继电保护课程设计（论

文）

题 目 110KV电网线路保护设计 学院名称电气工程学院 指导教师 职称教授

班 级 电力1201班 学 号 学生姓名

2016年 1 月 21 日

摘要 ..................................................... 3 1. 继电保护设计任务和要求 ............................... 4

1.1 继电保护装置及其任务 ............................... 4 1.2 对继电保护的基本要求 ............................... 4

2.设计资料分析与参数计算 ................................ 5

2.1基准值选择 ......................................... 5 2.2电网各元件等值电抗计算 .............................. 5

3.短路电流计算 ........................................... 7

3.1流经保护2的短路计算 ............................... 7 3.2流经保护3的短路计算 .............................. 12 3.3流经保护5的短路计算 .............................. 16

4.电流保护整定计算 ..................................... 21

4.1保护1的电流保护整定 .............................. 21

5.电网线路继电保护整定计算 ............................. 22

5.1距离保护的整定计算 ................................ 22

5.1.1保护6的距离保护整定计算 ........................ 23 5.1.2保护2的距离保护整定计算 ........................ 26 5.1.3保护3的距离保护整定计算 ........................ 28 5.1.4保护5的距离保护整定计算 ........................ 30

6.继电保护零序电流保护的整定计算和校验 ................. 33

6.1整定结果 .......................................... 33

7.输电线路的自动重合闸装置 ............................. 34

7.1自动重合闸概述 .................................... 34 7.2单侧电源线路的三相一次自动重合闸装置 ............... 35

7.3双侧电源线路的自动重合闸 ........................... 35 7.4自动重合闸与继电保护的配合 ......................... 35

8.综合评价 ........................................... 36

8.1对电流保护的综合评价 .............................. 36 8.2对零序电流保护的评价 .............................. 36 8.3对距离保护的综合评价 .............................. 36

9.结束语 ................................................ 37 参考文献 ............................................. 38

摘要: 电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，也使得继电保护得以飞速的发展。继电保护装置必须具备继电保护的“四性”要求，即安全性，可靠性，迅速性，灵敏性。继电保护能够在系统运行过程中发生故障和出现不正常现象时，迅速有选择性

发出跳闸命令将故障切除或发出报警，从而减少故障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。本设计以某地区110KV电网（环网）线路为例，通过对其等值电路的正（负）序和零序网络计算，详细说明了短路电流保护、距离保护和零序保护的具体整定计算方法；并简要介绍了110KV继电保护线路保护的配置方法。

关键词：110KV电网、电流保护、距离保护、零序保护

一、继电保护设计任务和要求

1.1 、继电保护装置及其任务

为防止电力系统中发生事故一般采取如下对策：

（1）改进设计制造，加强维护检修，提高运行水平和工作质量。采取各项积极措施消除或者减少发生故障的可能性。

（2）一旦发生故障，迅速而有选择地切除故障元件，保证无故障部分正常运行。 继电保护装置，就是指反应电力系统中电器元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发生信号的一种自动装置。它的基本任务是：

（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件（设备）从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。

（2）对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定的延时，并根据运行维护条件（如有无经常值班人员），而动作于发出信号（减负荷或跳闸），且能与自动重合闸相配合。

1.2 、对继电保护的基本要求

继电保护根据电力系统的要求，对于直接作用于断路器跳闸的保护装置，有以下几个基本要求：

1、选择性电力系统发生故障时，继电保护的动作应具有选择性，它仅切除故障部分，不影响非故障部分的继续运行，保证最大范围的供电，尽量缩小停电范围。

2、快速性电力系统由于其实时性的特点，当发生故障时要求继电保护装置尽快动作，切除故障，这样可以①系统电压恢复快，减少对广大用户的影响②电气设备的损坏程度降低③防止故障进一步扩大④有利于闪络处绝缘强度的恢复，提高了自动重合闸的成功率。一般主保护的动作时间在1～2s以内，后备保护根据其特点，动作时间相应增加。

3、灵敏性继电保护装置反映故障的能力称为灵敏性，灵敏度高，说明继电保护装置反映故障的能力强，可以加速保护的起动。

4、可靠性根据继电保护的任务和保护范围，如果某一保护装置应该动作而未动作则称为拒动；如果电力系统在正常运行状态或故障不在保护范围内，保护装置不应动作

而动作了则称为误动。继电保护的拒动和误动将影响装置的可靠性，可靠性不高，将严重破坏电力系统的安全稳定运行。装置的原理、接线方式、构成条件等方面都直接决定了保护装置的可靠性，因此现在的保护装置在选用时尽量采用原理简单、运行经验丰富、装置可靠性高的保护。

二、设计资料分析与参数计算

2.1、基准值选择

选取基准功率为 SB=100MV·A，基准电压为 VB=115V，则基准电流

：

IB

100

0.502kA 1.732 1152.2、电网各元件等值电抗计算

本设计所选取的的发电机型号：G1～G4是额定容量为12 MW的汽轮机，所采用的型号为QF2–12–2；G5额定容量为25 MW的汽轮机，所采用型号为QF2–25–2,具体参见表2.1。

表2.1发电机型号及参数

L1：X1(1)=46×0.4=18.4Ω，X1(1)*=

X1(1) SB

2

VB

18.4 100

0.139 2

115

X1(0) *= 3X1(1) *=3×0.139=0.417

L2：X2(1)=51×0.4=20.4Ω ，X2(1)*=

X2(1) SB

2VB

20.4 100

0.154

1152

X2(0) *= 3X1(1) *=3×0.154=0.462

L3：X3(1)=39×0.4=15.6Ω，X3(1)*=

X3(1) SB

2VB

15.6 100

0.118 2

115

X3(0) *= 3X3(1) *=3×0.118=0.354

L4：X4(1)=58×0.4=23.2Ω ，X4(1)*=

X4(1) SB

2VB

23.2 100

0.175 2

115

X4(0) *= 3X4(1) *=3×0.175=0.525

T1 ,T2 , T7：

U0%VN210.51152

XT1 XT2 XT7 44.08

100SN10031.5

XT1 XT2 XT7

U0%sb10.5100 0.333100Sk10031.5

T3–T6：

UK%SB10.5100U0%VN210.51152x x x x 0.7 xT3 xT4 xT5 xT6 92.58 T3 T4 T5 T6 100

SK10015100SN10015

G1--G4: X

G1*

~XG4* Xd

''

SBG

0.1221

100

0.814 .8

G1--G4:XG1~

2

XG4 Xd UGN/(PG/cos ) 0.1221 6.32/(12/0.8) 0.32

G5 : XG5* Xd''

SBG

0.1222

100

0.391 经计算得以下电力系统设备参数表2.2。

表2.2电力系统设备参数表

三、短路电流计算

将系统的正序、负序阻抗图画出如图3.1所示,已知Eeq=1.08，110kV侧的额定电流为

IB

100

0.502kA。 1.732 115

图3.1 正负序阻抗图

3.1、流经保护2的短路计算

（1）最大运行方式

经以上最大运行方式原则的分析，当d3点短路时，开环点在L2上，流经保护2的短路电流最大。

正负序阻抗等值图如图3.2所示：

图3.2 d3点短路时最大运行方式正负序阻抗

Xff(1) 0.5(XG1//XG2 XT1)//(XG5 XT7 XL4 XL3) XL1 0.3685//(0.721 0.175 0.118) 0.139 0.409

所以在最大运行方式下d3点短路时流经保护2的三相短路电流为：

I(3)f

1 Eeq IB

Xff(1)

1 1.08 0.502

1.33kA

0.409

零序阻抗等值图如图3.7所示：

Xff(0) [XT1//XT2//(XT7 XL4(0) XL3(0))] XL1(0) [0.33//0.33//(0.33 0.525 0.354)] 0.417 0.562

① 单相短路接地时

流过保护2的零序电流为 I0.1 ② 两相短路接地时

Eeq IB

Xff(0) Xff(1) Xff(2)

1.08 0.502

0.393kA

0.409 2 0.562

流过保护2的零序电流为

Iff(2)0.1 XX

Eeq IB

ff(2) Xff(0)

Xff(1) Xff(0)//Xff(2)

0.4091.08 0.502

0.409 0.562

0.409 0.409//0.562 1.26kA

图3.3 d1点短路时最大运行方式零序阻抗

（2）最小运行方式

经以上最小运行方式原则的分析可得，最小运行方式是系统闭环运行，其正负序阻抗图如图3.4所示。

图3.4 d2点短路时最小运行方式正负序阻抗

由图得：Xff(1)=X (G1//G2)+XT1+ [XL1//（XL3(1)+ XL2(1)）=0.829

Eeq =1.08Xff(2)= Xff(1)=0.829

所以在最小运行方式下d4点短路时总的两相短路电流为：

I

(2)f

Eeq IBXff(1) Xff(2)

1.732 1.08 0.502

0.566kA

0.829 0.829

流经保护2的两相短路电流为：

I

(2)2

I

(2)f

XL3(1) XL2(1)XL1(1) XL2(1) XL3(1)

0.566

0.154 0.118

0.364kA

0.139 0.118 0.154

零序阻抗等值图如图3.5所示：

图3.5 d1点短路时最小运行方式零序阻抗

则

Xff(0) XT1 [XL1(0)//(XL2(0) XL3(0))] 0.33 [0.139//(0.154 0.118)]

0.42

①单相短路接地时

总的零序电流为 IEeq IB

f0 X

1.08 0.502

ff(0) Xff(1) Xff(2)

0.829 2 0.42

0.26kA

则

流过保护2的零序电流IXL2(0) XL3(0) 0.462

0.2 If0

XL1(0) XL2(0) X 0.26*

0.254L3(0)

0.417 0.462 0.354

0.172kA

②两相短路接地时

总的零序电流为

If0

Xff(2)X

Eeq IB

0.8291.08 0.502

ff(2) Xff(0)

Xff(1) Xff(0)//Xff(2)

0.829 0.42 0.829

0.42//0.829

0.32kA

为

则流过保护2的零序电流为I0.2 If0

0.354 0.462

0.32 0.66 0.212kA

0.417 0.354 0.462

3.3、流经保护3的短路计算

（1）最大运行方式

经以上最大运行方式原则的分析，当d3点短路时，开环点在L3上，流经保护3的短路电流最大。

正负序阻抗等值图如图3.6所示：

Xff(1) XG5 XT7 XL4(1) XL2(1) XL1(1) 0.391 0.333 0.175 0.154 0.139 1.192

所以在最大运行方式下d3点短路时流经保护3的三相短路电流为：

I(3)f

1 Eeq IB

Xff(1)

1 1.08 0.502

0.45kA

1.192

图3.6 d3点短路时最大运行方式正负序阻抗

零序阻抗等值图如图3.7所示：

Xff(0) XT7 XL4(0) XL2(0) XL1(0) 0.333 0.525 0.462 0.417 1.737

①单相短路接地时

流过保护3的零序电流为 I0.3 ②两相短路接地时

流过保护3的零序电流为

I0.3

Xff(2)Xff(2) Xff(0)

Eeq IB

Xff(1) Xff(0)//Xff(2)

1.1921.08 0.502

0.17kA

1.737 1.1921.192 1.737//1.192

Eeq IB

Xff(0) Xff(1) Xff(2)

1.08 0.502

0.13kA

1.192 2 1.737

图3.7 d3点短路时最大运行方式零序阻抗

（2）最小运行方式

经以上最小运行方式原则的分析可得，最小运行方式是系统闭环运行，其正负序阻抗图如图3.8所示。

图3.8 d3点短路时最小运行方式正负序阻抗

则由图可得

Xff(1) XG5 XT7 XL4(1) XL3(1)//(XL2(1) XL1(1)) 0.391 0.333 0.175 0.118//(0.154 0.139) 0.999

所以在最小运行方式下d3点短路时总的两相短路电流为：

I(2) f

Eeq IBXff(1) Xff(2)

1.732 1.08 0.502

0.47kA

0.999 0.999

流经保护3的两相短路电流为：

(2)I3 I(2)f

XL3(1)

XL1(1) XL2(1) XL3(1)

0.47

0.118

0.13kA

0.139 0.154 0.118

零序阻抗等值图如图3.9所示：

图3.9 d3点短路时最小运行方式零序阻抗

则

Xff(0) XT7 XL4(0) XL3(0)//(XL2(0) XL1(0)) 0.333 0.525 0.354//(0.462 0.417) 1.113

①单相短路接地时

总的零序电流为 If0

Eeq IB

Xff(0) Xff(1) Xff(2)

1.08 0.502

0.17kA

0.999 2 1.113

则流过保护3的零序电流为 I0.3 If0

②两相短路接地时

总的零序电流为

If0

Xff(2)Xff(2) Xff(0)

Eeq IB

Xff(1) Xff(0)//Xff(2)

0.354

0.05kA

0.417 0.462 0.354

0.9991.08 0.502

0.17kA

0.999 1.1130.999 1.113//0.999

0.354

0.05kA

0.417 0.462 0.354

则流过保护3的零序电流为 I0.3 If0

3.4、流经保护5的短路计算

最大运行方式下的正负序阻抗图如下图：