110kV线路的继电保护

工程技术学院

题 目：

专 业：

年 级：

姓 名：

学 号：

指导教师：

日 期：课程设计 某电网110kV 线路继电保护初步设计 电气工程及其自动化 付 忠 林 20091447 李 裕 2012年7月15日

云南农业大学工程技术学院

目录

课程设计任务书 …………………………………………………… 3 课程设计（计算）书 ……………………………………………… 4

第一章 课程设计简述 …………………………………………… 4

1.1什么是继电保护 …………………………………………… 4

1.2 电力系统继电保护的作用 …………………………………… 4

1.3 继电保护整定计算的目的及基本任务 ………………………… 4

1.4 继电保护的发展现状 ………………………………………… 7

1.5课题内容及任务 ……………………………………………… 9

第二章 线路保护的整定计算 ………………………………………… 10

2.1 线路保护配置 …………………………………………………… 10

2.2 线路保护整定 …………………………………………………… 12

第三章 保护评价 …………………………………………………… 22

3.1线路保护 …………………………………………………… 22

参考文献 ……………………………………………………………… 23

致谢 …………………………………………………………………… 24

一、课程设计任务书

题目：输电线路的继电保护设计

任务：按要求对下图所要求线路进行继电保护设计。

成果：设计说明书一份（纸质和电子版）

时间：2012年7月7日——2012年7月14日（共15天）

进度安排： 1、熟悉设计任务书，阅读相关文献； 3天

2、确定保护配制方式，进行短路计算； 4天

3、继电保护整定计算； 4天

4、整理设计说明书； 3天

任务接受人： 付忠林（20091447） 时间： 2012 年7 月 7 日

设计指导教师(签字) ：

二﹑设计的说明书

第一章 课程设计简述

1.1什么是继电保护 继电保护是指研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路、母线等）使之免遭损害，所以沿称继电保护。

1.2电力系统继电保护的作用

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

（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。

（3）继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高。

1.3 继电保护整定计算的目的及基本任务

1.3.1整定计算的目的

继电保护装置与安全自动装置（以下简称继电保护）属于二次系统，但

是，它是电力系统中的一个重要组成部分。它对电力系统安全稳定地运行起着极为重要的作用。特别是在现代的超高压，大容量的电力系统中，对继电保护提出了更高的要求，重点是提高其速动性。总之，电力系统一时一刻地也不能离开继电保护，没有继电保护的电力系统是不能运行的。继电保护工作类别多种多样，诸如设计、制造、调试、安装、运行等等。继电保护整定计算是继电保护工作中的一项重要工作。在电力生产运行工作和电力工程设计工作中，继电保护整定计算是一项必不可少的内容。不同的部门其整定计算的目的是不同的。电力生产的运行部门，例如电力系统的各级调度部门，其整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好的各种继电保护，那找具体电力系统的参数和运行要求，通过计算分析给出所需的各项整定值，使全系统中各种继电保护有机协调地布署，正确地发挥作用。电力工程的设计部门其整定计算的目的是按照所设计的电力系统进行计算分析，选择和论证继电保护的装置及选型的正确性，并最后确定其技术规范等等，正确圆满地完成设计任务。继电保护是建立在电力系统基础之上的，它的构成原则和作用必须符合电力系统的内在规律；同时，继电保护自身在电力系统中也构成一个有严密配合关系的整体，从而形成了继电保护的系统性。因此，继电保护的整定计算是一种系统工程。

1.3.2 整定计算的基本任务

需要整定计算的部门：设计、调试、运行。各部门进行整定计算的目的和要求不同。

设计部门―――其目的是按照电力系统的设计参数和典型的运行方式进行故障计算，制定全系统继电保护的配置方案和装置选型，并进行整定，校验能否满足四性的要求，满足系统稳定的要求，论证配置方案、装置选型和定值选择的可行性和正确性。一般要制定多个方案，多套定值进行比较，确定一个

在经济技术上最佳的方案。

调试部门―――基建部门安装完保护装置后，要进行72小时的试运行，以验证保护装置的完好性，接线的正确性和安装的质量。为此要进行故障计算和整定。也可按调度给出定值进行整定和调试。

运行部门―――是直接应用继电保护保证电力系统安全稳定运行，向用户可靠供电的部门，有直接的责任，因此对整定计算的全面性，正确性和精度要求最高。所谓全面性是指不只是考虑每个装置的保护效果是否最佳，还要考虑各个装置之间的协调配合是否正确，全系统的保护效果是否最佳。不仅考虑正常运行状态下发生各种故障时保护的性能，还要考虑故障后状态下保护的性能。

根据具体的电力系统，计算出各继电保护装置的整定值，并对各保护的灵敏度进行计算；经过计算分析，确定合理的继电保护方案。

具体地：1）绘制电力系统接线图。

2）建立电力系统设备参数表。

3）根据电力系统各个设备的原始参数，计算归算到基准参数下的各序阻抗并绘制出正、负、零序阻抗图。

4）确定继电保护整定需要满足的电力系统规模及运行方式变化限度。

5）进行电力系统各点短路电流的计算，并将计算结果列表。短路点一般选在各厂、站的母线上。

6）确定初步的保护方案，进行各保护定值的计算，并将整定计算结果列表(微机保护定值单) 。

7）按继电保护功能分类，分别绘制出继电保护配置图。

8）编写整定方案报告书，着重说明整定的原则、整定结果评价、存在的

问题及采取的对策等。

1.4 继电保护的发展现状

继电保护技术的发展现状继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，它与电力系统对运行可靠性要求的不断提高密切相关。熔断器就是最初出现的简单过电流保护，时至今日仍广泛应用于低压线路和用电设备。由于电力系统的发展，用电设备的功率、发电机的容量不断增大，发电厂、变电站和供电网的结线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置的过电流继电器。本世纪初随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。

自本世纪初第一代机电型感应式过流继电器（1901年）在电力系统应用以来，继电保护已经经历了一个世纪的发展。在最初的二十多年里，各种新的继电保护原理相继出现，如差动保护（1908年）、电流方向保护（1910年）、距离保护（1923年）、高频保护（1927年），这些保护原理都是通过测量故障发生后的稳态工频量来检测故障的。尽管以后的研究工作不断发展和完善了电力系统的保护，但是这些保护的基本原理并没有变，至今仍然在电力系统继电保护领域中起主导作用。

继电保护装置是保证电力系统安全运行的重要设备。满足电力系统安全运行的要求是继电保护发展的基本动力。快速性、灵敏性、选择性和可靠性是对继电保护的四项基本要求。为达到这个目标，继电保护专业技术人员借助各种先进科学技术手段作出不懈的努力。经过近百年的发展，在继电保护原理完善的同时，构成继电保护装置的元件、材料等也发生了巨大的变革。继电保护装置经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展

阶段。

50年代，我国工程技术人员创造性地吸收、消化、掌握了国外先进的继电保护设备性能和运行技术，建成了一支具有深厚继电保护理论造诣和丰富运行经验的继电保护技术队伍，对全国继电保护技术队伍的建立和成长起了指导作用。阿城继电器厂引进消化了当时国外先进的继电器制造技术，建立了我国自己的继电器制造业。因而60年代是我国机电式继电保护繁荣的时代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。

自50年代末，晶体管继电保护已在开始研究。60年代中到80年代中是晶体管继电保护蓬勃发展和广泛采用的时代。在此期间，从70年代中，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究。到80年代末集成电路保护已形成完整系列，逐渐取代晶体管保护。到90年代初集成电路保护的研制、生产、应用仍处于主导地位，这是集成电路保护时代。

国内微机保护的研究开始于70年代末期，起步较晚，但发展很快。1984年我国第一套微机距离保护样机在试运行后通过鉴定并批量生产，以后每年都有新产品问世；1990年第二代微机线路保护装置正式投入运行。目前，高压线路、低压网络、各种主电气设备都有相应的微机保护装置在系统中运行，特别是线路保护已形成系列产品，并得到广泛应用。我国在2000年220kV 及以上系统的微机保护率为43.99％，线路微机保护占86％，到2003年底，220kV 以上系统的微机保护已占到70.29％，线路的微机化率达到97.6％。实际运行中，微机保护的正确动作率要明显高于其他保护，一般比平均正常动作率高0.2～0.3个百分点。国产微机保护经过多年的实际运行，依靠先进的原理和技术及良好的工艺已全面超越进口保护。从80年代220KV 及以上电压等级的电力系统全部采用进口保护，到现在220KV 系统继电保护基本国产化，反映了继电保护

技术在我国的长足发展和国产继电保护设备的明显优势。

微机继电保护技术的成熟与发展是近三十年来继电保护领域最显著的进展。经过长期的研究和实践，现在人们已普遍认可了微机保护在电网中无可替代的优势。微机保护具有自检功能，有强大的逻辑处理能力、数值计算能力和记忆能力，并且具备很强的数字通信能力，这一切都是电磁继电器、晶体管继电器所难以匹敌的。计算机技术的进步，更高性能、更高精度的数字外围器件的采用，一直是微机继电保护不断发展的强大动力，未来继电保护的发展前景。微机保护经过近20年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了电力系统运行管理水平。近年来，随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，其未来趋势向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。

1.5 课题内容及任务

题目：某110KV 电网继电保护初步设计

原始资料如图所示：

10kV

10T 11T 35kV 7T

D 50km

55km 40km E

S=∞8T 9T 10kV 10kV

13T F

45km

B 110kV

A

1T 2T 1G 3T 2G 4T

变压器参数：5G 13T:SF7-12500/110 Uk %=10.58T-9T:SF7-20000/110 Uk %=10.56G 10T-11T:SFS7-20000/110U 高－中％＝10.5 U中－低％＝6.5 U高－低％＝17H A水电站参数：1G-2G:SF34-16/410 34000kW 6.3kVcos Ф=0.85 Xd" =0.1792 Xd ' =0.2893 Xd=0.2893X 2=0.18071T-2T:SF7-40000/110 Uk %=10.53T-4T:S9-400/10 Uk %=4H水电站参数：5G-6G:TS330/61-16 6500kW 6.3kV cosФ=0.85 Xd" =0.22 X 2=0.2077T:SSPL1-20000 Uk %=10.8线路参数：Xl=0.4Ω/km 设计内容：AC 线路的保护配置及相间短路的整定计算

第二章 线路保护的整定计算

2.1线路保护配置 2.1.1一次部分分析

该系统有2台三绕组变压器（10T-11T: SFS7-20000/110 Y/Y/△）,6台双绕组变压器（1T-2T: SF7-40000/110 Y/△ 3T-4T: S9-400/10 Y/Y 7T: SSPL1-20000/110 Y/△ 8T-9T: SF7-20000/110 Y/△ 13T: SF7-12500/110 Y/△）; 四台发电机（1G-2G:FS34-16/410 34000kW 6.3kW COS Φ=0.85 5G-6G:TS330/61-16 6500kW 6.3kW COSΦ=0.85）; 该系统有4个电压等级（6.3kV 10kV 35kV 110kV） 由以上数据分析可知：该系统为多电源110kV 直接接地系统，AC 是110kV 输电线路，因此A 、C 两处的保护为110kV 输电线路的保护。

2.1.2 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弊之前，首先应该分析运行方式。这里要着重说明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。因此，系统的最大运行方式不一定就是保护的最大运行方式；系统的最小运行方式也不一定就是保护的最小运行方式。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；系统最小运行方式为1G-2G 中任意一台和3G-4G 中任意一台运行。 2.1.3保护配置

经计算电流三段保护不满足要求，查GB_T_14285-2006_继电保护和安全自动装置技术规程可知：为了满足继电保护的速动性、可靠性、选择性、灵敏性

的要求，该AC 输电线路采用距离Ⅲ段保护，在C 处加装方向元件。 主保护配置：距离保护的主保护是距离保护Ⅰ段和距离保护Ⅱ段。 后备保护配置：距离保护第Ⅲ段，装设距离保护第Ⅲ段是为了作为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也作为Ⅰ、Ⅱ段的后备保护。

对距离Ⅲ段整定值的考虑是与过电流保护相似的，其启动阻抗要按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来选择，而动作时限应使其比距离Ⅲ段保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个△t 。

保护的接线方式：不完全星型接法，即三相量继电器接法。

2.2线路保护整定

2.2.1由设计的系统得系统中各元件的等值正序电抗如下： ①各输电线路在110kV 侧实际等值正序阻抗 X AB =45*0.4=18 (Ω) X AC =60*0.4=24 (Ω) X CH =50*0.4=20 (Ω) X CD =40*0.4=16 (Ω) X DE =55*0.4=22 (Ω)

②各发电机归算至110kV 侧实际等值正序阻抗 取k

110

6. 3

X d ' '

22U G U G X 有110211022

=⇒X 有=X d " * X 有=X d " **k =X d " * *2=X d " * X 基S G S G U G S G

1102

X d1有=X d 2有=0.1729 x 0.85 =52.302 (Ω)

341102

X d5有=X d6有=0.22 x 0.85 =348.108 (Ω)

6.5

X S -∞=0 (Ω)

③各变压器归算至110kV 侧实际等值正序阻抗

2

U k %U TN

X T 有=x

100S TN

10.5 1102

X T 1有=X T 2有=x =31. 7625(Ω)

100404 10. 52

X T 3有=X T 4有=x =11. 025(Ω)

1000. 4 2

10.8110

X T 7有=x =65.34(Ω)

10020

10.5 1102

X T 8有=X T 9有=x =63. 525(Ω)

10020

10.5 1102

X T 13有=x =101. 64(Ω)

10012. 5

所以，该系统的正序等效网络图为：

图1

2.2.2 A侧距离保护的整定计算（保护1）

由1图把G1和G2支路并联，把G5和G6支路并联得：

图2

解答：取

II∏K rel =0.85 K ∏=0.8 K 电动机自启动系数K ss =1. 5 rel rel =0.83

阻抗角Φk =70O。

距离Ⅰ段的整定:

II

整定阻抗 Z set .1=K rel X AC =0.85 x 24=20.4 (Ω)

动作时间 t I1=0(s)

距离Ⅱ段的整定：

与CD 线路相邻线路短路的整定

与线路CD 配合时最大分值系数的计算如下

图3

K C =

I CD I AC

=

=

(X d 1+X T 1) +X AC +(X d 5//X d 6+X T 7+X CH ) //(X CD +X DE )

(X d 5//X d 6+X T 7+X CH ) //(X CD +X DE ) (X d 1+X T 1) +X AC

+1

(X d 5//X d 6+X T 7+X CH ) //(X CD +X DE )

52.302+31.76+24

K C. max =+1=4. 260

（174.054+65.34+20）//(16+22)

与线路CD 配合时最小分值系数的计算如下

图4

I CD K C =

I AC

=

=

(X d 1//X d2+X T 1//X T 2) +X AC +(X d 5+X T 7+X CH ) //(X CD +X DE )

(X d 5+X T 7+X CH ) //(X CD +X DE ) (X d 1//X d2+X T 1//X T 2) +X AC

+1

(X d 5+X T 7+X CH ) //(X CD +X DE )

26.151+15.88+24

+1=2.890

(348.108+65.34+20) //(16+22)

K C . min =

∏∏I∏

所以Z set ）=K rel (XA C +K C . min K Irel X CD ) =0.8x .1=K rel (XA C +K C . min K rel Z set 下一个断路器、

(24+2.89x0.85x16)=50.643(Ω)

按躲过相邻变压器低低压侧短路整定：

由上题得K C. min =

26.151+15.88+24

+1=1.152

348.108+65.34+20

∏∏

所以Z set =0.8 x (24+1.152x16)=33.946(Ω) .1=K rel (XA C +K C. min X T 8）∏

以此取两者中较小的一个为整定值，即Z set.1=33.946（Ω）

灵敏度效验：K sen 满足要求 动作延时

∏

Z set .1

=33.946/24=1.414>1.25 =Z AC

I

t 1∏=t 相邻线路保护+∆t =0.5（s ）

距离Ⅲ段的整定 近后备整定效验K sen

∏I

Z set I∏.1

=1.5所以Z set =.1=Z AC x K sen =1.5x24=36(Ω) Z AC

由于变压器装设独立的后备保护，因此远后备整定计算效验由图3得

52.302+31.76+24

K C. max =+1=4. 260

（174.054+65.34+20）//(16+22)

K sen =

Z AC

∏I

Z set I∏.1

=1.2所以Z set .1=(Z AC +K C.max Z CD )x K sen +K C. max Z CD

=(24+4.26x16)x1.2 =110.592(Ω)

I∏

因此取二者中都较大的一个，即Z set .1=110.592(Ω）

由图1得：

2.2.3 C侧距离保护整定计算（保护2）

图5

由图5把CF 支路和D 点以后的支路省去，把G5和G6支路并联得：

图6

解

答

：

取

IK rel =0.85 K ∏ K I∏ 电动机自启动系数K ss =1. 5 rel =0.8rel =0.83

阻抗角Φk =70O。

距离Ⅰ段的整定:

II

整定阻抗 Z set . 2=K rel X CA =0.85 x 24=20.4 (Ω)

动作时间 t 2I=0(s)

距离Ⅱ段的整定：

与AB 线路相邻线路短路的整定

与线路AB 配合时最大分值系数的计算如下

图7

K a =

I AB

I CA

=

=

((X d5//X -∞+X T 7+X CH ) //(X CD +X DE )) +X CA +(X d 1//X d 2+X T 1//X T 2) //X AB

(X d 1//X d 2+X T 1//X T 2) //X AB ((X d5//X -∞+X T 7+X CH ) //(X CD +X DE )) +X CA

+1

(X d 1//X d 2+X T 1//X T 2) //X AB

K a. max =

34.973+24

+1=5.586

(15.88+26.151) //18

与线路AB 配合时最小分值系数的计算如下

图8

K a =

I AB I CA

=

=

((X d5//Xd6//X -∞+X T 7+X CH ) //(X CD +X DE )) +X CA +(X d 1+X T 1) //X AB

(X d 1//X d 2+X T 1//X T 2) //X AB ((X d5//Xd6X -∞+X T 7+X CH ) //(X CD +X DE )) +X CA

+1

(X d 1+X T 1) //X AB

K a.m in 所

33.144+24=+1=4.855 (31.76+52.302) //18

∏∏I∏

Z set =K rel (XCA +K a. min K Irel X AB ) =. 2=K rel (XCA +K a min K rel Z set 下一个断路器）

、

以0.8x

(24+4.855x0.85x18)=78.625(Ω)

按躲过相邻变压器低低压侧短路整定：

图9

由上题得K a. min =

33.144+24

+1=1.680

52.302+31.76

∏∏

所以Z set ）=0.8 x (24+1.68x31.76)=61.885(Ω) .2=K rel (XCA +K a. min X T1

∏

以此取两者中较小的一个为整定值，即Z set （Ω） . 2=61.885

灵敏度效验：K sen 满足要求 动作延时

∏

Z set .2

=61.885/24=2.58>1.25 =Z CA

I

t 2∏=t 相邻线路保护+∆t =0.5（s ）

距离Ⅲ段的整定 近后备整定效验K sen

∏I

Z set I∏. 2==1.5所以Z set . 2=Z CA x K sen =1.5x24=36(Ω) Z CA

由于变压器装设独立的后备保护，因此远后备整定计算效验由上图7得

K a. max =

34.973+24

+1=5.586

(15.88+26.151) //18

K sen =

Z CA

∏IZ set I∏.2

=1.2所以Z set .2=(Z CA +K a.max Z A B )x K sen +K a. max Z AB

=(24+5.586x18)x1.2 =149.458(Ω)

I∏

因此取二者中都较大的一个，即Z set .2=149.458(Ω）

第三章保护评价

电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但是，对于容量大、电压高或结构复杂的网络，它们难于满足电网对保护的要求。电流、电压保护一般只适用于35kV 及以下电压等级的配电网。对于110kV 电压等级的复杂网，线路保护采用距离保护，采用阻抗继电器，由第二章整定计算可知该配置能够满足电网继电保护的要求。 1. 距离保护的主要优点

（1）能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求。

（2）阻抗继电器是同时反应电压的降低与电流的增大而动作的，因此距离保护较电流保护有较高的灵敏度。

2. 距离保护的主要缺点 （1）不能实现全线瞬动。

（2）距离保护装置较复杂，调试比较麻烦，可靠性较低。

致谢

本次课程设计是针对与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。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。在整定时对110kV 线路两侧保护进行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。

在此衷心再次感谢赵老师的悉心教导和各位同学的帮助！！

三、参考文献

[1] 张保会. 电力系统继电保护[M]. 北京: 中国电力出版社, 2009.12

[2] 许建安. 继电保护整定计算[M], 北京: 中国水利水电出版社, 2001：1-2.

[3] 崔家佩. 电力系统继电保护与安全字典装置整定计算[M]. 北京: 中国电力出版社,

1993.

[4] 电力工业部电力规划设计总院. 电力设计手册[M]. 北京: 中国电力出版社, 1998. [5] 张志竟，黄玉铮. 电力系统继电保护原理与运行分析(上册) [M]. 北京: 中国电力出

版社, 1995.

[6] 李光琦. 电力系统暂态分析[M], 北京: 中国电力出版社, 2007.1 [7] 陈. 王行 电力系统稳态分析[M], 北京: 中国电力出版社, 2007.6

四、课程设计指导教师评审标准及成绩评定

指导教师签字：李裕 2012年7月15日