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前言
摘要
第一部分说明书
第一章绪论
第1.1节原始资料分析 (1)
第1.2节继电保护的设计原则 (2)
第1.3节本次保护的设计方案 (2)
第二章系统中各元件参数的计算 (3)
第三章短路电流计算 (5)
第四章单相接地零序电流保护整定计算 (7)
第五章相间距离保护的整定计算 (10)
第六章二次回路 (13)
第6.1节零序接地保护的二次回路图 (13)
第6.2节距离保护的二次回路图 (14)
第二部分计算书
第一章电力系统各元件主要参数的计算 (15)
第二章短路电流的计算 (29)
第三章零序接地保护的配置与整定计算 (32)
第四章相间距离保护的整定计算 (33)
总结
前言
随着社会的发展,人民的生活水平也在慢慢的提高,所用电气设备对电网的稳定性要求也越来越高,又因为继电保护对电网稳定性起着至关重要的作用,所以配置正确的保护是比较重要。电能在现代社会中是最方便，也是最重要的能源。在输送电能的过程中，电力系统要求有比较好的可靠性，因此在电力系统受到外界干扰时，各继电保护需要有比较可靠及时的保护动作，电力系统继电保护就是为达到这个目而存在的,其中输电线路的继电保护又是电力网继电保护的重要组成部分，需要我们予以高度重视。
我们本次设计的主要内容是110KV双回线路保护的设计与整定计算。通过去图书馆借阅资料，了解主要的保护配置有零序接地保护和相间距离保护。并根据整定原则画出二次回路图。
通过本次设计我对短路电流计算和保护配置有了进一步的学习和了解，理论与实际相结合，学以致用，对以后的学习和工作有很大帮助。
摘要
本次继电保护设计是110KV线路继电保护设计。首先介绍了电力系统继电保护的基础知识，然后根据给定的110KV线路的接线图及参数，进行短路电路计算，制定出反映输电线路上相间短路、接地短路故障的继电保护配置方案。通过对所配置的继电保护进行继电保护整定计算和校验，论证继电保护配置的正确性。
关键词:110KV线路继电保护短路电流计算。
Abstract
The relay protection design is 110 KV lines relay protection design. First introduced the power system protection foundation knowledge, then according to the given hookup and parameters of 110 KV lines, short circuit circuit calculation, formulate reflect on the transmission alternate with short circuit, grounding short-circuit fault of relay protection scheme. Based on the relay protection are deployed by the relay protection setting calculation and calibration, demonstrates the correctness of the relay protection configuration.
Keywords: 110 KV circuit relay protection short-circuit current calculation.
参考文献
《电力系统继电保护原理与应用》中国电力出版社杨晓敏主编王艳丽王双文副主编《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》学校图书馆
《输电线路电流电压保护》水利水电出版社王静茹栾贵恩主编
《电力工程电气设计手册1电气一次部分》水利水电出版社水利水电部西北电力设计院编
《电力系统继电保护整定计算》水利水电出版社许建安王凤华主编
总结
经过两个多月的毕业设计,使我明白了一个道理.工程越大,对团队协作的能力要求就越大.刚开始老师给题目之后,我觉得这不是很简单吗,以前也有类似的题目,所以我就独自开始了属于自己的旅程.本以为自己算的很小心,一定无懈可击,可拿到老师面前,还是漏洞百出,经过老师的精心指导,算了一遍又一遍的课题,终于有了眉目.
其实我觉得不是我不够细心,只是自己的而思维不开阔,老师的头脑都是比较睿智的,看问题都是比较全面,而我是用不够成熟,片面的眼光看问题,当然有些东西,有些条件都给忽略了,导致只是短路电流就算了好几遍.
一个人的能力是有限的,有些时候和老师或者同学交流一下自己的心得,对自己的认识有时也是一个飞跃.三个臭皮匠,顶个诸葛亮就是这个道理.也许自己忽略的东西,正是那个同学刚好熟悉的东西,所以接下来就是我们一起去讨论,一起去自习的时候.效率很高,在短路电流计算完之前,不到一个星期就弄完了,虽然有些东西还不太熟悉,但心中还是有一种成就感.
这次毕业设计对我的人生很重要,使我懂得了不要想当然,一切从实际出发;使我懂得了怎样使自己办事效率更高;使我懂得了怎样和同事协作。我从中学得的不仅是知识，还有一种是做事的精神。
第五章绪论
第1．1节原始资料分析
已知由原始资料可知，本系统包括两个双绕组变压器，两个三绕组变压器，一个火电厂，一个系统，有110KV和220KV两个电压等级，且采用双回线路输电，本次任务就是给110KV线路配置相应的保护。参数：
火电厂Ⅰ：发电机型号 TQN-100-2,Pe=10.5kv，COSΦ=0.85，Xd"=18.3%,X2=22.3%. 变压器T-1型号 SFPL-12000/110低压侧额定电压U=10.5KV，连接组别 Y0/△-11，阻抗电压Uk=10.5KV 最大负荷电流0.18KA.
三绕组变压器型号SFPSZ4-90000/220 阻抗电压百分数高-中 14%高-低 22% 中-低 8%空载损耗121KW 短路损耗 414KW
第1．2节继电保护的设计原则
根据《电力装置的继电保护和自动装置的设计规范》（GB
50062-92）可知，110KV中性点直接接地电力网输电线路的保护设计
原则如下：
第6.0.1条对110KV线路下列故障，应装设相应保护装置：
一、单相接地短路
二、相间短路
第6.0.2条 110KV线路后备保护配置宜采用远后备方式。
第6.0.3条对接地短路应装设相应的保护装置，应符合下列规定：
一、宜装设带方向或不带方向的阶段式零序电流保护;
二、对某些线路当零序电流保护不能满足要求时，可装设接地距
离保护，并应装设一段或两段零序电流保护做后备保护。
第6.0.4条对相间短路，应装设相应的保护装置，并应符合下列条
件：
二、双侧电源线路，可装设阶段式距离保护装置。
第1.3节我的保护设计方案
电力系统运行中最常发生的故障是相间短路和单相接地，参考
以上设计原则，做出设计方案如下：
对于110KV双回输电线路，可配置反映相见短路的距离保护和放
映单相接地的三段式零序电流保护。由于三段式电流保护接线简单、
经济、灵敏度高、延时小，但也存在缺点，即对于短线路或运行方式
变化很大的网络，保护往往不能满足系统运行所提出的要求。对于相
间短路考虑到以上原因，我们采用距离保护。
对于单相接地，我们采用零序电流保护，如果灵敏度不满足要求，
就改用接地距离保护。
第六章 系统中各元件参数的计算
计算时取基准容量SB=100MVA ，uB=uav
1、发电机的电抗标幺值： N
B
d S S X X 100(%)"=*
式中： (%)"
X d —— 发电机次暂态电抗； B S —— 基准容量，取100MVA ； N S ——发电机额定容量，单位MVA ； 计算过程详见计算书，计算结果如表2.1所示：
表2.1 发电机参数结果表
2、系统参数的计算 系统电抗标幺值： N
B
s S S X X ?
=* 表2.2 系统参数结果表
3、双绕组变压器参数的计算
N
B
k T S S U X 100(%)=
* 式中： (%)K U —— 变压器短路电压百分值；
B S —— 基准容量100MVA ；
N S ——变压器额定容量MVA ； 4、三绕组变压器参数的计算： （1）各绕组短路电压百分数
U K I （%）=21〔Uk I-II （%）+Uk I-III （%）-Uk II-III （%）〕
U K II （%）=21
〔Uk I-II （%）+Uk II-III （%）-Uk I-III （%）〕
U K III （%）=2
1
〔Uk I-III （%）+Uk II-III （%）-Uk I-II （%）〕
式中：Uk Ⅰ—Ⅱ（%）、Uk Ⅰ—Ⅲ（%）、 Uk Ⅱ—Ⅲ（%）分别为高压与中压、 高压与低压、中压与低压之间的短路电压百分值。
（2）各绕组的电抗标幺值
X T1* =
N B
k S S U 100(%)1 X T2* = N B
k S S U 100(%)2
X T3* = N
B
k S S U 100(%)3
式中： S B ------- 基准容量,取为100MVA ；
S N -------- 变压器额定容量；
计算过程详见计算书，计算结果如表2.2所示：
表2.3变压器参数结果表
5、线路正序阻抗为0.4Ω/KM ，线路零序阻抗为X 0 = 5.5X 1， 且
负序阻抗X 2 = X 1
线路阻抗标幺值的计算：
正、负序阻抗：221**av
B U
S L x X X ?
?==
零序阻抗 X 0＊ = 5.5 X I ＊ 式中： x ----------每公里线路正序阻抗值，单位Ω/KM L ---------线路长度，单位 KM S B ----------基准容量 ，取为100 MVA U B ---------- 基准电压 ，取等于u av =115 KV
计算过程详见计算书，计算结果如表2.3所示：
表2.4 线路参数表
第三章 短路电流计算
为了更好的配置保护，所以要进行短路电流计算流过保护的短路电流计算，这是一个比较复杂的过程，能锻炼一个人的耐性和认真程度。它是保护的一个尺度，没有它，保护无从谈起，所以它对我们这次整定计算，有着不可替代的作用。无可避免的是计算中有时会出现这样和那样的错误，短路电流我们算了好多遍，也很感谢老师对我们的指导，每次都是她发现问题，我觉得老师的观点比我们的更广一些，看问题更深入一些，我们往往都是只看表面，结果算的时候忘了一些东西，所以从头都尾都错了，因此还要从头再来，这说明我们没有做
好充分准备，没有充分计划合理布局。遇到问题是在所难免的，只有心中有了一个框架，我们才能做到运筹帷幄之中，决胜于千里之外。
这次短路电流计算，涉及到最大运行方式和最小运行方式。最大运行方式就是系统阻抗最小，短路电流最大的时候；最小运行方式就是系统阻抗最大，短路电流最小的运行方式。 1、 相间距离保护中分支系数的求取 分支系数b K =
KAB
KBC
I I ;分支系数等于相邻线路一段保护范围末端接地短路时，流经故障线路与被保护线路的零序电流之比。由于AB 、BC 均为双回线路，根据其运行方式的不同也将会出现不同的分支系数。由计算可知，根据短路点位置的选取情况分支系数的最大值和最小值分别出现在下列的两种情况下：
表3.1 相间距离保护中分支系数的求取
2、零序电流保护中短路电流的求取
由计算知∑0X ﹥∑1X ,保护即按单相短路电流整定，按两相接地电流校验。下表即为这两种故障时不同的短路位置在不同的运行方式下的电流值，通过比较可供保护的整定计算选择使用，即用单相接地时较大的短路电流值整定，用两相接地时较小的短路电流值校验。
表3.2 零序电流保护中短路电流的计算
第四章单相接地零序电流保护整定计算
统计表明，接地故障的几率占总故障的90%左右，是继电保护重点防范的故障。所以尽管有些保护（电流电压保护）也能保护到这种故障类型，但还是要设置专门的接地保护，这就是零序保护，因为零序保护对接地故障而言，更灵敏。中性点直接接地系统中发生接地短路，将产生很大的零序电流分量，利用零序电流分量构成保护，可作为一种主要的接地短路保护。因为它不反映三相和两相短路，在正常运行和系统发生振荡时也没有零序分量产生，所以它有较好的灵敏度。另一方面，零序电流保护仍有电流保护的某些弱点，即它受电力系统运行方式变化的影响较大，灵敏度将因此降低；特别是在短距离的线路上以及复杂的环网中，由于速动段的保护范围太小，甚至没有保护范围，致使零序电流保护各段的性能严重恶化，使保护动作时间很长，灵敏度很低。
当零序电流保护的保护效果不能满足电力系统要求时，则应装设接地距离保护。接地距离保护因其保护范围比较固定，对本线路和相邻线路的保护效果都会有所改善。
1、零序电流保护I段的整定
（1）按躲开本线路末端接地短路的最大零序电流整定，即
0,0,max 3OP
rel I
K I =?Ⅰ
式中，
rel K ——可靠系数，取1.2~1.3；
0,max
I ——线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流。
（2） 零序I 段的灵敏度校验：
3.131
min 0≥=
I OP I s
I
K
I
式中，I min ,0——线路首端接地短路时流过保护的最小零序电流。 （3） 整定的动作延时为0。 2、 零序电流保护II 段的整定
（1）按与相邻线路的零序电流保护I 段配合，即躲过相邻线路的零序Ⅰ段保护范围末端接地时，流过本保护的最大零序电流的计算值整定。整定式：
0,,1
0,,2,min
=rel op op b K I
I K ⅡⅠ
式中 ，
rel K —— 可靠系数，取1.1。
K b min —— 分支系数，按实际情况选取可能的最小值；
0,,2
op I Ⅰ—— 相邻下一级线路的零序电流保护I 段整定值。
（2）灵敏度校验
按本线路末端接地短路时，流过保护的最小零序电流0,min 3I 校验，
0,min 0,,1
3 1.3~1.5
S op I K I
=
≥Ⅱ
当灵敏度不满足要求的时候，可采用下列措施：
(1)动作电流和动作时间与下一段线路零序Ⅱ段相配合
0,,1
0,,2
=op rel op I
K I
ⅡⅡ 0,10,2=+t 1
"~1.2"t t ?=ⅡⅡ
(2)保留t =0.5"Ⅱ
的零序Ⅱ段，再增加一个按（1）整定的灵敏Ⅱ段。
（3）改用接地距离保护。
3、 零序电流保护III 段保护的整定
此段保护一般是起后备保护作用。III 段保护通常是作为零序电流保护II 段保护的补充作用。零序电流保护III 段保护按满足以下条件整定：
（1）按躲过最大不平衡电流来整定
I K I
unb rel op max ,1
,,0=III
式中， K rel —— 可靠系数。取1.2~1.3；
I
unb max , —— 相邻线路出口处发生三相短路时流过保护的
最大不平衡电流。 其中
I
unb max ,可根据运行经验取值，一般二次值为
2~4A
（2）零序III 段 灵敏度校验
近后备保护时，
5.13min
,0≥=
I
I K
op
S
Ⅲ
远后备保护时，
2.13min
,0≥=
I
I K
op
S
Ⅲ
式中，
0,min
I ——相邻线路末端短路时流过保护的最小零序电流。
（3）零序电流保护Ⅲ段的动作时间：
为保证动作的选择性，各零序过流保护的动作时限应按阶梯原
则整定: 0102=+t t t ?ⅢⅢ,02
03=+t t t ?ⅢⅢ 4、 零序电流保护整定计算结果表
零序电流保护整定计算结果表
第五章 相间距离保护的整定计算
定义：距离保护是以反映从故障点到保护安装处之间距离（或阻抗）大小，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该保护的主要元件（测量元件）为阻抗继电器，动作时间具有阶梯性。当故障点至保护安装处之间的实际阻抗大于整定值时，表示故障点在保护范围之外，保护不动作；当上述阻抗小于整定值时，表示故障点在保护范围之内，保护动作。
1、Ⅰ段：
（1）相间距离保护第Ⅰ段的整定值要躲过本线路的末端短路
时的正序阻抗：
Z
K Z AB
rel
op =
I
?1
式中：Z op I
?1——AB 线路A 侧断路器的相间距离保护第Ⅰ段整定值； K rel ——相间距离保护第Ⅰ段的可靠系数，取85.0~8.0； Z AB ——被保护线路AB 的正序阻抗。 （2）相间距离保护第Ⅰ段的动作时间为： 0
1
=I
t op
（3）相间距离保护第Ⅰ段的灵敏度用范围表示，即为被保护线路全长的%85~%80 。 2、Ⅱ段：
（1） 按与相邻线路距离保护的I 段配合整定
)(2,1op b AB rel O P Z K Z K Z Ⅰ
，Ⅱ+=
式中，Z AB —— 被保护线路AB 正序阻抗；
Z op I
?2 —— 相邻线路相间距离保护I 段动作阻抗；
rel K —— 相间距离保护第Ⅱ段可靠系数，取85.0~8.0
（2） 相间距离保护第Ⅱ段的动作时间为：
,10.5op t s
=
（3） 相间距离保护第Ⅱ段的灵敏度校验：
,1 1.25
op S AB
Z K Z =
≥Ⅱ
（4） 当不满足灵敏度要求时可与相邻线相间距离保护第Ⅱ段配合。
3、Ⅲ段
（1） 躲过被保护线路的最小负荷阻抗 采用方向阻抗继电器：
I
K K K U Z L ss
re
rel
N
op max
19.0=
III
?
式中， K rel —— 相间距离保护第Ⅲ段可靠系数，取1.2~1.3； K re —— 返回系数，取1.1~1.15： K ss —— 自起动系数，取1.5~3； U N —— 电网的额定相电压；
I
L max
, —— 最大负荷电流。
（2） 相间距离保护第Ⅲ段动作时限，应按本线路末端母线上所有连接元件后备保护的最大动作时限大一个时间级差整定。 （3） 相间距离保护第Ⅲ段灵敏度校验：
当作近后备时：
5
.11≥=
III ?III Z
Z K
AB
op S
当作远后备时：
2
.1max
,1≥+=
III ?III Z
K
Z Z K
BC
b AB
op S
式中， K b max ,——分支系数最大值。 4、 线路 AB 相间距离保护整定计算结果：
第六章 二次回路展开图
6.1零序接地保护的二次回路图
N
正常运行时,跳闸条件不满足,保护不动作
Ⅰ段保护动作:当二次侧电流满足ⅠD I ≥03时,保护立即动作跳闸 Ⅱ段保护动作:当二次的电流满足ⅡD I ≥03时,经过一段时间Ⅱt 之后保护动作跳闸
Ⅲ段保护动作:当二次侧电流满足ⅢD I ≥03时, 经过一段时间Ⅲ
t 之后保护动作跳闸
6.2距离保护的二次回路图
N
正常运行时,跳闸条件不满足,保护不动作
Ⅰ段保护动作:当阻抗继电器测量值满足Ⅰset r Z Z ≤时,在PT 二次回路无断线和无振荡情况下，保护立即动作跳闸。
Ⅱ段保护动作: 当阻抗继电器测量值满足Ⅱset r Z Z ≤时,在PT 二次回路无断线和无振荡情况下经过一段时间Ⅱt 之后保护动作跳闸。
Ⅲ段保护动作: 当阻抗继电器测量值满足Ⅲset r Z Z ≤时,在PT 二次回
路无断线情况下，经过一段时间Ⅲt 之后保护动作跳闸。
第二部分 计算书
第一章 电力系统各元件主要参数的计算
取基准功率S B =100MVA ，基准电压U B =U av
D
E
火电厂Ⅰ
C
1、三绕组变压器： S N =90MVA ，U K Ⅰ－Ⅱ（％）=14%，U k Ⅰ-Ⅲ=22%，U K Ⅱ-Ⅲ=8%
X 1=21（14%+22%-8%）=14% , X 2=2
1（14%+8%-22%）=0
X 3=2
1
（22%+8%-14%）=8%