1、引言電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷地注入了新的活力。因此，繼電保護技術得天獨厚，在40余年的時間里完成了發展的4個歷史階段：繼電保護的萌芽期、晶體管繼電保護、集成運算放大器的集成電路保護和計算機繼電保護。繼電保護技術未來趨勢是向計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化的發展。隨著計算機硬件的迅速發展，微機保護硬件也在不斷發展。電力系統對微機保護的要求不斷提高，除了保護的基本功能外，還應具有大容量故障信息和數據的長期存放空間，快速的數據處理功能，強大的通信能力，與其它保護。繼電保護的原理是利用被保

2、護線路或設備故障前后某些突變的物理量為信號量，當突變量到達一定值時，起動邏輯控制環節，發出相應的跳閘脈沖或信號。對電力系統繼電保護的基本性能要求是有選擇性，速動性，靈敏性，可靠性。這次課程設計以最常見的110KV電網線路保護設計為例進行分析設計，要求對整個電力系統及其自動化專業方面的課程有綜合的了解。特別是對繼電保護、電力系統、電路、發電廠的電氣部分有一定的研究。重點進行了電路的化簡，短路電流的求法，繼電保護中電流保護、距離保護的具體計算。1力系統繼電保護概論從科學技術的角度，電力系統繼電保護隸屬于電力系統及其自動化專業領域；從工業生產的角度，電力系統繼電保護是電力工業的一個必不可少的組成部分

3、，擔負著保障電力系統安全運行的重要職責。1.1繼電保護的基本概念電力是當今世界使用最為廣泛、地位最為重要的能源，電力系統的安全穩定運行對國民經濟、人民生活乃至社會穩定都有著極為重大的影響。電力系統由各種電氣元件組成。這里電氣元件是一個常用術語，它泛指電力系統中的各種在電氣上的獨立看待的電氣設備、線路、器具等。由于自然環境，制造質量運行維護水平等諸方面的原因，電力系統的各種元件在運行中不可能一直保持正常狀態。因此，需要有專門的技術為電力系統建立一個安全保障體系，其中最重要的專門技術之一就是繼電保護技術。1.2 繼電保護的基本作用電力系統繼電保護的基本作用是：在全系統范圍內，按指定分區實時的檢測各

4、種故障和不正常運行狀態，快速及時地采取故障隔離或告警等措施，以求最大限度地維持系統的穩定，保持供電的連續性，保障人身的安全，防止或減輕設備的損壞。1.3繼電保護裝置的基本任務（1）自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統中切除并最大限度地保證其他無故障部分恢復正常運行；（2）能對電氣元件的不正常運行狀態作出反應，并根據運行維護規范和設備承受能力動作，發出告警信號，或減負荷，或延時跳閘；（3）條件許可時，可采取預定措施，盡快地恢復供電和設備運行。由于最初的繼電保護裝置是又機電式繼電器為主構成的，故稱為繼電保護裝置。盡管現代繼電保護裝置已發展成為由電子元件或微型計算機為主構成的，但仍沿用次名稱。目

5、前常用繼電保護一詞泛指繼電保護技術或由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統。1.4 電網繼電保護的設計原則關于電網繼電保護的選擇在“技術規程”中已有具體的規定，一般要考慮的主要規則為：（1） 電力設備和線路必須有主保護和后備保護，必要時增加輔助保護，其中主保護主要考慮系統穩定和設備安全；后備保護主要是考慮主保護和斷路器拒動時用于故障切除；輔助保護是補充前二者的不足或在主保護退出時起保護作用；（2） 線路保護之間或線路保護與設備保護之間應在靈敏度、選擇性和動作時間上相互配合，以保證系統安全運行；（3） 對線路和設備所有可能的故障或異常運行方式均應設置相應的保護裝置，以切除這些故障和給出異常運行的信

6、號；（4） 對于不同電壓等級的線路和設備，應根據系統運行要求和技術規程要求,配置不同的保護裝置.一般電壓等級越高,保護的性能越高越完善,如330KV以上線路或設備的主保護采用“雙重化”保護裝置等。2 電網各元件參數計算及負荷電流計算2.1 基準值選擇 基準功率：SB=100MV·A 基準電壓：VB=115KV 基準電流：IB= SB/ 基準阻抗：ZB= 電壓標幺值：E=2.2 電網各元件等值電抗計算2.2.1 輸電線路等值電抗計算：而Xl 取為0.4， （1）線段AS2段 正序以及負序電抗： 零序阻抗： XL1(0)*=XL1(0)/ZB=0.45 （2）線段AB（L2）等值電抗計算

7、：正序以及負序電抗：零序阻抗： （3）線段AB（L3）等值電抗計算： 正序以及負序電抗：零序阻抗：（4）線段AB（L4）等值電抗計算： 正序以及負序電抗：零序阻抗：2.2.2 變壓器等值阻抗計算 （1）變壓器1B，2B等值阻抗計算： （2）變壓器3B，4B等值阻抗計算：（3）變壓器5B，6B等值阻抗計算：2.2.3 發電機等值電抗計算： （1）發電機G1，G2電抗標幺值計算：2.2.4 最大負荷電流計算 （1）5B，6B允許的最大額定電流為： 3B，4B允許的最大額定電流為： （2）依要求可知BS1，AS2 CT變比為：600/5,600/5 故可取AS2線路的最大負荷電流為：500A即0.5

8、KA BS1線路取最大負荷電流為：400A即0.4KA2.2.5 各線路運行方式下流過斷路器的最大負荷電流 （1）保護1的最大方式：發電機G1，G2全投入，通過保護1的最大負荷電流為： 保護1的最小運行方式：發電機G2停，線路全部運行。 （2）保護3的最大運行方式：發電機G1，G2全投入，通過保護3的最大負荷電流為：Ifh·max·3=0.5KA，保護3 的最小運行方式：發電機G2停，全線運行。 （3）保護4的最大運行方式：發電機G1，G2全投入，通過保護4的最大負荷電流為：If h·max·4=0.4+0.16*2=0.4+0.33=0.73KA，保護

9、4 的最小運行方式：發電機G2停，全線運行。 （4）保護6的最大運行方式：發電機G1，G2全投入，通過保護6的最大負荷電流為：Ifh·max·6=0.4KA。 （5）保護2和保護5因正常運行時不可能有正向電流流過，要是有正向電流通過，定是電路發生故障，即在保護2和保護5上裝設方向功率繼電器即可。3 短路電流計算3.1短路時電網等效電路由于短路電流計算是電網繼電保護配置設計的基礎，因此考慮最大運運行方式（兩臺電機全部投入）時各線路末端短路的計算情況，最小運行方式（只有一臺電機投入）時各線路末端短路的計算情況，電網等效電路圖如下：圖3.1.1 電網短路等效電路圖3.2 短路電流

10、計算3.2.1 d1點短路時流過斷路器1 （1）d1點短路最大運行方式下等值電路圖如下：圖3.2.1 d1點短路時最大運行方式下等值電路圖進一步簡化可得：圖3.2.2 正負序短路電路圖而:其中（2）d1點兩相短路時最小運行方式下短路電流（3）最大運行方式下兩相短路零序短路電流圖3.2.3最大運行方式下亮相短路零序短路電流3.2.2 d2 發生短路時流過短路1（1） 最大運行方式下正序短路電流圖3.2.4 d2 發生短路時最大運行方式下等值電路圖從而做出正負序短路電路圖如下：圖3.2.5做出正負序短路等值電路圖而：（2） 最小運行方式下兩相短路的正序電流（3）最大運行方式下兩相短路的零序電流圖3

11、.2.6最大運行方式下兩相短路的零序短路電流3.2.3 d3 短路時流過斷路器1（1）d3 短路最大運行方式下等值電路圖如下：圖3.2.7最大運行方式下d3 點短路是等值電路圖從而做出正負序短路電路圖如下：圖3.2.8正負序短路電路圖而：(2)最小運行方式下兩相短路的正序電流（3） 最大運行方式下兩相短路的零序電流圖3.2.9最大運行下兩相短路的零序電流3.2.4 d4 點短路時流過短路器1（1）d4 點短路最大運行方式下等值帶南路圖如下圖3.2.0最大運行方式下d4 點短路時的等值電路圖從而做出正負序短路電路如下：圖3.3.1正負序短路電路圖而（2）最小運行方式下兩相短路的正序電流（3）最大

12、運行方式下兩相短路的零序電流圖3.3.2 最大運行方式下兩相短路零序電路圖3.2.5 d5點短路時流過斷路器（1）d5點短路時，最大運行方式下等值電路圖如下：圖3.3.3 最大運行方式下等值電路圖從而作出其正負序短路電路圖如下：圖3.3.4 正負序電路圖從而:（2）最小運行方式下兩相短路的正序電流（3）最大運行方式下兩相短路的零序電流圖3.3.5 最大運行方式下兩相短路的零序電路圖3.2.6 d6 點短路時流過斷路器（1）d6點短路時，最大運行方式下等值電路圖如下：圖3.3.6 d6短路時最大運行方式下等值電路圖從而作出其正負序短路電路圖如下：圖3.3.7 正、負序電路圖而:（2）最小運行方式

13、下兩相短路的正序電流（3）最大運行方式下兩相短路的零序電流圖3.3.8 最大運行方式下兩相短路的零序電路圖4.繼電保護的整定計算和校驗4.1斷路器1距離保護的整定計算和校驗4.1.1距離保護段的整定計算（1）動作阻抗：對輸電線路按躲過本線路末端短路來整定。取（2）動作時限：距離保護段的動作時限是有保護裝置有動作時限決定，人為延時為0，即4.1.2距離保護段的整定計算（1）動作阻抗：按下列三個條件選擇（取）與相鄰線路L1（AS2）的保護段相配合，并作出等效電路圖，如下：圖4.1.1 整定段時求的電路顯然由圖可知：與相鄰線路L2（AB）的保護段相配合，并作出等效電路圖，如下：圖4.1.2整定段時求

14、的電路顯然由圖可知：與相鄰變壓器快速保護相配合，作出等效電路圖，如下：圖4.1.3整定段時求的電路顯然由圖可知：取以上三個計算值中最小值為段整定值，即（2）動作時間：與相鄰保護段相配合，則它恰能滿足與相鄰線路L2和變壓器保護配合要求（3）靈敏性檢驗：滿足保護要求。4.1.3距離保護段整定計算（1）動作阻抗：按躲開最小負荷阻抗來選擇，取于是（2）動作時間：（3）靈敏性檢驗：本線路末端短路時的靈敏系數為：滿足要求相鄰元件末端時的靈敏系數：段相鄰元件L1（AS2）段末端靈敏系數為：作出等效電路圖，如下：圖4.1.4整定段時求的電路顯然如圖可知：不滿足要求段相鄰元件L2（AB）段末端靈敏系數為：圖4.

15、1.5相鄰元件L2時，整定等效電路顯然由圖可知所以 滿足要求 與相鄰變壓的快速保護相配合圖4.1.6相鄰線路為變壓器時，整定等效電路顯然由圖可知 所以 不符合要求4.2 斷路器2距離保護的整定計算和校驗<1>動作阻抗：取 <2>動作時限： 由于斷路器2沒有下一線路，所以斷路器2無需進行第段和第段整定，只需在保護上裝設方向功率繼點保護即可。4.3 斷路器3距離保護的整定計算和校驗 <1>動作阻抗：取 <2>動作時限：由于斷路器3沒有下一線路，所以斷路器3無需進行第段和第段整定。4.4 斷路器4距離保護的整定計算和校驗4.4.1距離保護的段的整定計算

16、 <1>動作阻抗：取 <2>動作時限：4.4.2距離保護的段的整定計算 <1>動作阻抗：按下列兩種情況選擇（取，）與相鄰線路段線路的圖4.1.7相鄰線路L4時的整定等效電路顯然由圖可知： 所以圖4.1.8相鄰線路為變壓器時的整定等效電路 顯然由圖可知： 所以 取上式計算其中最小值的整定值，即 <2>動作時限 <3>靈敏度校驗 滿足要求4.4.3距離保護段整定計算（1）動作阻抗：按躲開最小負荷阻抗來選擇(方向阻抗繼電器)取且又知即知（2）動作時間：（3）靈敏度檢測本線路末端的靈敏度系數 符合要求相鄰元件靈敏度系數：.相鄰線路L（BS）的

17、末端靈敏度系數：作出等效電路圖如下：圖4.1.9相鄰線路為L4時的整定等效電路顯然由右圖可知： 符合要求相鄰變壓器的末端靈敏度系數：又知符合要求4.5斷路器5距離保護的整定計算（1）動作阻抗：按躲過線路末端短路時整定。即（2）動作時間：由于斷路器沒用下一線路，所以斷路器就無需進行第段和第段的整定計算。只需在斷路器5裝設一個功率方向繼電器即可。4.6斷路器6距離保護的整定與計算（1）動作阻抗： 按躲過線路末端短路時整定。即(2)動作時限：由于斷路器6沒有下一線路，所以斷路器6就無需進行第段和第段的整定計算。5繼電保護的零序電流保護的整定計算和校驗5.1繼電保護的零序電流保護的整定計算和校驗5.1

18、.1零序電流保護段的整定計算（1）躲開下一線路出處單相接地或兩相接地短路時可能出現的最大零序電流即（2）躲開線路的三相觸頭不同期各閘時出現的零序電流 各一相，相當于斷開兩相，流過斷路器的零序電流： 各兩相，相當于斷開一相，流過斷路器的零序電流3.取兩種情況較大值，即故整定值為：5.1.2 零序電流保護II段的整定計算（1）起動電流零序II段的起動電流應與下一段路的零序I段相配合。該保護與下一線段保護之間有中性點接地變壓的，該保護的起動電流I0"dZ,取KK"=1.2 ,I0=4.973uAId03s*=XL1 cos/XT1/2+XL3（0）+XT5/2/XL1（0）+XL

19、2(0)+XL1(0)=0.45/0.373+0.09+0.073+0.45+0.27=0.358Id0.is*=Id0.3s*I0=0.358*4.973=1.780KA即I"0dZ=KK"*Id03s=1.2*1.780=2.136KA(2)動作時限零序II段的動作時限與相零線路零序I段保護相配合，動作時限一般取0.5s（3）靈敏度檢驗零序II段的靈敏系數應按照本線路末端接地短路時的最小零序電流校驗，并滿足Kem1.5的要求，即Kem=3I0min/I0dZ"=3*4.973/2.136=6.9851.5符合要求。5.1.3零序電流保護III段的整定計算（1）

20、起動電流躲開下條線路出現三相間短路時所出現的最大不平衡電流Ibpmax,即Ibpmax=0.15KA Kk/ Ibp=1.2*0.15=0.18KA與下一線路零序電流III段相配合是本保護零序III段的保護范圍，不能超出相鄰線路上零序III段的保護范圍。起動電流整定為:I0dz/=KK/*Ibp3s而Ijs=XT4/2/XL1（0）/XL3（0）+XT1/2+XT4/2/XL1（0）=0.252Ijs=Ijs*Ibpmax=0.252*0.15=0.038KA即Ibpis=0.038KAI0dZ/=KK/*Ibp3s=1.2*0.038=0.0456KA取較大值作為零序III段起動電流，即I0

21、dZ/=0.18KA（2）靈敏度校驗： 作為本線路近后備保護時，流過本保護最小零序電流3I0min/來檢驗，要求Kem2.即Kem=3I0min/I0dZ=3*0.150/0.18=2.52符合要求。（3）動作時限為保證選擇各保護的動作時限也按階梯原則選擇 T1/=t4/+t=1.5s5.2斷路器2零序電流保護的整定計算和校驗（1）躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可能出現的最大零序電流，即Kk/=1.2 I0dz/=KK/*3I0max=1.2*3*7.123=25.643KA（2）躲過斷路器三相觸頭不同期各閘間時出現的零序電流3I0dZ/=KK/*3I0bt先合兩相相當于斷開一相

22、3I0bt=3*2E/（2Z1+Z0）=6*115/（2*4+12）=34.5KA先合兩相，相當于斷開一相3I0bt=3*2E/（Z1+2Z0）=6*115/（4+12*2）=41.4KA故整定值為：I0bt=41.4KA由于斷路器3無下一回線路，所以無需整定零序保護第II和第III段5.3斷路器3零序電流電流保護的整定計算和校驗（1）躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可出現的最大零序電流：I0dZ/= KK/*3I0max=1.2*0.892=1.07KA（2）躲開斷路器三相觸頭不同期合閘時出現的零序電流3I0st ，即I0dz=Kk*3I0st先合一相，相當于斷開兩相。3I0st

23、=2*3E/（2Z1+Z0）=6*115/(2*20+60)=6.9KA先合三相，相當于斷開一相。3I0st=2*3E/（Z1+2Z0）=6*115/(20+2*60)=4.929KA3I0st取較大者，即I0dz=Kk/*3I0st=1.2*6.9=8.28KA故整定值為：I/0dz=8.28KA由于線路L1為110KV電壓等級的最后一回路，故無需整定零序保護的第段和第段。5.4 斷路器4零序電流保護的整定計算和校驗5.4.1斷路器4零序電流保護段整定計算（一）躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可能出現的最大零序電流，即I/0dz=KK/.3I0.max=1.2*3*1.528=5

24、.508KA（二）躲開斷路器三相觸頭不同時期合閘時出現的零序電流3I0.st即I/0dz= KK/3I0.st先合一相，相當于斷開兩相。3I0.st=2*3E/（2Z1+Z0）=6*115/（2*12+36）=11.5KA先合三相，相當于斷開一相。3I0.st=2*3E/（Z1+2Z0）=6*115/（12+36*2）=8.214KA3I0st取最大者，即I/0dz=Kk/*3I0st=1.2*3*11.5=41.4KA故整定值為：I/0dz=41.4KA5.4.2斷路器4零序電流保護段整定計算（一）起動電流零序段的起動電流應與下一線路的零序段相配合。該保護與下一條線路的保護之間有中線點接地變

25、壓器，該保護的起動電流I/0.dz取KK/=1.2,I0=7.123-1.528=5.595KAId0.3s*=(XL3(0)+XT1/2)/XL1(0)/XT3/2/XL2(0)/(XL3(0)+XT1/2)/ XL1(0)/XT3/2/XL2(0)+XL4(0) =0.087Id0.3s= Id0.3s*I0=0.087*5.595=0.487KA（二）動作時限：動作時限一般取0.5s（三）靈敏度校驗：零序段靈敏度系數應按照本線路末端接地短路時的最小零序電流時校驗，并滿足Klm1.5要求， 即Klm=3I0.min/I/0dz=3*5.595/0.584=28.7>1.5 符合要求。

26、5.4.3斷路器4零序電流保護段整定計算（一）起動電流躲開在下一條線路出處相間短路時出現的最大不平衡電流 Ibp.max 即Ibp.max=0.044KA*KK/=1.2 I/0.dz= KK/Ibp.max=1.2*3*0.044=0.158KA與下一條線路零序電流段相配合就是本保護零序段的保護范圍，不能超出相鄰線路上零序段保護范圍。起動電流整定為：I/0.dz= KK/Idp.isIis*=XT5/2(XT5/2+XL4(0)=0.39Iis=Iis* Idp.is=0.39*0.044=0.017KA即Idp.is=0.017KAI/0.dz= KK/Idp.is=1.2*0.017KA

27、=0.021KA取較大值作為零序段起動電流，即0/0.dz=0.158KA（二）動作時限：為保證選擇性各保護的動作時限也按階梯原則來選擇，t4=t6+t=1s（三）靈敏度校驗：要求Klm2，即Klm=3*0.150/0.158=2.85KA>2符合要求。5.5 斷路器5零序電流保護的整定計算和校驗（一）躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可能出現的最大零序電流3I0*MAX，即KK=1.2，I0.dz=KK*3I0*MAX=1.2*3*7.132=25.657KA(二) 躲過斷路器三相觸頭不同期各閘時出現的零序電流3I0*st即I0*dz=Kk*3I0.st 先合一相，相當于斷開

28、兩相。3I0st=6E/（2Z1+Z0）=6*115/(2*12+36)=11.5KA 先合三相，相當于斷開一相。3I0st=6E/（Z1+2Z0）=6*115/(12+36*2)=8.21KA3I0st取較大者，即I0dz=Kk/*3I0st=1.2*11.5=13.8KA故整定值為：I/0dz=13.8KA由于斷路器無下一回線路，所以無需整定零序保護的第段和第段。5.6 斷路器6零序電流保護的整定計算和校驗（一）躲開下一條線路出口處單相接地或兩相接地短路時可能出現的最大零序電流3I0*MAX，即KK=1.2，I0.dz=KK*3I0*MAX=1.2*3*1.528=5.501KA(二) 躲

29、過斷路器三相觸頭不同期各閘時出現的零序電流3I0*st即I0*dz=Kk*3I0.st 先合一相，相當于斷開兩相。3I0st=6E/（2Z1+Z0）=6*115/(2*10.4+31.2)=13.269KA 先合三相，相當于斷開一相。3I0st=6E/（Z1+2Z0）=6*115/(10.4+31.2*2)=9.478KA3I0st取較大者，即I0dz=Kk/*3I0st=1.2*13.269=15.923KA故整定值為：I/0dz=13.8KA由于線路L4為110KV電網中的最后一回線路，故不需整定零序保護的第段和第段。6 綜合評價6.1電流保護的綜合評價三段式電流保護的主要優點是簡單,可靠

30、,經濟,并且一般情況下都能較快的切除故障.但是一般用于35KV及以下的電壓等級的電網中,對于容量大,電壓高,或者結構復雜的網絡,它難于滿足電網對保護的要求.缺點是它的靈敏度和保護范圍直接受系統運行方式和短路類型的影響,此外,它只在單側電源電網中才有選擇性.6.2 對零序電流保護的評價零序電流保護比相間短路的電流保護有較高的靈敏度.對于零序一段,由于線路的零序阻抗大于正序阻抗,使的線路始末兩端電流變化較大,因此使零序一段保護范圍增大,即提高了靈敏度;對于零序三段,由于起動值是按不平衡電流來整定的,所以比相間短路的電流保護的起動值小,即靈敏度高;零序過電流保護的動作時限較相間保護短;零序電流保護不

31、反映系統振蕩和過負荷;零序功率元件無死區,副方電壓斷線時,不會誤動作;接線簡單可靠.其缺點是不能反應相間短路.6.3 距離保護的綜合評價能滿足多電源復雜電網對保護動作選擇性的要求;阻抗繼電器是同時反應電壓的降低與電流的增大而動作的,因此距離保護較電流保護有較高的靈敏度.其中一段保護基本上不受運行方式的影響,而二段 三段依舊受系統的運行方式變換的影響,但是比電流保護要小些,保護區域和靈敏度比較穩定.但是依然有以下缺點:不能實現全線速動.對雙側電源線路,將有全長的30%-40%的第二段時限跳閘,這對穩定有較高要求的超高壓遠距離輸電系統來說是不能接受的.阻抗繼電器本身較復雜,還增設了振蕩閉鎖裝置,電壓斷線閉鎖裝置.因此,距離保護裝置調試比較麻煩,可靠性也相對降低.。結束語本次畢業設計的主要內容是對110kV電力系統繼電保護的部分線路和變電所配置。經過對設計要求，設計內容的分析可知，首先要利用電力系統分析的知識，求出各短路點的短路電流，確定各短路點短路時系統的最大及最小運行方式。接下來在最