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简介：面向电力系统及电气工程专业学生的110KV电网线路保护继电保护课程设计文档，完整覆盖从基础理论到整定计算的各个环节。内容以110KV线路为对象，系统讲解继电保护的基本概念、保护类型与装置构成，并重点剖析零序电流保护与距离保护的具体整定方法、运行方式变化下环网断路器的选择，以及电流互感器、电压互感器型号的合理配置。文档共1个doc文件，压缩包大小546KB，结构清晰，包含摘要、目录及各章节，既适合作为课程设计参考，也可用于继电保护实践入门。目前已有908人学习下载，对于需要完成110KV输电线路保护设计、掌握距离保护和零序保护整定计算的学生具有较强借鉴价值。

1. 110KV电网线路保护设计继电保护：这套课程设计不只交作业，整定计算可以拿来用

做110KV线路保护整定，最怕的不是短路电流算不出来，而是算完不知道怎么跟相邻线路配合，时限一乱，越级跳闸就来了。这套以110KV电网线路保护为对象的继电保护课程设计，完整走了一遍三段式电流保护、距离保护、零序电流保护和纵差动保护的整定流程，把选择性、速动性、灵敏性、可靠性这四性落到了具体公式和配合逻辑上。无论是做课程设计，还是刚接手线路保护整定的新人，都可以拿它当一套可直接套用的计算模板。它不是泛泛讲原理，重点是整定公式、分支系数的处理，以及不同运行方式下断路器、TA、TV怎么选。

2. 三段式电流保护：原理谁都懂，但配合和运行方式才是分水岭

2.1 为什么110KV线路不只用一段电流速断

电流保护的核心逻辑很简单：电流超过整定值就动作。但实际电网里，系统运行方式一变，短路电流也跟着变，单一一段保护的保护范围可能忽长忽短，根本不可控。所以110KV线路普遍用三段式电流保护——I段无时限电流速断、II段限时电流速断、III段定时限过电流，每一段解决一个层级的问题。

I段的任务是快速切除线路首端附近的故障，原则上不要求保护线路全长，整定上躲过本线路末端最大短路电流即可。II段补I段的盲区，要覆盖线路全长，同时还要跟相邻线路的I段配合，不能越界。III段则是全线的最后一道防线，既能保护本线路全长，又能兼作相邻线路的后备保护，整定逻辑是躲过最大负荷电流。

这个三段式的结构在原文里写得比较清楚，实际操作时各段的定位一旦搞混，整定就会乱套。比如有人把I段的动作值算得特别低，想让I段保护范围往末端延伸，结果线路末端故障时，I段和相邻线路的保护同时启动，选择性直接破功。

2.2 最大和最小运行方式：整定值和安全边界都在这里取值

电流保护整定最核心的一个动作，是先把系统最大、最小运行方式下的短路电流分别算出来。最大运行方式对应系统等值阻抗最小的状态，此时短路电流最大，I段动作用的正是这个值；最小运行方式对应阻抗最大的状态，此时保护范围最短，灵敏度的校验要在这种状态下做。

以一条单侧电源110KV线路AB为例，I段整定公式为：

Idz.I = Kk × Id.max

其中Kk为可靠系数，一般取1.2~1.3；Id.max为本线路末端（B母线）三相短路时流过保护的最大短路电流。Kk取大一点，是为了躲开短路计算中的误差和短路电流中的非周期分量，实际整定里不能为了追求灵敏度去压低Kk，那样I段很容易误动。

II段整定公式为：

Idz.II = Kk × Idz.I.adj

Idz.I.adj是相邻线路I段的动作电流，Kk取1.1~1.2。这个配合的含义是：本线路II段的保护范围不能伸出到相邻线路I段的保护范围里去，否则相邻线路首端附近故障时，本线路II段和相邻线路I段会同台竞争。算出来的II段动作电流，还要回到最小运行方式下校验本线路末端故障的灵敏系数，要求Klm≥1.3~1.5。

III段整定要考虑负荷因素：

Idz.III = (Kss × Krel / Kre) × Ifh.max

Kss为自启动系数，通常取1.5~3；Kre为继电器返回系数，取0.85~0.95。这一段的动作时限按阶梯原则，比相邻线路最长保护时限再大一个Δt，一般取0.5秒。

2.3 用一张表把三段式的参数对应关系理顺

实际做整定时，最容易忽略的是每段保护在各运行方式下要“看”的位置不一样。下面这张表是我个人整定时固定会列的对照表：

这张表最容易被忽略的是最后一行：III段作为远后备保护时，要校验的是下一线路末端故障时的灵敏系数，这就要用到后面讲的分支系数的最大可能值。很多人只算近后备，远后备那步直接跳过，到现场做整定配合审查时才被问住。

3. 距离保护整定计算：从阻抗圆到分支系数的完整推导

3.1 为什么110KV线路要配距离保护

电流保护的硬伤是保护范围随运行方式变化。系统等值阻抗一变，同样一个故障点，流过保护的短路电流就不同，反映不到“距离”上。距离保护通过比较测量阻抗Z = U/I来判断故障远近，系统阻抗变化对整个阻抗计算的影响远没有电流保护那么突出，这正好补上电流保护的短板。

这套课程设计里用的是三段式距离保护。I段和II段的保护范围与电流保护类似，但整定对象从电流换成了阻抗。距离I段整定按躲过本线路末端短路来，一般取线路正序阻抗的80%~85%，也就是：

Zdz.I = Kk × ZAB

Kk取0.8~0.85，留出的裕量主要是躲开线路参数误差、TA和TV的角差影响。这里如果Kk取到0.9，I段的保护范围会往末端压得太狠，一旦线路阻抗参数跟实际有偏差，I段就可能越出线路末端，无法满足选择性。

距离II段整定公式则要复杂一些，要跟下一线路的I段配合：

Zdz.II = Kk' × (ZAB + Kfz × ZBC)

其中Kfz是分支系数，定义为故障线路上流过的电流与本线路上流过电流的比值。这个值的取值很讲究，原文里给了一个简化推导：分支系数等于相邻线路电流与本线路电流之比，用Kfz = IBC/IAB表示。助增电流会让测量阻抗偏大，外汲电流会让测量阻抗偏小，II段的整定要按分支系数的最大值算，才能保证保护范围不越界。

3.2 分支系数的本质：助增与外汲怎么影响测量阻抗

双端电源或环网里，分支系数是距离保护整定最容易算错的一环。对线路AB，下一级线路BC末端故障时，流过保护的电流是IAB，流过BC的电流是IBC。如果中间有第三个电源向故障点注入电流，IBC比IAB大，Kfz就大于1；这叫助增。反过来，如果中间有负荷或者分支把电流吸走，IBC比IAB小，Kfz小于1，这叫外汲。

测量阻抗Z = U/IAB，U是保护安装处的残压。有助增时，残压由IBC流过ZBC产生，U = IBC × ZBC + IAB × ZAB，所以测量阻抗里包含了Kfz × ZBC这一项，Kfz越大，保护看到的阻抗越大，越不容易越区。整定II段时，Kfz要取最大值，这样Zdz.II不会太大，保护不会伸到相邻线路太深的位置；校验灵敏度时，Kfz又要取最小值，这样算出来的测量阻抗最小，看灵敏度能不能满足1.3以上。

这个“整定取大、校验取小”的分支系数玩法，就是距离II段整定的钥匙。许多人直接在公式里填一个Kfz不区分方向，整出来的II段要么越区、要么灵敏度不够，两头翻车。

3.3 距离III段躲负荷：返回系数和自启动系数一个都不能少

距离III段的整定依据不是短路，而是躲开最小负荷阻抗。线路正常送负荷时，测量阻抗的模值等于负荷阻抗；负荷越重，阻抗越小。距离III段必须保证在最大负荷电流下不动作，否则一个负荷波动就误跳闸。

整定先算最小负荷阻抗：

Zfh.min = Umin / Ifh.max

Umin一般取0.9倍额定电压。然后III段动作阻抗：

Zdz.III = Zfh.min / (Kzq × Kh × Kk)

这里Kh是阻抗继电器返回系数，Kzq是负荷自启动系数，Kk是可靠系数。注意这里面最容易被忽略的是Kh——全阻抗继电器在负荷阻抗圆边界上的返回特性并不理想，如果忘记乘返回系数，整定阻抗如果算得过大，继电器可能在负荷波动时措手不及。

III段时限配合是阶梯式的，要比相邻线路最长保护时限再大一个Δt，它作为相邻线路远后备的保护时，灵敏系数还需要校验。近后备要求Klm≥1.5，远后备要求Klm≥1.2，计算公式分别为：

Klm.近 = Zdz.III / ZAB

Klm.远 = Zdz.III / (ZAB + Kfz.max × ZBC)

注意远后备校验时的Kfz要取最大可能值——此时故障点在最不利位置，要求的是保护范围要足够长，但也不能长到失去选择性。

4. 接地保护实战：零序电流保护的三段式整定与配合

4.1 零序电流从哪来，继电保护工程师怎么利用它

110KV及以上电网是中性点直接接地系统，接地故障时会产生零序电流。零序电流的分布特点跟正序完全不同——故障点零序电压最高，越靠近变压器中性点接地处零序电压越低。这意味着零序电流的方向是由故障点流向母线，跟正序方向正好相反。掌握这个方向关系，接地保护的选择性才有依据。

零序电流保护也是三段式，逻辑上跟相间电流保护类似，但整定对象换成了3I0。第一段无时限零序速断躲过被保护线路末端接地故障时的最大零序电流；第二段跟相邻线路的零序I段配合；第三段零序过电流则是作为接地故障的后备保护，躲最大不平衡电流或者跟相邻线路的零序III段配合。

从整套课程设计的内容看，零序保护在110KV线路上是作为接地故障的主保护和后备保护使用的，原文特别强调了无时限零序保护还要躲过断路器三相触头不同期合闸的零序电流，这个细节在现场整定中经常被漏掉。

4.2 三段零序保护的整定公式与取值

零序I段整定：

I0.dz.I = Kk × 3I0.max

其中3I0.max是本线路末端接地短路时流过保护的最大零序电流，Kk取1.2~1.3。但线路如果采用单相自动重合闸，保护还要考虑重合闸过程中非全相运行又伴随振荡时的零序电流，为了防止误动，I段可以带0.1秒延时来躲过非全相运行期间。

零序II段整定要考虑两条原则：一是跟相邻线路零序I段配合，也就是：

I0.dz.II = Kk × I0.br.I

I0.br.I是相邻线路零序I段的动作电流。二是躲过非全相运行时的零序电流，按照这两个原则算出来的结果取大者，作为II段的整定值。如果按配合取出的值比较大，就叫灵敏II段；按躲非全相取的值比较大，整出来的就叫不灵敏II段。实际工程里，非全相运行是单相重合闸必须面对的运行状态，不灵敏II段专门应对这种场景。

零序III段整定按两个条件取大：

I0.dz.III = Kk × Iunb.max

Iunb.max是相邻线路出口三相短路时流过本保护的最大不平衡电流。由于TA饱和程度不同，三相短路时产生的零序不平衡电流可能相当大，如果只按灵敏度来整，III段可能在相邻线路三相短路时误动。另一个条件是跟相邻线路零序III段灵敏度配合。两者取较大值，再校验本线路末端接地故障的灵敏系数，要求Klm≥1.5，作远后备时Klm≥1.2。

4.3 零序III段不平衡电流的估算经验

不平衡电流是零序保护跟相间保护很不相同的一个点。正常运行时，三相TA特性不一致会产生不平衡电流；外部三相短路时，TA饱和程度差异变大，不平衡电流会急剧上升。计算时如果没有实测数据，我一般按TA最大变比误差估算：

Iunb.max = 0.1 × Ik.max

也就是取外部三相短路电流的10%作为最大不平衡电流的估算法。这个估算值偏保守，但能保证保护的可靠性优先。如果现场TA有10P级或者5P级的准确限值，不平衡电流还要考虑二次谐波和直流分量的影响，光靠0.1倍估算不太够，最好把TA的饱和特性数据拿来做一次校验。

除了不平衡电流，零序III段时限也要按阶梯配合原则，比相邻线路零序保护的动作时限大一个Δt。110KV线路的接地保护时限，一般的配合都按0.5秒一级往上叠，叠多了末端线路的保护时限会很长，所以工程上特别强调零序I段能快速切除故障的重要性。

5. 整定计算避坑指南：分支系数、灵敏系数与运行方式的四处翻车

5.1 分支系数方向搞反，距离II段越区动作

现象：按整定公式算出的距离II段保护范围，仿真里发现相邻线路末端故障时，本线路II段抢先动作，断路器误跳。

原因：分支系数助增与外汲的判断反了。整定II段时Kfz必须取最大值，这样才能把动作阻抗往下压；校验灵敏度时Kfz要取最小值。不少人在整定时直接把Kfz取成1，或者把助增当外汲，算出的Zdz.II偏大，保护范围伸进了相邻线路内部。

解决：先把网络等效图摆出来，沿着故障电流路径判断：故障线路电流大于本线路电流就是助增，Kfz>1；小于就是外汲，Kfz<1。整定用Kfz.max，校验用Kfz.min，分开算，别合在一个公式里。

5.2 最大运行方式用错位置，速断保护范围失真

现象：电流速断保护在最小运行方式下，最小保护范围不足线路全长的15%，甚至可能出现保护死区。

原因：I段整定用的是最大运行方式下的末端短路电流，这让动作值偏大；但保护范围落到最小运行方式时，短路电流整体变小，同样的整定值对应的保护范围就缩短了。这不是整定错误，而是电流保护的天然属性。

解决：I段整定必须按最大运行方式计算，然后回到最小运行方式校验保护范围，要求最小保护范围不小于线路全长的15%~20%。如果校验不满足，就要换保护方案——比如改用距离I段，它的保护范围受运行方式影响要小得多。

5.3 距离III段忘了乘返回系数，负荷波动就误动

现象：线路正常负荷一波动，距离III段就动作出口跳闸，重合闸动作都不一定能救回来。

原因：整定Zdz.III时只用了Zfh.min除以Kk，漏了继电器的返回系数Kh。全阻抗继电器动作后，要回到动作区以内才会返回，如果整定阻抗贴近负荷阻抗圆边界，正常负荷波动导致测量阻抗落入动作区，继电器就动作了。

解决：按完整公式Zdz.III = Zfh.min / (Kzq × Kh × Kk)重新计算。特别注意Kh的取值，电磁型阻抗继电器一般取0.85~0.9，微机型保护返回系数可以取到0.95。算完之后再校验最大负荷情况下测量阻抗是否还在动作区以外，留出足够裕度。

5.4 零序I段漏掉断路器非同期合闸，合闸瞬间跳闸

现象：线路送电合闸时，零序I段偶尔会有动作出口的现象，但此时线路并没有故障。

原因：断路器三相触头合闸不同期，短时间内系统出现不对称状态，产生零序电流。断路器操作机构老化或调试不到位时，非同期时间可能超过几个毫秒，零序电流足以让灵敏的零序I段启动。

解决：零序I段除了躲末端接地故障的最大零序电流，还要校核断路器三相不同期合闸产生的最大零序电流。两条原则下取大者整定。如果灵敏度因为这条被压得太低，可以给零序I段加0.1秒延时，跳过非同期窗口，这个做法在原文里也明确提到了。

5.5 差动保护不平衡电流超预算，区外故障误动

现象：线路纵差动保护区外发生短路时，差动继电器动作，两侧断路器同时跳开。

原因：两侧TA的励磁特性不一致，区外大短路电流下两侧TA饱和程度不同，二次电流差值升高，超过差动继电器的动作门槛。理论上区外故障差动电流应该为零，但实际不平衡电流可能相当可观。

解决：纵差动保护的整定（一般在设备出厂时完成）要按最大外部短路电流下的不平衡电流来校验。对于用导引线通道的纵差保护，还要考虑导引线本身阻抗和分布电容的影响。现场要核对两侧TA的变比、型号、准确级是否一致，不一致的要调整保护内部补偿系数。这也是为什么现代纵差保护都要求两侧TA参数匹配，不能随手拿两个不同变比的TA凑合。

6. 从计算到设备选型：把整定值落到断路器、TA、TV的型号上

整定计算做完了，还要设备选型跟进。这套课程设计里涉及断路器、电流互感器、电压互感器的选择，最关键的一条原则是：断路器开断容量要大于安装点最大短路容量，TA的额定一次电流要躲过最大负荷电流，同时还要满足短路电流下的热稳定和动稳定校验。

110KV断路器一般选SF6断路器，额定开断电流按母线短路电流留裕量。比如短路电流算出来是25kA，断路器额定开断电流至少选31.5kA。TA额定一次电流按1.2~1.3倍最大负荷电流选，准确级方面，测量绕组选0.5级或0.2S级，保护绕组选5P或10P，注意保护绕组的准确限值系数要在最大短路电流下不饱和。TV选型主要看二次侧所接保护装置——距离保护对TV精度要求高，一般用0.2级或0.5级绕组，三个单相TV接成星形给距离保护提供线电压和相电压。

验证环节我的习惯是把线路参数、两侧系统阻抗、整定值全部列成一张表，再用手算的方式把每个故障点的短路电流和测量阻抗重新过一遍。有条件的可以用PSCAD建个简单模型，让I、II、III段分别做一次区内区外故障仿真，确认保护范围没有越区、灵敏度满足要求。更省事的做法是用Excel搭一套整定计算模板，把公式固化下来，改线路参数时自动算出新整定值，可以大大降低重复计算时的笔误概率。从那以后我每次做完整定，都强制自己把主保护、后备保护的配合阶梯画一遍，每一个时间级差、每一个分支系数取值都单独核对一次，不把全部希望寄托在公式的“看起来合理”上。这套课程设计资料里的计算表格和配合逻辑，至少让我的整定习惯从一开始就是按工程标准来的，希望帮到你。

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