變電所的基本保護設計案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u23278變電所的基本保護設計案例綜述 1318431.1概述 134611.2變壓器的保護 2304771.2.1變壓器的故障和不正常運行狀態 2110991.2.2主變的保護 293911.3防雷接地 3315251.3.1避雷針的設計要求 3247991.3.2避雷針形式的設計 389731.3.3避雷器的選擇 5139201.4接地設計 648681.4.1保護接地 632461.4.2雷電保護接地 6139821.4.3防靜電接地 6253311.4.1接地設計的要求 7211781.4.2本設計的接地設計 71.1概述由于主變在變電所是至關重要的設備，選擇相應的保護方式是尤為重要的。許多變電所都建在室外。110kV變電所外部環境影響中最致命的影響是雷電事故。雷電事故的發生主要來自兩個方面。一是閃電直接襲擊了變電所，第二是雷電擊中輸出線，侵入變電所沖擊。一旦遇到雷雨天氣，它會直接影響110kV變電所的正常運行，而且變電所會因閃電而受損。由于損耗非常巨大，容易嚴重損傷周圍線路，所以變電所的電壓輸出會影響正常電壓范圍，也會影響110kV變電所的使用年限。相關工作人員應采取先進的雷電保護措施，加強110kV變電所的雷電保護，避免雷電嚴重影響。1.2變壓器的保護1.2.1變壓器的故障和不正常運行狀態變壓器的故障分為油箱內故障和油箱外故障。油箱內故障主要有：繞組相間短路；繞組匝間短路；直接接地系統側繞組接地短路。油箱內故障是很危險的，不但會燒壞繞組、絕緣和鐵芯，而且可能在油箱內產生大量氣體引起爆炸。油箱外故障主要是絕緣套管引出線相間短路或單相接地短路。實踐表明，變壓器套管和引出線上的相間短路、接地短路、繞組的匝間短路時比較常見的故障形式；而變壓器油箱內發生相間短路的情況比較少。變壓器的異常工作狀態：由于油箱漏油導致的油位降低、外部接地系統短路造成的過電流、長期負荷過載造成的負荷、施加高電壓或低頻激勵、變壓器中性點的高電壓上升異常的工作狀態為了防止由于各種類型的變壓器和異常操作而引起的不必要損失，變壓器保護必須在短時間內作出響應，并且可以發送警報信號或延遲觸發以保證電力系統的安全和持續運行。1.2.2主變的保護變壓器的保護類型瓦斯保護：主要用來保護變壓器的內部故障；縱聯差動保護：能正確區分區內外故障，而且不需要與其他元件配合，可以無延時地切除區內各種故障；電流速斷保護：一般用于短路保護；過電流保護：通常用作后備保護；過負荷保護：反映變壓器過負荷狀態，動作于信號或跳閘。過勵磁保護：反映因過壓或頻率降低而引起的過勵磁狀態,動作于信號或跳閘。（2）本設計主變的保護對容量為6300kVA及以上的變壓器，以及發電廠廠用變壓器和并列運行的變壓器，10000kVA及以上的發電廠廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，應裝設縱差動保護。根據變壓器會發生的故障和不正常運行狀態，應裝設的保護是縱聯差動保護，其次應裝設瓦斯保護，兩者相互配合作為主保護。過電流保護作為后備保護。主變防雷保護變壓器作為110kV變電所的重要設備，防雷也至關重要，變壓器本身絕緣性較弱，且變壓器主要遭受來自線路的雷電沖擊波，低壓繞組造成過電壓，損壞設備，造成不可逆的影響，故應在出口側裝設氧化鋅避雷器。1.3防雷接地為了防止直接雷擊一般使用避雷針。避雷針的工作原理不是保護閃電，而是利用其高、有利的地形。它起著引導雷電、承擔雷電、向地球放電，保護附近建筑物和設備的作用。有被閃電保護的特定范圍的建筑物和設備。這個范圍，作為中心的有光子棒的圓錐形的帳篷。因此，帳篷空間中的對象可以免受雷擊。本設計主要依據標GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》中進行了說明。1.3.1避雷針的設計要求（1）采用獨立避雷針的變電所，宜設獨立的接地裝置。（2）獨立避雷針不應設在有人經常通行的地方。（1）110kV變電所的避雷裝置一般設置在能有效防止變電所直擊雷損傷的變電所的構造物上。安裝在建筑物上的的避雷針應直接連接到接地網格，接地裝置應集中設置在避雷針附近。但是，可以在大氣污染場所適當調整距離。1.3.2避雷針形式的設計依據避雷針保護范圍確定避雷針根數和避雷針高度。（1）單只避雷針在地面上保護范圍的計算公式：（7.1）r——保護半徑h——避雷針的高度k——高度影響系數（2）單支避雷針在被保護建筑物水平面上的保護范圍避雷針在建筑物高上的保護范圍計算：當時，（7.2）當時（7.3）的取值范圍為：當時，取；當時，取；當時，取。兩只避雷針的保護范圍按通過兩針頂點及保護范圍上部邊緣最低點O的圓弧確定。（7.4）（7.5）——避雷針有效高度兩針間hm水平面上保護范圍的一側最小寬度bx。按下圖確定：圖1.1兩等高避雷針間保護范圍的一側最小寬度（bx）與D/（haP）的關系因為該變電所為封閉式布置，建筑物一般在12米左右。故按照在被保護建筑物水平面上計算保護范圍。根據目前的已有的戶內式變電所，尺寸為35×49m的變電所。本設計的方案計算預設避雷針高度為80米，采用兩根等高避雷針架設在建筑物兩個對角。故D=60m，ha=68m，p=0.6。依據以上公式計算：其中取，依據計算查上圖得到，則保護范圍一側最小寬度。故上述所選兩根等高避雷針安裝在建筑物對角處，高度為80米，符合本設計的保護范圍內。1.3.3避雷器的選擇避雷器選擇原則：（1）選擇避雷針的條件應根據其應用區域內的溫度，高度，風速，污垢和地震來確定，并且系統的工作條件應根據系統的額定電壓，最大系統電壓，額定頻率，中性點的接地方法，短路電流和接地故障的持續時間來確定；（2）根據受保護物體確定避雷針類型；（3）依據長期作用于避雷器上的最高電壓確定避雷器的持續運行電壓；（4）按避雷器安裝地點的暫時過電壓最值和持續時間選擇避雷器的額定電壓；（5）根據被保護設備的額定操作沖擊耐受電壓，按絕緣配合要求選擇。本設計主要考慮無間隙氧化鋅避雷器裝設在母線側。氧化性避雷器的優點是：在正常運行電壓時，氧化鋅電阻閥片呈現板高的電阻，通過它的電流只有微安級，當系統出現危害電氣設備的過電壓時，它具有優良的非線性特性和陡波響

應特性，使其有較低的陡波殘壓和操作波殘壓。通流能力大，耐受暫時工頻過電壓能力強。根據持續運行電壓與額定電壓選擇，其計算如下：額定電壓：持續運行電壓有效值：綜合以上各母線選擇避雷器型號為：110kV側為Y10W5-116/302，35kV側為Y10W5-42/134，10kV側為Y5W-12.7/45，均為無間隙氧化性避雷器。1.4接地設計電力系統中的電氣設備和設備的一部分導電部分需要接地。傳統的接地電極可以作為接地裝置，但是有必要驗證自然接地電極的熱穩定性。根據其使用，變電所接地可以分為四種類型：系統接地、保護接地、雷電保護接地和靜電接地。每個接地模式的布局是否標準的，是否妥當，不然會危及站內的人員和器材的安全性，全電網的安全穩定的運行也會被破壞。本設計主要考慮保護接地，雷電保護接地和靜電接地。1.4.1保護接地保護接地，保護電氣設備的金屬外殼的接地方法，變電站的開關裝置框架和架空輸電線路的鐵塔等帶電設備會危及人的生命和電氣設備的安全而采取的接地方式。電氣系統的接地保護通常沒有電，電氣設備的絕緣狀態受到損傷的情況或其他特殊情況下可能帶電的電器設備的金屬部分，根據可靠性高的導體連接到接地導體的一種引線方式。1.4.2雷電保護接地防雷避雷措施最重要的環節是雷電保護接地，不論是直擊雷、感應雷或其類型雷擊，其最終目的都是把雷擊電流導入地面。1.4.3防靜電接地通過將帶靜電物體和接地導體連接至大地形成回路，用于防止電氣設備等遭受靜電的危害。靜電接地電阻一般要求不大于10?。1.4.1接地設計的要求需要接地部分：避雷針，避雷器，互感器二次繞組，變壓器，配電裝置外殼。接地體的布置原則：電氣設備的接地一般采用金屬構件、鋼筋混凝土構件的鋼筋、穿線鋼管等，但不得使用蛇皮管的金屬網或外皮以及低壓照明網絡的導線膠皮作接地線；接地裝置應直接埋入地中的自然接地；構架避雷針的接地體要連接到主要的接地網絡，避雷針與主接地網的地下連接點至主變與主接地網的地下連接點之間，沿接地體的長度不得小于15m；避雷器接地引線應與干線接地距離最短，避免彎曲。水平接地極的埋設深度為-0.8m，建筑物周圍的水平接地極與建筑物之間的距離應符合有關規范要求，一般大于1.5m，垂直接地極之間的間距不應小于其長度的2倍（一般為5m）。（3）接地體的選擇：圓鋼、扁鋼和角鋼是人工接地體普遍采用的金屬材料，在施工過程中經常采用埋于基礎內的接地極；接地線的最小截面應符合下式要求：（1.1）——流過接地線的短路電流C——接地材料熱穩定系數——短路等效持續時間1.4.2本設計的接地設計（1）接地形式據和田地區土壤地質情況，結合變電所接地網布置基本要求，該電站接地采用以水平敷設扁鋼接地極為主，輔以角鋼垂直接地極為輔的復合接地網。水平接地扁鋼埋深0.8米，并牢固焊接在垂直接地角樁的0.15米處，地網外沿須做成圓弧形，圓弧半徑為5.5米；房屋的構造柱應用接地扁鋼連接后與主接地網多點相連，當主接地網與設備及房屋基礎沖突時，可適當微調。（2）接地體最小截面接地網相關計算按照單相接地短路電流計算已知110kV母線短路正序阻抗0.042，零序阻抗0.039。其余均按照上述三相短路計算的值去計算總單相短路電流中性點接地短路電流考慮避雷線分流入地短路電流，（）所以入地短路電流為7.355kA。熱穩定校驗最小截面，依據式（1.1），te=0.7s，熱穩定系數扁鋼取70。根據上述計算，扁鋼最小截面為87.9平方毫米，故選擇本設計主地網接地線和設備接地線選用40×5鍍鋅扁鋼能滿