继电保护课程设计 (一)

一、UOkv线路爱护配置

规程：1.1.1.1110〜220kV中性点直接接地电力网中的线路爱护110〜220kV直接接地电力

网的线路，应按规定装设反应相间短路和接地短路的爱护。

1.1.1.3后备爱护应按下列原则配置，110kV线路宜采纳远后备方式。

1.1.1.4对接地短路，应按下列规定之一装设爱护：

a.宜装设阶段式或反时限零序电流爱护。

b.可采纳接地距离爱护，并辅之以阶段式或反时限零序电流爱护。

1.1.1.5对相间短路，应按下列规定装设爱护装置：

a.单侧电源单回线路，可装设三相电流电压爱护，如不能满意要求，则装设距离爱护：

b.双侧电源线路宜装设距离爱护；

c.正常运行方式下，爱护安装处短路，电流速断爱护的灵敏系数在1.2以上时，可装设电

流速断爱护作为帮助爱护，

1.2.1110kV线路零序电流爱护

1.2.1.1单侧电源线路的零序电流爱护-•般为三段式。

a.零序电流I段电流定值按躲本线路末端接地故障最大三倍零序电流整定，线路四周有其他

零序互感较大的平行线路时，参照第1.2.1.4条整定。

b.三段式爱护的零序电流II段电流定值，应按保本线路末端接地故障时有不小于第条规定的

灵敏系数整定，还应与相邻线路零序电流I段或H段协作，动作时间按协作关系整定。

c.三段式爱护的零序电流III段作本线路经电阻接地故障和相邻元件接地故障的后备爱护，其

电流一次定侑一般不应大于300A,在躲过本线路末端变压器其他各侧三相短路最大不平衡

电流的前提下，力争满意相邻线路末端故障时有第1.2.1.11条规定的灵敏系数要求；校核与

相邻线路零序电流II段或IH段的协作状况，动作时间按协作关系整定。

1.2.1.4零序电流I段：

a.零序电流I段电流定值按躲区外故障最大三倍零序电流整定，在无互感的线路上，零序电

流I段的区外最严峻故障点选择在本线路对侧母线或两侧母线上。当线路四周有其他零序互

感较大的平行线路时，故障点有时应选择在该平行线路的某处。

b.在计算区外故隙最大零序电流时，一般应对各种常见运行方式及不同故障类型进行比较，

取其最大值。假如所选择的停运检修线路是与本线路有零序互感的平行线路，则应考虑检修

线路在两端接地的状况。

C.由于在计算零序故障电流时没有计及可能消失的直流重量，因此在按躲开区外故障最大三

倍零序电流整定零序电流I段定值时，牢靠系数不应小于1.3。

1.2.1.5零序电流n段：

a.三段式爱护的零序电流II段电流定值应按保本线路末端故障时有不小于第条规定的灵敏

系数整定，还应与相邻线路零序电流I段或II段协作，爱护范围一般不应伸线路末端变压

器220kV（或330kV）电压侧母线，动作时间按协作关系整定。

1.2.1.6零序电流ni段:

a.三段式爱护的零序电流in段作本线路经电阻接地故障和相邻元件故障的后备爱护，其电流

定值不应大于300A（一次值），在躲过本线路末端变压器其他各侧三相短路最大不平衡电流

的前提下，力争满意相邻线路末端故障时有第条规定的灵敏系数要求；校核与相邻线路零序

电流n段、III段或IV段的协作状况，并校核爱护范围是否伸出线路末端变压器220kV或

（330kV）电压侧母线，动作时间按协作关系整定。

1.2.1.8零序电流爱护最末一段与相邻线路零序电流爱护协作整定有困难或动作时间过长

时，如有必要，可按第2.3.2条规定设置适当的不协作点。

1.2.1.9分支系数Kf的选择，要通过常见各种运行方式的比较，选取其最大值。

在简单的环网中，分支系数的大小与故障点的位置有关，在考虑与相邻零序电流爱护协作时,

按理应选用故障点在被协作段爱护范围末端的Kf值，但为了简化计算，也可选用故障点在

相邻线路末端的可能

偏高的Kf值。

1.2.1.10保全线有灵敏系数的零序电流定值对本线路末端金属性接地故障的灵敏系数应满

意如下要求：

a.20km以下线路，不小于1.5；

b.20〜50km的线路，不小于1.4；

c.50km以上线路，不小于1.30

1.2.1.11零序电流最末一段电流定值，对相邻线路末端金属性接地故障的灵敏系数力争不小

于1.2。确有困难时，可按相继动作校核灵敏系数。

1.2.1.12零序电流爱护与接地距离爱护协作时，可先找出接地距离的最小爱护范围，与之协

作的零序电流爱护按躲开此处接地故障整定。

1.2.1.14当110kV线路零序电流爱护范围伸出线路相邻变压器220kV（或330kV）电压等级母

线时，如协作有困难，110kV线路零序电流爱护定值可以不与220kV（或330kV）电压等级的变

压器零序电流爱护协作，但应与该侧出线零序电流保全线有灵敏系数的爱护段协作。

1.2.2相间距离爱护

1.2.2.1相间距离爱护一般为三段式。一些相间距离爱护在三段式的基础上还设有不经振荡

闭锁的相间距离【段和距嗡n段爱护。

1.2.2.2起动元件的定值应保证在本线路末端和爱护动作区末端非对称故障时有足够的灵敏

系数，并保证在本线路末端发生三相短路时能牢靠起动，其灵敏系数详细取值如下：

a.负序电流重量起动元件在本线路末端金属性两相短路故障时，灵敏系数大于4。

b.单独的零序或负序电流重量起动元件在本线路末端金属性单相和两相接地故障时，灵敏系

数大于4。

c.负序电流重量起动元件在距离III段动作区末端金属性两相短路故障时，灵敏系数大于2。

d.单独的零序或负序电流重量起动元件在距离III段动作区末端金属性单相和两相接地故障

时，灵敏系数大于2。

e.相电流突变量起动元件在本线路末端各类金属性短路故障时，灵敏系数大于4,在距离HI

段动作区末端各类金属性故障时，灵敏系数大于2。

1.2.2.4爱护动作区末端金属性相间短路的最小短路电流应大于距离爱护相应段最小精确

工作电流的两倍。

1.2.2.5相间距离•I段阻抗定值，按牢靠躲过本线路末端相间故障整定。

1.2.2.6相间距离II段阻抗定值，按保本线路末端相间故障不小于规定的灵敏系数整定,

不接地运行，以使系统在各种运行方式下、变压器中性点接地数量及位置尽量不变，以保证

零序爱护的爱护范围稳定,且有足够的灵敏度。变压器中性点接地的详细选择原则如下：

⑴在单电源网络中，终端变电所的变压器中性点一般不接地，这样，可提高线路首端零序

电流爱护的灵敏度。

(2)对多电源网络，每个电源处至少应有一个中性点接地，以防止接地短路可能引起的过电

压，对变压器产生危害。

(3)发电厂和变电全部多台变压器并联运行时应有部分中性点接地；双母线有条件时，最好

每条母线上均有变压器中性点接地。这样，当接地运行的变压器检修停运时，可将中性点不

接地运行的变压器的中性点接地，从而使中性点接地点的数量和位置保持不变。

(4)当降压变压器的中压侧和低压侧有电源时，中性点应接地。但在个别状况，如电源较小，

零序爱护不能动作或使系统爱护简单时，也可不接地，但应装设变压器过电压的爱护措施。

(5)带负荷调整电压分接头的变压器.因绝缘要求，应揩中性点优先接地；当没有条件接地

时，只要能运行在中性点接地系统中，也可不接地，但应取得制造厂家的同意。

(6)对有三台以上变压器的110kV或220kV双母线运行的发电厂，•般按两台变压器中性点接

地运行，且分别接于两组不同母线.上.当其中一台中性点接地变压器停用时.可将另一台中

性点不接地变压器的中性点接地。

变压器中性点接地配置

根据上述原则，A变电所1台主变中性点接地，B变电所1台主变中性点接地，C、D变

电所为终端变电所，变压器中性点不接地。

2.2参数计算

各元件参数如下：

最大Zs.1最小Zs.1最大Zs.O最小Zs.OA所主变B所主变C所主变

QQQQMVAMVAMVA

6.83.97.84.3180X231.5X220X2

D所主变L1L1最大负L2L3xO/x1

荷

MVAKmMVAKmKm

31.5X22643021202.781

全部线路、主变阻抗角为7()。，负荷的功率因数为0.9(负荷阻抗角为25.84。)。

阻抗计算

折算到UOkV系统，各个元件与线路计算如下：

2.2.1.1系统阻抗

正负序阻抗:

Xsi.,nax=Xs2.,nax=6-8><=7c

fl15V

X”.=x-=3.9x，=0.975。

八SI.min/vSz.mm230

零序阻抗：

X"8避f115JV"A

Xs«.mi„=4-3x（育）=1.075C

2.2.1.2变压器阻抗

变压器Tl、T2正负序阻抗：

U2H52

=10.5%--0.105x-7.715Q

AXtiS180

变压器TI零序阻抗：

XTO=XTI=7-7,5Q

根据上述方法得出变压器T3、T4阻抗：

变压器T3正负序阻抗：Xt3=44.080

变压器T3零序阻抗：Xtjo=44.08Q

变压器T5、T6正负序阻抗：Xr5=44.08Q

变压器T5、T6零序阻抗：Xt50=44.08Q

变压器T7、T8正负序阻抗：Xt7=60.43Q

变压器T7、T8零序阻抗：Xt70=60.43Q

线路L1正负序阻抗：

Xi=x?=26x0.4=10.4Q

线路XII零序阻抗：Xo=2.781Xl=2.781x10.4=28.92Q

根据上述方法得出线路L2、L3的阻抗：

线路L2正负序阻抗：Xi=X?=21x0.4=8.4。

线路L2零序阻抗，x（）=23.36Q

线路L3正负序阻抗：XI=X?=8.0Q

线路L3零序阻抗：x0=22.248。

姓改品小名方r日产ry°.9[JN0.9X11Ox1()

线路最小负荷阻抗：Z,=------=----；=-------=132.925Q

ILmax73x430

考虑到所整定爱护装于LI线路上，其对应的最大运行方式为A变电所两台主变并列运行，

最小运行方式为一台主变运行，其余变电所主变低压侧均开环运行。则将参数标于图上，有

正序网络图2-1与零序网络图2-2,并列表如表2-1。

2.2.2B母线短路计算

单相或两相接地故障时流过爱护1的最大电流Lmmax与最小电流IkOmin正序网络

图如下：

零序网络图如下:

----------------,其中

Omax2in+in

Z5=A*+Zn.mJZu=6975+7.715/2+10.4=15.233C

ZoojZ°.mJZc+Z-=(1075+7.715+28.92)//44.08=20.323Q

115/V3

故障点累1.3O7kA

AkO.max2x15.233+20.323

EE

T(U)=______x

AkO.maxr-j

+Zo-〃Z|£min工min+^^OE.inin^^lE.min^^02.min

乙I£.min

115/V3

故障点鼠二x=1.188kA

15.233+2x20.323

所以，Ii=L307kA

流过保护1的零序电流为1ko=I.307x—纪色一=0.704kA

lkOmax37.71+44.08

E

cmin2Z.S.max^^OL.max

其中Z£ma、=Kz+Z〃z+Z「L7+7.715+IO.4=19.815Q

ZOEmax=(1-95+7.715+28.92)//44.08=20.575Q

1I5/V3

故障点心：.=1.103kA

AkO.mm2x19.815+20.575

115/V3

故障点:二==1.089kA

e19.815+2x20..575

所以，Lmin=L°89kA

流过保护1的零序电流为Ik。..=1089x：：：：=°.58IkA

2.2.2C母线短路

单相或两相接地故障时流过爱护1的最大电流IkOmmax与最小电流IkOmin

其中

Zz.min=Zsmn+Zn.mJZ」+ZL2=0.975+7.715/2+10.4+8.4=23.633Q

」。)〃+。

Zozmin=(Zssmin+Zw+ZZrsoZL2o=65+7.715+28.92)//44.08+23.36=43.683Q

故障点选一双及'=0・73kA

2^1E.min

J/)EE

AkO.maxx

2/|£.min+^^0£.min"2/|£.min^^IL.min+2i0£.min+2x)£.min

115/V3

故障点卷工=0.598kA

23.633+2x43.683

所以，L»=0-73kA

流过保护的零序电流为I3二0.73x号%二0.393kA

E

2乙7TJlZ.max+Z7-Xl(Lmax

其中Zxmax=19.815+8.4=28.215Q

Z-4)l.max=20.575+23.36=43.935Q

115/73

故障点谈*=0.662kA

2x28.215+43.935

1I5/V3

故障点：七二二=0.572kA

28.215+2x43.935

所以，L*=°-572kA

44

流过保勤的零序电流为小相二0572X氮赤诉=0-305kA

算出流过爱护1的最大零序电流最小零序电流，列表于表2-2

表2-2,零序短路电流

B点故障C点故障

最大零序电流(kA)0.7040.393

最小零序电流(kA)0.5810.305

2.3爱护整定

2.3.1距离爱护的整定:灵敏角取70°)

(1)I段整定阻抗小于线路阻抗，牢靠系数取0.8,一、二次值为

7；=0.8x0.4x26=8.320

一次：

二次：7、=7\x-^_=8.32x-=0.9080

"K"乙如""H00

动作时间0s。

(2)II段与线路BC爱护I段协作(分支系数为1),整定阻抗一次值为

Z\=K：：.(ZAB+Kb.*ZL)=°.8x(10.4+1x().8X8.4)=13,696Q

II段与变压器T3或T4协作(分支系数为1),整定阻抗一次值为

Z：L=K：：.(ZAB+KiZrP=0・8x(10.4+1X44.08)=43,584Q

ryll

灵敏系数K=区汹=型竺=1.32〉1.25,符合要求，则二次整定值为

ZenZABIM

1

Z：=ZI'x—=l3.696X=1.494Q

乙Ksct乙⑶nTV1100

动作时间与BC线路爱护的［段协作，有/=At=0.5s

vl.scl

(3)III段按最小负荷阻抗整定，最小负荷阻抗名.为:

7.=132.9250

整定阻抗一次值为(假定返回系数取1.15)：

7./L.min132.925-cue

7'"----------------------=64.215Q

乙I.set1.2x1.15x1.5

整定阻抗二次值为:

乙l.sctnTA64.215X^2,=9.765Q

Z："'X1

l.K.seicos3MHi9L)nTVcos(70°25.84°)1100

近后备灵敏系数

/d.K.sct

I^.sen一O,，；=8.607>1.5,符合要求。

TA

乙7x-

ABn1100

远后备灵敏系数

(a)作为T，或T«的远后备

K=——42——=------8.6071.45>1.2,符合要求。

A'senn17f)

(z.，J乙〃港(I0-4+4408)xn56

(b)作为BC线路的远后备

1

7"8.607

__________Z_ul.K.set=4.20>1.2，符合要求。

Ksen「120

(ZAB+5TA(10.4+8.4)

1100

III段动作时间按阶梯原见协作，有

t：L=+加=+加+&=15+S3+。3=2.l(s)

零序电流爱护整定

(1)爱护1零序电流I段整定计算

动作电流1；甲。按躲过最大运行方式下本线路末端(即B母线处)接地故障时流过爱拧的最

大零序电流loBmax整定。即

l\=K；J.B.max=12xO-7(H=O.88(kA)

动作时限为爱护固有动作时间。二次动作值7.33Ao

(2)爱护1零序电流H段整定计算

动作电流I；。按与相邻BC线路爱护的I段动作也流相协作的原则整定。

则动作电流为：乩=K\K：1cz=L15xL25x0.393=0.565(kA)

灵敏系数校验。采用最小运行方式下本线路末端(即B母线处)发生接地短路时流过爱护的

最小零序电流来校验。

K1'二星皿二"之=1.028<1.25

2nr«0.565

Ao.op

灵敏度不满意要求，所以改为与线路BC零序电流H段协作，取线路BC为终端线路，其零

序电流II段按线路末端短路有灵敏度整定，即

["二星她二丝生=o.244(kA)

10BOPT"1.25

Irei

则爱护1零序电流II段动作电流为：

.11_-W^IIyii44.0844.08

Oop-KrcJOBOPX38.51+44.Q3=1.25x0.244x=0.163(kA)

38.585+44.08

重新校验灵敏系数:

().581

=3.56>1.25

~0.163

灵敏度满意要求，二次值为1.358A。

动作时限。应比相邻线路爱护的I【段动作时限高一个时限级差At，即

O&=0.5+0.5=1.0s

(3)爱护1零序电流in段整定计算

动作电流I：；。按躲过线路末端三相短路时流过的爱护的最大不平衡电流来整定，一般取

广2A二次值，本文取1A即:

l"'p=ix120=120(A)=O.I2O(kA)

灵敏系数校验。

(a)作线路AB的近后备时，采用最小运行方式下本线路末端接地短路时流过爱护的最小零

序电流校验灵敏系数，即

k.B.min”肛=4.84>1.5

XSksen

0.120

Io"p

近后备灵敏度满意要求。

(b)作远后备时。采用最小运行方式下BC线路末端接地短路时流过爱护的最小零序电流校

验灵敏系数，即

作为线路BC远后备爱护的灵敏度系数为：

鬻=2.54>L2

sen

可见，远后备灵敏度满意要求。

动作时限，应比相邻设施爱护的最大动作时限高一个时限级差AI,取t：=2.1(s)

最终将整定计算结果列表如下：

动作值动作时间(s)灵敏度

距离爱护I段0.908Q0

距离爱护n段1.494Q0.51.32

距离爱护HI段9.765Q2.18.607,1.45,4.20

零序电流爱护I段7.33A0

零序电流爱护n段1.358A1.()3.56

零序电流爱护HI段1A2.12.54

三、主变差动爱护整定

3.1短路计算

(1)A变电所变压器低压侧外部三相短路时的最大不平衡电流计算

E115/V3xlO3

=I3.739kA

Zsi.min+Zn/20.975+7.715/2

(2)低压侧爱护区内两相短路时流经高压侧的I：、为

也115/V3xlO3

----x-=---1--0-.-3-4--6-k--A----

21.7+7.715/2

・3.2计算平衡系数

高压(220kV)侧二次额定电流

180x1()3

ST3/300

lhn百U。。)U「Ah75x2205

低压(HOkV)侧二次额定电流

Sn/180x1()3600

XT―小尸;^,L531A

选取低压侧为基本侧。

高压侧：Khh=*^=0957

、帅7.873

低压侧：Kb=1

・3.3不平衡电流计算

L0>Lnl)(正常运行时的不平衡电流)

额定运行：L超=(K.Kb+AU+Af)xLn

外部故障:

x

L„b=(Kss10%+AU+Af)x

HTA

Lo=K⑹xIunb.n=Krclx(K、KJAU+Af)XL=1.3X(1X0.1+4X2.5%+0.05)h=0,3251

取Lo=()-35Im=0.35x7.531=2.636A

3.4拐点电流I

Ar