XX大学
课
程
设
计
课程名称：电力系统继电保护原理
设计题目：220KV输电线路继电保护
院
（部）：
电力学院
专
业：
电气工程及其自动化
班
级：
姓
名：
学
号：
成
绩：
指导教师：
日
期：2017年6月8日
——
6月21日
目录
前言
2
第一章
绪论
3
1.1继电保护的概论
3
1.2继电保护的基本任务
3
1.3继电保护的构成
3
1.4课程设计的目标及基本要求
4
第二章
220KV输电线路保护
4
2.1
220KV线路保护概要
4
2.2纵联保护
5
2.2.1纵联方向保护原理
5
2.2.2纵联保护通道
6
2.3
输电线路参数的计算
6
第三章
输电线路上TA、TV及中性点接地的选择
7
3.1
输电线路上T
A、TV的选择
7
3.2
变压器中性点接地方式的选择
8
第四章
相间距离保护整定计算
9
4.1
距离保护的基本概念
9
4.2距离保护的整定
9
4.3
距离保护的评价及应用范围
11
第五章
电力网零序继电保护方式选择与整定计算
11
5.1
零序电流保护的特点
11
5.2
接地短路计算的运行方式选择
12
5.3
最大分支系数的运行方式和短路点位置的选择
12
5.4
电力网零序继电保护的整定计算
12
5.5
零序电流保护的评价及使用范围
14
心得体会
15
参考文献
16
前言
继电保护伴随着电力系统而生，继电保护原理及继电保护装置的应用，是电力系统实用技术的重要环节。继电保护技术的应用繁杂广泛，随着现代科技的飞速发展，继电保护在更新自身技术的基础上与现代的微机、通信技术相结合，使继电保护系统日趋先进。无论是继电保护装置还是继电保护系统，都蕴含着严谨而又富有创兴的科学哲理，同时也折射出现代技术发展的光芒。可以说继电保护是一门艺术。
由于电力系统是一个整体，电能的生产、传输、分配和使用是同时实现的，各设备之间都有电或磁的联系。因此，当某一设备或线路发生短路故障时，在瞬间就会影响到整个电力系统的其它部分，为此要求切除故障设备或输电线路的时间必须很短，通常切除故障的时间小到十分之几秒到百分之几秒。只有借助于装设在每个电气设备或线路上的自动装置，即继电保护，才能实现。
本文研究的是关于220KV电网继电保护。通过本次设计掌握和巩固电力系统继电保护的相关专业理论知识，熟悉电力系统继电保护的设计步骤和设计技能，根据技术规范，选择和论证继电保护的配置选型的正确性并培养自己在实践工程中的应用能力、创新能力和独立工作能力。
第一章
绪论
1.1继电保护的概论
电力系统继电保护泛指继电保护技术和由各种继电保护装置构成的继电保护系统。继电保护装置可定义为在电力系统发生故障或不正常工作状态时，动作于断路器跳闸或发出告警信号的一种安全自动装置。
1.2继电保护的基本任务
（1）切除故元件
自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。
（2）反映不正常运行状态
反映电气元件的不正常工作状态，并根据运行维护的条件而动作，发出信号或跳闸，此时一般不要求迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。
1.3继电保护的构成
继电保护装置可视为由测量部分、逻辑部分和执行部分等组成，如图1-1所示，各部分功能如下:
（1）测量部分
测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较的结果，判断保护是否应该启动的部件。
（2）逻辑部分
逻辑部分是根据测量部分输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的布尔逻辑及时序逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分的部件。
（3）执行部分
执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的对外操作的任务的部件。如检测到故障时，发出动作信号驱动断路器跳闸；在不正常运行时发出告警信号；在正常运行时，不产生动作信号。
1.4课程设计的目标及基本要求
1.根据所给工况，结合教材内容，搜集相关技术资料，查阅文献，进行设计。
2.保护配置、保护整定计算及校验过程要详细、完备
3.撰写完整的课程设计报告。
第二章
220KV输电线路保护
2.1
220KV线路保护概要
（1）220KV电网作为主要的输电网络，其线路联系密切，如果故障切除慢会影响到系统的稳定。因此220KV线路保护应按“加强主保护、简化后被保护”的基本原则配置和整定。
（2）220KV线路的后备保护采用近后备方式，两套全线速动保护可以互为近后备保护。
（3）一般情况下，220KV线路应装设两套全线速动保护，在旁路断路器代线路断路器运行时，至少应保留一套全线速动保护运行。
（4）具有全线速动保护的线路，其主保护的整组动作时间应为：对近端故障：20ms;对远端故障:
30ms(不包括通道传输时间)。
2.2纵联保护
在高压输电线路上，为了保证电力系统运行的稳定性，需要配置全线速动保护，即要求继电保护无时限（小于100ms）地切除线路上任一点发生的各种类型故障。全线速动保护一般指的是纵联保护。
纵联保护从原理上即可以区分内外故障，而不需要保护整定值的配合，因此又称纵联保护具有“绝对选择性”。同时应该注意纵联保护不反应于本线路以外的故障，不能用于相邻元件后备保护；由于采用双侧测量原理，纵联保护必须两侧同时投入，不能单侧工作。
2.2.1纵联方向保护原理
a)正常运行或外部故障
b)内部故障
2.2.2纵联保护通道
（1）引导线
导引线通道就是用二次电缆将线路两侧保护的电流回路联系起来，主要问题是引导线通道长度与输电线路相当，敷设困难；通道发生断线、短路时会导致保护误动，运行中检测、维护通道困难；导引线较长时电流互感器二次阻抗过大导致误差增大。
（2）载波通道
载波通道是利用电力线路、结合加工设备、收发信机构成的一种有线通信通道，以载波通道构成的线路纵联保护也称为高频保护。
2.3
输电线路参数的计算
(1)
输电线路参数计算公式
线路零序阻抗为:
Z0
=
3Z1
负序阻抗为:
Z2
=
Z1
线路阻抗有名值的计算：
正、负序阻抗:
Z1
=
Z2
=
(+j)L
零序阻抗:
Z0
=
3Z1
线路阻抗标幺值的计算：
正、负序阻抗:
Z1*
=
Z2*
=（+j)L
零序阻抗:
Z0*
=
3Z1*
第三章
输电线路上TA、TV及中性点接地的选择
3.1
输电线路上T
A、TV的选择
（1）TA的简介
电流互感器主要作用是以合理的准确度，将大电流（一次电流）按电流比（即变比）变换为小电流（二次电流），供继电保护装置及其他测量装置使用，以保证设备及人身的安全。
电流互感器的一次额定电流，应大于一次设备的最大负荷电流。220KV及以上电压等级电网用电流互感器多选择二次额定电流为１A。
电流比的表示方法为：
式中 －一次额定电流（A）
－二次额定电流（A）
额定工况下的输出容量为：
(２)
TA的配置原则
①型号：电流互感器的型号应根据作用环境条件与产品情况选择。
②一次电压：Ug=Un
Ug—电流互感器安装处一次回路工作电压;
Un—电流互感器的额定电压.
③一次回路电流：I1n≥Igmax
Igmax—电流互感器安装处一次回路最大电流;
I1n—电流互感器一次侧额定电流.
④准确等级：用于保护装置为0.5级，用于仪表可适当提高。
⑤二次负荷：S2≤Sn
S2—电流互感器二次负荷;
Sn—电流互感器额定负荷ф.
⑥输电线路上CT的选择：
根据最大极限电流来选择。
(3)
TV的配置原则
①型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择，在需要检查与监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有三绕组的单相互感器组。
②一次电压的波动范围：1.1Un>U1>0.9Un
③二次电压：100V
④准确等级：电压互感器应在哪一准确度等级下工作，需根据接入的测量仪
表。继电器与自动装置及设备对准确等级的要求来确定。
⑤二次负荷：S2≤Sn
3.2
变压器中性点接地方式的选择
通常，变压器中性接地位置和数目按如下两个原则考虑：一是使零序电流保护装置在系统的各种运行方式下保护范围基本保持不变，且具有足够的灵敏度和可靠性；二是不使变压器承受危险的过电压。为此，应使变压器中性点接地数目和位置尽可能保持不变。
（1）中性点直接接地运行变压器零序电流保护原理图：
第四章
相间距离保护整定计算
4.1
距离保护的基本概念
对一个被保护元件，在其一端装设的保护，如能测量出故障点至保护安装处的距离并于保护范围对应的距离比较，即可判断出故障点位置从而决定其行为。这种方式显然不受运行方式和接线的影响，这样构成的保护就是距离保护。
(2)
距离保护的基本特性和特点
距离保护是以反映从故障点到保护安装处之间阻抗大小（距离大小）的阻抗继电器为主要元件（测量元件），动作时间具有阶梯性的相间保护装置。
距离保护可以应用在任何结构复杂、运行方式多变的电力系统中，能有选择性的、较快的切除相间故障。在电网结构复杂，运行方式多变，采用一般的电流、电压保护不能满足运行要求时，
则应考虑采用距离保护装置。
4.2距离保护的整定
(1)
相间距离保护第Ⅰ段的整定
1）相间距离保护第Ⅰ段的整定值：
：工段可靠系数，一般取0.8~0.85
2）相间距离保护第Ⅰ段的灵敏度用保护范围表示，即为被保护线路全长的85%。
3）相间距离保护第Ⅰ段的动作时间
（S）
(2)
相间距离保护II段的整定
1）P1的Ⅱ段整定阻抗为
2）相间距离保护第Ⅱ段的灵敏度校验：
3）相间距离保护第Ⅱ段的动作时间为：
=0.5（S）
(3)
相间距离保护III段的整定
1）躲过被保护线路的最小负荷阻抗：
最小负荷阻抗计算：
当采用方向阻抗元件时，整定阻抗为：
2）相间距离保护第Ⅲ段灵敏度校验：
当作近后备时
当作远后备时
3）相间距离保护第Ⅲ段动作时间为：
3（S）
4.3
距离保护的评价及应用范围
根据距离保护的工作原理，它可以在多电源复杂网络中保证有选择性地动作。其它各段受系统运行方式变化的影响也较小，同时保护范围也可以不受短路种类的影响，因而保护范围比较稳定，且动作时限也比较固定而较短。
虽然距离保护仍存在一些缺点，但是，由于它在任何形式的网络均能保证有选择性的动作。因此，广泛地以内功用在35KV及以上电压的电网中。对于不要求全线速动保护的高压线路，距离保护则可作为线路的主保护。
第五章
电力网零序继电保护方式选择与整定计算
5.1
零序电流保护的特点
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，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。
5.2
接地短路计算的运行方式选择
计算零序电流大小和分布的运行方式选择，是零序电流保护整定计算的第一步。选择运行方式就是考虑零序电流保护所能适应的发电机、变压器以及线路变化大小的问题。总的原则，不论发电厂或是变电所，首先是按变压器设备的绝缘要求来确定中性点是否接地；其次是以保持对该母线的零序电抗在运行中变化最小为出发点来考虑。当变压器台数较多时，也可采取几台变压器组合的方法，使零序电抗变化最小。
5.3
最大分支系数的运行方式和短路点位置的选择
（1）
辐射形电网中线路保护的分之系数与短路的位置无关。
（2）
环状电网中线路的分支系数随短路点的移远而逐渐减小
。但实际上整定需要最大分支系数，故还是选择开环运行方式。
（3）
环外线路对环内线路的分支系数也与短路点有关，随着短路点的移远，分支系数逐渐增大，可以增加到很大很大，但具体整定并不是选一个最大值，而应按实际整定配合点的分支系数计算。
5.4
电力网零序继电保护的整定计算
(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：
：可靠系数，一般取1.2~1.3
2）灵敏度的校验：保护15%处短路时流过保护的最小零序电流值应大于整定值即最小保护范围要求不小于本保护线长度的15%
3）整定的动作延时为0
S。
(2)
零序电流保护Ⅱ段的整定
1）整定值：与相邻下一线路的零序第Ⅰ段配合：
2）灵敏度的校验：按被保护线路末端接地故障时流过保护的最小3倍零序电流3I0，min来校验，即
3）动作时间：1.0
S
(3)
1QF零序电流保护Ⅲ段的整定
1）躲过下一级线路末端短路时可能出现的最大不平衡电流Iunb，max，即
Iunb，max=
式中：
—
非周期分量系数，，取1.1；
—
电流互感器的同型系数，取0.5；
—
电流互感器的10%误差，取0.1；
—
本级线路末端三相短路的最大短路电流。
2）灵敏度校验：
当作近后备保护时：
当作远后备保护时：
3）动作时间：1.5S
5.5
零序电流保护的评价及使用范围
接地电流系统中，采用零序电流保护和零序方向电流保护与采用三相完全星形接线的电流保护和方向电流保护来防御接地短路相比较，前者具有较突出的优点：
(1)
灵敏度高
(2)
延时小
(3)
在保护安装处正向出口短路时，零序功率方向元件没有电压死区，而相间短路保护功率方向元件有电压死区。
(4)
当系统发生如振荡、短时过负荷等不正常运行情况时，零序电流保护不误动作。
(5)
在电网变压器中性点接地的数目和位置不变的条件下，当系统运行方式变化时，零序电流变化较小。
(6)
采用了零序电流保护后，相间短路的电流保护就可以采用两相星形接线方式，并可和零序电流保护合用一组电流互感器，又能满足技术要求，而且接线也简单。
心得体会
本次的课程设计终于在两周之内完成，在老师们精心的指导下，同过图书馆、上网查资料等途径，最终才有了现在的成果。为此，老师们付出了辛勤的汗水为我们指导，审核。所以，在此向老师由衷的致谢！
本次的课程设计主要以220KV输电线路继电保护为主，确定输电线路上TA、TV变比的选择及变压器中性点接地的选择。确定220KV输电线路上的主保护和后备保护的选择：主保护采用双套纵联保护实现保护双重化，同时配以距离保护、零序电流保护，以“加强主保护、简化后备保护”的基本原则配置和整定。通过本次的课程设计让我学会了如何做课程设计和对其它软件的熟练度，为以后的毕业设计打下了更坚实的基础。掌握和巩固了电力系统继电保护的专业知识，提高了对设计技能的能力。
虽然在设计的过程中遇到过许多困难，但虚心的向他人请教都能迎刃而解。但对于各种继电保护适应电力系统变化的能力都是有限的，因此继电保护整定方案也不是一成不变的，加之本文在设计时由于时间仓促，设计者能力有限，难免有一些漏洞，希望各位老师指出错误，我将虚心地接受并加以改进。
在次为这次课程设计而指导的老师们表示衷心的感谢，感谢老师们的付出与汗水，我将不会辜负老师们对我的期望。
参考文献
[1]《电力系统继电保护》
韩笑
主编
机械工业出版社
[2]《继电保护原理》
刘学军
主编
中国电力出版社
[3]《电力系统继电保护》
郭光荣
主编
高等教育出版社
[4]《电网微机保护测试技术》
韩笑，向前，刑素娟主编
中国水利水电出版社
[5]《电力系统继电保护设计原理》
吕继绍
主编
水利电力出版社
