1 前言
电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路，它严重的危及设备的安全和系统的可靠运行。此外，电力系统还会出现各种不正常的运行状态，最常见的如过负荷等。
在电力系统中，除了采取各项积极措施，尽可能地消除或减少发生故障的可能性以外，一旦发生故障，如果能够做到迅速地、有选择性地切除故障设备，就可以防止事故的扩大，迅速恢复非故障部分的正常运行，使故障设备免于继续遭受破坏。然而，要在极短的时间内发现故障和切除故障设备，只有借助于特别设置的继电保护装置才能实现。
电力系统继电保护的基本作用是：在全系统范围内，按指定分区实时地检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采取故障隔离或报警等措施，以求最大限度地维持系统的稳定，保持供电的连续性，保障人身的安全，防止或减轻设备的损坏。
继电保护的原理是利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信号量，当突变量到达一定值时，启动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性、速动性、灵敏性、可靠性。
这次课程设计以最常见的110kV电网线路保护设计为例进行分析设计，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。
第 1 页 共 47 页
2 设计资料分析与参数计算
2.1 参数分析与计算
本设计所用发电机参数如下：
表2.1 发电机各项参数
编号 G1~G3 额定容量 50MW 额定电压 6.3kV 功率因数 0.85 Xd?? 0.129 本设计所用变压器参数如下：
表2.2 变压器各项参数
编号 T1~T3 T4 额定容量 60MW 20MVA Uk% 10.5% 10.5% 变比 121?2?2.5%/6.3kV 基准值选取：SB?100MVA， VB?Vav?115kV
IB?SBV100115??0.524kA ，ZB?B??126.71? 3?Vav3?1153IB3?0.524线路正、负、零序等值阻抗：
XL1(1)?XL1(2)?0.4?40?16?，XL1(1)??XL1(2)??XL1(1)ZB?16?0.126 126.71?24?0.189 126.71XL2(1)?XL2(2)?0.4?60?24?，XL2(1)??XL2(2)??XL2(1)ZBXL3(1)ZBXL4(1)ZBXL5(1)ZBXL3(1)?XL3(2)?0.4?50?20?，XL3(1)??XL3(2)???20?0.158 126.7120?0.158 126.71XL4(1)?XL4(2)?0.4?50?20?，XL4(1)??XL4(2)???XL5(1)?XL5(2)?0.4?30?12?，XL5(1)??XL5(2)??XL1(0)??3XL1(1)??3?0.126?0.378 XL2(0)??3XL2(1)??3?0.189?0.567 XL3(0)??3XL3(1)??3?0.158?0.474
第 2 页 共 47 页
?12?0.095 126.71XL4(0)??3XL4(1)??3?0.158?0.474 XL5(0)??3XL5(1)??3?0.095?0.285 变压器等值阻抗：
XT1?XT22Uk%UN10.51152?XT3?????23.14?
100SN10060XT42Uk%UN10.51152?????69.431? 100SN10020XT1??XT2??XT3??XT4??Uk%SB10.5100????0.175 100SN1006010.5100??0.525 10020发电机等值阻抗：
XG1?XG222V115B?XG3?xd????0.129??29?
SG50/0.85XG1??XG2??XG3??xd???SB100?0.129??0.2193 SG50/0.85表2.3 电力系统设备参数表
正负序阻抗 （有名值?） 16 24 20 20 12 29 23.14 69.431 第 3 页 共 47 页
正负序阻抗 （标幺值） 0.126 0.189 0.158 0.158 0.095 0.2193 0.175 0.525 零序阻抗 （标幺值） 0.378 0.567 0.474 0.474 0.285 XL1 XL2 XL3 XL4 XL5 XG1~XG3 XT1~XT3 XT4 2.2 系统运行方式和变压器中性点接地方式的确定
2.2.1 发电机、变压器运行变化限度的选择原则
（1）发电厂有两台机组时，一般应考虑全停方式，即一台机组在检修中另一台机组又出现故障；当有三台以上机组时，则应选择其中两台容量较大机组同时停用的方式。
（2）发电厂、变电站的母线上无论接有几台变压器，一般应考虑其中最大的一台停用。因变压器运行可靠性较高，检修与故障出现的几率很小。但对于发电机变压器组来说，应服从发电机的投停变化。
2.2.2 中性点直接接地系统中变压器中性点接地的选择原则
（1）发电厂及变电所低压侧有电源的变压器，中性点均应接地运行，以防出现不接地系统的工频过电压状态。如事前确定不能接地运行，则应采取其他防止工频过电压的措施。
（2）自耦型和有绝缘要求的其他型变压器，其中性点必须接地运行。 （3）110kV一下的变压器，以不接地运行为宜。当T接变压器低压侧有源时，则应采取防止工频过电压的措施。
（4）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。
综上所述，本次设计中变压器T1-T3均应中性点接地，T4中性点不接地。
2.2.3 线路运行变化限度的选择
（1）母线上有多条线路，一般应考虑一条线路检修，另一条线路又遇故障的方式。
（2）双回线一般不考虑同时停用。
（3）相隔一个厂、站的线路必要时，可考虑与上述（1）的条件重叠。
2.2.4 流过线路的最大、最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下，即选择所有机组、变压器、线路全部投入运行的方式。而最小短路电流，则出现在最小运行方式下。对于双侧电源的网络，一般（当取Z1?Z2时）与对侧
第 4 页 共 47 页
电源的运行变化无关，可按单侧电源的方法选择。对于环状网络中的线路，流过保护的最大短路电流应选开环运行方式，开环点应选在所整定保护线路的相邻下一级线路上。而对于最小短路电流，则应选闭环运行方式。同时，再合理地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网络，流过保护的最大零序电流与最小零序电流，其选择方法可参照（1）中所述。只是要注意变压器接线点的变化。对于双侧电源的网路及环状网路，同样参照（1）中所述。其重点也是考虑变压器接线点的变化。
2.2.5 流过保护最大负荷电流的方法
按负荷电流整定的保护，需要考虑各种运行方式变化时出现的最大负荷电流考虑到以下的运行变化：备用电源自投引起的负荷增加；并联运行线路的减少，负荷转移；环状网路的开环运行，负荷转移；对于双侧电源的线路，当一侧电源突切除发电机，引起另一侧负荷增加。
第 5 页 共 47 页