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V 110kV 电网继电保护设计 电力系统继电保护课程设计说明 书 110KV 电网继电保护设计 学生姓名: 学号: 中北大学信息商务学院学 院: 电气工程及其自动化 专 业: 2013 年 01 月 中北大学 课 程 设 计 任 务 书 学年第学期 学 院: 专 业: 学 生 姓 名: 课程设计题目: 起 迄 日 期: 课程设计地点: 指 导 教 师: 系主任: 信息商务工程学院 电气工程及其自动化 学 号: 110KV 电网 继电保护设计 电气工程及其自动化专业教研室 下达任务书日期: 2013 年 1 月 5 日 ………………………………………………………10 1 引言 本次的课程设计是对电力系统 110KV 电网线路进行继电保护初步设计， 要求 对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、 电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了电路的化简，短 路电流的求法，继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。
2 零序电流保护的相关概念 所谓零序保护，是指在大短路电流接地系统中发生接地故障后,就有零 序电流，零序电压和零序功率出现,利用这些电气量构成保护接地短路的继 电保护装置的统称。三相电流平衡时，没有零序电流，不平衡时产生零序电 流，零序保护就是用零序互感器采集零序电流，当零序电流超过一定值(综 合保护中设定),综和保护接触器吸合，断开电路。零序电流互感器内穿过 三根相线矢量和零线。正常情况下，四根线的向量和为零，零序电流互感器 无零序电流。当人体触电或者其他漏电情况下:四根线的向量和不为零，零 序电流互感器有零序电流，一旦达到设定值，则保护动作跳闸。
电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数 的短路故障是不对称的，其零、负序电流电压会很大，利用故障的不对称性可以 找到正常与故障的区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差异更为明显。所 以零序电流保护被广泛的应用在 110KV 及以上电压等级的电网中。
3 相关参数计算 3.1 运行方式分析 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。需要着重说明的是，继电保护的最大运 行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大， 继电保护的最小运行 方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。
(注明: 效电源的阻抗值。
) 根据系统图可知，参数计算如下: z 是指系统等 s 电动势:E = 115/ 3 kv; 发电机:X1.G1 = X2.G1 = X1.G2 = X2.G2 = 5 + (15 , 5)/19=5+10/19=5.53， X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 8 + (10, 8)/19=8+1/19=8.10; 变压器:X1.T1 ~ X1.T4 = 5 + (10 , 5)/19=5+5/19=5.26， X0.T1 ~ X0.T4 = 15 + (30 , 15)/19=15+15/19=15.79， X1.T5 = X1.T6 = 15 + (20 , 15)/19=15+5/19=15.26， X0.T5 = X0.T6 = 20 + (40 , 20)/19=20+20/19=21.05; 线 路:LA-B = 60km，LB-C = 40km，线路阻抗 z1 = z2 = 0.4 /km，z0 = 1.2 /km， X1.A-B=60km× 0.4 /km=24 ，X1.B-C=40km×0.4 /km=16 ; X0.A-B=60km×1.2 /km=72 ，X0.B-C=40km×1.2 /km=48 ; IA-B.L.max = IC-B.L.max = 300A;Kss = 1.2，Kre = 1.2; 电流保护:KIrel = 1.2，KIIrel = 1.15， 距离保护:KIrel = 0.85，KIIrel = 0.75 负荷功率因 数角为 30 ，线路阻抗角均为 75 ，变压器均装有快速差动保护。
3.1.1 保护 1 的运行方式分析 保护 1 的最小运行方式就是指流过保护 1 的电流最小即是在 G1 和 G2 只有一 个工作，变压器 T5、T6 两个中有一个工作时的运行方式，则 z s. max =( x1.G1 + x1.T 1 ) =5.53+5.26=10.79 ; 最大运行方式就是指流过保护 1 的电流最大即两个发电机 共同运行， 而变压器 T5、6 两个都同时运行的运行方式， T 则 z s.min = 1 ( x1.G1 + x1.T 1 ) 2 1 (5.53+5.26)=5.395 。
2 3.1.2 保护 2 的运行方式分析 = 对于保护 2， 它的最小运行方式就是指流过保护 2 的电流最小即是在 G3 和 G4 只有一个工作时运行，则 z s. max =( x1.G 3 + x1.T 3 )=8.10+5.26=13.36 ;最大运行 方式就是指流过保护 2 的电流最大即两个发电机共同运行，则 z s.min = 1 2 1 (8.10+5.26)=6.68 。
2 3.1.3 保护 3 的运行方式分析 ( x1.G 3 + x1.T 3 )= 保护 3 的最小运行方式就是指流过保护 3 的电流最小即是在 G1 和 G2 只有一 个工作时运行的运行方式，则 z s. max =( x1.G1 + x1.T 1 )=5.53+5.26=10.79 ;最大 运行方式就是指流过保护 3 的电流最大即两个发电机共同运行，则 z s.min = 1 2 1 10.79=5.395 。
2 3.1.4 保护 4 的运行方式分析 ( x1.G1 + x1.T 1 )= 保护 4 的最小运行方式就是指流过保护 4 的电流最小即是在 G3 和 G4 只有一 个工作，变压器 T5、T6 两个中有一个工作时的运行方式，则 z s. max =( x1.G 3 + x1.T 3 ) =8.10+5.26=13.36 ; 最大运行方式就是指流过保护 4 的电流最大即两个发电机 共 同 运 行 ， 而 变 压 器 T5 、 T6 两 个 都 同 时 运 行 的 运 行 方 式 ， 则 ( x1.G 3 + x1.T 3 )= z s.min = 1 2 1 (8.10+5.26)=6.68 2 4 短路电流计算 三段式电流保护分为电流速断保护、限时电流速断保护和过电流速断保护。
三段式电流保护在配合的过程中，如果电流速断保护能保护线路的全长，则不再 需要配置限时电流速断保护。对于每一段保护，他的整定值得满足灵敏系数和其 他要求。因此，配置完以后得检验这个配置是否符合要求。
4.1 电流速断保护的配置和整定 对于反应与短路电流负值增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。
为了保证选择性，电流速断一般只能保护线路的一部分。电路速断保护要求一旦 短路电流超过整定值， 就立即将离短路点最近的断路器跳开， 例如， 在本设计中， 当线路 A-B 上发生短路时，则保护 1、2 都要瞬时动作，使 1、2 处 断路器跳开。
由系统图可知，假设保护 1、2、3 和 4 都需要配置电流数段保护。则: 对于保护 1:IIset.1= 1.2 115/ 3 I 2.71KA ，t 1=0s ， 5.395, 24 IIset.1= 3 115/ 3 × LA, B min 26.069km ; 2 10.79 , 0.4 LA, B min LA, Bmin 100%=43.45%>15%，满足要求。
L A, B 对于保护 2:IIset.2= 1.2 115/ 3 1.706KA ，tI2=0s， 6.68 , 16 , 24 I set.2= I 3 115/ 3 × LB, Amin 10.82km ; 2 13.36 , 16 , 0.4 LB, Amin LB-Amin 100%=18%>15%，满足要求。
LB , A 对于保护 3:IIset.3= 1.2 115/ 3 I 1.755KA ，t 3=0s， 5.395 , 24 , 16 IIset.3= 3 115/ 3 × LB,Cmin ,5.066km ，不满足要求。
2 10.79 , 24 , 0.4 LB,Cmin 对于保护 4:IIset.4= 1.2 115/ 3 I 3.513KA ，t 4=0s， 6.68 , 16 IIset.4= 3 115/ 3 × LB, Amin 7.52km ; 2 13.36 , 0.4 LB, Amin LC-Bmin 100%=18.99%>15%，满足要求。
LC ,B 由以上的计算结果可知，保护 1、2 和 4 需要安装电流速断保护装置，保护 3 不需要。
4.2 限时电流速断保护的计算 由限时电流速断的计算结果可知，假设保护 1、4 处需安装限时电流速断保 护，其他保护处不需要安装限时电流速断保护。则: IIISET.1=KIIrel×IIset.3=1.15×1.755=2.018KA，tII2=0.5; KIIsen.4= 3 115/ 3 / 2.018 0.82 <1.3， 2 10.79 , 24 IIISET.4=KIIrel×IIset.2=1.15×1.706=1.962KA，tII2=0.5S， KIIsen.4= 3 115/ 3 / 1.962=0.99<1.3，不满足灵敏系数。故保护 4 也不装 2 13.36 , 16 设限时电流速断保护。由此，保护 2 处不需要装设电流速断保护装置。
4.3 过电流保护的配置和整定 假设保护 1、 3 和 4 处都装设过电流保护。
tIII1=0.5s， III2=0s， III3=0s， 2、 则: t t tIII4=0.5s;保护 2 和 3 处都配置一个时间为 0s 的定时限过电流保护装置，保护 1 和 4 处各装置一个延时为 0.5s 的定时限过电流保护装置。下面分别对个保护 进行电流 整定。
对于保护 1:IIIIset.1= =I =I ,2 , III K rel K ss 1.2 1.2 I A, B.L.max 0.3 0.48KA ; K re 0.85 近后备:K III sen.1 I K . B . min III set .1 3 115 / 3 / 0.48 3.44 1.5 ，满足要求。
2 10 .79 , 24 3 115 / 3 / 0.48 2.35 1.2 ， 满足要求。
2 10.79 , 24 , 16 ,2 , 远后备:K III sen.1 I K .C .min III set .3 III K rel K ss 1.15 1.2 对于保护 2: 整定电流 I set.2= I A, B.L.max 0.3 0.48KA 。
K re 0.85 III 近后备:K III sen.2 =I ,2 , I K .C .min III set .2 3 115 / 3 / 0.48 4.08 1.5 ，满足要求。
2 13.36 , 16 同理可得保护 3 和 4 处的整定电流 IIIIset.2=IIIIset.3=IIIIset.4=0.48KA; 且灵敏系数都满足要求。
综上可知:再此系统中，三段式电流保护在保护 1、4 处需安装电流 I、III 断保护装置，而保护 2、3 处只安装 III 断保护即可。
5 零序电流保护的配置和整定 电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数 摘 要 随着电力系统的飞速发展，继电保护技术得天独厚，在 40 余年的时间里完成了发展的 4 个历史阶段:继电保护的萌芽期、晶体管继电保护、集成运算放大器的集成电路保护和计算机继电保护。电力系统的运行中最常见也是最危险的故障是发生各种形式的各种短路。在电力系统中要求采取各种措施消除或减少发生事故的可能性，一旦发生故障，必须迅速而有选择性的切除故障，且切除故障的时间常常要求在很短的时间内(十分之几或百分之几秒)。实践证明只有在每个元件上装设保护装置才有可能完成这个要求，而这种装置在目前使用的大多数是由单个继电器或继电器及其附属设备的组合构成的，因此称为继电保护装置，它能够反应电力系统中电气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告警信号。
继电保护的任务就是在系统运行过程中发生故障(三相短路、两相短路、单相接地等)和出现不正常现象时(过负荷、过电压、低电压、低周波、瓦斯、超温、控制与测量回路断线等)，能够自动、迅速、有选择性且可靠的发出跳闸命令将故障切除或发出各种相应信号，从而减少故障和不正常现象所造成的停电范围和电气设备的损坏程度，……2 3.1.2 保护 2 的运行方式分析 ……………………………………………………2 3.1.3 保护 3 的运行方式分析 ……………………………………………………2 3.1.4 保护 4 的运行方式分析 ……………………………………………………3 4 短路电流计算 ……………………………………………………………………3 4.1 电流速断保护的配置和整定 …………………………………………………3 4.2 限时电流速断保护的计算 ……………………………………………………4 4.3 过电流保护的配置与整定 ……………………………………………………5 5 零序电流保护的配置和整定 ……………………………………………………5 5.1 零序 I 段的配置和整定 ………………………………………………………6 5.2 零序 II 段的配置和整定 …………………………………………………… 7 5.3 零序 III 段的配置和整定 ……………………………………………………8 6 体会 ………………………………………………………………………………9 参考文献 ……………………………………………………………………………10 1 引言 本次的课程设计是对电力系统 110KV 电网线路进行继电保护初步设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了电路的化简，短路电流的求法，继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。
2 零序电流保护的相关概念 所谓零序保护，是指在大短路电流接地系统中发生接地故障后,就有零序电流，零序电压和零序功率出现,利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置的统称。三相电流平衡时，没有零序电流，不平衡时产生零序电流，零序保护就是用零序互感器采集零序电流，当零序电流超过一定值(综合保护中设定),综和保护接触器吸合，断开电路。零序电流互感器内穿过三根相线矢量和零线。正常情况下，四根线的向量和为零，零序电流互感器无零序电流。当人体触电或者其他漏电情况下:四根线的向量和不为零，零序电流互感器有零序电流，一旦达到设定值，则保护动作跳闸。
电力系统正常运行时是三相对称的，其零序、负序电流值理论上是零。多数的短路故障是不对称的，其零、负序电流电压会很大，利用故障的不对称性可以找到正常与故障的区别，并且这种差别是零与很大值得比较，差异更为明显。所以零序电流保护被广泛的应用在 110KV 及以上电压等级的电网中。
3 相关参数计算 3.1 运行方式分析 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。需要着重说明的是，继电保护的最大运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最大，继电保护的最小运行方式是指电网在某种连接情况下通过保护的电流值最小。(注明:zs 是指系统等 效电源的阻抗值。) 根据系统图可知，参数计算如下: 电动势:E = 115/3kv; 发电机:X1.G1 = X2.G1 = X1.G2 = X2.G2 = 5 + (15 , 5)/19=5+10/19=5.53， X1.G3 = X2.G3 = X1.G4 = X2.G4 = 8 + (10, 8)/19=8+1/19=8.10; 变压器:X1.T1 ...