5.1主变压器保护
5.1.1 概述
电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，而本次变电所设计的变电所是市区220kV降压变电所，如果不保证变压器的正常运行，将会导致全所停电，甚至影响到下一级降压变电所的供电可靠性。
变压器的故障可分为内部和外部两种故障。内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。
变压器的外部故障类型有：
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。
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。
5.1.2变电所主变保护的配置
5.1.2.1主变压器的主保护
1）瓦斯保护
对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。如图5-1所示为瓦斯保护的原理接线图。
2) 差动保护
对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。
5.1.2.2主变压器的后备保护
为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。
而本次所设计的变电所，电源侧为220kV，主要负荷在110kV侧，即可装设两套过电流保护，一套装在中压侧110kV侧并装设方向元件，电源侧220kV侧装设一套，并设有两个时限 和 ，时限设定原侧为 ≥ ＋△t，用一台变压器切除三侧全部断路器。
5.1.2.3过负荷保护
变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。
5.1.2.4 变压器的零序过流保护
对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式。
5.2限流电抗器的选择
为了选择10kV侧各配电装置，因短路电流过大，很难选择轻型设备，往往需要加大设备型号，这不仅增加投资，甚至会因断流容量不足而选不到合乎要求的电器，选择应采取限制短路电流，即在10kV侧需装设电抗器。一般按照额定电压、额定电流、电抗百分数、动稳定和热稳定来进行选择和检验。
5.2.1额定电压和额定电流的选择
、 — 电抗器的额定电压和额定电流
、 — 电网额定电压和电抗器的最大持续工作电流
5.2.2 电抗器百分数的选择
1）电抗器的电抗百分数按短路电流限制到一定数值的要求来选择，设要求短路电流限制到 ，则电源至短路点的总电抗标幺值为：
/ — 基准电流
—电源至电抗器前系统电抗标幺值
电抗器在其额定参数下的百分电抗
2）电压损失检验：普通电核器在运行时，电抗器的电压损失不大于额定电压的5%，即：
— 负荷功率因数角一般取0.8
3）母线残压检验，为减轻短路对其他用户的影响，当线路电抗器后短路时，母线残压不能低于电网额定值的60～70%
即：
5.2.3热稳定和动稳定的检验
热稳定和动稳定检验应满足下式:
≥
、 — 电抗器后短路冲击电流和稳态电流
、 — 电抗器的动稳定电流和短时热电流（t =1s）
5.3防雷及接地体设计
5.3.1 概述
电气设备在运行中承受的过电压，有来自外部的雷电过电压和由于系统参数发生变化时电磁能量产生振满和积聚而引起的内部过电压两种类型。按其产生原因，它们又可分为以下几类：
直击雷过电压
雷电过电压 感应雷过电压
侵入雷电流过电压
长线电容效应
工频过电压 不对称接地故障
甩负荷
消弧线圈线性谐振
过电压 暂时过电压 线性谐振
传递过电压
线路断线
谐振过电压 铁磁谐振
电磁式电压互感器饱和
参数谐振发电机同步或异步自励磁
开断电容器组过电压
操作电容负荷过电压 开断空载长线过电压
关合空载长线过电压
开断空载变压器过电压
操作过电压 操作电感负荷过电压 开断并联电抗器过电压
开断高压电动机过电压
角列过电压
间歇电弧过电压
5.3.2 防雷保护的设计
变电所是电力系统的中心环节，是电能供应的来源，一旦发生雷击事故，将造成大面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏，绝大多数不能自行恢复并严重影响国民经济和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。
变电所的雷击害来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输电线路后产生的雷电波沿线路向变电所侵入，对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷线，使所有设备都处于避雷针（线）的保护范围之内，此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。
对侵入波的防护主要措施是变电所内装设阀型避雷器，以限制侵入变电所的雷电波的幅值，防止设备上的过电压不超过其中击耐压值，同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护。
避雷针的作用：将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备，避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或装设在配电构架上，或独立装设，避雷线主要用于保护线路，一般不用于保护变电所。
避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电器，与被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了过电压，保护了其它电气设备。
5.3.2.1 避雷针的配置原则：
1)电压110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000Ω.cm的地区，宜装设独立的避雷针。
2)独立避雷针（线）宜装设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10Ω。
3)35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因为其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。
40)在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在址中距离很难达到不小于15米的要求。
5.3.2.2 避雷器的配置原则
1）配电装置的每组母线上均应装设避雷器。
2）旁路母线上是否应装设避雷器，应视当旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足而定。
3）330kV及以上变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并应尽可能靠近设备本体。
4）220kV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。
5）三绕组变压器低压侧的一相上宜装设一台避雷器。
6）110kV~220kV线路侧一般不装设避雷器。
5.3.3 接地装置的设计
接地就是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地相连，使该物体或节点与大地保持等电位，埋入地中的金属接地体称为接地装置。
本变电所采用棒形和带形接地体联合组成的环形接地装置。接地装置应尽可能埋在地下，埋设深度一般为0.5~1米，围绕屋内外配电装置，主控楼、主厂房及其它需要装设接地网的建筑物，敷设环形接地网。这些接地网之间的相互联接线不应少于两根干线。接地网的外像应闭合，外像各角做成圆弧形，圆弧半径不宜小于均压带间距离的一半，在接地线引进建筑物的入口处，应设标志。
5.3.4 主变压器中性点放电间隙保护
为了保护变压器中性点，尤其是不接地高压器中性点的绝缘，通常在变压器中性点上装设避雷器外，还需装设放电间隙，直接接地运行时零序电流保护起作用，动作保护接地变压器，避雷器作后备；变压器不接地时，放电间隙和零序过电压起保护作用，大气过电压时，线路避雷器动作，工作过电压时，间隙保护动作。因氧化锌避雷器残压低，无法与放电间隙无法配合，故选用阀型避雷器。
5.3.5变电所的防雷保护设计
由于本次所设计选择变压器为分级绝缘，即220kV中性点绝缘等级为110kV，110kV中性点绝缘等级为35kV，所以220kV中性点应与中性点绝缘等级相同的避雷器，故220kV中性点装设FZ－110，110中性点装设FZ－40避雷器。
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