国泰220kV一次降压变电所电气部分设计
的同类设备，尽可能布置在同一中心线上（指屋外）或处于同一标高（指屋内）。 （3）检修要求
电压为110kV及以上的屋外配电装置，应视其在系统中的地位、接线方式、配电装置形式以及该地区的检修经验等情况，考虑带电作业的要求。
为保证检修人员在检修电器及母线时的安全，电压为63kV及以上的配电装置，对断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧，宜配置接地刀闸。
5.5 配电装置形式的选择
配电装置型式的选择，应考虑所在地的地理情况及环境要求。110kV以上多为屋外式，故本变电所设计采用屋外式配电装置。
根据电器和母线的布置高度，屋外配电装置可分为：高型、半高型、中型。中型配电装置按照隔离开关的布置方式又分为普通中型和分相中型两种。
220kV配电装置分普通中型布置和分相中型布置。对于普通中型布置，其母线下不布置任何电气设备，而分相中型布置的特点是将母线隔离开关直接安装在各相母线的下面。 （1）间隔及相间距
根据《电力工程设计手册》电气一次部分，220kV侧，间隔宽度选用13米，设备相间距取3米，进出线相间距取4米。设备与进出线对地距离分别为3.5米和2.5米。 （2）导线的弧垂和跨距
在分相中型配电装置中，进出线弧垂一般采用2米，一般将母线跨距限制为2-3个间隔，即30-40米左右，对母线弧垂限制为1.0-1.6米。 （3）搬运通道的设置
在搬运设备时，为使所搬运的设备与两侧带电设备保持足够的安全距离，并考虑到不超过设备端子的允许水平拉力，断路器和电流互感器之间的连接导线长度不大于10米。并设有宽度为3-3.5米的环行搬运道。 （4）母线及构架
本变电所母线选用软母线钢芯铝绞线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的档距，但档距越大，导线弧垂越大。 （5）电缆沟
屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。一般横向电缆沟布置在断路器和隔离开关之间，大型变电所的纵向电缆沟因电缆数多，一般分为两路。
分相中型布置可以节约用地，简化架构，节省三材，已基本上取代普通中型布置。在本次设计中220kV电压等级采用分相中型布置。60kV侧采用普通中型布置方式。
- 23 -
沈阳工程学院毕业设计
6 继电保护及自动化装置规划设计
6.1 继电保护在电力系统中的作用
电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见的同时也是最严重的是发生各种形式的短路。当发生短路时，可能产生的后果为：
（1）通过故障点有很大的短路电流和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寿命缩短； （3）使电力系统电压降低，影响电能质量；
（4）破坏系统稳定性，使其发生振荡甚至使系统瓦解。
基于以上情况，继电保护的作用就是要能反映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信号，具体来说体现在以下两个方面： （1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除；
（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件动作于发信号，减负荷或跳闸。
6.2 继电保护的基本要求
（1）电力设备和线路的保护应有主保护和后备保护，必要时可装设辅助保护。 1）主保护：满足系统稳定及设备安全要求，有选择地切除被保护设备和全线故障的保护。
2）后备保护：主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备两种方式。
3）辅助保护：为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。
电力设备和线路的异常运行保护，是反映被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。
（2）继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。
1）可靠性是四性的前提，在拟制，配置和维护保护装置时，都必须满足可靠性的要求。
2）选择性是指首先由故障设备或线路的保护切除故障，当故障设备或线路的保护拒动时由相邻设备或线路保护切除故障。
3）灵敏性是指在被保护设备或线路范围内故障时，保护装置应有足够的灵敏系数。
4）速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，限制故障设备和线路的损坏程度，缩小故障范围。
6.3 选择保护配置及构成方案时的基本要求
- 24 -
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
- 25 -
沈阳工程学院毕业设计
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
- 26 -