北栀凉心国泰220kV一次降压变电所电气部分设计
继电保护和安全自动装置应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。当确定其配置方案和构成方案时，应综合考虑以下几个方面： （1）设备和电力网的结构特点和运行特点； （2）故障出现的概率和可能造成的后果； （3）电力系统近期的发展情况； （4）经济上的合理性。
6.4 主要设备继电保护配置
在主设备的保护设计中，应要求保护在配置，原理接线和设备选型等方面，根据主设备的运行工况及结构特点，达到可靠、灵敏、快速且有选择性的要求。
6.4.1 变压器保护
（1） 主变的主要故障
内部故障：绕组相间短路、匝间短路、单相接地短路。
外部故障：绝缘套管及引出线各种相间短路、单相接地短路。
变压器不正常运行状态：过负荷、油箱漏油造成的油面降低、表面油温过高、外部短路引起的过电流、电压降低或频率升高引起的变压器过励磁。 （2）变压器保护装设的原则及保护的原理
变压器的主保护回路
1）当变压器线圈和引出线发生相间短路以及变压器发生匝间短路时，其保护应瞬时动作。这种保护由差动保护来完成，因此，差动保护为变压器的主保护。
2）当变压器油箱内部短路时，短路点电弧使变压器油分解，形成瓦斯气体。重瓦斯保护作用于断路器跳闸，为变压器的主保护；轻瓦斯作用于信号。在保护线路中通常设有切换片QP，也可将重瓦斯保护投入信号。瓦斯继电器与变压器成套供应。 后备保护
零序过电流保护：
1）为了提高保护装置的可靠性，在零序过电流前加了零序闭锁。零序电压元件的电压由本侧电压互感器的开口三角取得，动作电压值按躲过正常运行情况下的不平衡电压整定。
2）反应大接地电流系统外部接地短路。
为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯纵差保护（或电流速断保护）的后备，应装设过电流保护。本设计中采用复合电压起动的过电流保护。 3）过负荷保护
变压器长期过负荷运行，促使绝缘老化，影响绕组绝缘寿命。因此，还装设过负荷保护。
过负荷保护应接于一相电流上带时限动作于信号，在无经常值班人员的变电所，必要
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时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷
6.4.2 母线保护
母线相间短路较少，大多数故障为单相接地。母线故障是电气设备最严重的故障之一，因为它不但会使联于母线上的所有元件被迫停电，且将会危及到电力系统的稳定。在变电所中为减少短路容量，应考虑装设母线保护。
（1）对母线保护的要求是：
1）能快速，有选择地切除故障； 2）保护必须具有可靠性和灵敏度；
3）大接地系统母线保护采用三相式接线，小接地系统采用两相接线； 4）根据需要加装重合闸装置。
（2）母线完全差动保护 （3）母线不完全差动保护
母线完全差动保护要求连接于母线上的全部元件都装设电流互感器，设备费用昂贵，保护接线复杂，可根据母线的重要程度，采用母线不完全差动保护。只在变压器，分段断路器上装设电流互感器，且电流互感器只装设在A、C两相上。
保护由两段构成：第一段采用无时限或带时限的电流速断，当灵敏性不符合要求时，可采用电流闭锁电压速断保护；第二段采用过电流保护，当灵敏性不符合要求时，可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路，以降低保护的起动电流。
6.4.3 线路保护
（1）220kV侧线路保护
1）为了实现远距离输电线路全线的快速切除故障，采用高频保护作为220kV侧线路的主保护。
2）220kV线路的接地保护
宜装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护；对某出线路，如方向性的接地距离保护可以明显改善整个电力网接地保护的性能时，可装设接地距离保护并辅之以阶段式零序电流保护。
3）相间距离保护 4）线路纵差保护
根据系统要求，线路发生故障需要自两侧或多侧同时快速跳闸时，应采用纵差保护。其中相差高频保护常用作250km以下的220kV线路的专用全线快速保护。 （2）60kV侧线路保护
1）并列运行的平行线路宜装设横联差动保护作为主保护。以接于两回线之和的电流保护，作为两回路同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。
2）相间保护
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以电流电压保护作为相间故障的主保护及后备保护，可以满足选择性及快速切除故障的要求。可以根据实际系统特点采用距离保护作为相间故障和两点接地短路的主要保护。
6.5 自动化装置配置
在电力系统中，应装设安全自动装置以防止系统稳定破坏或事故扩大，造成大面积停电，或对重要用户的供电长时间中断。 根据规程：“3kV及以上的架空线路和电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，及分段断路器、低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置”。
6.5.1 自动重合闸
（1）提高供电可靠性，对单侧电源尤为显著。
（2）高压输电线路上采用自动重合闸，可提高并列运行的稳定性。 （3）可暂缓或不架双回线路，节约投资。 （4）可纠正断路器或继电保护引起的误动。
三相自动重合闸是220kV及以下电压等级电网应用最广泛的一种自动重合闸。它能简单、可靠地完成规定的重合闸动作，满足系统要求。
在110-220kV系统中，三相重合闸采用一次重合闸方式。
在220kV及以上超高压电网的输电线路上，综合自动重合闸得到普遍的应用。它兼有单相与三相重合闸的功能。即线路上发生单相故障时，实现单相重合闸；发生相间故障时，实现三相重合闸。
6.5.2 备用电源自动投入装置
备用电源和备用设备自动投入装置是当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动地将备用电源或备用设备投入工作，使用户不至于停电的一种装置。
备自投装置应满足以下要求：
（1）只有当工作电源断开以后，备用电源才能投入。
（2）工作母线上无论何种原因失去电压时，备自投均应投入。 （3）备用电源自动投入装置只允许将备用电源投入一次。
（4）当备用电源自投于故障母线时，应使其保护装置加速动作，以防扩大事故。
在本次设计中，变电所的电源均装设备用电源自动投入装置，确保不间断、可靠供电。
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7 过电压保护
7.1 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产生振荡，积聚而引起的内部过电压两种类型。
本次设计中只重点介绍雷电过电压保护。
7.2 配电装置的防雷保护
（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保护。 （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。
（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。
7.3 防雷设计要求和所需资料
(1)雷电过电压保护类别
1）防止雷电直击于电气设备上，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。
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。
(2)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。 (3)装设避雷针的基本原则 1）一方面应使所有的被保护物处于避雷针保护范围之内，既要求避雷针高于被保护物，且两者之间的距离又不能太远，以保证雷击避雷针，而被保护物免遭雷击。
高的对地电位，如果它们距被保护物过近，两者之间将发生放电，称为反击。使高电位引向被保护物。因此避雷针和引下线，接地体与被保护物之间还应保持足够的电气距离。
(4)避雷针保护范围计算 1）单支避雷针
单支避雷针的保护范围。在某一被保护物高度hx的水平面上的保护半径rx为
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当hx≥
h2时，
rx=（h-hx）P (7.1)
当hx＜
h2时，
rx=（1.5h-2hx）P (7.2)
式中 P—高度修正系数，当h≤30 m时，P=1；
当30m＜h≤120 m时，P=
h—避雷针的高度，m。
30h=
5.5h；
从h越高，修正系数越小可知：为了增大保护范围，而一味提高避雷针的高度并非良
策，合理的解决办法应是采用多支避雷针作联合保护。
2）两支等高避雷针
采用两支等高避雷针的保护范围并不是两个单支避雷针保护范围的简单相加，而是两针之间的保护范围有所扩大，但两针外侧的保护范围仍按单支避雷针的计算方法确定。
两针之间的保护范围可利用下式求得
h0=h－
D7P (7.3)
bx=1.5（h0-hx） (7.4)
式中 h--避雷针的高度，m；
h0--两针间联合保护范围上部边缘得最低点的高度，m； 2bx--在高度hx的水平面上，保护范围的最小宽度，m
求得bx后，即可在水平面的中央画出到两针连线的距离为bx的两点，从这两点向两支避雷针在hx层面上的半径为rx的圆形保护范围作切线，便可得到这一水平面上的联合保护范围。两针之间的距离不能太大，一般不宜大于5h。
（3）多支等高避雷针
本次变电所设计中，采用多支等高避雷针的联合保护范围，选用9支等高避雷针。可以按每三支针的不同组合分别求取其保护范围，计算方法与两支等高避雷针的计算相同，然后叠加起来得出总的联合保护范围。如各边的保护范围最小宽度bx均大于0，则多边形中间全部面积都处于联合保护范围之内。即能满足保护要求
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