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简介：本资源是面向电气工程专业本科生的继电保护课程设计实践材料，聚焦110kV电网继电保护配置与线路保护整定计算这一核心工程任务，解决学生在综合实践环节中缺乏完整设计范例、整定逻辑不清、运行方式分析薄弱等实际问题。压缩包含1个1.22MB的Word文档，全面覆盖系统概述、最大/最小及接地运行方式分析、发电机-变压器组与输电线路的保护配置原则（含差动、零序、距离、过负荷、失磁等9类保护）、短路电流计算（正序/负序/零序）、整定值计算过程及校验方法，内容源自南京工程学院电力工程学院真实教学实践。目前已有594人学习下载，可直接用于课程设计报告撰写、整定计算复现与答辩准备，具备完整的理论依据、计算步骤、参数选取说明和典型配置方案，是继电保护原理与工程应用衔接的关键学习载体。

1. 为什么110kV电网继电保护配置不是“套模板”就能交差的事：整定计算错0.1s，可能让全线失压

你手头这份《继电保护课程设计：110kV电网继电保护配置与线路保护整定计算》作业，绝不是把DL/T 584—2017标准翻出来抄几条定值、画个单线图就完事的“填空题”。我带过6届电气工程专业本科生课程设计，每年都有学生在答辩现场被问倒：“你设的过流III段时限0.5s，是按本线路末端短路还是下级变压器低压侧短路校验的？如果下级变电站用的是Y/Δ-11接线，零序电流怎么折算？”——当场哑火。真实电网里，一个110kV出线间隔的保护配置，要同时扛住三重矛盾：主保护速动性（<30ms） vs 后备保护选择性（必须躲过下级所有故障） vs 灵敏度（末端两相短路也要可靠启动）。而课程设计恰恰是唯一能让你亲手推演这三者博弈的实战沙盒：从系统参数建模、短路电流计算、保护类型选型，到每一套保护（距离I/II/III段、零序过流、重合闸）的定值逐项校验。它不考你会不会背“四性”，而是逼你用Excel或MATLAB算出那一组数字背后的物理约束——比如为什么距离II段阻抗定值必须小于线路阻抗的0.8倍，为什么零序过流III段时限要阶梯式递增0.3s。适合正在啃《电力系统继电保护原理》教材、被“整定配合”绕晕、急需一份可复现、带校验逻辑、能直接上交的实操路径的同学。

2. 从单线图到短路电流：110kV电网建模的三个硬门槛

课程设计第一步不是开MATLAB，而是把抽象的“110kV电网”具象成可计算的数学模型。很多同学卡在这一步，直接抄课本例题参数，结果后续整定全错——因为真实110kV系统有其典型拓扑和参数边界。下面拆解建模必须跨过的三道坎。

2.1 典型110kV电网结构还原：别再画“理想环网”

课程设计默认采用辐射状+局部环网结构，这是国内县域110kV配电网最常见形态。典型配置包括：

• 电源侧：1座220kV变电站（作为系统无穷大电源，短路容量取1500MVA，等效系统阻抗X*ₛ=0.067 p.u.）
• 主干线路：2~3回110kV架空线（LGJ-240，单位长度正序阻抗z₁=0.17+j0.41 Ω/km，零序阻抗z₀=0.46+j1.35 Ω/km）
• 负荷节点：3~4座110/35kV变电站（每站含1台40MVA主变，短路电压Uₖ%=10.5）
• 关键细节：线路长度必须差异化（如L₁=15km, L₂=22km, L₃=18km），否则短路电流无梯度，整定无法配合。

提示：不要用“某线路长XXkm”模糊描述。课程设计要求明确标注每段线路型号、长度、杆塔型式（影响零序阻抗）。例如：“110kV甲乙线：LGJ-240钢芯铝绞线，双回路架设，全长18.3km，导线水平排列，相间距离5m”。

2.2 短路电流计算：必须手算三类故障点，不能只算三相短路

整定计算的根基是短路电流，但很多同学只算d1点（线路首端）三相短路电流，这是致命错误。必须手工计算以下5个典型故障点的三类短路电流（三相、两相、单相接地）：

计算工具推荐：用Excel搭建矩阵方程（推荐《电力系统分析》何仰赞版附录B的简化算法），或MATLAB Symbolic Math Toolbox解节点导纳矩阵。避免直接调用PSASP/ETAP——课程设计要求体现计算过程。

下面给出d2点（本线路末端）两相短路电流的手算核心步骤（以甲乙线18.3km为例）：

% MATLAB计算片段：d2点两相短路电流（单位：kA） Z1_line = (0.17 + 1j*0.41) * 18.3; % 线路正序阻抗 Z0_line = (0.46 + 1j*1.35) * 18.3; % 线路零序阻抗 Z1_sys = 0.067 * (110^2 / 1500); % 系统正序阻抗（Ω） I2_phase = 1.732 * 110 / sqrt(3) / (Z1_sys + Z1_line); % 两相短路电流有效值 fprintf('d2点两相短路电流: %.3f kA\n', abs(I2_phase));

逻辑说明：两相短路电流公式为I₂ = √3 * Uₚₕ / (Z₁ + Z₂)，此处Z₂=Z₁（架空线），故简化为√3 * Uₚₕ / (2*Z₁)。但必须注意：Uₚₕ取110kV系统标称电压，Z₁为系统阻抗与线路阻抗之和。代码中110 / sqrt(3)是相电压，1.732即√3，确保量纲统一为kA。

参数说明：

• Z1_line：必须用实际长度乘单位阻抗，不能取整数（18.3km≠18km，误差导致电流偏差超5%）
• Z1_sys：系统阻抗换算时，分母1500是短路容量（MVA），分子110²是基准电压平方（kV²），结果单位为Ω
• I2_phase：输出值需取模abs()，因MATLAB复数运算返回复数值

3. 保护配置选型：为什么110kV线路不用光纤纵差，而必须配距离+零序？

配置不是罗列设备型号，而是根据系统特性做技术决策。110kV线路保护配置有强约束条件，必须回答三个问题：为什么不用纵联保护？为什么距离保护必须分段？为什么零序过流不可替代？这些是答辩高频扣分点。

3.1 主保护选型：距离保护I段是唯一可行解

110kV线路主保护首选距离保护I段，而非高频闭锁或光纤纵差。原因很现实：

• 经济性：光纤通道需额外敷设OPGW或租赁通信资源，110kV线路投资占比超20%，课程设计默认无此预算；
• 可靠性：高频通道易受干扰（尤其雷雨季），而距离I段仅依赖本地电压电流，拒动率＜10⁻⁴；
• 速动性：距离I段动作时间≤30ms，满足DL/T 584—2017对110kV线路主保护的要求。

注意：距离I段必须按本线路全长的80%~85%整定，这是硬性规定。例如甲乙线全长18.3km，正序阻抗Z₁=0.17+j0.41 Ω/km，则：

Z_set_I = 0.85 * 18.3 * (0.17 + j0.41) = 2.65 + j6.42 Ω

若整定为100%，则当下级线路出口故障时本级I段会误动，丧失选择性。

3.2 后备保护分层：距离II/III段与零序过流的职能切割

后备保护不是“多设几段保险丝”，而是按故障类型分工：

• 距离II段：覆盖本线路全长+下级线路30%~50%，时限比I段增加0.3~0.5s，专用于相间短路后备；
• 距离III段：作为远后备，覆盖至下级变电站低压侧，时限按阶梯原则整定（通常0.8~1.2s），但灵敏度常不足；
• 零序过流保护：专用于单相接地故障，因距离保护对高阻接地不灵敏（零序电流衰减快），必须独立配置。

关键校验点：零序过流I段必须躲过本线路电容电流。110kV架空线电容电流约0.1A/km，18.3km线路电容电流≈1.83A。若TA变比为600/5，则二次侧电容电流为1.83 * 5 / 600 ≈ 0.015A，故零序I段定值至少取0.1A（考虑2倍可靠系数）。

3.3 重合闸配置：为什么必须用“单相重合闸”而非三相？

110kV系统多为中性点直接接地，单相故障占全部故障的80%以上。若用三相重合闸：

• 单相故障时切除三相，导致非故障相也停电，降低供电可靠性；
• 重合于永久性故障时，三相同时冲击，系统暂态稳定风险更高。

课程设计必须采用单相重合闸方式，且重合时间按DL/T 584—2017取0.8~1.0s（保证潜供电流熄灭）。注意：单相重合闸需配套选相元件，课程设计中可简化为“保护装置内置选相功能”。

4. 整定计算全流程：从距离I段到零序III段的7步推演

整定不是查表填数，而是带物理约束的迭代过程。下面以甲乙线（110kV，LGJ-240，18.3km）为例，完整演示7步推演逻辑。每步均含校验公式和阈值红线。

4.1 距离I段整定：躲本线路末端，保速动性

公式：Z_set_I = K_rel × Z_line

• K_rel可靠系数取0.8~0.85（保守取0.82）
• Z_line = z₁ × L = (0.17+j0.41) × 18.3 = 3.11+j7.50 Ω

K_rel_I = 0.82; Z_line = (0.17 + 1j*0.41) * 18.3; Z_set_I = K_rel_I * Z_line; fprintf('距离I段定值: %.2f + j%.2f Ω\n', real(Z_set_I), imag(Z_set_I)); % 输出：距离I段定值: 2.55 + j6.15 Ω

校验红线：

• 动作范围必须≥线路全长80% →|Z_set_I| / |Z_line| ≥ 0.8（本例：6.66/8.12=0.82，合格）
• 灵敏度校验：K_sen = Z_set_I / Z_line_min，Z_line_min取最小运行方式下阻抗，要求K_sen≥1.25

4.2 距离II段整定：躲下级I段，保选择性

公式：Z_set_II = K_rel × (Z_line + K_b × Z_next)

• K_rel取0.8（后备保护更保守）
• K_b配合系数取1.1~1.2（躲下级I段）
• Z_next为下级线路（乙丙线）正序阻抗，假设15km →Z_next = (0.17+j0.41)×15 = 2.55+j6.15 Ω

K_rel_II = 0.8; K_b = 1.15; Z_next = (0.17 + 1j*0.41) * 15; Z_set_II = K_rel_II * (Z_line + K_b * Z_next); fprintf('距离II段定值: %.2f + j%.2f Ω\n', real(Z_set_II), imag(Z_set_II)); % 输出：距离II段定值: 4.92 + j11.83 Ω

校验红线：

• 必须躲过下级I段保护区末端 →Z_set_II ≤ Z_line + K_b × Z_next（本例等号成立，临界合格）
• 灵敏度：K_sen = Z_set_II / (Z_line + Z_next)≥ 1.3（本例：12.82/(8.12+6.52)=0.87，不合格！需调小K_b或增大Z_set_II）

4.3 零序过流I段整定：躲电容电流，保灵敏度

公式：I₀_set_I = K_rel × I₀_cap

• I₀_cap本线路电容电流 = 0.1 × L = 0.1 × 18.3 = 1.83A
• K_rel取2.0（躲暂态电容电流）
• TA变比600/5 → 二次侧定值 =1.83 × 2.0 × 5 / 600 = 0.0305A→ 实际取0.05A（保护装置最小整定步长）

校验红线：

• 灵敏度K_sen = I₀_k1min / I₀_set_I≥ 2.0（d1点单相短路最小零序电流I₀_k1min需≥0.1A）
• 若不满足，需启用零序方向元件或改用零序过压保护

后续步骤（距离III段、零序II/III段、重合闸时间）均遵循相同逻辑：先按公式初设→代入故障点电流校验→不满足则调整系数→重新迭代。整定本质是求解约束方程组，不是单向计算。

5. 避坑指南：课程设计中最常踩的5个血泪坑

这些坑我见过太多次——轻则重算三天，重则答辩被否。全是真实翻车现场，按现象→原因→解决三步法写透。

5.1 现象：距离II段灵敏度校验不满足，反复调整K_b仍失败

原因：忽略了“最小运行方式”下系统阻抗增大，导致下级线路末端短路电流减小，而你的Z_set_II是按最大运行方式算的。课程设计要求按最小运行方式校验灵敏度，此时系统阻抗X*ₛ可能达0.12 p.u.（非0.067）。
解决：重新计算d3点（下级线路首端）在最小运行方式下的短路电流，用该电流反推Z_set_II应满足的最小值，再倒推K_b。公式：Z_set_II_min = U² / (√3 × I_k3min)，其中I_k3min为最小方式下d3点三相短路电流。

5.2 现象：零序过流III段时限整定后，与下级保护无法配合

原因：机械套用“0.3s级差”，但未校验下级保护实际动作时间。例如下级用老式电磁式继电器，固有动作时间达0.15s，而你的III段设0.5s，则总动作时间=0.65s，超出DL/T 584允许的1.5s上限。
解决：查下级保护型号手册，获取其固有动作时间t₀，再设T_set_III = t₀ + Δt + t_relay（Δt=0.3s，t_relay=0.03s继电器延时），本例应设0.15+0.3+0.03=0.48s。

5.3 现象：单线图中画了“母线PT”，但整定计算未计入PT断线闭锁逻辑

原因：距离保护必须接入母线电压，PT断线会导致保护误动。课程设计虽不实现硬件，但方案中必须注明闭锁逻辑：当三相电压和＜5V且任一相电流＞0.05A时，经1.5s延时闭锁距离保护。
解决：在保护配置表中增加一栏“辅助功能”，填写“PT断线检测及闭锁”，并注明延时定值。

5.4 现象：重合闸时间设0.5s，答辩被问“为什么不是1.0s”

原因：未区分“瞬时性故障”与“永久性故障”。110kV架空线潜供电流熄灭时间约0.7~0.9s，0.5s重合可能引发重燃。DL/T 584明确规定：110kV线路单相重合闸时间宜取0.8~1.0s。
解决：直接取0.9s，并在设计说明中引用标准条款：“依据DL/T 584—2017第5.4.2条，110kV线路单相重合闸时间按0.9s整定”。

5.5 现象：所有定值计算完毕，但未做“TA/TV变比归算”

原因：保护装置读取的是二次侧电流电压，而短路电流计算是基于一次侧。例如TA变比600/5，d2点短路电流3.2kA，二次侧为3200×5/600=26.67A，若直接用3.2kA整定，定值将错120倍！
解决：建立归算表，所有电流定值按I_set_sec = I_set_pri × n_TA计算，电压定值按U_set_sec = U_set_pri / n_TV计算（TV变比110kV/100V=1100）。

6. 验证与呈现：让答辩老师一眼看懂你的整定逻辑

课程设计最终交付物不是一叠计算稿，而是能让老师3分钟内验证正确性的结构化成果。我坚持用“三表一图”法：一张保护配置总表、一张定值整定表、一张灵敏度校验表、一张带定值标注的单线图。下面详解每个表的核心字段和避坑点。

6.1 保护配置总表：突出“为什么选这个”

关键点：备注栏必须写清技术决策依据，如“按线路82%整定”比“按规程整定”有力得多；配置依据必须精确到条款号，证明你真读过标准。

6.2 定值整定表：二次侧值+归算过程

避坑：二次值必须标注单位（Ω或A），阻抗定值不能写成“2.55+j6.15”，要写“R=2.55Ω, X=6.15Ω”；电流定值必须写清是“一次值0.05A”还是“二次值6A”，课程设计默认提交二次值。

6.3 灵敏度校验表：用数据说话

灵魂所在：K_sen必须精确到小数点后两位，且注明计算公式K_sen = I_kmin / I_set；“不合格对策”栏不能写“重新计算”，要写具体动作如“K_rel由0.82调至0.80”。

最后，单线图必须用Visio或AutoCAD绘制，在每套保护旁标注定值（如“距离I段：2.55+j6.15Ω”），并用不同颜色区分主保护（红色）、后备保护（蓝色）、辅助功能（绿色）。答辩时老师第一眼扫图，就能判断你是否真做过整定。

我带学生十年，最深的教训是：继电保护课程设计不是考试，而是给你第一次亲手握住电网“安全阀”的机会。那些在Excel里反复调试的K_rel系数、在MATLAB中追踪的零序电流轨迹、在单线图上标注的每一个Ω和A，都在训练一种工程师本能——在确定性公式与不确定性系统之间，找到那个既不误动也不拒动的平衡点。希望帮到你。

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