简介：这份继电保护课程设计文档面向电气工程及其自动化专业学生，围绕110KV单电源环形网络的相间接地短路电流保护展开，帮助读者完成从保护方式确定到整定计算的全流程设计任务。资源包内含1个doc文件，大小约813KB，内容涵盖短路电流与残余电压计算、最大最小运行方式选择、三段式电流保护整定及灵敏度校验，并附有保护1的接线图绘制要求与设计心得。文档以任务书、摘要、引言、元件参数计算、保护方式确定等章节组织，重点讲解电流保护与距离保护的具体计算过程，同时给出最大负荷电流、变压器等值电抗等关键参数的求解思路。目前已有73人学习，适合需要参考完整课程设计范本、梳理短路计算与保护整定方法的高校学生及自学者使用。

1. 110KV单电源环形网络继保设计：从短路电流到三段式整定，这份范本把计算过程全摊开了

带过几届课程设计之后，我发现一个规律：大部分学生卡住的地方，不是保护原理没学懂，而是拿到一个环形网络，不知道从哪下手算短路电流、怎么选运行方式、整定值算出来灵敏度不够又该怎么办。这份110KV单电源环形网络相间接地短路电流保护的课程设计范本，恰好把这条链路从头到尾走了一遍——从网络参数归算、等值电抗计算、最大最小运行方式选定，到短路电流与残余电压计算，再到保护1、3、5、7的三段式整定与灵敏度校验，每一步都有公式、有代入数据、有结果表格。它适合正在做继保课设的电气类学生，也适合想重新梳理三段式电流保护整定逻辑的初级运维人员。下面我按自己拆解这份文档的思路，把关键计算和容易翻车的地方逐一讲清楚。

2. 等值电抗与最大负荷电流：标幺值归算的每一步都别跳

2.1 标幺值体系怎么建：基准容量和基准电压的选取

这份设计用的是标幺值法，基准容量取100MVA，基准电压取115KV。为什么不用有名值？110KV网络跨了多个电压等级，用有名值就得把各侧参数归算到同一电压等级，中间多一步折算就多一个出错点。标幺值把这个问题消掉了——所有参数除以各自的基准值，量纲统一，串并联直接算。

基准电流和基准电抗先算出来，后面所有归算都靠这两个数：

# 标幺值法基准参数计算 S_B = 100 # 基准容量，单位MVA V_B = 115 # 基准电压，单位KV # 基准电流：I_B = S_B / (sqrt(3) * V_B) I_B = S_B * 1000 / (1.732 * V_B) # 单位A，结果约502A print(f"基准电流 I_B = {I_B:.1f} A") # 基准电抗：Z_B = V_B^2 / S_B Z_B = V_B**2 / S_B # 单位Ω print(f"基准电抗 Z_B = {Z_B:.2f} Ω")

这里有个细节：文档里基准电流写的是0.502KA，基准电抗写的是132.25Ω。注意单位换算，S_B用MVA、V_B用KV时，I_B算出来是KA量级，Z_B算出来是Ω。我见过有人把S_B代成100×10³KVA去算，结果差三个数量级，后面整定全废。

2.2 线路和变压器等值电抗：归算公式与常见代错

线路的正序电抗题目给了0.4Ω/KM，各段长度不同，先算有名值再除以Z_B得标幺值。以AB线路为例，长度42KM：

X1 = 0.4 # 线路单位长度正序电抗，Ω/KM # 各线路等值电抗有名值与标幺值 lines = { "AB": 42, # 长度KM "BC": 32, "CD": 42, "DA": 42 } Z_B = 132.25 # 前面算出的基准电抗 for name, length in lines.items(): X_ohm = X1 * length # 有名值 X_star = X_ohm / Z_B # 标幺值 print(f"线路{name}: X = {X_ohm:.1f}Ω, X* = {X_star:.4f}")

算出来AB和DA的标幺值约0.127，BC约0.0945。注意CD和DA长度虽然都是42KM，但文档里CD的标幺值写的是0.127，DA也是0.127，这里没问题。但如果你拿到的题目里各段长度不一样，千万别照抄。

变压器等值电抗用短路电压百分比来算。T1、T2、T3的U_K%对应的标幺值约0.175，T4到T8约0.33。公式是：

# 变压器等值电抗标幺值 # X_T* = (U_K% / 100) * (S_B / S_N) # 其中S_N为变压器额定容量 def transformer_X(U_K_percent, S_N_MVA, S_B=100): return (U_K_percent / 100) * (S_B / S_N_MVA) # 示例：若U_K%=10.5，S_N=60MVA X_T1 = transformer_X(10.5, 60) print(f"变压器T1标幺值: {X_T1:.4f}")

注意：变压器等值电抗的归算，基准容量选的是100MVA，但变压器额定容量各不相同。代公式时S_N一定要用变压器自己的额定容量，不能统一用100。

2.3 最大负荷电流：环形网络潮流分布的近似解法

环形网络的最大负荷电流不能直接拿负荷功率除以电压，因为环网里功率是分流的。文档里用了一个近似方法：对回路电压方程取共轭并乘以额定电压，得到功率方程，解出流经各阻抗支路的功率。

具体做法是列回路方程，然后解出流经AB支路的功率S_a，再依次推出各线路的功率分布。文档给出的结果是S_AB=65.08MVA，S_AD=12.92MVA，S_BC=35.08MVA，S_CD=7.08MVA。然后折算成110KV侧的最大负荷电流：

import math def max_load_current(S_MVA, cos_phi=0.8, V_KV=115): """由视在功率计算最大负荷电流，单位KA""" I = S_MVA * cos_phi / (1.732 * V_KV) return I # 各线路最大负荷电流 loads = {"AB": 65.08, "BC": 35.08, "CD": 7.08, "AD": 12.92} for name, S in loads.items(): I = max_load_current(S) print(f"线路{name}最大负荷电流: {I:.4f} KA")

算出来AB约0.326KA，BC约0.176KA，CD约0.0355KA，AD约0.0649KA。这几个数后面整定定时限过电流保护时要用到，尤其是AB和BC的负荷电流，直接决定过电流保护的动作值。

3. 短路电流与残余电压：运行方式选错，后面全白算

3.1 最大最小运行方式的确定逻辑

继保整定的铁律是：按最大运行方式算动作值保证选择性，按最小运行方式校验灵敏度保证不拒动。这份设计里，最大运行方式对应系统等值阻抗最小——发电机全投、变压器全投、闭环运行；最小运行方式对应等值阻抗最大——部分机组停运、开环运行。

文档里最大运行方式下的最小电源阻抗Z_s.min=(0.215+0.175)/3≈0.13，最小运行方式下的最大电源阻抗Z_s.max=0.215+0.175=0.39。这两个数差了三倍，直接导致短路电流差三倍。如果你把运行方式搞反了，动作值会整得偏小，选择性直接崩掉。

3.2 三相短路电流计算：从K1到K5逐点推

短路电流的计算公式是I_K(3)=I_B/(Z_s.min+ΣZ_L*)，其中ΣZ_L*是从电源到短路点的各段线路标幺值之和。以K1点为例：

I_B = 0.502 # 基准电流，KA Z_s_min = 0.13 # 最大运行方式下电源最小阻抗标幺值 # 各线路标幺值 Z_AB = 0.066 Z_BC = 0.099 Z_CD = 0.127 Z_DA = 0.127 # K1点三相短路（AB线路末端） Z_total_K1 = Z_s_min + Z_AB + Z_BC + Z_CD + Z_DA I_K1_3 = I_B / Z_total_K1 print(f"K1点三相短路电流: {I_K1_3:.3f} KA") # K2点三相短路（BC线路末端） Z_total_K2 = Z_s_min + Z_AB + Z_BC + Z_CD I_K2_3 = I_B / Z_total_K2 print(f"K2点三相短路电流: {I_K2_3:.3f} KA")

文档给出的结果：K1点0.894KA，K2点1.173KA，K3点1.702KA，K4点2.561KA，K5点3.86KA。规律很明显——短路点越靠近电源，短路电流越大。这组数据是后面整定计算的基础，每一个保护的动作值都要拿对应的短路电流来算。

3.3 两相短路电流与残余电压：灵敏度校验的关键

两相短路电流和三相短路电流的关系是I_K(2)=(√3/2)×I_K(3)≈0.866×I_K(3)。灵敏度校验用的是最小运行方式下的两相短路电流，因为这是最不利的情况。

残余电压的计算公式是U_res=I_K(3)×Z_L×Z_B，其中Z_L是被保护线路的标幺值。以K1点为例，U_res=0.894×0.133×132.25≈15.74KV。残余电压的作用是判断电流电压联锁保护能否启动——如果残压太低，电压元件会闭锁，保护就拒动了。

# 两相短路电流与残余电压 def two_phase_current(I_three): return (math.sqrt(3) / 2) * I_three def residual_voltage(I_three, Z_line_star, Z_B=132.25): return I_three * Z_line_star * Z_B # K1点 I_K1_2 = two_phase_current(0.894) U_res_K1 = residual_voltage(0.894, 0.133) print(f"K1点两相短路电流: {I_K1_2:.3f} KA") print(f"K1点残余电压: {U_res_K1:.2f} KV")

注意：文档里残余电压表只列了最大运行方式的值，但灵敏度校验要用最小运行方式的两相短路电流。这两个别混——动作值按最大方式算，灵敏度按最小方式校。

4. 三段式电流保护整定：保护1、3、5、7的完整计算链

4.1 瞬时速断（I段）：动作值与保护范围校验

I段的整定原则是躲过被保护线路末端的最大三相短路电流，可靠系数取1.3。以保护1（AB线路）为例：

K_rel_I = 1.3 # I段可靠系数 # 保护1的I段动作电流 I_K_B_max = 2.561 # AB线路末端最大三相短路电流，KA I_op_1_I = K_rel_I * I_K_B_max print(f"保护1 I段动作电流: {I_op_1_I:.3f} KA") # 保护范围校验：最小运行方式下两相短路 I_K_min = 1.478 # 最小运行方式下AB线路末端两相短路电流，KA # 计算最小保护范围对应的电抗值 V_N = 115 # KV Z_s_max = 0.195 # 最小运行方式下电源最大阻抗标幺值 Z_B = 132.25 X_percent = (V_N / (2 * I_K_min) - Z_s_max * Z_B) / (0.066 * Z_B) print(f"保护1 I段最小保护范围: {X_percent*100:.1f}%")

文档算出来保护1的I段动作电流3.329KA，最小保护范围150.3%，远大于15%的要求。但这里有个问题——保护1的I段动作值3.329KA比K1点最大短路电流2.561KA还大，说明I段根本保护不到AB线路末端。这是正常的，I段本来就只能保护线路的一部分。

4.2 限时电流速断（II段）：与相邻线路I段配合

II段的整定原则是与相邻下一段线路的I段配合，可靠系数取1.1，动作时限比下一段I段大一个Δt（通常0.5S）。保护1的II段要与保护3的I段配合：

K_rel_II = 1.1 # II段可靠系数 # 保护3的I段动作电流 I_op_3_I = 1.3 * 1.702 # 保护3 I段动作值，KA print(f"保护3 I段动作电流: {I_op_3_I:.3f} KA") # 保护1的II段动作电流 I_op_1_II = K_rel_II * I_op_3_I print(f"保护1 II段动作电流: {I_op_1_II:.3f} KA") # 灵敏度校验 I_K_B_min = 1.478 # AB线路末端最小两相短路电流，KA K_sen = I_K_B_min / I_op_1_II print(f"保护1 II段灵敏度: {K_sen:.3f}")

文档算出来保护1的II段动作电流2.434KA，灵敏度0.607，远小于1.3的要求。这时候II段不能与保护3的I段配合了，得改成与保护3的II段配合。这是整定计算里最常见的翻车点——配合对象选错了，灵敏度怎么算都不够。

4.3 定时限过电流（III段）：近后备与远后备的双重校验

III段按躲过最大负荷电流整定，同时要考虑电动机自启动系数。公式是I_op_III=(K_rel×K_st/K_re)×I_L.max，其中K_rel取1.2，K_st取1.5，K_re取0.85。

K_rel_III = 1.2 K_st = 1.5 K_re = 0.85 # 保护1的III段动作电流 I_L_max_AB = 0.326 # AB线路最大负荷电流，KA I_op_1_III = (K_rel_III * K_st / K_re) * I_L_max_AB print(f"保护1 III段动作电流: {I_op_1_III:.3f} KA") # 近后备灵敏度校验 I_K_B_min = 1.478 K_sen_near = I_K_B_min / I_op_1_III print(f"保护1 III段近后备灵敏度: {K_sen_near:.3f}") # 远后备灵敏度校验 I_K_C_min = 1.207 # BC线路末端最小两相短路电流，KA K_sen_far = I_K_C_min / I_op_1_III print(f"保护1 III段远后备灵敏度: {K_sen_far:.3f}")

文档算出来保护1的III段动作电流0.653KA，近后备灵敏度2.263，远后备灵敏度1.848，都满足要求。III段的动作时限按阶梯原则整定，越靠近电源动作时间越长，保护1的III段动作时限为2S。

4.4 保护3、5、7的整定要点与配合关系

保护3（BC线路）的整定逻辑与保护1类似，但配合对象变成了保护5。保护3的I段动作电流1.404KA，II段与保护5的I段配合后动作电流1.677KA，灵敏度0.72不满足，需要与保护5的II段配合。III段动作电流0.373KA，近后备灵敏度3.24，远后备灵敏度2.365，均满足。

保护5和保护7的整定同理，核心逻辑是：I段躲本线路末端最大短路电流，II段与下一级I段或II段配合，III段按负荷电流整定并做近后备和远后备校验。整定顺序必须从线路末端开始，逐级往电源侧推，否则配合关系会乱。

注意：后备保护的动作电流必须保证上一级大于下一级，且有足够裕度。如果上一级的动作值比下一级还小，就会越级跳闸，选择性直接失效。

5. 避坑与排查：整定计算里最容易翻车的五个地方

5.1 运行方式搞反导致动作值整偏

现象：按最大运行方式算出来的动作值偏小，最小运行方式下灵敏度反而“虚高”。原因：把最大运行方式和最小运行方式的等值阻抗搞反了。最大运行方式对应最小阻抗、最大短路电流；最小运行方式对应最大阻抗、最小短路电流。解决：整定动作值时用最大运行方式下的最大短路电流，校验灵敏度时用最小运行方式下的最小短路电流。两个场景分开算，别混用。

5.2 标幺值归算时代错基准值

现象：算出来的标幺值差几个数量级，后面整定全乱。原因：基准容量用了100MVA但代入了100×10³KVA，或者基准电压用了115KV但代入了110KV。解决：统一用S_B=100MVA、V_B=115KV，算完基准电流和基准电抗后先检查数量级——I_B约0.5KA，Z_B约132Ω，不对就回头查。

5.3 II段配合对象选错导致灵敏度不够

现象：II段与下一级I段配合后灵敏度小于1.3，怎么调都调不够。原因：下一级I段动作值太大，导致本级II段动作值被抬得过高。解决：改与下一级II段配合，动作时限相应增加一个Δt。文档里保护1和保护3都遇到了这个问题，最终都是改与下一级II段配合才满足灵敏度。

5.4 灵敏度校验用错短路类型

现象：灵敏度算出来刚好卡在边界，换个短路类型就不满足了。原因：用了三相短路电流去校验灵敏度，但实际最不利的是两相短路。解决：灵敏度校验统一用最小运行方式下的两相短路电流，I_K(2)=0.866×I_K(3)。这是规程要求，别图省事用三相的。

5.5 动作时限阶梯配合漏掉Δt

现象：上下级保护动作时限相同或差值不够，可能同时动作。原因：整定III段时限时忘了加Δt，或者Δt取太小（小于0.3S）。解决：Δt一般取0.5S，文档里也是按0.5S配合的。保护1的III段2S，保护3的III段也是2S，但保护1的I段和II段时限要逐级配合。

6. 从计算表到接线图：把整定结果落成可交付文档

整定算完之后，最后一步是把结果整理成表格和接线图。这份范本里保护1的接线图包括原理图和展开图，原理图展示电流互感器、电流继电器、时间继电器、信号继电器的逻辑连接，展开图按直流回路和交流回路分开画。我一般会先画展开图，因为展开图的回路清晰，查线方便，原理图反而容易画乱。

整定结果表格建议按保护编号、段别、动作电流、动作时限、灵敏度、结论六列来列。文档里保护1和保护3的整定结果可以整理成这样：

接线图绘制时注意几个细节：电流互感器的极性不能接反，否则方向元件会误判；时间继电器的整定范围要覆盖计算出的动作时限；信号继电器要能区分I段、II段、III段动作。展开图里直流正电源经过继电器触点再到负电源，每一路都要能独立查通。

最后说一个我自己的习惯：每次整定算完，我都会拿最小运行方式下的两相短路电流反推一遍保护范围，看看I段到底能保护线路的百分之多少。如果I段保护范围不到15%，说明系统运行方式变化太大，得考虑改用电流电压联锁保护。这个反推步骤花不了五分钟，但能提前发现很多灵敏度隐患。从那以后我每次做整定都强制走一遍这个反推，希望帮到你。

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