桃园小区变电站电气部分设计论文

1、 . . . 大学成人高等教育毕 业 论 文/设计题 目： 110kV桃园小区变电站的电气部分设计专业、班级： 09电气工程与其自动化 42 / 42110kV西湖变电站设计目 录前 言81 原始资料分析91.1 本所设计电压等级91.2 电源负荷地理位置情况92 电气主接线设计112.1 主接线接线方式112.1.1 单母线接线112.1.2 单母线分段接线112.1.3 单母分段带旁路母线112.1.4 桥型接线112.1.5 双母线接线122.1.6 双母线分段接线122.2 电气主接线的选择132.2.1 35kV电气主接线132.2.2 110kV电气主接线133 所用电的设计153

2、.1 所用电接线一般原则153.2 所用变容量型式的确定153.3 所用电接线方式确定153.4 备用电源自动投入装置153.4.1备用电源自动投入装置作用153.4.2 适用情况以与优点163.4.3 BZT装置应满足的基本要求2：164 短路电流计算184.1 短路计算的目的184.2 短路计算过程184.2.1 110KV短路电流计算184.2.2 35KV侧短路计算235 继电保护配置265.1 变电站母线保护配置265.2 变电站主变保护的配置266 防雷接地286.1 避雷器的选择286.1.1 避雷器的配置原则286.1.2 避雷器选择技术条件286.2变电站的进线段保护8296

3、.3 接地装置的设计296.3.1设计原则296.3.2 接地网型式选择与优劣分析306.3.3 降低接地网电阻的措施30致 32参考文献33摘要电力工业是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的位置，是时间国家现代化的战略重点。电能是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求就必须加强电网建设，而变电站建设就是电网建设中的重要一环。在变电站的设计中，既要求所变电能能很好地服务于工业生产，又要切实保证工厂生产和生活的用电的需要，并做好节能工作。这次设计以110kV降压变电站为主要设计对

4、象，分析变电站的原始资料确定变电站的主接线；通过负荷计算确定主变压器台数、容量与型号。根据短路计算的结果，对变电站的一次设备进行了选择和校验。同时完成防雷保护与接地装置方案的设计。关键词: 变电站电气主接线；短路电流计算；一次设备；防雷保护前 言110KV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉与方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务与用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络与导线，进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面与剖面图提供依据。本变电所的初步设计

5、包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）高低压配电系统设计与系统接线方案选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷与接地保护等容。随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。此次设计首先根据任务书上所给系统与线路与所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。通过对拟建变电站的概括以与出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济与可靠性方面考虑，确定了110kV主接线，然后又通过负荷计算与供电围确定了主变压器台数，容量与型号，同时也确定了

6、站用变压器的容量与型号，在根据最大持续工作电流与短路计算结果，对设备进行了选型校验，同时考虑到系统发生故障时，必须有相应的保护装置，因此对继电保护做了简要说明。对于来自外部的雷电过电压，则进行了防雷保护和接地装置的设计，最后对整体进行规划布置,从而完成110kV变电站一次系统的设计。1 原始资料分析1.1 本所设计电压等级建设性质与规模：为满足某县城区与相关单位用电，建一座110KV降压变电所。所址海拔为200m，为非地震多发区。最高气温+39，最低气温为-18，最热月平均最高气温为30。根据设计任务本次设计的电压等级为：110/35kV1.2 电源负荷地理位置情况1.2.1 电源分析与本所连

7、接的系统电源共有3个，其中110kV两个，35kV一个。具体情况如下： 1.2.1.1 110kV系统变电站该站电源从相距9km的220kV八一变电站受电。在该站等电压母线上的短路容量为650MVA，以一回路与本所连接。1.2.1.2 110kV火电厂该厂距离本所12KM，装有3台机组和两台主变，以一回线路与本所连接，该厂主接线简图如图1.1：图 1.1 110kV火电厂接线图1.2.1.3 35KV系统变电站该所距本所7.5KM.以一回线路相连接，在该所高压母线上的短路容量为250MVA.。以上3个电源，在正常运行时，主要是由两个110KV级电源来供电给本所。35KV变电站与本所相连的线路传

8、输功率较小，为联络用。当3个电源中的某一电源出故障，不能供电给本所时，系统通过调整运行方式，基本是能满足本所重要负荷的用电，此时35KV变电站可以按合理输送容量供电给本站。1.2.2负荷资料分析1.2.2.1 35KV负荷表1.1 35KV负荷参数表用户名称容量（MW）距离（KM）备注化工厂3.515类负荷铝厂4.313类负荷水厂1.85类负荷注：35KV用户中，化工厂，铝厂有自备电源10kV负荷表电压等级线路名称最大有功 （MW）最大无功（MVAr）COS负荷级别Tmax同时率10KV珊瑚海花园31.460.913500085西湖新村2 0.920.92毛纺厂10.490.92水泥厂1.20

9、.580.92纺织厂0.80.390.921.2.2.2 35KV远期最大负荷1.2.2.3 本变电站自用负荷约为60KVA；1.2.2.4 一些负荷参数的取值：负荷功率因数均取cos=0.85，负荷同期率 Kt=0.9c，年最大负荷利用小时数Tmax4800小时/年，表中所列负荷不包括网损在，故计算时因考虑网损，此处计算一律取网损率为5%，各电压等级的出线回路数在设计中根据实际需要来决定。各电压等级是否预备用线路请自行考虑决定。 2 电气主接线设计3 电 气 主 接 线 设 计 电力系统是有发电厂变电所线路与用户组成。变电所是联系发电厂和用户的中间环节起着变换和分配电能的作用而主接线代表了变

10、电所的电气部分的主体结构是电力系统接线的主要组成部分是变电所设计的首要部分。关系着电力系统的安全和稳定灵活经济运行。由于电能生产的特点是发电变电输电用电是在同一时刻完成的所以主接线设计的好坏也影响工、农业生产和人民生活。因此主接线的设计是一个综合性问题必须在满足国家有关技术经济政策的前提下正确处理好各方面的关系全面分析有关因素力求使其技术先进经济合理安全可靠。同时主接线是保证电网安全可靠经济运行的关键是电气设备布置选择自动化水平 和 二 次 回 路 设 计 的 原 则 和 基 础 。 。3 . 1 变 电 所 主 接 线 设 计 的 基 本 原 则 电气主接线又叫一次接线是由各种开关电气、变压

11、器、互感器、线路、电抗器 、 母 线 等 按 一 定 的 顺 序 连 接 而 成 的 接 受 和 分 配 电 能 的 总 电 路 。 通 过 它 可 以 了 解 各 种电气设备的规、数量、连接方式、作用和运行状态等。因此主接线的连接方式对供 电 的 可 靠 性 、 运 行 灵 活 性 、 维 护 检 修 的 方 便 与 经 济 性 等 起 着 决 定 性 的 作 用 。 在 选 择电气主接线时应以下各点作为设计依据变电所在电力系统中的地位和作用负荷大小和重要性等条件确定并且满足可靠性、灵活性和经济性等多项基本要求。 1 运行的可靠性断路器检修时是否影响供电设备和线路故障检修时停电数目的多少和停

12、电时间的长短以与能否保证对重要用户的供电。5 2 具有一定的灵活性主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式达到调度的目的而且在各种事故或设备检修时能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响围最小并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。 3 操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便尽可能使操作步骤简单便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单可能又不能满足运行方式的需要而且也会给 运 行 造 成 不 便 或 造 成 不 必 要 的 停 电 。 4 经济上合理主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上还应使投资和年运行费

13、用小占地面积最少使其尽地发挥经济效益。 5 应具有扩建的可能性由于我国工农业的高速发展电力负荷增加很快。因此在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择主要 决 定 于 变 电 站 在 电 力 系 统 中 的 地 位 、 环 境 、 负 荷 的 性 质 、 出 线 数 目 的 多 少 、 电 网 的结 构 等 。 变 电 所 的 主 接 线 设 计 应 根 据 负 荷 大 小 、 负 荷 性 质 、 电 源 条 件 、 变 压 器 台 数 和 容 量以 与 进 出 线 回 路 数 等 综 合 分 析 来 确 定 。 对于进线电压为 3 5 k v 与以上的变电站总降压变电所

14、的主接线设计原则如下 1 一次侧无母线、二次侧采用单母线界限适用于只有一回电源进线和一台变 压 器 的 总 降 压 变 电 所 。 这 种 接 线 简 单 经 济 、 使 用 设 备 少 、 基 建 快 、 投 资 费 用 低 。 但当线路或变压器发生故障或检修是时需全部停电故供电可靠性不高只能用于三类 负 荷 的 企 业 。 2 一次侧采用桥或外桥接线、二次侧采用单母分段接线适用于具有两台变 压 器 和 两 回 进 线 的 总 降 压 变 电 所 。 这 种 接 线 所 用 设 备 少 、 结 构 简 单 、 占 地 面 积 小 、供电可靠性高可用于一、二类负荷的企业。 3 一、二次侧均采用

15、单母分段接线适用于具有两回与以上电源进线或一、二次侧进出线较多的总降压变电所。这种接线的供电可靠性高、运行灵活但所用高压开关设备较多、投资大可用于一、二类负荷的企业。 4 一、二次侧均采用双母线接线这种接线的供电可靠性高、运行灵活但设备投资大、配电装置复杂、占地面积大适用于负荷容量大进出线回路多的发电厂 或 区 域 变 电 所 。 2.1 主接线接线方式2.1.1 单母线接线优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线或母线隔离开关等）故障时检修，均需使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在

16、用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障母线的供电。适用围： 35-63KV配电装置出线回路数不超过3回；110-220KV配电装置的出线回路数不超过2回。2.1.2 单母线分段接线优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。适用围： 35KV配电装置出线回路数为4-8回时；110-220KV配电装置出线回路数为3-

17、4回时。2.1.3 单母分段带旁路母线这种接线方式在进出线不多，容量不大的中小型电压等级为35-110KV的变电站较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。单母线分段带旁母接线；2.1.4 桥型接线2.2.4.1 桥形接线优点：高压断器数量少，四个回路只需三台断路器。缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运；桥连断路器检修时，两个回路需解列运行；出线断路器检修时，线路需较长时期停运。适用围：适用于较小容量的发电厂，变电站并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的情况。2.1.4.2 外桥形接线优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。缺点：线路的切除和投入较复

18、杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运。高压侧断路器检修时，变压器较长时期停运。适用围：适用于较小容量的发电厂，变电站并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较少的情况。2.1.5 双母线接线2.1.5.1优点：1)供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障时，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。2）调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。3）扩建方便。向双母线的左右任何的一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。4）便于试验。当个别回路需要单独进

19、行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。双母线接线2.1.5.2 缺点：1）增加一组母线和使每回线路需要增加一组母线隔离开关。2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。适用围：6-10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时；35KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；110-220KV配电装置，出线回路数为5回与以上时，或110-220KV配电装置在系统中占重要地位，出线回路数为4回与以上时。2.1.6 双母线分段接线双母线分段可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个

20、元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且相互联系的系统是有利的。由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题，而较容易实现分阶段的扩建优点。但容易受到母线故障的影响，断路器检修时需要停运线路。占地面积较大。一般当连接的进出线回路数在11回与以下时，母线不分段。双母线带旁路母线接线；2.2 电气主接线的选择2.2.1 35kV电气主接线根据资料显示,由于35KV的出线为4回，一类负荷较多，可以初步选择以下两种方案：2.2.1.1单母分段带旁母接线且分段断路器兼作旁路断路器，电压等级为35kV60kV，出线为48回，可采用单母线分段接线，也可采用双

21、母线接线。2.2.1.2双母接线接线表2.2 35KV主接线方案比较 方案项目 方案单母分段带旁母方案双母接线技术简单清晰、操作方便、易于发展可靠性、灵活性差 旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电 扩建时需向两个方向均衡扩建 供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验 易误操作经济 设备少、投资小用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资设备多、配电装置复杂投资和占地面大虽然方案可靠性、灵活性不如方案，但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案。2.2.2 110kV电气主接线根据资料显示，由于110KV没有出线只有2回进线，可以初步选择以下两种

22、方案： 2.2.2.1 桥行接线,根据资料分析此处应选择桥接线。2.2.2.2 单母接线。表2.3 110KV主接线方案比较单母线分段带旁母接线；双母线接线3 所用电的设计变电站的所用电是变电站的重要负荷，因此，在所用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电站发展规划，妥善解决因建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电站安全，经济的运行。3.1 所用电接线一般原则3.1.1满足正常运行时的安全,可靠,灵活,经济和检修,维护方便等一般要求。3.1.2尽量缩小所用电系统的故障影响围,并尽量避免引起全所停电事故。3.1.3充分考虑变

23、电站正常,事故,检修,起动等运行下的供电要求,切换操作简便。3.2 所用变容量型式的确定一、主变台数的确定对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。二、主变容量的确定1、主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计与过负荷能力后的允许时间，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电

24、所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70-80。此变电所是一般性变电所。有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：S=S2*0.8=43174.3*0.8=34539.48KVA所以应选容量为40000KVA的主变压器。三、主变相数选择1、主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求与运输条件等因素。2、当不受运输条件限制时，在330KV与以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。四、主变绕组数量1）、在具有三种电压的变电所中，如通过主

25、变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值：高压侧：K1=(35600+9800)*0.8/40000=0.9>0.15中压侧：K2=35600*0.8/4000=0.7>0.15低压侧：K3=9800*0.8/40000=0.2>0.15由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。五、主变绕组连接方式变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有y和，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。我国110K

26、V与以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。35KV与以下电压，变压器绕组都采用连接。有以上知，此变电站110KV侧采用Y0接线35KV侧采用Y连接，10KV侧采用接线主变中性点的接地方式：选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以与对通信线路的干扰。主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。

27、35KV系统，IC<=10A；10KV系统；IC<=30A（采用中性点不接地的运行方式）35KV：Ic=UL/350=35*(15+8+10*2+7*2+11)/350=6.8A<10A10KV：Ic=10*(5*3+7*2+4+5+7*2)/350+10*(2*2+3)/10=8.2A<30A所以在本设计中110KV采用中性点直接接地方式35、10KV采用中性点不接地方式6. 主变的调压方式电力工程电气设计手册（电器一次部分）第五章第三节规定：调压方式变压器的电压调整是用分解开关切换变压器的分接头，从而改变变压器比来实现的。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，

28、调压围通常在+5以，另一种是带负荷切换，称为有栽调压，调压围可达到+30。对于110KV与以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。由以上知，此变电所的主变压器采用有载调压方式。7. 变压器冷却方式选择参考电力工程电气设计手册（电器一次部分）第五章第四节主变一般的冷却方式有：自然风冷却；强迫有循环风冷却；强迫油循环水冷却；强迫、导向油循环冷却。小容量变压器一般采用自然风冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式。故此变电所中的主变采用强迫油循环风冷却方式。附：主变型号的表示方法第一段：汉语拼音组合表示变压器型号与材料第一部分：相数 S-三相；D-单相第二部分：冷却方式 J-油

29、浸自冷； F-油浸风冷； S-油浸水冷；G-干式；N-氮气冷却； FP-强迫油循环风冷却；SP-强迫油循环水冷却4 短路电流计算在电力系统运行中都必须考虑到可能发生的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发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。4.1 短路计算的目的4.1.1在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。4.1.2在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。4.1.3在设计屋外

30、高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。4.1.4在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。4.2 短路计算过程4.2.1 110KV短路电流计算4.2.1.1 根据资料,110KV火电厂的阻抗可归算为以下·图4.1 110KV火电厂接线图图4.2 110KV火电厂阻抗图在短路计算的基本假设前提下，选取=100MVA，UB=0.135=0.432各绕组等值电抗取17，取6，取10.5=0.179·图4.3 110KV火电阻抗最简图=即火电厂的阻抗为0.232。2)又根据资料所得,可将变电站视为无限大电源所以取同理:因35KU

31、变电站的短路容量为250MVA所以 火电厂到待设计的变电站距离12KM，阻抗为每千米0.4欧220KV八一变电站到到待设计的变电站距离9KM，阻抗为每千米0.4欧35KV变电站到到待设计的变电站距离7.5KM，阻抗为每千米0.4欧X= 待设计变电站中各绕组等值电抗 该变电站的两台型号规格一样所以另一个变压器的阻抗和一样。根据主接线图可简化为以下图型 图4.4 主接线阻抗简化图当K1点发生短路时将图四可转化为以下图行图4.5 K1点短路阻抗图又因为E1是有限大电源(将0.263改为0.264)所以查短路电流周期分量运算曲线取T=0S ,可得4.324=(4.324+5.525+1.134)

32、15; =5.514KA冲击系数取1.8×5.514×1.8=14.034KA=(4.324+5.525+1.134) ×100=1098.3MV.A110kV短路电流计算结果表：短路点短路电流周期分量有名值（KA）冲击电流（KA）全电流（KA）短路容量S（MVA）K14.32414.0345.5141098.34.2.2 35KV侧短路计算根据图四进行变换图4.6 星三角形转化图图4.7 K2点短路阻抗图=0.9100.910×0.9375=0.853查计算曲线取T为0S ,可得1.225 =(1.225+1.6+1.616) =6.930KA

33、5;6.93×1.8=17.638KA=(1.225+1.6+1.616) ×100=444.1MV.A35kV短路电流计算结果表：短路点短路电流周期分量有名值（KA）冲击电流（KA）全电流（KA）短路容量S（MVA）K11.22517.6386.930444.17 继电保护装置电力系统的继电保护是继电保护技术和继电保护装置的统称。它对保证系统安全运行和电能质量、防止故障扩大和事故发生起着与为重要的作用。7.1 继电保护的任务和要求7.1.1继电保护的基本任务自动地、迅速地、有选择性地将故障元件从供电系统切除，迅速恢复非故障部分的正常供电。能正确反映电气设备的不正常运行状态

34、，并根据要求，发出预报信号，以便值班人员采取措施，保证电气设备的正常工作；或经一段时间运行处理后，电气设备仍不能正常工作，则保护动作于断路器跳闸，将不能正常工作的电气设备切除。与供配电系统的自动装置（如自动重合闸装置、备用电源自动投人装置等）配合，缩短事故停电时间，提高供电系统的运行可靠性。7.1.2继电保护的基本要求选择性，当供电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障元件，并使停电围最小，以减小故障停电造成的损失。保护装置这种能挑选故障元件的能力称为保护的选择性。速动性，为了减小由于故障引起的损失，减少用户在故障时低电压下的工作时间，以与提高电力系统运行的稳定性，要求继电保护在发生

35、故障时尽快动作将故障切除。灵敏性，指在保护围发生故障或不正常工作状态时，保护装置的反应能力。可靠性，继电保护装置在其所规定的保护围发生故障或不正常工作时，一定要准确动作，即不能拒动；不属其保护围的故障或不正常工作时，一定不要动作，即不能误动。7.2 电力变压器保护7.2.1电力变压器保护概述变压器是电力系统中不可缺少的重要电气设备。变压器的故障可分为部和外部两种故障。1）部故障是指变压器油厢里面的各种故障，主要故障类型有：(1) 各绕组之间发生的相间短路；(2) 单相绕组部分线区之间发生的匝间短路；(3) 单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地短路；(4) 铁芯烧损。2）变压器的外部故障类型有

36、：(1) 绝缘套管网络或破碎而发生的单相接地（通过外壳）短路；(2) 引出线之间发生的相间故障。3）变压器的不正常运行情况主要有：(1) 由于外部短路或过负荷而引起的过电流；(2) 油箱漏油而造成的油面降低；(3) 变压器中性点电压升高或由于外加电压过高而引起的过励磁。为了防止变压器发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保证系统安全连续运行，故变压器应装设一系列的保护装置。7.2.2变压器瓦斯保护电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以与排出速度，与变压器的严重

37、程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件时气体继电器，它安装在和油枕之间的连接管道上。其原理如图7-1所示图7-1 瓦斯继电保护原理电路图轻瓦斯按气体容积进行整定，整定围为250-300cm3，一般整定在250cm3。重瓦斯按油流速度进行整定，整定围为0.6-1.5m/s，一般整定在1m/s左右。因此瓦斯继电器选用FJ3-80型。7.2.3变压器纵差动保护电流纵差动保护不但能够正确区分区外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时地切除区各种故障，具有独特的优点，因而被广泛地用作变压器的主保护。1）电力变压器纵差保护接线对于三相变压器，且采用Y，d11的接

38、线方式，由于Y侧采用了两相电流差，该侧流入差动继电器的电流增加了倍。为了保证正常运行与外部故障情况下差动回路没有电流，该侧电流互感器的变比也要增加倍，即两侧电流互感器变比的选择应该满足（7-1）变压器两侧电流互感器采取不同的接线方式，Y侧采用Y，d11接线方式，将两相电流差接入差动继电器，d侧采用Y，d12的接线方式，将各相电流直接接入差动继电器。对于数字式差动保护，一般将Y侧的三相电流直接接入保护装置，由计算机的软件实现功能，以简化接线。2）躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为（7-2）式中可靠系数，取1.3；外部短路故障时的最大不平衡电流。（7-3）是由于电流互感器计算变比和实际变

39、比不一致引起的相对误差。=400/5,=35/10.5,=1200/5，带入求得。有变压器分接头改变引起的相对误差，取 5%。非周期分量系数，取1.5。电流互感器同型系数，取1。0.1电流互感器容许的最大稳态相对误差。为外部短路故障时最大短路电流，前面计算得7.81kA。最终求得4373.6A，则，折算到二次侧2）躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为（7-4）式中可靠系数，取1.3；励磁涌流的最大倍数，取6；变压器额定电流，取10kV侧为439.88A。求得=3431.1A，折算到二次侧为14.3A。 3）躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流，整定式为（7-5）式中可靠系数，取1.3；变压器的

40、最大负荷电流。取10kV侧的616A。求得=800.5A，折算到二次侧为3.34A取最大值整定值为=23.70A灵敏系数（7-6）7.2.4变压器过电流保护和过负荷保护1）变压器过电流保护为了防止变压器外部短路，并作用是部故障的后备保护，一般变压器上应装设过电流保护。对单侧电源的变压器，保护装置的电流互感器安装在变压器的电源侧，以便在发生变压器部故障而瓦斯或差动保护拒动时，由过电流保护经整定时限动作后，作用与变压器两侧断路器跳闸。过电流保护的原理如图7-2所示图7-2 过电流继电保护原理电路图保护的启动电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即（7-7）式中可靠系数，取1.3；返回系数

41、，取0.85；变压器可能出现的最大负荷电流，取1.4439.89=615.84A。带入的941.8A,折算到二次侧为3.9A。2）变压器过负荷保护为了防止变压器长时间在超过负载允许下运行，需要装设过负荷保护装置。过负荷保护可用一个电流继电器连接到任一相上即可。(1) 动作电流的整定，按躲过变压器额定电流来整定（7-8）式中过负荷保护装置动作电流整定值（A）；变电所额定电流（A）；电流互感器变比。(2) 动作时限的整定：动作时限为1015s，一般用于信号，整定为10s。7.3 母线保护发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障

42、母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障。母线短路故障类型的比例与输电线路不同。在输电线路的短路故障中，单相接地故障约占故障总数的80%以上。而在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。一般来说，不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。如利用变压器过流保护使变压器断路器跳闸予以切除。9 变电所的防雷与接地9.1

43、 变电所的防雷雷电引起的大气过电压将会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所和高压输电线路中，必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。运行经验表明，当前变电所中采用的防雷保护措施是可靠的，但是雷电参数和电器设备的冲击放电特性具有统计性，故防雷措施也是相对的，而不是绝对的。变电所的雷电危害主要来自两个方面：一个是直接雷击变电所的建筑物、构筑物或装设在露天的设备，强大的雷电冲击电流通过被击物泄放入地时，引起机械力破坏和热破坏；另外一个是雷电感应产生的高电压波沿输电线路侵入变电所，使主要电气设备对地绝缘击穿或烧毁。所以对于直接雷击破坏，变电所一般采用安装避雷针或者避雷线保护，

44、对于沿线路侵入变电所的雷电侵入波的防护，主要靠在变电所合理地配置避雷器。9.1.1避雷针的选择防直接雷击最常用的措施是装设避雷针，它是由金属制成，比被保护设备高并具有良好的接地装置，其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的设备、建筑免受雷击。避雷针的设计一般有以下几种类型：1单支避雷针的保护；2两支避雷针的保护；3多支避雷针的保护。本次设计采用单支避雷针进行防直击雷的保护。避雷针的保护围是指被保护物在此空间围不致遭受雷击而言。单支避雷针的保护围是一个旋转的圆锥体。避雷针的保护半径rx可按下式计算，即，当时；（9-1），当时。（9-2）式中 h避雷针高度，单位m； hx被

45、保护物的高度，单位m； p高度影响因数，当时，p=1；当时，。这次选择在距变电所外10m的地方装设单支避雷针，安装在进线终端塔顶，塔顶高度为21m，针高12m，取33m作为计算高度。表9.1 避雷针保护围计算表针号h（m）p（m）(m)保护围避雷针高度高度影响因数被保护物高度保护半径#1330.9617.015.36#1#1330.968.032.16#1#1330.964.039.84#19.1.2避雷器的选择目前在新建或技术改造的变电所中，一般都选用氧化锌避雷器，作为电力变压器等电气设备的大气过电压、操作过电压与事故过电压的保护设备。氧化锌避雷器与阀型避雷器相比，具有残压低、无续流、通流容量大、性能稳定和动作迅速等优点。1） 35kV侧避雷器的选择（1）按额定电压选择 35kV系统最高电压40.5kV，相对地电压为40.5/=23.4kV，避雷器相对地电压为1.25U=1.2540.5=50.6kV，取避雷器额定电压为53kV。（2）按持续运行电压选择 35kV系统相电压23.4kV,选择氧化锌避雷器持续运行电压40.5kV，此值大于23.4kV。（3）标称放电电流的选择 35kV氧化锌避雷器标称放电电流选择5A。（4）雷电冲击残压的选择 35kV额定雷电冲击外绝缘峰值耐受电压为185kV，绝缘耐受电压为200kV，计算避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残