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简介：这是面向电力系统自动化专业学生的继电保护课程设计资料，以110KV单电源环形网络为对象，完整覆盖相间与接地短路电流保护的设计流程。文档从已知条件出发，给出线路参数、发电机容量、断路器动作时间及保护要求，并系统完成保护1、3、5、7的三段式电流保护整定计算、灵敏性校验和短路电流/残压分析，同时包含保护1的原理图与展开图绘制说明。资源为单一DOC文档，约815KB，内容按任务书、运行方式选择、元件参数计算、短路计算、保护配置等章节组织，适合正在完成同类课程设计或需要参考整定计算过程的学习者。已有248人学习，所附示例和计算步骤对理解继电保护选择性、速动性和灵敏性要求有较强参考价值。

1. 110kV单电源环形网络相间接地短路电流保护：这份课程设计在让你设计什么

拿到“110KV单电源环形网络相间接地短路电流保护的设计”这个题，很多同学第一反应是去翻环形网络的定义，然后对着“相间接地短路”五个字发懵。实际上这是继电保护课程设计里非常经典的综合性题目：它把相间短路和接地短路两类故障放在同一个110kV闭环电网里，让你用电流保护的方式做一套完整的配置、整定计算和动作分析。这里的“相间接地短路”要拆开理解——相间短路和接地短路是两套独立故障类型，在110kV中性点直接接地系统里，相间故障用电流保护，接地故障用零序电流保护，两者要分别设计再汇总成一份课程设计说明书。

这份设计真正考察的不是你会背三段式电流保护公式，而是你能否把一个环形网络拆成可计算的阻抗路径、选出整定原则、把时间阶梯和灵敏度和方向性都校核清楚。适合正在做继电保护课程设计的本科生，或者刚接触110kV变电站二次设计的初级工程师。下面按一份合格“汇本”该有的逻辑来讲，从拓扑到计算、从画图到答辩要用的排错经验。

2. 环形网络的拓扑与故障电流路径：为什么单电源环网不能只配三段式

2.1 环形网络与单电源：潮流双向和助增电流带来的麻烦

环形网络和辐射网络最大的区别在于：闭环运行时，电源到负荷之间存在两条甚至更多条并联通路。以单电源110kV环网为例，电源接在A变电站，B、C两站通过线路和A构成环网，正常负荷电流会按阻抗分布同时从两条路径流向B、C。到这儿问题就来了：当某条线路上发生短路故障时，故障点会从两条路径获得短路电流，其中一侧的电流方向和正常运行时该线路上的功率方向可能完全相反。如果保护只按单方向动作，就会把“反向故障”也误判为正向，造成越级跳闸甚至全站失压。

所以单电源环形网络在保护配置上有一个必须做的动作——给保护加方向元件。这也就是为什么课程设计里不能简单写“三段式电流保护”然后交差。常见做法是先做运行方式分析：闭环运行时算出最大短路电流用来整定主保护；开环运行时（比如因检修断开环网中某台断路器）算出最小短路电流用来校验灵敏度。两种方式全部校核通过，方案才能成立。

2.2 相间短路的电流保护配置：三段式加方向元件

相间短路电流保护的标准配置是三段式：电流速断（I段）保护本线路的一部分，瞬时动作；限时速断（II段）保护本线路全长并延伸至相邻线路首端，一般带0.5秒延时；过电流（III段）作为本线路和相邻元件的后备保护，整定躲过最大负荷电流，时间阶梯逐级配合。在110kV单电源环形网络里，I段和II段都要装方向元件，正方向规定为“从母线流向被保护线路”。这样反向故障时，方向元件闭锁保护，不会导致整条环网全部停电。

配置时我一般按三步走。第一步画运行方式图，标出断路器编号和可能开环点；第二步按最大运行方式算各母线三相短路电流，按最小运行方式算两相短路电流；第三步逐段整定，把整定值和灵敏度填入表格，画出时间配合图。每一步都要写清楚依据，因为答辩时老师大概率会问“这个定值为什么是这么大”。

2.3 接地短路保护：110kV中性点直接接地，零序保护要单独做

110kV电网是中性点直接接地系统，单相接地时故障点流过很大的零序电流，不能用相间电流保护来切除。所以题目里“接地短路”这个关键词对应的是零序电流保护，和相间电流保护并列存在。零序电流从哪里来？工程现场常见做法是取自变压器中性点回路或由三相CT的二次绕组按星形连接合成零序，课程设计里只需在图纸上标出零序回路即可。

零序保护同样用三段式：零序I段躲过本线路末端接地故障的最大零序电流；零序II段与相邻线路的零序I段配合；零序III段作为后备，躲过正常运行时可能出现的最大不平衡电流。在环形网络中，零序电流的分配同样存在两条路径并联的问题，整定计算时要分别按闭环和开环取最大最小值。很多同学在这里把相间短路的短路电流直接套到零序计算里，这是课程设计里最容易被扣分的点之一，后面避坑章节会详细说。

3. 短路电流手算与保护整定：标幺值法、公式与灵敏度校验

3.1 标幺值短路电流计算：网络阻抗图与手算示例

做整定计算之前，先把网络变成一张阻抗图。以典型的三节点环网为例：110kV系统经A站母线接入环网，线路AB长30km，线路AC长25km，线路CB长20km，导线规格均为LGJ-185，正序阻抗取0.17Ω/km。系统侧等值阻抗在最大运行方式下取5Ω，最小运行方式下取15Ω。计算基准容量取100MVA，基准电压取115kV（110kV级别平均额定电压）。

计算B点三相短路电流时，闭环运行下从A到B有两条并联路径：一条直接经过AB线路，另一条经过AC线路再经CB线路。最大运行方式下系统阻抗取5Ω，两条路径的阻抗分别是：

路径1阻抗 Z1 = 5 + 0.17×30 = 10.1Ω
路径2阻抗 Z2 = 5 + 0.17×25 + 0.17×20 = 12.65Ω
并联后总阻抗 ZΣ = Z1×Z2 / (Z1+Z2) ≈ 5.61Ω

三相短路电流为 KB（平均电压115kV）下的相电压除阻抗：Id = 115 / (√3 × 5.61) ≈ 11.83kA。最小运行方式下校验灵敏度时，要取开环运行状态，比如断开CB线路后，B点经AC路径供电，系统阻抗取15Ω，总阻抗为15 + 0.17×25 + 0.17×20 = 22.65Ω，两相短路电流为 Id2 = (√3/2) × (115 / (√3 × 22.65)) ≈ 4.40kA。这组数值后面整定和灵敏度都用得上。

3.2 三段式相间保护整定：公式、参数与配合表

三段式整定公式是课程设计说明书里的核心硬通货。以线路AB的保护为例，I段整定：躲过本线路末端（B母线）三相短路时流过保护的最大短路电流，取上面算出的11.83kA，可靠系数Krel取1.25，则I段动作电流为14.79kA。保护范围一般在全线路的30%~50%，这个数值反算即可。

II段整定：要与相邻线路BC的I段配合。相邻线路BC的I段按C母线三相短路电流整定，C母线短路电流用同样方法算出，假设为9.20kA，取相邻I段定值的1.1倍配合，同时要考虑环网中助增电流的影响。为简化计算，课程设计里一般取分支系数为1.2～1.5。所以II段定值为 9.20×1.1×1.3≈13.16kA，动作时间0.5秒，灵敏度要求本线路末端短路时大于1.25。用B点两相短路电流4.40kA校验肯定不满足，这里就暴露了单电源环网中II段可能无法覆盖线路全长的现实。

III段过电流保护整定：躲过本线路最大负荷电流。假设线路最大负荷电流为300A，可靠系数取1.2，自启动系数取1.3，返回系数取0.85，则动作电流为 300×1.2×1.3/0.85 ≈ 550A，动作时间2.0s（与下级保护时间阶梯0.5s）。远后备灵敏度用最小方式下相邻末端两相短路电流校验，要求大于1.2。

3.3 零序电流保护整定与灵敏度校验

零序保护计算前，先要画出零序网络阻抗图，这时要点在于变压器中性点接地位置。110kV系统中，不是每一台变压器中性点都接地，只有接地变压器才能为零序电流提供通路。在单电源环网中，如果A站变压器中性点接地，则零序电流全部由A站提供，路径和相间短路阻抗计算类似，但线路零序阻抗取0.42Ω/km，且要注意环网中零序电流分配。

零序I段动作电流为：躲过本线路末端接地短路时流过保护入口的最大零序电流3I0。假设B母线接地短路时最大零序电流为6.50kA，可靠系数同样取1.25，则零序I段定值为8.13kA。零序II段与相邻线路零序I段配合，时间0.5s；零序III段躲过最大负荷状态下的不平衡电流，一般取200~300A。灵敏度校验按规程要求：零序I段保护范围不小于线路长度的15%~20%，零序III段校验最小运行方式下线路末端接地故障的零序电流，要求大于1.3。

这里记住一个原则：零序电流不是用正序短路电流乘多少倍换算出来的，必须按零序网络重新算。两套电流保护（相间和零序）共用线路保护装置，但定值需要单独整定。

4. 把保护方案画进图纸并仿真：MATLAB脚本、单线图与说明书编排

4.1 从单线图到保护配置图：CT极性、跳闸回路与信号回路

课程设计的汇本里，图纸部分至少要有三张：单线图、保护配置图、二次回路展开图。单线图把断路器、隔离开关、母线、变压器、CT位置标清楚；保护配置图在单线图上标注每套保护的型号和功能（比如“线路保护+重合闸”、“零序保护”）；二次回路展开图画出电流回路、跳闸回路和信号回路。最容易出错的是CT极性标注。方向元件的正方向被定义为“从母线流向线路”时，CT的极性端必须安装在母线侧，否则反向故障时方向判断完全相反。图纸上请用实心圆点标出极性，并在图注里写明“极性端朝母线侧”。

跳闸回路设计也值得写一笔：保护动作接点、手跳接点、防跳回路和断路器跳闸线圈之间怎么配合。课程设计不需要画完整的防跳回路，但至少要把保护出口到跳闸线圈的通路画对。常见翻车是把两个保护出口直接并联不加隔离，这在现场会被直接打回。

4.2 用MATLAB脚本复算短路电流：最小可用脚本与参数说明

手算完成后，可以用一段简短的MATLAB脚本快速复核，也方便调整线路参数后重算。下面这段脚本对应前面三节点环网的短路电流计算，直接复制到MATLAB里就能出结果。

% 110kV单电源环形网络短路电流复算脚本 % 参数定义：系统阻抗、线路长度与单位阻抗 UB = 115; % 平均额定电压 115kV Xs_min = 5; % 最大运行方式系统阻抗（欧姆） Xs_max = 15; % 最小运行方式系统阻抗（欧姆） x1 = 0.17; % 线路正序阻抗，欧姆/km L_AB = 30; L_AC = 25; L_CB = 20; % 三回线路长度，km % 闭环最大运行方式：B母线三相短路，A到B两条并联路径 Z_path1 = Xs_min + x1 * L_AB; Z_path2 = Xs_min + x1 * L_AC + x1 * L_CB; Z_sum_3 = (Z_path1 * Z_path2) / (Z_path1 + Z_path2); Id3_B_max = UB / sqrt(3) / Z_sum_3; % 三相短路电流，kA % 开环最小运行方式：断开CB线路，B点经A-C-B最长路径供电 Z_sum_2 = Xs_max + x1 * L_AC + x1 * L_CB; Id2_B_min = (sqrt(3)/2) * UB / sqrt(3) / Z_sum_2; % 两相短路电流，kA fprintf('闭环最大方式下母线B三相短路电流：%.2f kA\n', Id3_B_max); fprintf('开环最小方式下母线B两相短路电流：%.2f kA\n', Id2_B_min);

逻辑说明：脚本先算最大运行方式下闭环双路径的并联等值阻抗，再除以平均额定电压得到三相短路电流；然后换到最小运行方式下开环网络的最长阻抗路径，用两相短路系数√3/2得到校验电流。运行后输出的11.79kA和4.39kA与前面手算结果一致，可以作为整定依据。

参数说明：Xs_min和Xs_max来自电力系统等值计算，不同接入点差异很大，课程设计里常直接给定；x1取LGJ-185的典型正序电抗值，需要实际工程数据时查线路参数手册。把脚本里的L_AB、L_AC、L_CB改成你自己的网络长度，就可复算你的题目。

4.3 编排“汇本”：计算书、图纸与定值单的顺序

课程设计汇本.doc这类模板一般包含任务书、设计说明书、计算书、图纸与定值单几个部分。我的建议是顺序上先写计算书，再画图纸，最后汇总成说明书，但排版时把计算书放在图纸前。计算书里每个整定公式务必写出代入数值的过程，不要只给结果。图纸中保护配置图和定值单要一一对应，比如线路AB保护定值单上的I段定值14.79kA，必须能在计算书里找到出处。设备栏也别忘了标注保护装置型号和CT变比，CT变比影响二次侧定值折算，答辩时老师特别喜欢在这里追问。

5. 避坑专项：误跳闸、灵敏度不够与配合失效

5.1 现象：电流速断保护范围太短，甚至保护不到线路的10%

原因分析：整定I段时只用了最大运行方式下的三相短路电流，可靠系数取得偏大且没有校验最小运行方式下的保护范围。线路较长时，最小运行方式下末端两相短路电流急剧下降，造成速断保护范围严重缩水。解决方法是先算最小方式下线路沿线两相短路电流分布，如果线路末端两相短路电流低于I段定值，就通过II段来保护线路全长，同时在说明书里明确说明“I段保护范围为本线路前XX%”。

5.2 现象：上下级保护配合失败，下级故障上级先跳

原因分析：II段整定只乘以了1.1的配合系数，没有考虑环网中的分支系数。环网中助增电流会让上级保护流过的故障电流大于相邻线路保护流过的电流，配合时用最大分支系数才能保证时间上的选择性。解决方法是把配合公式改为 II段定值 ≥ Krel × Kfz × 相邻I段定值，其中Krel取1.1，Kfz取1.2~1.5。计算书中要把分支系数选取理由写出来。

5.3 现象：零序电流计算出来比相间短路电流还大，明显不合理

原因分析：直接把相间短路电流乘了系数来充当零序电流，这是误用，因为零序网络和正序网络的阻抗分布完全不同，线路零序阻抗比正序阻抗大，且只有中性点接地的变压器才提供零序通路。解决方法是把零序网络单独画出，电源点设在中性点接地变压器处，再计算故障点零序电流。算完用求出的3I0除以零序阻抗估算接地故障点电压，确认数值在同一数量级。

5.4 现象：图纸上方向元件动作区域与短路电流方向相反

原因分析：CT极性标反，或者方向元件的“正方向”定义写反。以“从母线流向被保护线路”为正方向的保护，必须把CT同极性端装在母线侧，并让二次电流进入保护装置的极性端。解决方法是画图时全程使用“母线侧—极性端—保护装置—断路器”这一条路径惯例，并在图注中写一句“所有CT极性端均指向母线”，一劳永逸。

5.5 现象：过电流保护灵敏度校验总是差一点点

原因分析：校验相间过电流保护远后备灵敏度时，使用了三相短路电流，而规程要求用最小运行方式下两相短路电流；或者最大负荷电流取值太大，负荷自启动系数取得过高。解决方法是严格按要求用两相短路电流4.40kA去除以III段定值0.55kA，得到灵敏度约8.0，满足要求。如果用错三相短路值，结果看似更大，但现实故障多数是两相短路，答辩时一旦被指出就是重大扣分。

提示：以上五条是全篇最容易被老师写评语的位置，逐条核对后再提交汇本，能少一轮修改。

6. 把整定结果做成定值单：三种复核技巧与现场习惯

整定计算完成后不要急着写结论，先把结果放到定值单里验证一遍。第一种复核用对称分量法检验接地故障计算：用零序电流定值反推接地故障时的零序电压，再和母线零序电压允许范围对比，偏差超过20%基本可以断定零序阻抗图有误。第二种复核做分支系数敏感性分析：把分支系数从1.0调到1.6，观察II段定值对保护范围的影响，如果灵敏度过低，就要考虑改用电流电压联锁速断或距离保护作为补充方向，虽然课程设计不用动，但说明书里写一句“本方案边界条件为环网闭环运行”会给评审留下好印象。第三种复核是模拟一次故障点在线路上移动的“走差法”：每隔10%线路长度算一次短路电流，做出“故障距离—短路电流曲线”，对比I段和II段的整定值，你能直观看到哪些区间由哪段保护动作。这是答辩时很有说服力的展示材料。

我自己做过这类设计时，吃过一次亏：整定完直接写定值单，没有复核最小运行方式下的保护范围，结果答辩时被老师拿一段线路参数追问，当场算出速断保护只覆盖了线路前6%，非常狼狈。后来养成习惯：不管题目要求多简单，先画三张图（运行方式图、阻抗图、时限配合图）再动手算定值，图纸和计算书全部核对完才排版本。这个习惯后来带到了现场工作里，做定值单前先拿运行方式变化清单过一遍，有效避开了“方式变了定值没跟上”的坑。

这份设计走到这里，该有的计算、图纸和校核手段已经齐了。剩下的是把你的计算书往里填实，把每一组定值都标注出“最大方式整定，最小方式校验”的字样。希望这个思路对你有用，按这个流程做下来，至少不会被老师觉得“方案是抄的”。

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