110kV单电源环形网络(总41页)
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继电保护课程设计
题 目： 110kV单电源环形网络
院系名称： 电气工程学院 专业班级： 电气F1206 学生姓名： 学 号： 指导教师： 毛慧勇 教师职称： 教授
评语及成绩： 指导教师： 日 期：
目 录
110kV单电源环形网络 .......................................................... 错误!未定义书签。 引 言： ..................................................................................... 错误!未定义书签。 1 课题设计要求 ....................................................................... 错误!未定义书签。
电网接线图 ....................................................................................... 错误!未定义书签。 任务................................................................................................... 错误!未定义书签。 要求................................................................................................... 错误!未定义书签。
2运行方式的选择 .................................................................. 错误!未定义书签。
运行方式的选择原则 ....................................................................... 错误!未定义书签。
发电机、变压器运行方式选择的原则 ................. 错误!未定义书签。 变压器中性点接地选择原则 ................................. 错误!未定义书签。 线路运行方式选择原则 ......................................... 错误!未定义书签。 流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择错误!未定义书签。
选取流过保护的最大负荷电流的原则 ................. 错误!未定义书签。
本次设计的具体运行方式的选择 ................................................... 错误!未定义书签。
3 电网各个元件参数计算及负荷电流计算 ........................... 错误!未定义书签。
基准值选择 ....................................................................................... 错误!未定义书签。 电网各元件等值电抗计算 ................................................................ 错误!未定义书签。
输电线路等值电抗计算.......................................... 错误!未定义书签。 变压器等值电抗计算.............................................. 错误!未定义书签。 发电机等值电抗计算.............................................. 错误!未定义书签。 最大负荷电流计算.................................................. 错误!未定义书签。 各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流 . 错误!未定义书签。
4 短路电流计算 ....................................................................... 错误!未定义书签。
电网等效电路图................................................................................ 错误!未定义书签。 短路电流计算.................................................................................... 错误!未定义书签。
d1点发生短路时流过断路1 ................................ 错误!未定义书签。
I
d2发生短路时流过断路2 .................................... 错误!未定义书签。 d3发生短路时流过断路2 .................................... 错误!未定义书签。 d4点发生短路时流过断路1 ................................ 错误!未定义书签。 d4点发生短路时流过断路器2 ........................... 错误!未定义书签。 d5点发生短路时流过断路器1 ........................... 错误!未定义书签。 d6点发生短路时流过断路器1 ........................... 错误!未定义书签。 d6点发生短路时流过断路器2 ........................... 错误!未定义书签。 d8点发生短路时流过断路器1 ........................... 错误!未定义书签。 d8点发生短路时流过断路器2 ........................... 错误!未定义书签。 d9点短路时流过断路器1 ................................... 错误!未定义书签。 d9点短路时流过断路器2 ................................... 错误!未定义书签。 d10点发生短路时流过断路器1 ......................... 错误!未定义书签。 d10点发生短路时流过断路器2 ......................... 错误!未定义书签。
5 继电保护距离保护的整定计算和校验 ............................... 错误!未定义书签。
断路器2距离保护的整定计算和校验 ............................................ 错误!未定义书签。
距离保护І段的整定计算 ...................................... 错误!未定义书签。 距离保护П段的整定计算和校验 ......................... 错误!未定义书签。 距离保护Ш段的整定计算和校验 ........................ 错误!未定义书签。
6 继电保护距离保护的整定计算和校验 ............................... 错误!未定义书签。
断路器4距离保护的整定计算和校验 ............................................ 错误!未定义书签。
距离保护І段的整定计算 ...................................... 错误!未定义书签。 距离保护П段的整定计算和校验 ......................... 错误!未定义书签。 距离保护Ш段的整定计算和校验 ........................ 错误!未定义书签。
7 零序电流保护的整定计算和校验 ....................................... 错误!未定义书签。
零序电流保护І段的整定计算 .............................. 错误!未定义书签。 零序电流保护П段的整定计算 ............................. 错误!未定义书签。 零序电流保护Ш段的整定计算 ............................ 错误!未定义书签。 零序电流保护零序电流保护І段的整定计算 ...... 错误!未定义书签。 零序电流保护П段的整定计算 ............................ 错误!未定义书签。
II
零序电流保护Ш段的整定计算 ............................ 错误!未定义书签。 断路器零序电流保护І段的整定计算 .................. 错误!未定义书签。
8 距离保护的综合评价 ........................................................... 错误!未定义书签。 结束语...................................................................................... 错误!未定义书签。 参考文献.................................................................................. 错误!未定义书签。
III
110kV单电源环形网络
引 言：
电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。而发电厂正是把其他形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过各种用电设备转换成适合用户需要的其他形式的能量。在输送电能的过程中,电力系统希望线路有比较好的可靠性,因此在电力系统受到外界干扰时,保护线路的各种继电装置应该有比较可靠的、及时的保护动作,从而切断故障点极大限度的降低电力系统供电范围。电力系统继电保护就是为达到这个目的而设置的。本次设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及负荷电流计算、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。其中短路电流的计算和电气设备的选择是本设计的重点。
1 课题设计要求
电网接线图 ×cosφ=0.8××cosφ=0.85X〃＝0.132cosφ=0.85X〃＝0.129cosφ=0.8×cosφ=0.8 图示110kV单电源环形网络：（将AB线路长度改为45km,CD长度改为20km）
（1)所有变压器和母线装有纵联差动保护，变压器均为Ｙn，d11接线；
1
（2）发电厂的最大发电容量为（2×25+50）ＭＷ，最小发电容量为2×25ＭＷ；
（3）网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行； （4）允许的最大故障切除时间为；
（5)线路AC、BC、AB、CD的最大负荷电流分别为250、150、230和140Ａ，负荷自起动系数Kss1.5；
（6）时间阶梯△t＝；
（7）线路正序电抗每公里为Ω；
任务
1、Ik计算结果，计算结果用表格列出。必须说明系统运行方式、短路点与短路类型的决定原则或依据，以及计算时考虑的其他因素。
2、保护方式的选择及整定计算结果
要求
要求说明选用保护方式的原则，各保护的整定计算条件，并用表格列出整定计算结果。整定计算时所采用的公式及各种系数的数值也应列出。
2运行方式的选择
运行方式的选择原则
发电机、变压器运行方式选择的原则
(1)一个发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，一台检修，另一台故
障；当有三台以上机组时，则选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。对水电厂，还应根据水库运行方式选择。
(2)一个发电厂、变电站的母线上无论接几台变压器，一般应考虑其中容量
最大的一台停用。
2
变压器中性点接地选择原则
(1)发电厂、变电所低压侧有电源的变压器，中性点均要接地。 (2)自耦型和有绝缘要求的其它变压器，其中性点必须接地。 (3)T接于线路上的变压器，以不接地运行为宜。
(4)为防止操作过电压，在操作时应临时将变压器中性点接地，操作完毕后
再断开，这种情况不按接地运行考虑。
线路运行方式选择原则
(1)一个发电厂、变电站线线上接有多条线路，一般考虑选择一条线路检修，
另一条线路又故障的方式。
(2)双回路一般不考虑同时停用。
流过保护的最大、电小短路电流计算方式的选择
(1)相间保护
对单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大短路电流出现在最大运行方式；
而最小短路电流，则出现在最小运行方式。
对于双电源的网络，一般（当取Z1=Z2时）与对侧电源的运行方式无关，可按单侧电源的方法选择。
对于环状网络中的线路，流过保护的电大短路电流应选取开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一线线路上。而对于电小短路电流，则应选闭环运行方式，同时再合理停用该保护背后的机组、变压器及线路。
(2)零序电流保护
对于单侧电源的辐射形网络，流过保护的最大零序短路电流与最小零序电流，其选择方法可参照相间短路中所述，只需注意变压器接地点的变化。
对于双电源的网络及环状网，同样参照相间短路中所述，其重点也是考虑变压器接地点的变化。
选取流过保护的最大负荷电流的原则
选取流过保护的最大负荷电流的原则如下：
(1)备用电源自动投入引起的增加负荷。 (2)并联运行线路的减少，负荷的转移。 (3)环状网络的开环运行，负荷的转移。
(4)对于双侧电源的线路，当一侧电源突然切除发电机，引起另一侧增加负
3
荷。
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；系统的最小运行方式为发电机G1和G2投入，发电机G3停运。对保护1而言，其最大运行方式应该是在系统最大运行方式下线路L1回路断开，其他设备全投；保护1的最小运行方式应该是：在系统的最小运行方式下线路L1+L2与L3并联运行。
3 电网各个元件参数计算及负荷电流计算
基准值选择
基准功率：SB=100MV·A，基准电压：VB=115V。基准电流：IB=SB/ VB=100×103/×115=；基准电抗：ZB=VB/ IB=115×103/×502=Ω；电压标幺值：E=E(2)=
电网各元件等值电抗计算
输电线路等值电抗计算
(1) 线路L1等值电抗计算
正序以及负序电抗：XL1= X1L1=×50=20Ω
XL1*= XL1/ ZB=20/=
零序电抗：XL10= X0L1= 3X1L1=3××50=60Ω
XL10*= XL10/ ZB=60/=
(2) 线路L2等值电抗计算
正序以及负序电抗：XL2= X1L2=×40=16Ω
XL2*= XL2/ ZB=16/=
零序电抗：XL20= X0L2= 3X1L2=3××40=48Ω
XL20*= XL20/ ZB=48/=
(3) 线路L3等值电抗计算
正序以及负序电抗：XL3= X1L3=×90=36Ω
4
XL3*= XL3/ ZB=36/=
零序电抗：XL30= X0L3= 3X1L3=3××90=108Ω
XL30*= XL30/ ZB=108/=
(4) 线路L4等值电抗计算
正序以及负序电抗：XL4= X1L4=×25=10Ω
XL4*= XL4/ ZB=10/=
零序电抗：XL40= X0L4= 3X1L4=3××25=30Ω
XL40*= XL40/ ZB=30/=
变压器等值电抗计算
(1) 变压器T1、T2等值电抗计算
XT1= XT2=(UK%/100)×(VN2×103/ SN)≈Ω XT1*= XT2*=XT1/ ZB==
(3) 变压器T4、、T6、等值电抗计算
XT4==XT6==(UK%/100)×(VN2×103/ SN)≈Ω XT6*= XT7* = XT4*= XT5*=
发电机等值电抗计算
(1)发电机G1、G2电抗标幺值计算
XG1* = XG2*=Xd1SB/ SG1= Xd1SB COSφ/ PG1=×100×25= (2)发电机G3电抗标幺值计算
XG3*=Xd3SB/ SG3= Xd3SB COSφ/ PG3=×100×50=
最大负荷电流计算
(1) B、C母线最大负荷电流计算 最大负荷电流计算(拆算到110KV)
IfhB ·max = IfhC·max = PfhBmax Vav2 / U COSφ
=20×103/×115×≈；
各线路运行方式下流过断路器的最大负荷电流
(2) 保护2的最大运行方式：发电机Fl、P2、F3全投入，断开L3回路；通
过保护2最大负荷电流为Ifhmax13113179341A。保护2的最小运行方式；F3停，线路全部运行。
(3) 保护4的最大运行方式：Fl、F 2、F3全投，继开线路L3；通过保护4
5
的最大负荷电流为Ifhmax13179210A。保护4的最小运行方式：F3停，线路全部运行。
(6) 保护6因正常运行时不可能有正向电流通过，要是有正向电流 通过，一定是线路发生故障。为此，在保护3和保护7上只需判别电流(功率)的方向即可，故不用分析保护3和保护6的运行方式。
4 短路电流计算
电网等效电路图
由于短路电流计算是电网继电保护配置设计的基础,因此分别考虑最大运
行方式(三台发电机全部投入,系统环网取开网运行)时各线路未端短路的情况,最小运行方下(三台中最小的一台投入,系统按环网计算)时各线路未端短路的情况。电网等效电路图如图所示
图电网等效电路图
短路电流计算
d1点发生短路时流过断路1
(1) d1点短路最大运行方式下等值图如图
点短路时最大运行方式下的等值电路图
6
进一步简化后得图
XGT=(XG1+XT1)×(XG2+XT2)/(XG1+XT1+XG2+XT2)= XGT3=XG3+XT3=+= XL=XL1+XL2+XL3=++=
简化图
图 正序短路电路图
其中：XdT=XGT×XGT3/(XGT+XGT3)=×+= Xff1=XdT+XL=+= Id1·max*=E/Xff1=≈
Id1·max=Id1·max*IB=×≈
(2)最小运行方式两相短路正序短路电流 Xff1=Xd1+XT1＋XL=++= Xff1(2)(2)=Xff1
Ifa(1)(2)=Vf(0)/(Xff1＋Xff1(2)(2))=Vf(0)/2Xff1=2×= If(2)*=(1)(2)=×= If(2)=If(2)*IB=×=
(3)最大运行方式两相短路零序短路电流.
图零序短路电路图
XTT(0)=XT1(0) /2= XT(0) =×+ =+×++= XTL(0) =+×++= XTLB(0) =+×++ =
Xff1(0)=XL3(0)+XTLB(0)=＋= Iff1(0)*=E(0)/Xff1(0)== Iff1(0)=Iff1(0)*IB=×=
7
d2发生短路时流过断路2
(1)最大运行方式正序短路电流 Xff2=XdT+XL3=+=
Id2·max*=E/Xff2=≈
Id2·max=Id2·max*IB=×≈
(2)最小运行方式两相短路正序短路电流 X2 =(XL1+XL2)×XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2= Xff2=Xd1+X2=+= If(3)*= E/2Xff1=2×= If(3)=If(3)*IB=×= If(2)*=4Xff1=×4×=
流过断路器1、2、3、4、5和6的短路电流为： If(2)=If(2)*IB=×=
(3)最大运行方式两相短路零序短路电流,如图示
图短路等值电路
XBL(0) =XL1(0)×XTB(0)/(XL1(0))+XTB(0))=×+=
XTL(0) =(XL4(0)+XT8(0))×XTC(0)/(XL4(0)+XT8(0)+XTC(0))= XLB(0) =(XL2(0)+XBL(0))×XTL(0)/(XL2(0)+XTBL(0)+XTC(0))= Xff2(0) =(XL3(0)+XT(0))×XLB(0)/(XL3(0)+XT(0))+XLB(0))= Iff2(0)*=E(0)/Xff2(0)== Iff2(0)=Iff2(0)*IB=×=
d3发生短路时流过断路2
(1)最大运行方式正序短路电流 Xff3=XdT+XL=+= Id3·max*=E/Xff3=≈
Id3·max=Id3·max*IB=×≈
(2)最小运行方式两相短路正序短路电流 Xff3=Xd1+XT1＋XL=++= If(2)*=2Xff1=×2×= If(2)=If(2)*IB=×=
(3)最大运行方式两相短路零序短路电流,如图示
8
图短路等值电路
XTL4(0)=(XL4(0) +XT8)×(XL3(0) +XT)/(XL4(0) +XT8+XL3(0) +XT) =+×+/+++ =
XTL2(0) =(XL2(0)+XTC)×XTB/(XL2(0)+XTC+XTB) =+×++ =
XBL(0) =XTL4(0)×XTL2(0)/(XTL4(0)+XTL2(0))=×+ =
Xff3(0)=XL1(0)+XBL(0)=＋= Iff3(0)*=E(0)/Xff3(0)== Iff3(0)=Iff3(0)*IB=×=
点发生短路时流过断路1
(1)最大运行方式正序短路电流 Xff4=XdT+XL1=+= Id4·max*=E/Xff4=≈
Id4·max=Id4·max*IB=×≈
(2)最小运行方式短路正序短路电流 X3 =(XL3+XL2)×XL1/( XL1+XL2+ XL3) =+×++ =
Xff2=Xd1+X3=+= If(3)*= E/Xff1== If(3)=If(3)*IB=×=
流过断路器1、4、5的三相短路电流为： If(3)1= If(3)×XL1/( XL1+XL2+ XL3) =×++ =
流过断路器2、3的三相短路电流为： If2(3)=If(2)*－If1(2)= If(2)*×XL1/( XL1+XL2+ XL3) =×++ =
流过断路器1、4、5的短路电流为： If1(2)=If(2)*IB=×=
流过断路器2、3的短路电流为：
9
d4If2(2)=If(2)*－If1(2)= 最大运行方式两相短路零序短路电流
图短路等值电路
X2(0) =(XL4(0)+XT8)×XTC/(XL4(0)+XT8+XTC) =+×++ =
X1(0) =(XL1(0)+XT)×XTB/(XL1(0)+XT+XTB) =+×++ =
Xff4(0) =X1(0)×(X2(0)+XL2(0))/(X1(0)+XL2(0)+X2(0)) =×+/++ =
Iff4(0)*=E(0)/Xff4(0)== Iff4(0)=Iff4(0)*IB=×=
d4点发生短路时流过断路器2
(1)最大运行方式正序短路电流 其中：Xff5=XdT+XL3+XL2=++= Id5·max*=E/Xff5=≈
Id5·max=Id5·max*IB=×≈
(2)最小运行方式短路正序短路电流 X3 =(XL3+XL2)×XL1/( XL1+XL2+ XL3) =+×++ =
Xff2=Xd1+X3=+= If(3)*= E/Xff1== If(3)=If(3)*IB=×=
流过断路器1、4、5的三相短路电流为： If(3)1= If(3)×XL1/( XL1+XL2+ XL3) =×++ =
流过断路器2、3的三相短路电流为： If2(3)=If(2)*－If1(2)= If(2)*×XL1/( XL1+XL2+ XL3) =×++ =
流过断路器1、4、5的短路电流为：
10
If1(2)=If(2)*IB=×=
流过断路器2、3的短路电流为：
If2(2)=If(2)*－If1(2)= 最大运行方式两相短路零序短路电流
图短路等值电路
X50(0) =(XL4(0) +XT8)×(XL3(0) +XT)/(XL4(0) +XT8+XL3(0) +XT) =+×+/+++ =
X32(0) =X50(0)×XTC /(X50(0)+XTC)=×+ =
Xff5(0) =(XL2(0)+ X32(0))×XTB/( XL2(0)+ X32(0)+XTB)= Iff5(0)*=E(0)/Xff5(0)== Iff5(0)=Iff5(0)*IB=×=
d5点发生短路时流过断路器1
(1)最大运行方式正序短路电流 其中：Xff6=XdT+XL1+XL2=++= Id6·max*=E/Xff6=≈
Id6·max=Id6·max*IB=×≈
(2)最小运行方式短路正序短路电流 X2 =(XL1+XL2)×XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2= Xff6=Xd1+X2=+= If(3)*= E/2Xff1=2×=
流过断路器1、2、3、4、5和6的三相短路电流为： If(3)=If(3)*IB=×= If(2)*=4Xff1=×4×=
流过断路器1、2、3、4、5和6的二相短路电流为： If(2)=If(2)*IB=×=
(3)最大运行方式两相短路零序短路电流
11
图短路等值电路
X2(0) =(XL4(0)+XT8)×XTC/(XL4(0)+XT8+XTC)= X1(0) =(XL1(0)+XT)×XTB/(XL1(0)+XT+XTB) =
Xff5(0) =(XL2(0)+X1(0))×X2(0)/(XL2(0)+X1(0))+X2(0))= Iff6(0)*=E(0)/Xff5(0)== Iff6(0)=Iff5(0)*IB=×=
d6点发生短路时流过断路器1
(1)最大运行方式正序短路电流 其中：Xff7=XdT+XL1+XL2+XL4=+++= Id6·max*=E/Xff7=≈
Id7·max=Id7·max*IB=×≈
(2)最小运行方式两相短路正序短路电流 X2 =(XL1+XL2)×XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2= Xff2=Xd1+X2+XL4=++= If(2)*=4Xff1=×4×=
流过断路器1、2、3、4、5、6和7的短路电流为： If(2)=If(2)*IB=×= If(2)=If(2)*IB=×=
(3)最大运行方式两相短路零序短路电流
图短路等值电路
X1(0) =(XL1(0)+XT)×XTB/(XL1(0)+XT+XTB) =+×++ =
X3(0) =(XL2(0)+X2(0))×XTC/(XL2(0)+X2(0)+XTC) =+×+16+ =
12
Xff7(0) =(XL4(0)+X3(0))×XT8/(XL4(0)+X3(0)+XT8) =+×++ =
Iff7(0)*=E(0)/Xff7(0)== Iff7(0)=Iff7(0)*IB=×=
d6点发生短路时流过断路器2
(1)最大运行方式正序短路电流 其中：Xff8=XdT+XL3+XL4=++= Id8·max*=E/Xff8=≈
Id8·max=Id8·max*IB=×≈
(2)最小运行方式两相短路正序短路电流
X2 =(XL1+XL2)×XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2= Xff2=Xd1+X2+XL4=++= If(2)*=4Xff1=×4×=
流过断路器1、2、3、4、5、6和7的短路电流为：
If(2)=If(2)*IB=×=
(3)最大运行方式两相短路零序短路电流
图短路等值电路
X4(0)=(XL2(0) +XTB)×(XL3(0) +XT)/(XL2(0) +XTB+XL3(0) +XT) =+×+/+++ =
X5(0) =X4(0)×XTC/(X4(0)+XTC)=×+=
Xff8(0) =(XL4(0)+X5(0))×XT8/(XL4(0)+X5(0)+XT8) =+×++ =
Iff8(0)*=E(0)/Xff8(0)== Iff8(0)=Iff8(0)*IB=×=
d8点发生短路时流过断路器1
(1)最大运行方式正序短路电流 短路电路等效图为：
13
图正序短路电路图
图正序短路电路图
其中：XT45=XT4×XT5/(XT4+XT5)=XT4/2=2= Xff9=XdT+XL1+XT45=++= Id9·max*=E/Xff9=≈ Id9·max=Id9·max*IB=×≈
(2)最小运行方式两相短路正序短路电流
图短路等值电路
X3 =(XL3+XL2)×XL1/( XL1+XL2+ XL3) =+×++ =
Xff2=Xd1+X3+XTB=++= If(2)*=2Xff1=×2×= If(2)=If(2)*IB=×=
If(2)1*= If(2)*×XL1/( XL1+XL2+ XL3)=×++ =
流过断路器1、4、5、6的的短路电流为： If1(2)=If(2)*IB=×=
流过断路器2、3的的短路电流为：
If2(2)=If(2)*－If1(2)= 最大运行方式两相短路零序短路电流
图短路等值电路
X6(0) =(XL4(0)+XT8)×XTC/(XL4(0)+XT8+XTC) =+×++ =
14
X7(0 )=(XL2(0) +X6(0))×(XL1(0) +XT)/(XL2(0) +X6(0)+XL1(0) +XT) =+×+/+++ =
Xff9(0) =XTB+X7(0)=+= Iff9(0)*=E(0)/Xff9(0)== Iff9(0)=Iff9(0)*IB=×=
d8点发生短路时流过断路器2
(1)最大运行方式正序短路电流 短路电路等效图为：
图短路电路图
其中：Xff10=XdT+XL1+XT45=+++= Id10·max*=E/Xff10=≈
Id10·max=Id10·max*IB=×≈
(2)最小运行方式两相短路正序短路电流
图短路电路图
X3 =(XL3+XL2)×XL1/( XL1+XL2+ XL3) =+×++ =
Xff2=Xd1+X3+XTB=++= If(2)*=2Xff1=×2×= If(2)=If(2)*IB=×=
If(2)1*= If(2)*×XL1/( XL1+XL2+ XL3) =×++ =
流过断路器1、4、5、6的的短路电流为： If1(2)=If(2)*IB=×=
流过断路器2、3的的短路电流为：
If2(2)=If(2)*－If1(2)= (3)最大运行方式两相短路零序短路电流
15
图短路电路图
X8(0 )=(XL4(0) +XT8)×(XL3(0) +XT)/(XL4(0) +XT8+XL3(0) +XT) =+×+/+++ =
X9(0) =X8(0)×XTC/(X8(0)+XTC)=×+= Xff10(0) =XTB+XL2(0)+X9(0)=++= Iff10(0)*=E(0)/Xff10(0)== Iff10(0)=Iff10(0)*IB=×=
d9点短路时流过断路器1
(1)最大运行方式正序短路电流 短路电路等效图为：
图短路电路图(a)
图短路电路图(b)
其中：XT67=XT6×XT6/(XT6+XT7)=XT6/2=2= Xff11=XdT+XL1+XL2+XT67=+++= Id110·max*=E/Xff11=≈ Id11·max=Id11·max*IB=×≈
(2)最小运行方式两相短路正序短路电流如图
图短路电路图(c)
X2 =(XL1+XL2)×XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2= Xff2=Xd1+X2+XTC=++= If(2)*=4Xff1=×4×=
16
流过断路器1、2、3、4、5和6的短路电流为： If(2)=If(2)*IB=×=
(3)最大运行方式两相短路零序短路电流
图短路电路图
X10(0 )=(XL1(0) +XT)×XTB/(XL1(0) +XT+XTB) =+×++=
X11(0 ) =(X10(0) +XL2)×(XL4(0) +XT8)/(X10(0) +XL2+XL4(0) +XT8) =+×+/+++ ) =
Xff11(0) =XTC+X11(0)=+= Iff11(0)*=E(0)/Xff11(0)== Iff11(0)=Iff11(0)*IB=×=
d9点短路时流过断路器2
(1)最大运行方式正序短路电流 短路电路等效图为：
图短路电路图
其中：Xff13=XdT+XL1+XL2+XL4+XT8=++++=·max*=E/Xff13=≈ Id13·max=Id13·max*IB=×≈
(2)最小运行方式两相短路正序短路电流
图短路电路图
X2 =(XL1+XL2)×XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2= Xff2=Xd1+X2++XL4+XT8=+++= If(3)*= E/2Xff1=2×=
流过断路器1、2、3、4、5、6和7的短路电流为： If(3)=If(3)*IB=×=
17
If(2)*=4Xff1=×4×=
流过断路器1、2、3、4、5、6和7的短路电流为： If(2)=If(2)*IB=×=
(3)最大运行方式两相短路零序短路电流
图短路电路图
X10(0) =(XL1(0) +XT)×XTB/(XL1(0) +XT+XTB)=
X13(0 ) =(XL2(0) +X10(0))×XTC/(XL2(0) +X10(0)+XTC)= Xff13(0) =XT8+XL4(0)+X13(0)=++= Iff13(0)*=E(0)/Xff13(0)== Iff13(0)=Iff13(0)*IB=×=
d10点发生短路时流过断路器1
(1)最大运行方式正序短路电流 短路电路等效图为：
图短路电路图
其中：
Xff13=XdT+XL1+XL2+XL4+XT8=++++= Id13·max*=E/Xff13=≈
Id13·max=Id13·max*IB=×≈
(2)最小运行方式两相短路正序短路电流
图短路电路图
X2 =(XL1+XL2)×XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2= Xff2=Xd1+X2++XL4+XT8=+++= If(3)*= E/2Xff1=2×=
流过断路器1、2、3、4、5、6和7的短路电流为： If(3)=If(3)*IB=×=
18
If(2)*=4Xff1=×4×=
流过断路器1、2、3、4、5、6和7的短路电流为： If(2)=If(2)*IB=×=
(3)最大运行方式两相短路零序短路电流
图短路电路图
X10(0) =(XL1(0) +XT)×XTB/(XL1(0) +XT+XTB) =+×++ =
X13(0 ) =(XL2(0) +X10(0))×XTC/(XL2(0) +X10(0)+XTC) =+×++ =
Xff13(0) =XT8+XL4(0)+X13(0)=++= Iff13(0)*=E(0)/Xff13(0)== Iff13(0)=Iff13(0)*IB=×=
d10点发生短路时流过断路器2
(1)最大运行方式正序短路电流 短路电路等效图为：
图短路电路图
其中:Xff14=XdT+XL3+XT8=+++= Id14·max*=E/Xff14=≈ Id14·max=Id14·max*IB=×≈
(2)最小运行方式两相短路正序短路电流
图短路电路图
X2 =(XL1+XL2)×XL3/( XL1+XL2+ XL3)= XL3/2= Xff2=Xd1+X2++XL4+XT8=+++= If(3)*= E/2Xff1=2×=
19
流过断路器1、2、3、4、5、6和7的短路电流为： If(3)=If(3)*IB=×= If(2)*=4Xff1=×4×=
流过断路器1、2、3、4、5、6和7的短路电流为： If(2)=If(2)*IB=×=
(3)最大运行方式两相短路零序短路电流
图短路电路图
X4(0)=(XL2(0) +XTB)×(XL3(0) +XT)/(XL2(0) +XTB+XL3(0) +XT) =+×+/+++ =
X14(0) =X4(0)×XTC/(X4(0) +XTC) =×+ =
Xff14(0) =XT8+XL4(0)+X14(0)=++= Iff14(0)*=E(0)/Xff14(0)== Iff14(0)=Iff14(0)*IB=×=
5 继电保护距离保护的整定计算和校验
断路器2距离保护的整定计算和校验
距离保护І段的整定计算
(1)动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。 取KK'=
Zdz'=KK'ZL1=×20=17Ω； (2)动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
20
距离保护П段的整定计算和校验
(1)动作阻抗：按下列三个条件选择。 ①与相邻线路L2的保护的І段配合 Zdz''=KK''(ZL1+K'Kfh·minZL2)
式中，取K'=, KK''=0 .8，Kfh·min为保护7的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1
于是Zdz''=KK''(ZL1+K'Kfh·minZL2)=×(20+×1×16)=Ω； ②按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定
Zdz''=KK''(ZL1+Kfh·minZTC)式中，取KK''=0 .8，Kfh·min为保护7的І段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1
于是Zdz''=KK''(ZL1+Kfh·minZL4)=×(20+1×=Ω；
取以上二个计算值中最小者为П段整定值，即取Zdz''=Ω； (2)动作时间，与相邻保护7的І段配合，则 t1\"=t4'+Δt= s
它能同时满足与相邻线路L2和变压器保护配合的要求。 (3) 灵敏性校验：
Klm= Zdz''/ZL3=36=<,不满足要求。
此时，对动作阻抗重新进行整计算，取下一线路保护第П段相配合的原则选择动作阻抗，即选择断路器4的第П段相配合进行整定。
按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定 Kfh·min=1
Zdz4''=KK''(ZL2+Kfh·minZTC)=×(16+1×=Ω 与相邻线路L4的保护的І段配合 Kfh·min=1
Zdz4''=KK''(ZL2+K'Kfh·minZL4)=×(16+×1×10)=Ω 取小者为整定值，即Zdz''=Ω 所以断路器2的整定值为
Zdz''=KK''(ZL1+KfZ·min Zdz7'')=×(20+1×=Ω Klm= Zdz''/ZL1=20=>,满足要求。
距离保护Ш段的整定计算和校验
(1)动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定； Kzq=1,Kh=,KK\"'=，If·max= Zf·min=·max=×115/×=Ω
于是：Zdz'''= Zf·min/KK\"'Kh Kzq=××1=Ω (2)动作时间：
断路器4的动作时间为：t'''5= t'''dz+Δt=2+=2 .5s 变压器保护的动作时间为：t'''= t'''dz+Δt=+=2 s
21
取其中较长者，于是
断路器2的动作时间为：t'''1= t'''5+Δt=+=3 s (3)灵敏性校验：
① 本线路末端短路时的灵敏系数为： Klm= Zdz'''/ZL3=20=> ，满足要求
② 相邻元件末端短路时的灵敏系数为： І 相邻线路L2末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：Kfh·max=(XL1+XL2+XL3)/XL3=(36+16+20)/36=2 Klm=Zdz'''/(ZL1+ Kfh·maxZL4)= (20+2×16)=> ，满足要求 П相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：Kfh·max=(XL1+XL2+XL3)/(XL3+XL2)=(36+16+20)/(36+16)= Klm= Zdz'''/(ZL1+ Kfh·maxZL2)== (20+×=> ，满足要求
6 继电保护距离保护的整定计算和校验
断路器4距离保护的整定计算和校验
距离保护І段的整定计算
(1)动作阻抗
对输电线路，按躲过本线路末端短路来整定。 取KK'=； Zdz'=KK'ZL2=×16=Ω； (2)动作时限
距离保护І段的动作时限是由保护装置的继电器固有动作时限决定，人为延时为零，即t'=0s。
距离保护П段的整定计算和校验
(1)动作阻抗：按下列三个条件选择。 ①与相邻线路L4的保护的І段配合 Zdz''=KK''(ZL2+K'Kfh·minZL4)
式中，取K'=, KK''=0 .8，Kfh·min为保护7的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1于是
Zdz''=KK''(ZL2+K'Kfh·minZL2)=×(16+×1×10)=Ω； ② 与相邻线路L4的保护的І段配合 Zdz''=KK''(ZL2+K'Kfh·minZL3)
式中，取K'=, KK''=0 .8，Kfh·min为保护7的І段末端发生短路时对保护7而言的最小分支系数。当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：
Kfh·min=IL3/IL4=1于是
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Zdz''=KK''(ZL2+K'Kfh·minZL3)=×(16+×1×36)=Ω； ③按躲开相邻变压器低压侧出口短路整定 Zdz''=KK''(ZL2+Kfh·minZTC)
式中，取KK''=0 .8，Kfh·min为保护7的І段末端变压器低压侧出口发生短路时对变压器低压侧出口而言的最小分支系数。当保护7的І段末端发生短路时，分支系数为：Kfh·min=IL3/IL4=
于是Zdz''=KK''(ZL3+Kfh·minZL4)=×(16+×=Ω；
取以上三个计算值中最小者为П段整定值，即取Zdz''=Ω； (2)动作时间，与相邻保护7的І段配合，则 t4\"=t7'+Δt= s
它能同时满足与相邻线路L4和变压器保护配合的要求。 (3) 灵敏性校验：
Klm= Zdz''/ZL2=16=<,不满足要求。
此时，对动作阻抗重新进行整计算，取下一线路保护第П段相配合的原则选择动作阻抗，即选择线路L4的第П段相配合进行整定。
Kfh·min=1
Zdz7''=KK''(ZL4+Kfh·minZTC)=×(10+1×=Ω Zdz''=KK''(ZL2+KfZ·min Zdz7'')=×(16+1×=Ω Klm= Zdz''/ZL2=16=>,满足要求。
距离保护Ш段的整定计算和校验
(1)动作阻抗：按躲开最小负荷阻抗整定； Kzq=1,Kh=,KK\"'=，If·max= Zf·min=·max=×115/×=Ω
于是Zdz'''= Zf·min/KK\"'Kh Kzq=××1=Ω (2)动作时间：
断路器6的动作时间为：t'''6= t'''dz+Δt=0+= s 断路器7的动作时间为：t'''7= t'''dz+Δt=+=2 s 变压器保护的动作时间为：t'''= t'''dz+Δt=+=2 s
取其中较长者，于是断路器4的动作时间为：t'''1= t'''5+Δt=2+= s (3)灵敏性校验：
1) 本线路末端短路时的灵敏系数为： Klm= Zdz'''/ZL2=16=> ，满足要求
2) 相邻元件末端短路时的灵敏系数为： ① 相邻线路L4末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：Kfh·max=(XL1+XL2+XL3)/(XL1+XL2)=(36+16+20)/(20+16)=2 Klm=Zdz'''/(ZL2+ Kfh·maxZL4)= (16+2×10)=> ，满足要求 ② 相邻线路L3末端短路时的灵敏系数为； 最大分支系数：Kfh·max=1
Klm=Zdz'''/(ZL2+ Kfh·maxZL3)= (16+1×36)=> ，满足要求 ③相邻变压器末端短路时的灵敏系数为；
最大分支系数：Kfh·max=(XL1+XL2+XL3)/(XL1+XL2)=(36+16+20)/(20+16)=2 Klm= Zdz'''/(ZL2+ Kfh·maxZL2)== (16+2×2)=> ，满足要求
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7 零序电流保护的整定计算和校验
零序电流保护І段的整定计算
(1)躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0·max,即 KK'=,I0'·dz=KK'3I0·max=×3×=
(2)躲过断路器三相触头不同期合闸时出现的零序电流3I0·bt,即I0'·dz= KK'3I0·bt （3）先合一相，相当断开两相，最严重情况下(系统两侧电源电势相差180°)流
过断路器的零序电流
I0·bt=2E/(2Z2+Z0)=2×115/(2×20+60)=
（4） 先合二相，相当断开一相，最严重情况下(系统两侧电源电势相差180°)
流过断路器的零序电流
I0·bt=2E/(Z1+2Z0)=2×115/(20+2×60)= I0·bt取两种情况下的最大值，即I0·bt= I0'·dz= KK'3I0·bt=×3×=
所以整定值为：I0'·dz=KK'3I0·max=
零序电流保护П段的整定计算
(1) 起动电流
零序П段的起动电流应与下一段线路的零序І段保护相配合。
该保护与下一段线路保护之间有中性点接地变压器，该保护的起动电流I0''·dz为：取KK''=，I0=
Ijs* =X2(0) /(X2(0) X1(0))=+=
Id0·js* = Ijs*XT8/(XT8+XL1(0)+XT)=×++= Id0·js= Id0·js* I0=×= I0''·dz= KK''Id0·js=×= (2) 动作时限：
零序П段的动作时限与相邻线路零序І段保护范围相配合，动作时限一般取。
(3) 灵敏度校验：
零序П段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足Klm≥的要求，即
Klm=3I0·min/ I0''·dz=3×=≥
零序电流保护Ш段的整定计算
(1) 起动电流
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① 躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流Ibp·max,即 Ibp·max=, K\"'K =,I0'''·dz=K\"'K Ibp·max=×=
②与下一线路零序电流Ш段相配合就是本保护零序Ш段的保护范围，不能超出相邻线路上零序Ш段的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时（有中性点接地变压器时），起动电流整定为I0'''·dz=K\"'K Ibp·js
断路器2断开，线路L1末端(d6点)短路时 Ijs* =XTB/(XL2(0)+XTL2(0)+XTB)=++= Ijs= Ijs* Ibp·max=×=，即I bp·js= I0'''·dz=K\"'K Ibp·js=×=
取较大值作为零序Ш段起动电流，即I0'''·dz= (2)灵敏度校验
作为本线路近后备保护时，按相邻线路保护范围末端发生接地故障时、流过本保护的最小零序电流3 I0'''·min来校验，要求Klm≥2,即
Klm=3 I0'''·min/ I0'''·dz=3×=≥2,符合要求。 (3)动作时限
零序Ш段电流保护的起动值一般很小，在同电压级网络中发生接地地短路时，都可能动作。为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。
t4'\"= t7'\"+Δt=+=2 s
零序电流保护零序电流保护І段的整定计算
(1)躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0·max,即
KK'=
I0'·dz=KK'3I0·max=×3×=
(2)躲过断路器三相触头不同期合闸时出现的零序电流3I0·bt,即 I0'·dz= KK'3I0·bt
（3）先合一相，相当断开两相，最严重情况下(系统两侧电源电势相差180°)流过断路器的零序电流
I0·bt=2E/(2Z2+Z0)=2×115/(2×16+48)=
（4） 先合二相，相当断开一相，最严重情况下(系统两侧电源电势相差180°)流过断路器的零序电流
I0·bt=2E/(Z1+2Z0)=2×115/(16+2×48)= I0·bt取两种情况下的最大值，即I0·bt= I0'·dz= KK'3I0·bt=×3×=
所以整定值为：I0'·dz=KK'3I0·max=
零序电流保护П段的整定计算
(1) 起动电流
零序П段的起动电流应与下一段线路的零序І段保护相配合。
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该保护与下一段线路保护之间有中性点接地变压器，该保护的起动电流I0''·dz为：
取KK''=，Id0·js= I0''·dz= KK''Id0·js=×= (2) 动作时限：
零序П段的动作时限与相邻线路零序І段保护范围相配合，动作时限一般取。
(3) 灵敏度校验：
零序П段的灵敏系数，应按照本线路末端接地短路时的最小零序电流来校验，并满足Klm≥的要求，即
Klm=3I0·min/ I0''·dz=3×=≥
零序电流保护Ш段的整定计算
(1) 起动电流
①躲开在下一条线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流Ibp·max,即 Ibp·max=, K\"'K =
I0'''·dz=K\"'K Ibp·max=×=
②与下一线路零序电流Ш段相配合就是本保护零序Ш段的保护范围，不能超出相邻线路上零序Ш段的保护范围。当两个保护之间具有分支电路时（有中性点接地变压器时），起动电流整定为I0'''·dz=K\"'K Ibp·js
断路器2断开，线路L4末端(d6点)短路时 Ijs1*=XT8/(XT8+XL4(0)+X5(0))=++= Ijs2*= Ijs1*XTC/(XTC+ X4(0))= ×+=
Ijs*= Ijs2*(XL3(0) +XT)/(XL2(0) +XTB+XL3(0) +XT) =×+/+++ =
Ijs= Ijs* Ibp·max=×=
断路器1断开，线路L4末端(d6点)短路时 Ijs*=X18(0)/(XT8+XL2(0)+X18(0))=++= Ijs= Ijs* Ibp·max=0. 1346×= 取较大值，即I bp·js= I0'''·dz=K\"'K Ibp·js=×=
取较大值作为零序Ш段起动电流，即I0'''·dz= (2)灵敏度校验
作为本线路近后备保护时，按相邻线路保护范围末端发生接地故障时、流过本保护的最小零序电流3 I0'''·min来校验，要求Klm≥2,即
Klm=3 I0'''·min/ I0'''·dz=3×=≥2,符合要求。 (3)动作时限
零序Ш段电流保护的起动值一般很小，在同电压级网络中发生接地地短路时，都可能动作。为保证选择性各保护的动作时限也按阶梯原则来选择。
t4'\"= t7'\"+Δt=+=2 s
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断路器零序电流保护І段的整定计算
(1)躲开下一条线路出口处单相接地或两相接地短路时可能出现的最大零序电流3I0·max,即 KK'=
I0'·dz=KK'3I0·max=×3×=
(2) 躲过断路器三相触头不同期合闸时出现的零序电流3I0·bt,即I0'·dz= KK'3I0·bt
(3) 先合一相，相当断开两相，最严重情况下(系统两侧电源电势相差180°)流
过断路器的零序电流
I0·bt=2E/(2Z1+Z0)=2×115/(2×36+108)=
(4) 先合二相，相当断开一相，最严重情况下(系统两侧电源电势相差180°) 流过断路器的零序电流
I0·bt=2E/(Z1+2Z0)=2×115/(36+2×108)= I0·bt取两种情况下的最大值，即I0·bt= I0'·dz= KK'3I0·bt=×3×=
所以整定值为：I0'·dz=KK'3I0·max=
由于断路器6无下一回线路，所以无需整定零序保护的第П段和第Ш段。
8 距离保护的综合评价
主要优点：能满足多电源复杂电网对保护动作选择性的要求；阻抗继电器是同时反应电压的降低和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。其中Ⅰ段距离保护基本不受运行方式的影响，而Ⅱ、Ⅲ段受系统运行变化的影响也较电流保护要小一些，保护区域比较稳定。
主要缺点：不能实现全线瞬动。对双侧电源线路，将有全线的30﹪～40﹪的第Ⅱ段时限跳闸，这对稳定有较高要求的超高压远距离输电系统来说是不能接受的。阻抗继电器本身较长复杂，还增设了振荡闭锁装置，电压断线闭锁装置，因此距离保护装置调试比较麻烦，可靠性也相对低些。
结束语
本次设计是针对与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和反应接地故障的零序电流三段式保护。由于本次设计涉及到不同运行方式下的不同类型的短路电流的计算，这对本次设计增加了难度。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
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路时进行三相短路电流的计算，二相短路电流的计算及零序电流的计算。在整定时对每一个保护分别进行零序电流保护的整定和距离保护阻抗的整定，并且对其进行灵敏度较验。
在这次宝贵的设计活动中，经验才是对于我们最大的收获，第一次把所学的几门主要专业课知识融合在一起在知识层面提高的同时，也提高了分析和解决问题的能力，养成了实事求是的精神。加强了我们动手、思考和解决问题的能力。而且还增强了自身对未知问题以及对知识的深化认识的能力，但是，仅仅是完成了作品还是不可以自我满足的，我们要认真的思考设计过程中遇到的问题，要学会思考，解决问题。
参考文献
[1] 席建国,电力系统继电保护技术发展历程和前景展望[M].黑龙江科技信息， [2] 吕继昭，电力系统继电保护设计原理.水利电力出版社， [3] 李永丽. 电力系统继电保护原理.北京：机械工业出版社，2004
[4] 陆秀令,张振飞. 电力系统继电保护实验指导书[M].衡阳：湖南工学院电气与息工程系，
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