泰山220kV降压变电所电气部分设计
第六章 防雷保护的规划设计
6.1 概 述
雷电引起的大气过电压将会对电气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，以保证电气设备的安全。
(1)防止雷直击于电气设备上，一般采用避雷针，避雷线进行保护
(2)对于60kV及以下的电气设备，应尽量减小感应过电压，一般电气设备应远离可能遭到直击雷的设备或物体增大电气设备对电容或采用阀型避雷器的保护。 (3)防止从线路侵入的雷电波过电压对电器设备的危害，一般采用避雷器、间隙、电容器和相应的进线保护段进行保护。
6.2 防雷保护的有关规定
<<电力设备过电压保护设计技术规程>>规定:
(1)电压为110kV以上的屋外配电装置，可将避雷针装在配电装置的构架上。对于35～60kV的配电装置，为防止雷击时引起反击闪络的可能，一般采用独立避雷针进行保护。安装避雷针的构架支柱应与配电装置接地网相连。在避雷的支柱附近，应设置辅助的集中接地装置接在地网上的连接处起到变压器与接地网上的连接处止，沿接地线距离不得小于15m，在变压器的门型构架上，不得装设避雷针。
(2)电压为110kV及以上的屋外配电装置，可将保护线路的避雷线连接在配电装置的出线门型构架上，35～60kV的屋外配电装置，如将保护线路的避雷线接在出线 门型构架上需满足下列条件：
1) 35～60kV出线门型构架周围半径20m范围内的接地电阻不应大于5Ω，
当土壤电阻率ρ≥104Ω.cm这个范围内，半径可增大到30m。
2) 线路终端杆塔接地电阻不大于10Ω。
3)在变压器的6～10kV出口处装设阀型避雷器。 (3)在选择独立避雷针的装设地点时，应尽量利用照明灯塔，在其上装设避雷针。 装设独立避雷针时，避雷针与配电装置部分在地中与空气中应有一定的距离： 1)在地中，避雷针本身的接地装置与最近的配电装置接地网的地中距离
Sd≥0.3R。
其中：R—独立避雷针的接地电阻，（Ω）在任何情况下，Sd不得小于3m。 2)在空气中，独立避雷针到配电装置导电部分之间、发电厂和变电所电力设
备接地部分、构架接地部分之间的空气中距离，应符合下式要求：Sk≥0.3R+0.1h。
式中：h—避雷针校验点的高度(m )，在任何情况下，Sk不得小于5 m 。
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6.3防雷保护设计所需资料：
(1)要求变电所附近气象资料
(2)要求变电所主接线图及电器设备布置图 (3)其它需要保护的设备和设施 (4)变压器入口电容
6.4 直击雷过电压保护装置设计
6.4.1避雷针的保护范围计算：
rx的确定
rx＝（h-hx）p----hx≥h/2 (6.1) rx＝（1.5h-2hx）p----hx≥h/2 (6.2)
其中rx-避雷针在hx水平面上的保护半径（m）
hx—被保护物的高度 h---避雷针的高度
h≤30 p=1 (6.3) 120≥h>30 p=5.5／h (6.4) h>120m p=0.5 (6.5)
保护全面积的条件为
D≤8hap (6.6)
其中D为通过由三支避雷针所形成的三角形顶点圆的半径，或以避雷针为顶点的四角形的对角线。
6.4.2 避雷针的设置
根据规程规定，首先确定避雷针安放的地点。在220kV侧进出线构架上安装三支避雷针，在主变压器附近两侧安装三支独立避雷针。在60kV出线侧安装三支独立避雷针。合计共有九支避雷针。
由于220kV侧共有八个间隔，且软母线的跨距一般在30—40米，所以在220kV配电装置中共设六个母线构架，中间跨距为8×15=120米，在两边和中间的其中一个构架上装设避雷针。
60kV侧共有17个间隔，每个间隔宽度为6米，共需17X6=102米。 本变电所220kV和60kV配电装置设计防雷保护的范围为120×102㎡，利用9根避
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雷针进行保护。根据《电气工程电气设计手册》第一册第十五章第一节中关于避雷针保护范围计算的有关内容，确定避雷针高度时针间距离D取最大，经计算选220kV侧针高h=30米，选60kV侧针高h=25米。避雷针防雷保护范围图见设计图纸。
6.5 侵入波及内部过电压保护设计
为了保护变电所进出线路的架空线上雷电入侵波，架空线路全线装设架空地线，同时为了防止侵入波及内部过电压，在变电所每组母线上装设阀型磁吹避雷器。
在选用避雷器时，应保证避雷器安装点的工频电压升高在任何情况下都不会超过灭弧电压，否则避雷器可能因不能灭弧而爆炸。对单纯防雷器来说，只需考虑系统单相接地非故障相对地电压升高，这一升高显然与系统中性点接地方式有关。根据以上原则，本设计选用避雷器情况见下表。
表6-1 避雷器选用情况结果表 型号 FZ-220J FZ-60 FCZ-110J 额定电压（kV） 220 60 110 灭弧电压有效值（kV） 200 69 100 工频电压（kV） 不小于 448 117 170 不大于 536 133 195 冲击电流残压 （kV）不大于 5KA 10KA 664 728 178 122 260 260 注：FCZ—110J为磁吹阀式避雷器，J——系统为中性点接地时数字 ,用于变压器中性点。
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第七章 继电保护及自动装置设计
7.1
继电保护配置的作用和要求：
电力系统在运行中，可能发生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。在发生短路时可能产生以下的结果：
(1)通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；
(2)短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命； (3)力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；
(4)力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使整个系统瓦解。
电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。系统中出现功率缺额引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。
故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。造成电能质量的破坏，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生事故的可能性外，故障一旦发生，必须迅速而月选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。这种保护装置就是继电保护装置，其能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：
(1)迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；
(2)气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误操作。
(3)统对继电保护的要求是：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。
7.2 变压器保护的配置
变压器一般应装设下列继电保护装置
(1)反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护，容量为800kVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护，当油箱内不故障产生清为瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器。
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(2)相间短路保护反应变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护电流速断保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。容量为6300kVA以下列并运行的变压器，以及10000kVA以下单独运行的变压器加装电流速断保护（本设计不加装电流速断保护）容量为6300kVA及以上，厂用工作变压器和并列运行的变压器，一般宜采用三相三继电器式接线。 (3)相间后备保护
为了防止外部短路所引起的过电流合作为变压器的后备保护，在变压器上可装设过电流保护。
对于单侧电源的双卷降压变压器，如高压侧中性点有可能直接接地运行，为防止高压侧电网中发生接地故障时导致保护非选择性动作，供高压侧过电流保护用的电流互感器二次线圈可接成三角形。
(4)中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。 110kV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧获三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为相领元件的后备保护。（110kV及以上中性点直接接地采用分级绝缘）
(5)过负荷保护
对于400kV及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的后备电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负茶保护，过负荷保护迎接于一相电流上，带有时限动作与信号。 (6)过电流保护
过电流保护用于500kV及以上的大容量的变压器，本设计不加装此保护。 通过以上的分析，该可以确定变压器应加装的保护及保护安装位置，见表7－1。
表7-1 变压器保护及其安装位置 保护类型 瓦斯保护 纵联差动保护 过电流保护 零序电流保护 过负荷保护 安装位置 变压器油枕和油箱间 变压器两侧 电源侧 变压器中性点接地侧 高压侧 - 30 -