只在被保护元件内部故障时动作，可以快速切除被保护元件内部任意点的故障，被认为具有绝对的选择性，常被用作220KV及以上输电网络和较大容量发电机、变压器、电动机等电力元件的主保护。
2.3本线路保护主配置
线路保护：
纵联差动保护，电流速断保护，距离保护，高频保护，零序电流保护，过负荷保护...也是根据实际情况配置的，电压等级不同配置的主保护，后备保护不尽相同.要根据通过的单相接地，俩相短路等短路计算，整定计算，选择合理的符合要求的动作元件和采取相应的配置。
次设计采用三段式相间距离保护。
在距离保护中，设置距离Ⅰ、II、III段，距离I段按躲开下一条线路出口处短路的原则整定；距离II段!
，相邻线路距离保护I段相配合，或躲开线路末端变电所变压器低压出口侧出口处短路时的阻抗值整定:
距离III段按躲开
最小负荷阻抗来整定。
距离工段是瞬时动作，但只能保护线路全长的80%～90%因此，设置距离II段，II段能保护线路全场，设置距离III段作为后备。
其中
I、II段作为线路主保护，III段作为后备保护。
其作用，基本上是顾名思义的，纵差保护就是利用比
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