吉林建筑大学城建学院

课 程 设 计 报 告

题目名称10kＶ单电源环形网络继电保护设计 院（系） 电气信息工程系 课程名称 电力系统继电保护 班 级 电气11-1班 学 号 110090121 学生姓名 李林 指导教师 程凤芹 起止日期 2014.12.29—2015.1.9

目 录

摘要 ??????????????????????????????????Ⅰ ABSTRACT ????????????????????????????????Ⅱ 第1章 系统初始条件????????????????????????????1

1.1主接线图 ???????????????????????????????1 1.2相关参数????????????????????????????????1

第2章 三段式电流保护整定计算??????????????????????2

2.1参数计算 ??????????????????????????2 2.2运行方式的选定原则???????????????????????3 2.3 短路电流介绍和分类?????????????????????????3 2.4 最大短路电流计算和整定计算?????????????????????4 2.4.1 K1点发生三相短路?????????????????????????4 2.4.2 K2点发生三相短路?????????????????????????7 2.4.3 K3点发生三相短路?????????????????????????9

第3章 距离保护整定计算?????????????????????????12

3.1 计算网络参数 ????????????????????????????12 3.2 整定值计算??????????????????????????????12 3.2.1 8QF距离保护整定值计算??????????????????????12 3.2.2 6QF的距离保护整定????????????????????????13 3.2.3 3QF的距离保护整定????????????????????????14 3.2.4 1QF的距离保护整定????????????????????????15

第4章 电网的保护装置和自动装置设计??????????????????16

4.1 保护装置配置 ???????????????????????????? 16 4.2 自动装置配置 ????????????????????????????16 4.3电流、电压互感器选择??????????????????????????17

第5章 电压互感器二次回路断线闭锁装置?????????????????19

5.1 闭锁装置作用 ??????????????????????????? 19 5.2 闭锁装置设计 ????????????????????????????19

第6章 保护3接线图????????????????????????????20

6.1 3QF原理图??????????????????????????????20 6.2 3QF接线图??????????????????????????????20

结论????????????????????????????????????21

致谢????????????????????????????????????22 参考文献?????????????????????????????????23

摘 要

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几个部分，分别为运行方式的选择、电网各个元件参数及最大电流计算、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。

为给110KV单电源环形电网进行继电保护设计，要求对整个电力系统及其自动化专业方面的课程有综合的了解。特别是对继电保护、电力系统、电路、发电厂的电气部分有一定的研究。重点进行了电路的化简，短路电流的求法，继电保护中电流保护、距离保护的具体计算。

首先选择过电流保护，对电网进行短路电流计算，包括适中电流的正序、负序、零序电流的短路计算，整定电流保护的整定值。在过电流保护不满足的情况下，相间故障选择距离保护，接地故障选择零序电流保护，同时对距离保护、零序电流保护进行整定计算，并用AUOCAD绘制出保护配置原理图。

关键词: 电力系统；继电保护；过电流保护；环形电网

ABSTRACT

Electric energy is the most important in the modern society, is also the most convenient source of energy. The power plant is to other forms of energy into electrical energy, electrical energy through a transmission line transformer and different voltage conveying and assigned to the user, and then the electric equipment into suitable for other forms of user needs energy through various. In the process of transporting energy in power system, hope that the line have better reliability, therefore in the power system disturbance, various relay device protection circuit should be more reliable, protection action timely so as to cut off the fault point greatly reduces the power supply scope of the power system. Relay protection of power system is to achieve this purpose. The task of this design mainly includes several parts, respectively, for operation mode selection, grid components parameters and calculate the maximum current, relay protection and distance protection setting calculation and checking of relay protection, zero sequence current protection setting calculation and check, the choice of protection device for comprehensive evaluation.

For 110KV single supply ring grid relay protection design, the power system and its automation professional courses have a comprehensive understanding of. Especially the electrical part of the electric power system, relay protection, circuit, power plants have certain research. Focusing on a circuit simplification, method for short-circuit current calculation, specific protection, distance protection current in relay protection.

First select the overcurrent protection, short-circuit current calculation of power grid, short-circuit current including moderate the positive, negative sequence, zero sequence current calculation, the whole setting current protection. The overcurrent protection does not meet the conditions, the choice of distance protection for phase to phase fault, earth fault selection of zero sequence current protection, distance protection, zero sequence current and the protection setting calculation, and draw the protection principle diagram by AUOCAD.

Keywords: power system; relay protection; overcurrent protection; loop network

第1章 系统初始条件

1.1 主接线图

图1-1为某电力系统主接线。该系统由某发电厂的三台发电机经三台升压变压器由A母线与单侧电源环形网络相连，其电能通过电网送至B、C、D三个降压变电所给用户供电。

2×20MVA2×40MVA2×20MVA3×50MVAcosφ＝0.85X″60MVA20MVA 图1-1 某电力系统主接线

1.2 相关参数

(1)110KV网络的接线如图所示，变压器容量应该为2*40MVA；发电机容量为3*50MW，母线C 和母线D所接变压器为Y,d11。AB，AC，BC，AD线路电压等级为110kV。

(2)网络中个线路均采用带方向或不带方向的电流电压保护，所有变压器均采用纵差保护作为主保护，变压器均为Y，d11接。

(3)发电厂的最大发电容量为：3*50MW，最小容量为2*50MW (4)网络的正常运行方式为发电厂发电容量最大且闭环运行

(5)110KV断路器均采用SW6-110型断路器；ta3的跳闸时间为0.07s (6)线路AB、 BC、AD和CD的最大负荷电流分别为230、150、230和140A；负荷自启动系数Kss=1.5

(7)各变电所引出线上后备保护的动作时间如图所示，△t＝0.5s (8)线路的正序电抗均为X1=0.4Ω/km

第2章 三段式电流保护整定计算

2.1参数计算

计算短路电流时，各电气量的数值可用有名值表示，也可用标幺值表示。为了计算方便，在低压系统中宜用有名值计算法，在高压系统中宜用标幺值计算法。 选取基准功率SB?100MVA，基准电压为UB?115KV 电机阻抗：XG1=XG2=XG3=Xk''·

SB100?0.258 =0.129?50SN??变压器阻抗：XT1?XT2?UKSB10.5100????0.263 100SN10040 XT3??UKSB10.5100????0.175 100SN10060???? XT4?XT5?XT6?XT7?XT8??UKSB10.5100????0.525 100SN10020?线路阻抗：ZLAB?ZLAB?SB100?0.4?40??0.121 22UB115SB100?0.4?60??0.18122UB115SB100?0.4?50??0.151 22UB115SB100?0.4?50??0.1512UB1152?ZLBC?ZLBC? ZLCD?ZLCD??ZLDA?ZLDA??SB100??0.502KA 基准电流以及基准电抗：IB?3VB3?115基准电抗为：ZB?VB3IB?1153?0.502?132.26?

2.2运行方式的选定原则

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算之前，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。

确定运行方式就是确定最大和最小运行方式，通常都是根据最大运行方式来确定保护的整定值，以保护选择性，在其它运行方式下也一定能保证选择性，灵敏度的校验应根据最小运行方式来校验，因为只要在最小运行方式下灵敏度一定能够满足要求。

（1）最大运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最大，对继电保护而言称为系统最大运行方式，对应的系统等阻抗最小。它是指供电系统中的发电机，变压器，并联线路全投入的运行方式。系统在最大运行方式工作的时候，等值阻抗最小，短路电流最大，发电机容量最大。

（2）最小运行方式在相同地点发生相同类型短路时流过保护安装处的电流最小，对继电保护而言称为系统最小运行方式，对应的系统等阻抗最大。它是指供电系统中的发电机，变压器，并联线路全投入的运行方式。系统在最小运行方式工作的时候，等值阻抗最大，短路电流最小，发电机容量最小。

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。

最大运行方式下的最大电源阻抗：

?0.2580.263?Z1????//?0.258?0.175??0.163

2??2最小运行方式下的最大电源阻抗：

Z1?0.2580.263??0.261 222.3短路电流介绍和分类

短路电流：流电力系统在运行中 ，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流 ，并 取决于短 路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

三相系统中发生的短路有4种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90%。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。

发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需3～5秒。在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。它有多种分量，其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。

2.4 最大短路电流计算和整定计算

计算动作电流，应计算最大运行方式下的三相短路电流。为检验灵敏度要计算最小运行方式下的两相短路电流，检验短路点的选择一般在高、低母线上和电气设备接线处。为计算1QF、3QF、6QF、8QF的整定值，由系统图可知，最大运行方式要求8QF断开，等值阻抗图如图2-1所示：

图2-1 系统等值电抗图

2.4.1 K1点发生三相短路

（1）电力系统网络等值电抗图为：

图2-2 K1点短路时等值电抗

最大运行方式时：

计算K1点短路时的短路电流，系统的等效阻抗为：

Z1?0.163?0.121?0.284

由上面已经计算出，基准电流为：IB?SB3VB?1003?115?0.502KVA，基

准电抗为：ZB?VB3IB?1153?0.502?132.26?；

三相短路电流标幺值为：I(3)k1max*E1.05???3.69 Z10.284三相短路电流的有名值为:

IK1max(3)?Ik1max*?IB?3.69?0.502?1.85KA

(3)最小运行方式时：

Z1?0.261?0.121?0.382

三相短路电流的标幺值为：I三相短路电流的有名值为:

(3)k1min*E1.05???2.75 Z10.382I(3)K1min?I(3)k1min*?IB?2.75?0.502?1.38KA

（2）保护8QF的整定

对保护8QF的三段式电流保护整定计算，三段式包括:瞬时性电流速断保护、限时电流速断保护以及定时限电流速断保护。

下面首先对8QF进行瞬时性电流速断保护的整定：

?（3）Iset8?Krel?IKAK1max?1.25?1.85?2.31?t8?0s 下面对一段保护的灵敏度进行校验：

?

Lmin 代入已知数据得：

3E?Xsmax?2Iset8?

z1Lmin3E31.05?Xsmax?0.2842Iset8???21.25?3.69?0

z1z1 由于Lmin<0,因此灵敏度不够。 8QF的限时电流速断保护整定：

???????IIset8?KrelIset6?KrelKrelIK2max?1.15?1.25?1.29?1.85KA

t?t??t?0.5s

对8QF的二段保护进行灵敏度校验：

??8?8Ksen8到其整定值为：

??IK1min1.38???0.75?1.3,可知不满足条件 ??1.85Iset8 因此，针对上面的情况，则8QF与相邻下一段的二段保护相互配合，则得

??set8?????????I?KrelIset6?KrelKrelKrelIK3max?1.15?1.15?1.25?0.85?1.41KA

?? 灵敏度校验: Ksen8足要求。

IK1min1.38???0.98?1.3,仍然不能满??1.41Iset8由于所给条件有限，不能继续对8QF的二段保护进行符合灵敏度系数的整定。

8QF的定时限电流整定：

由初始条件知道线路AD的最大负载电流为230A,因此有下式：

Iset8???KKss1.2?1.5?relILmax??0.23?0.49KA

Kre0.85???t8近后备：Ksen.8????????2.5?3?t?4s

对8QF的定时限速断保护进行灵敏度校验：

IK1min1.38??2.82?1.5,满足灵敏度要求。 ???0.49Iset8??? 远后备：Ksen.8要求。

IK2min0.94???1.92?1.2，也满足灵敏性的???0.49Iset8对于保护8QF的三段式电流保护的整定，由上面的计算过程可以看到，Ⅰ、Ⅱ段保护都不能满足灵敏性要求，可以获取更多条件来进行整定,同时也可以通过其他保护来整定，例如距离保护等；而Ⅲ段保护可以满足灵敏性的要求。

2.4.2 K2点发生三相短路

（1）电力系统网络等值电抗图如下：

图2-3 K2点短路时等值电抗图

最大运行方式下有： 系统的等效阻抗为：Z1?0.163?0.121?0.181?0.465

(3)k2max* 三相短路电流标幺值为：IE1.05???2.26 Z10.465 而三相短路电流有名值为：

Ik2max(3)?I(3)k2max*?IB?2.26?0.502?1.13KA

最小运行方式下： 系统等效阻抗为：Z1?0.261?0.121?0.181?0.563

(3)k2min*三相短路电流的标幺值为：I三相短路电流的有名值为:

E1.05???1.87 Z10.563IK2min?Ik2min*?IB?1.87?0.502?0.94KA

（2）保护6QF的整定

同8QF的过程一样对6QF进行相同的整定计算。 首先进行瞬时性电流速断保护:

??(3)(3)Iset.6?KrelIK2max?1.25?1.29?1.61KA

t6?0s

灵敏度校验：

?Lmin3E31.05?Xsmax?0.4652Iset6???21.2?2.26?0

z1z1因此Ⅰ段保护不满足灵敏度要求。 对6QF进行限时速断保护:

????I???Iset.6?KrelIset.3?KrelKrelIK3max?1.15?1.25?0.82?1.18KA

灵敏性校验：

Ksen.6???IK2minIset6???0.94?0.80?1.3，不满足灵敏性要求。 1.18由于缺乏必要的条件，不能对6QF进行与相邻下一段的二段保护进行配合的整定计算。

定时限电流速断保护：

由初始条件可知线路CD最大负荷电流为140A,因此进行下面的整定：

Iset6???KrelKss1.2?1.5?ILmax??0.14?0.30KA

Kre0.85???t6?2.5?2?t?3.5s

对8QF的定时限速断保护分别进行近后备和远后备的灵敏度校验： 近后备灵敏度校验:Ksen.6??????IK2min0.94???3.13?1.5 ???0.30Iset6IK3min0.74??2.47?1.2 ???0.30Iset6远后备灵敏度校验：Ksen.6????通过上面的整定计算，可以看到6QF的Ⅲ保护满足灵敏度要求，可以对线路进行保护；而Ⅰ、Ⅱ段保护不能达到要求，由于缺乏必要的计算条件，没有继续往下整定，而也可以采用距离保护等保护。

2.4.3 K3点发生三相短路

（1）本电力系统的等值电抗电路如下图所示：

图2-4 K3点短路时电抗图

最大运行方式下有： 图

2-4

所

示

的

等

效

电

抗

为

：

Z1?0.1?60.13?02.1?108.11?50.61 1 则K3点发生三相短路时的短路电流为：

Ik3max*三相短路电流的有名值为：

(3)E1.05??1.70 Z10.616Ik3max 图

(3)?Ik3max*?IB?1.63?0.502?0.85KA

所

示

的

等

效

电

抗

为

:

(3)最小运行方式下：

2-4

Z1?0.261?0.121?0.181?0.151?0..714

所以K3点发生三相短路时最小运行方式下短路电流标幺值为：

(3)k3min*IE1.05???1.47 Z10.714 三相短路电流有名值计算为：

Ik3min(3)?Ik3min*?IB?1.47?0.502?0.74KA

(3)（2）保护3QF的整定

对于3QF的瞬时性电流速断保护整定有：

??Iset3?KrelIk3max?1.25?0.85?1.06KA

t3?0s

保护3QF的灵敏性校验：

?Lmin3E31.05?Xsmax?0.6162Iset3???21.2?1.70?0

z1z1 由以上计算知3QF的Ⅰ段保护灵敏性要求不满足。

而对于3QF的Ⅱ、Ⅲ段的保护，因为题目中没有给出详细的数据，所以不能进行Ⅱ、Ⅲ段的整定计算。

同时针对于保护3QF，因为正常运行时有正向电流和反向电流流过，为了增大其工作的可靠性，可以增加一个功率方向继电器，以防止线路L2上某一点发生短路时流过3QF的正向短路电流小于系统正常运行是流过3QF的反向单电流（注：这里正向电流方向是指由母线流向线路）。

(3)保护1QF的整定

保护1QF的整定，根据图2-1的电力系统网络图可以看出，当系统正常运行时不可能有正向电流通过，因此要是有正向电流通过，则线路一定发生故障。为此只需要在保护1QF处加一个功率方向继电器就可以实现线路的保护，而不用分析线路的运行方式。

由以上计算可知电流保护的Ⅰ段保护灵敏度都不能满足要求，在经济条件允

许的情况下，为了保证电力系统能更好的运行，且考虑电压等级为110KV，所以可以采用距离保护。

由以上计算可得出各短路点的短路计算电流值整理如表2-1所示：

表2-1短路电流值

短路电流 短路点 最大运行方式 (3)Ik3max(KA) 最小运行方式 (3)Ik3min(KA) K1 K2 1.85 1.13 0.85 1.38 0.94 0.74 K3 第3章 距离保护整定计算

3.1 计算网络参数

由电力系统网络图各元件阻抗值的计算如下： 线路L1的正序阻抗 ZL?AB线路L2的正序阻抗

?z1*LAB?0.4*40?16?

ZL?BC?z1*LBC?0.4*60?24?

?z1*LCD?0.4*50?20?

?z1*LDA?0.4*50?20?

Uk%UT10.51152?*?*?69.43? 100ST100202线路L3的正序阻抗 ZL?CD线路L4的正序阻抗 ZL?DA 变压器的等值阻抗 ZT6?XT63.2 整定值计算

3.2.1 8QF距离保护整定值计算

1）距离Ⅰ段整定阻抗

ⅠZⅠ?KΩ set 8relZL4?0.85?20?17t8?0s

2）距离Ⅱ段整定阻抗 与相邻下级L3配合有：

?ZⅠ?KΩ set 6relZL3?0.85?20?17?Kbmin? 1-XL420?1??0.71 XT669.431ⅡⅠZⅡ?K（X?K?Z?0.8?（20?0.71?17）?25.66Ω set 8relL4bminset 6）

按躲过相邻变压器出口短路整定有：

Kbmin?（1-XL420）?（1?）?0 XL320ⅡZⅡ?K（XL4?Kbmin?ZT6）?0.8?（16?0?69.431）?12.8Ωset 8rel

取以上两个计算中较小者为Ⅱ段整定值，因此8QF的Ⅱ段整定值为：

Z??set8?12.8?。

KsenII进行灵敏度校验有：

ZⅡ12.8set 8???0.64?1.25，不满足灵敏度要求。 ZL420Ⅱ由于上述不满足灵敏度条件，所以改为相邻下一段的Ⅱ段保护相配合。因此

Ω 6QF的Ⅱ段整定值为：Zset 6?22.12则按照相邻下一段整定有：

Ⅱ??ZⅡ?K（X?K?Z?0.8?（20?0.71?22.12）?28.56Ωset 8relL4bminset 6）

ZⅡ28.56set 8Ksen???1.428?1.25，满足要求。

ZL420II 所以延时整定为:t8?t6??t?1s。

????3.2.2 6QF的距离保护整定

同理，6QF的整定计算过程同8QF： 1）距离Ⅰ段整定阻抗

ⅠZⅠ?KΩ set 6relZL3?0.85?20?17t6?0s

2）距离Ⅱ段整定阻抗 与相邻下级L3配合有：

??ZⅠ?KΩ set 3relZL2?0.85?24?20.4KbminXL320?2? 1-?1??0.42 XT769.431

ⅡⅠZⅡ?K（X?K?Z?0.8?（20?0.42?20.4）?22.85Ωset 6relL3bminset 3）按躲过相邻变压器出口短路整定有：

KbminXL320?1-?1??0.167 XL224

ⅡZⅡ?K（XL3?Kbmin?ZT7）?0.7?（20?0.167?69.431）?22.12Ωset 6rel取以上两个计算中较小者为Ⅱ段整定值，因此8QF的Ⅱ段整定值为：

Zset6?22.12?。

ZⅡ22.12set 6Ksen???1.106?1.25 灵敏度校验有：

ZL320不满足灵敏性要求，但由于缺少相邻下一段的Ⅱ段整定值，故不能进行校正。

??3.2.3 3QF的距离保护整定

3QF的Ⅰ段距离整定为：

?ZⅠ?KΩ set 3relZL2?0.85?24?20.4t3?0s

因为1QF仅需要加装一个功率方向继电器或者方向阻抗继电器即可，所以3QF不需要和1QF的距离保护装置配合，3QF仅需要和T4的保护配合：

??I?ZⅡ.431/2)?37.46Ωset 3?Krel(ZL2?KrelZT3/2)?0.7?(24?0.85?69 灵敏度校验：

ZⅡ37.46set 3Ksen???1.56?1.25，满足灵敏度要求。

ZL224同三段式电流保护整定，1QF的距离保护只需增加一个功率继电器或方向阻

抗继电器即可。

3.2.4 1QF的保护整定

（1）瞬时电流速断保护

3)线路AB末端的最大三相短路电Ik(1max?1.68

I取krel?1.3，则保护1的电流保护第I段动作电流为

IIIset?Krel?Ik1max?1.3?1.68?2.184KA 保护范围的校验 最小运行方式下，AB线

路X处两相短路的电流为：

)Ik(3min?UN带时限电流速断保护:与保护3的第I段相配合

2(ZSmax?X%?ZLBA)(3)保护3的电流保护第I段动作电流为Ik3max?1.08KA

(3)I(3)Iset?KrelKA 1?Ikmax?1.3?1.08?1.404IIIIII取Krel?1.1 ，则 Iset?K?I1relset3?1.1?1.404?1.544 I动作时限为t1II?t3??t?0.5s 灵敏度校验

(3)本线路 BA末端的最小两相短路电流 IkKA 3max?1.531(3)II故Ksen?Ik可与保护3的电流保护第II段3min?Iset1?1.0?1.3灵敏度不满足要求，

相配合。 （2）定时限过电流保护的整定计算 动作电流的整定

III取Kre?0.85,Krel?1.2,Kst?1.5

IIIKrel?Kst1.2?1.5??ILmax??230?0.487KA

Kre1.85IIIIset1III动作时限为t1III?t3??t?2s 灵敏度校验

3)作近后备时，按本线路BA末端的最小两相短路电流Ik(1min来校验，即

)Ik(31.5313min?III??3.1?1.5

0.487Iset Ksen)作远后备时，按相邻线路BC末端的最小两相短路电流Ik(33min来校验，

Ksen)Ik(30.935min?3III??1.9?1.2

0.487Iset1第4章 电网的保护装置和自动装置设计

4.1 保护装置配置

（1）主保护的配置

由系统可知110KV线路配置有众联保护，全线路上任意点故障都能快速切除。保证系统稳定安全运行。

（2）后备保护的配置

考虑保护性能优越性：110线路应该配距离保护，但是距离保护复杂而且价格昂贵，维护困难。

考虑经济的优越性：可以尝试配三段式电流保护，同时由于系统是环网运行，相当于双电源运行一定要加方向元件。在110KV等级电力网络中，三段式电流保护可能在系统最小运行方式下没有保护范围，如果系统在最小运行方式下运行的几率不大的情况下，而且资金不够的情况下可以尝试三段式电流保护，基本可以保证系统正常运行。

考虑系统的运行方式：110KV高压输电网络应该属于大接地电力系统，需要配置零序保护。如上考虑到环网运行，也要加方向元件。保证保护不误动作。

继电保护保护装置的配置不是一层不变的，要考虑系统运行情况、经济状况、人员技能、环境影响等等情况，但是电力系统继电保护的基本任务不变：1.自动、迅速、有选择的将故障元件冲系统中切除。2.反应电力设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，动作于发出信号或跳闸。

4.2 自动装置配置

（1）简述

电力系统自动装置是指在电力网中发生故障或异常时起控制作用的设备，主要包括自动重合闸、备用电源自动投入装置、低频减载和失压解列装置等设备，电网中自动装置的型号多、逻辑千变万化，在实际运行中会暴露一些问题。电网中自动装置的配置，需要我们进行全面的考虑。

（2）系统安全自动装置的配置

配置重合闸：在电力系统故障中，打多数故障是输电线路故障。运行经验表明大多数线路故障是“瞬时性”故障，此时，如果把断开的线路在合上，就能恢复正常供电。

该系统为110KV输电线路系统，按照要求，每一个断路器都应该装有ARD装置，并与继电保护后加速配合形成重合闸后加速保护，保证电力系统最大限度的正常供电。

配置备用电源自动投入装置：当线路或用电设备发生故障时，能够自动迅速、准确的把备用电源投入用电设备中或把设备切换到备用电源上，不至于让用户断电的一种装置。

该系统为110KV输电线路系统，根据系统要求，如果B变电站或C变电站中的两台变压器，为了保证负荷可以长时间的正常运行，应该加入AAT装置。

配置低频、低压减载装置：它在电力系统发生事故出现功率缺额使电网频率、电压急剧下降时,自动切除部分负荷,防止系统频率、电压崩溃,使系统恢复正常,保证电网的安全稳定运行和对重要用户的连续供电。

该系统为110KV输电线路系统，根据当地系统运行状况和系统要求，为了保证系统能够稳定运行，防止系统频率、电压崩溃应该在变电站B、C、D中配置低频、低压减载装置。

4.3 电流、电压互感器选择

（1）电流互感器

保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号以此来切断故障电路，以保护供电系统的安全。保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。

线路发生故障时的冲击电流产生热和电磁力，保护用电流互感器必须能够承受。二次绕组在短路情况下，电流互感器在一秒内能承受而无损伤的一次电流有效值，称额定短时热电流；二次绕组短路情况下，电流互感器能承受而无损伤的一次电流峰值，称额定动稳定电流。

电流互感器的额定一次电压应等于或大于回路的额定一次电压，绝缘水平也应满足相关标准。电流互感器的额定一次电流应根据其所属一次设备的额定电流或最大工作电流选择，并应能承受该回路的额定连续热电流、额定短时热电流及动稳定电流。同时，额定一次电流的选择，应使得在额定变流比条件下的二次电流在正常运行和短路情况下，满足该回路保护装置的整定值选择性和准确性要求。

电流互感器额定二次电流有1A和5A两类：各级电压的电流互感器额定二次电流选用1A时，可以减轻电流互感器二次负荷，二次电缆截面可减小，节约投资。一个厂站内的电流互感器额定二次电流允许同时采用1A和5A。但同一电压等级的电流互感器的额定二次电流一般采用相同电流值。

所以对电流互感器选择如下：

由于流过每个断路器的Igmax都一样，所以它们的型号也一样，标准电流互感器的二次额定电流为5A。 （2）电压互感器的配置

电压互感器的作用是：把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载增大时时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。简单的说就是“检测元件”。

电压互感器一般按以下原则配置。

（1）对于主接线为单母线、单母线分段、双母线等，在母线上安装三相式电压互感器；当其出线上有电源，需要重合闸鉴定同期或无压，需要同期并列时，应在线路侧安装单相或两相电压互感器；

（2）对于3/2主接线，常常在线路或变压器侧安装三相电压互感器，而在母线上安装单相互感器以供同期并联和重合闸鉴无压、鉴同期使用；

（3）内桥接线的电压互感器可以安装在线路侧，也可以安装在母线上，一般不同时安装。安装地点的不同对保护功能有所影响；

（4）对220kV及以下的电压等级，电压互感器一般有两个次级，一组接为星形，一组接为开口三角形。在500kV系统中，为了继电保护的完全双重化，一般选用三个次级的电压互感器，其中两组接为星形，一组接为开口三角形；

（5）当计量回路有特殊需要时，可增加专供计量的电压互感器次级或安装计量专用的电压互感器组；

（6)在小接地电流系统，需要检查线路电压或同期时，应在线路侧装设两相式电压互感器或装一台电压互感器接线间电压。在大接地电流系统中，线路有检查线路电压或同期要求时，应首先选用电压抽取装置。通过电流互感器或结合电容器抽取电压，尽量不装设单独的电压互感器。500kV线路一般都装设三只电容式线路电压互感器，作为保护、测量和载波通信公用；

（7)电压互感器二次侧绕组决不允许短路。

第5章 电压互感器二次回路断线闭锁装置

5.1 闭锁装置作用

电压互感器相当于一个电压源，当二次回路发生短路时将会出现很大的短路电流，如果没有合适的保护装置将故障切除，将会使电压互感器及其二次线烧坏。

电压互感器二次回路在运行中容易发生单相接地和相间短路，造成保护装置交流失压，失压引起的保护装置的误动，造成不应有的损失，由于这种不利因素的存在，许多保护装置在设计师都考虑了断线闭锁回路。电压互感器二次回路保护设备，一般采用快速熔断器或自动空气开关。

5.2 闭锁装置设计

电压回路保护方式的选择，主要取决于电压回路所接的继电保护和自动装置的特性。当电压回路故障不会引起继电保护和自动装置误动作的情况下，首先采用简单方便的熔断器作为电压回路的保护；但是在电压回路故障有可能造成继电保护和自动装置不正确动作的场合，应采用自动开关，作为电压回路的保护，以便在切除电压回路故障的同时，也闭锁有关的继电保护和自动装置。在实际工程中，通常在60kV及以下没有接距离保护的电压互感器二次回路和测量仪表专用的电压回路，都采用快速熔断器保护；对于接有距离保护的电压回路，通常采用自动开关作为保护设备。

电压互感器二次回路在运行中容易发生单相接地短路和相间短路，造成保护装置交流失压，而失压引起保护装置误动作，从而造成不必要的损失。为此针对于这种现象，设计出一套电压二次回路断线闭锁装置，它能够在线路发生故障时可以开放保护，而在电压互感器二次回路断线时闭锁保护。

电压二次回路断线闭锁装置的原理是：在实际供电系统中，发生单相短路、两相短路和两相接地短路的非对称性故障情况极其普遍，因此利用电压回路发生非对称性故障或电压回路被断开一相或二相时形成不平衡电压来启动闭锁装置，对保护实行闭锁，防止保护误动作；同时可利用电压互感器二次侧断线时的电流小于设定的闭锁电流值，这样保护就闭锁，也可以用来防止保护误动作。

第6章 保护3接线图

由前面的整定可知，对保护3QF采用三段式电流保护，因此分别画出3QF的原理图、接线图。

6.1 3QF原理图

QF ≥1 KAa1 KAc1 KAa2 KCO ≥1 KS1 ≥1 KAc2 KS2 KT2 KS3 ≥1 KT3 KAc3 KAb3 KAa3 TAa TAc 图6-1 三段式电流保护原理图

6.2 3QF接线图

图6-2 三段式电流保护接线图

结 论

在整个的设计过程中我很用心去做，我相信自己一定能做好这次设计，起初公式编辑器不大会用，但看到格式不是很协调，还是逼着自己去做，花了很长时间来编辑公式，也许别人比我做的快，但其中每个公式都是自己一个个编辑的，还有设计中遇到的问题。我着一查资料，虽然还有一些地方做的不是很好，但其中的过程让我学到了很多知识。

在这次宝贵的设计活动中，在获得知识之余，也获得了经验，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。要认真的思考设计过程中遇到的问题，多查资料，将理论与实际相结合思考，并在以后的学习中更要加倍注意犯过的错误。

通过该设计，我不仅加深了对电力系统理论知识的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。当然，我的设计还存在着一些缺陷，有待于在将来设计中进一步提高，在此恳请老师批评指正。这次设计也让我懂得细节决定成败，在以后的设计中我会严格吸取教训，做的更好！

致 谢

课程设计完成了，在这个过程中我学到了很多东西。首先我要感谢老师的帮助，老师在我完成课程设计的过程中，给予了我很大的帮助。从设计的开始到设计的书写，每一次改正都让我有很大的提高，通过此次的课程设计，我学到了很多知识，在设计的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。通过课程设计，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。

我想，课程论文的过程不仅仅是一个完成一篇论文的过程，而是一个端正态度的过程，是总结本学期学习的一个过程，是在为毕业论文打下良好的基础，这个过程将使我受益匪浅！

参考文献

[1]张保会、尹项根.电力系统继电保护[M]. 西安: 西安交通大学出版社， 2003. [2]于永源、杨绮雯. 电力系统分析[M]. 北京: 中国电力出版社，2007. [3]李光绮.电力系统暂态分析[M]. 北京: 中国电力出版社，2006. [4]许建安.继电保护整定计算[M]. 北京: 中国水利水电出版社，2009. [5]何仰赞.电力系统分析[M]. 武汉: 华中科技大学出版社，2002.

[6]吕继绍.电力系统继电保护设计原理[M]. 北京: 水利电力出版社，2004. [7] 韩笑.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册. 中国水利水电出版社 [8] 钟松茂、李火元.电力系统继电保护设计指导.中国电力出版社 [9] 许建安.继电保护整定计算.中国水利水电出版社 [10] 于永源、 杨绮雯.电力系统分析. 中国电力出版社 [11] 陈景惠.发电厂及变电站二次接线.高等教育出版社 [12] 张晓春.变电站综合自动化.高等教育出版社。

吉林建筑大学城建学院

课 程 设 计 任 务 书

课程名称110kＶ单电源环形网络继电保护设

计

指导教师 程凤芹

起止日期 2014.12.29—2015.1.9

设计总结： 考核成绩或评语 指导教师签字 年 月 日