35kV變電所繼電保護(hù)及防雷保護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u2005535kV變電所繼電保護(hù)及防雷保護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算案例 114961.1繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 18741.2變壓器的繼電保護(hù) 2262771.2.1縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)計(jì)算 242361.3母線的繼電保護(hù) 386441.4防雷保護(hù)設(shè)計(jì) 544601.5變電所防雷保護(hù)設(shè)計(jì) 8262161.5.1直擊雷過電壓保護(hù) 8253101.5.2雷電侵入波過電壓保護(hù) 9繼電保護(hù)設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分。繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性四個(gè)基本要求。同時(shí)要符合安全自動(dòng)裝置的技術(shù)規(guī)范。電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備和線路，必要時(shí)應(yīng)該設(shè)置主保護(hù)、后備保護(hù)和附加輔助保護(hù)。主保護(hù)能快速、有選擇地切除保護(hù)區(qū)內(nèi)的故障；后備保護(hù)是在主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)排除故障。備份保護(hù)分為遠(yuǎn)程備份和近距離備份。其中：遠(yuǎn)后備是指當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備；近后備是指當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，設(shè)備或線路的另一套保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備，當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，斷路器失靈保護(hù)實(shí)現(xiàn)后備。輔助保護(hù)是在需要加快線路故障切除或消除方向元件死區(qū)時(shí)，由電流速斷組成的輔助保護(hù)。繼電保護(hù)的總體主要原則有：（1）當(dāng)被保護(hù)元件短路或足以破壞系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)進(jìn)行跳閘；當(dāng)出現(xiàn)異常動(dòng)作時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)按信號動(dòng)作。（2）為保證系統(tǒng)無故障部分的正常供電，保護(hù)裝置應(yīng)的動(dòng)作時(shí)限盡可能的小切除故障。（3）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)選擇性動(dòng)作跳閘。當(dāng)對速動(dòng)性要求較高時(shí)，可不設(shè)選擇性地跳閘，然后設(shè)置自動(dòng)重合閘室，以彌補(bǔ)保護(hù)的非選擇性動(dòng)作。（4）在選擇保護(hù)方式時(shí)，先不考慮故障類型和發(fā)生的可能性很小的運(yùn)行方式。（5）當(dāng)保護(hù)裝置電壓回路斷開時(shí)，可能引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作的情況下，應(yīng)安裝電壓回路斷開閉鎖裝置并發(fā)出信號。（6）信號繼電器應(yīng)安裝在指示保護(hù)裝置動(dòng)作的出口上。（7）除主保護(hù)任務(wù)外，主保護(hù)裝置還應(yīng)盡可能設(shè)置為相鄰元件的后備保護(hù)。（8）當(dāng)保護(hù)裝置因動(dòng)作原理不能對相鄰元件起后備保護(hù)作用時(shí)，應(yīng)在全部或部分?jǐn)嗦菲魃习惭b單獨(dú)的后備保護(hù)。（9）當(dāng)相鄰元件的后備保護(hù)較為復(fù)雜，或無法實(shí)現(xiàn)完整的后備保護(hù)功能時(shí)，可縮小后備保護(hù)范圍。（10）在實(shí)際可能出現(xiàn)的最不利的運(yùn)行方式和故障類型下，保護(hù)裝置應(yīng)有足夠的靈敏度系數(shù)。（11）保護(hù)裝置的靈敏度應(yīng)與相鄰設(shè)備相同。（12）保護(hù)裝置的電流互感器在最壞條件下的誤差要求小于10%。變壓器的繼電保護(hù)主保護(hù)：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù),瓦斯保護(hù)。后備保護(hù)：過流保護(hù),過負(fù)荷保護(hù)。縱差保護(hù)的原理是利用電流矢量和為0的特性。如果出現(xiàn)短路電流等異常電流，電流矢量和不為0，從而控制相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作，切斷電路，保證變壓器的安全使用。差動(dòng)保護(hù)的工作原理是確定變壓器高低壓側(cè)的電流矢量和相應(yīng)的相角，變壓器無故障正常運(yùn)行時(shí)，差動(dòng)繼電器中的電流矢量之和為：流過雙向電流互感器的電流之和，正常運(yùn)行時(shí)等于零，但一般情況下，現(xiàn)實(shí)中存在三相不平衡，可能不是零，總而言之，它接近于零，此時(shí)差動(dòng)繼電器不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，而是保持在正常工作狀態(tài)，保護(hù)不動(dòng)作，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，上述電流矢量之和不為零，此時(shí)差動(dòng)繼電器捕捉到電流信號并產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。電流差動(dòng)保護(hù)是最重要的保護(hù)措施之一。它能正確區(qū)分內(nèi)部故障和外部故障，無需其它元件的保護(hù)。因此，廣泛應(yīng)用于變壓器的主保護(hù)。瓦斯氣體保護(hù)的原理：當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，產(chǎn)生的熱量會(huì)使變壓器油蒸發(fā)形成蒸汽并觸碰氣體流量開關(guān)，從而產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，使斷路器跳閘。這也是一種常見的變壓器保護(hù)裝置。它使用至今已久，具有保護(hù)簡單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。瓦斯氣體保護(hù)主要針對變壓器內(nèi)部的絕緣損壞。變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，特別是短路，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，使變壓器油蒸發(fā)產(chǎn)生大量氣體。在這個(gè)時(shí)候，由于其重量輕，這些氣體將上升，直到它們到達(dá)變壓器的頂部。正是利用這一特點(diǎn)，在油箱內(nèi)部發(fā)生故障的情況下，可以在變壓器內(nèi)部安裝一個(gè)繼電器，用來判斷瓦斯情況。后備保護(hù)：過流保護(hù),過負(fù)荷保護(hù)?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)計(jì)算躲開變壓器的勵(lì)磁涌流：上式中，可靠系數(shù)取1.3。躲開電流互感器二次斷路產(chǎn)生的不平衡電流：上式中，可靠系數(shù)取1.3。確定外部短路時(shí)的最大不平衡電流：式中：為變壓器分接頭引起的誤差，為同型系數(shù)，相同型號取0.5，不同型號取1。為平衡線圈的誤差（變比和實(shí)際變比不同取0.05），為變壓器外部短路電流。靈敏度校驗(yàn)：可以得到在二次側(cè)為0.75A。靈敏系數(shù)所以符合要求母線的繼電保護(hù)配置原則：35~66kV電力網(wǎng)中,主要變電所的35~66kV雙母線或分段單母線須快速而有選擇地切除一段或一組母線上故障,以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和可靠供電。雙母線并聯(lián)運(yùn)行的變電所,在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，當(dāng)線路保護(hù)在某些情況下選擇性不能達(dá)標(biāo)，母線保護(hù)應(yīng)保證先使母聯(lián)斷路器跳閘。對于3-10kV分段母線,宜采用不完全電流差動(dòng)式母線保護(hù),保護(hù)僅接入有電源支路。保護(hù)由兩段組成：第1段采用無時(shí)限或帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)，當(dāng)靈敏度不符合要求時(shí),可采用電流閉鎖、電壓速斷保護(hù)；第2段采用過電流保護(hù),當(dāng)靈敏度不符合要求時(shí),可將一部分大負(fù)荷的配電線路接入差動(dòng)回路,以降低保護(hù)的起動(dòng)電流。（1）單母線電流差動(dòng)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、接線簡單。單母線完全電流差動(dòng)保護(hù)的原理接線如圖4-1所示。圖4-1單母線完全電流差動(dòng)保護(hù)原理接線（2）對于雙母線，多采用一組母線，全電流差動(dòng)保護(hù)可作為母線保護(hù)。但是，在總線操作模式失敗后，所有電源將被切斷。在恢復(fù)供電之前，可以將連接的部件切換到另一組總線。因此，在發(fā)電廠和重要變電所的高壓母線中，一般采用雙母線同時(shí)運(yùn)行（常采用母聯(lián)斷路器），而每根母線上連接一部分（約1/2）的供、受電元件。這樣，任何一組母線故障后，只有一半左右的負(fù)載供電會(huì)受到影響，而另一組母線的連接元件仍能繼續(xù)工作，大大提高了供電的可靠性。雙母線同時(shí)運(yùn)行，電流差動(dòng)保護(hù)由三組差動(dòng)保護(hù)組成。交流回路接線示意圖如圖4-2所示。第一組差動(dòng)保護(hù)由電流互感器TA1、TA3、TA5和差動(dòng)繼電器KD1組成，用于選擇I組母線上的故障。當(dāng)KD1動(dòng)作時(shí)，總線I上的所有連接元件失效，第二組差動(dòng)保護(hù)由電流互感器TA2、TA4、TA6和差動(dòng)繼電器kD3組成，用于選擇第二組母線上的故障。當(dāng)kD3動(dòng)作時(shí)，總線II上的連接元件全部拆除；第三組差動(dòng)保護(hù)實(shí)際上由電流互感器TA1、TA2、TA3、TA4和差動(dòng)繼電器KD2組成，當(dāng)任一組母線發(fā)生故障時(shí)，它立即啟動(dòng)并動(dòng)作，使母線斷路器（QF1）跳閘，在母線固定接線方式下，它也是整個(gè)保護(hù)的啟動(dòng)元件，但當(dāng)外部母線發(fā)生故障時(shí)，它不動(dòng)作。當(dāng)固定連接方式被破壞時(shí)，保護(hù)區(qū)外部故障時(shí)，KD2不動(dòng)作，防止保護(hù)的誤動(dòng)。圖4-2交流回路圖其直流回路如圖4-3所示。圖4-3直流回路圖防雷保護(hù)設(shè)計(jì)雷電是自然中的一種放電現(xiàn)象，它會(huì)引起大火、摧毀建筑。雷電放電所產(chǎn)生的電流有將近數(shù)百千安培，產(chǎn)生巨大的磁效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)以及熱效應(yīng)。從電氣角度來看，主要體現(xiàn)在兩方面：①雷電在電力系統(tǒng)中引起巨大的雷電過電壓，會(huì)對絕緣造成破壞引起停電事故；②雷電產(chǎn)生的巨大沖擊電流使物體燃燒損毀，或者通過電動(dòng)力引起機(jī)械振動(dòng)造成破壞。因此變電所和輸電線路的設(shè)計(jì)上都必須采取防雷措施，保證建筑和電氣設(shè)備以及工作人員的安全。防雷保護(hù)裝置避雷針避雷針是防直擊雷的，它由接閃器、引下線和接地體組成，在我國相關(guān)規(guī)程的限制下起保護(hù)范圍應(yīng)對應(yīng)0.1%的繞擊率。單支避雷針的保護(hù)范圍：當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。如圖4-4所示。圖4-4單支避雷針的保護(hù)范圍（時(shí)，θ=45°）避雷針在水平面上的保護(hù)半徑（m）；避雷針高度（m）；被保護(hù)物高度（m）；避雷針的高度影響系數(shù)（時(shí)，；時(shí)，；，則按照計(jì)算）。兩支等高避雷針的保護(hù)范圍：兩根等高避雷針的保護(hù)范圍如圖4-5所示。圖4-5高度為的兩根避雷針的保護(hù)范圍兩避雷針外部的保護(hù)范圍按照一根避雷針的情況計(jì)算。兩根避雷針之間的保護(hù)最低點(diǎn)的高度按下式計(jì)算：兩根避雷針的保護(hù)最低點(diǎn)的高度（m）；兩根避雷針間的距離（m）。兩根避雷針之間水平面上保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度按如下計(jì)算：當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。需要注意的是，要保證兩根避雷針能形成擴(kuò)大保護(hù)范圍的聯(lián)合保護(hù)，兩根避雷針之間的距離不能選的太大，一般不宜大于。避雷器作用：抑制雷電過電壓，從而保護(hù)電氣設(shè)備。分類：管型避雷器、保護(hù)間隙、閥型避雷器以及氧化鋅避雷器。目的：①正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)線和大地的隔離作用；②動(dòng)作時(shí)限制雷電波侵入；③動(dòng)作后不產(chǎn)生截波；④作用后可靠切除工頻續(xù)流。保護(hù)間隙是最簡單的限壓器，它具備價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但它的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生工頻電流，其適用范圍是不重要和單相接地不會(huì)導(dǎo)致重大事故的地方。管型避雷器運(yùn)行維護(hù)較為麻煩，適用于變電所進(jìn)線端以及輸電線路上絕緣比較弱的部分。閥型避雷器如圖4-6所示，由間隙和電阻閥片組成。圖4-6閥型避雷器原理結(jié)構(gòu)1—間隙2—電阻閥片間隙的作用是隔離、抑制雷電入侵波。閥片的作用是防止截波、限制工頻續(xù)流，配合間隙進(jìn)行滅弧。金屬氧化物避雷器（MOA）。它的優(yōu)點(diǎn)是與避雷器相比沒有間隙，此外它還有體積小、造價(jià)低、保護(hù)性能優(yōu)秀、通流容量大、耐污性能良好等優(yōu)點(diǎn)。變電所防雷保護(hù)設(shè)計(jì)變電所是電力系統(tǒng)的樞紐，發(fā)生雷電事故往往會(huì)造成大面積的停電，不過變電所的地域比較集中，比較容易集中保護(hù)。變電所中的雷電過電壓現(xiàn)象來自兩個(gè)方面，一是雷電直擊變電所，二是沿輸電線路入侵的雷電過電壓波。直擊雷過電壓保護(hù)變電所的直擊雷過電壓保護(hù)可采用避雷針和避雷線，主要保護(hù)的對象是屋外配電裝置，為了保護(hù)其他設(shè)備而裝備的避雷針，最好不要裝設(shè)在獨(dú)立的主控制室和35kV以下的變電所屋頂上。獨(dú)立避雷針宜裝設(shè)獨(dú)立的接地裝置。在土壤電阻率較低地區(qū)，接地裝置不應(yīng)超過。獨(dú)立避雷針不設(shè)在人經(jīng)常通行的地方，避雷針及接地裝置與道路出入口間的距離應(yīng)不小于3m，否則要鋪設(shè)瀝青地面。避雷針的保護(hù)范圍計(jì)算根據(jù)變電所的電氣設(shè)備的布置，本變電所計(jì)劃選擇四根獨(dú)立的等高避雷針位于四個(gè)角上。避雷針高度為，其中被保護(hù)物提最高的為主控樓高度為。如圖4-8所示為變電所的避雷針保護(hù)范圍計(jì)算圖。圖4-8變電所避雷針保護(hù)范圍計(jì)算圖，1#與3#、2#與4#，又，1#與2#、3#與4#又1#與4#、2#與3#又雷電侵入波過電壓保護(hù)雷電侵入波過電壓指的是雷電沿著輸電線路入侵到變電所，在變電所產(chǎn)生的過電壓。對于35kV變電所線路上要在1~2km進(jìn)線保護(hù)段范圍內(nèi)的塔桿防雷水平應(yīng)該符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。進(jìn)線保護(hù)段上的避雷線保護(hù)角最好不超過20°，最大不超過30°。線路沒有全程架設(shè)避雷線的35kV線路，其變電所的進(jìn)線端應(yīng)采取如圖4-7所示的保護(hù)接線方案。圖4-735kV變電所進(jìn)線保護(hù)接線圖中F為母線閥式避雷器，F(xiàn)E為斷路器外側(cè)安裝的一組管式避雷器。35kV變電所的每組母線上應(yīng)裝設(shè)避雷器。避雷器與主變壓器的電氣距離超過表4-1所列的參考值時(shí)，需要在主變壓器的附近增設(shè)一組避雷器，對其他電器的最大距離可比主變壓器電氣距離增大35%。表4-1避雷器離主變壓器的最大電氣距離（單位：m）系統(tǒng)標(biāo)稱電壓/kV進(jìn)線長度/km進(jìn)線數(shù)1234351254050551.5405565752507590105變電所的3~10kV配電裝置（包括主變壓器），應(yīng)在每組母線和架空輸電線路上裝設(shè)避雷器，如果架空進(jìn)線全部位于變電所區(qū)內(nèi)，并且受到其他建筑物屏蔽時(shí)，可以只在母線上裝設(shè)避雷器，且