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220KV北关一次降压变电所继电保护电气部分初步设计
所有元件停电若在枢纽变电所母线上发生故障，甚至会破坏整个系统的稳定，使事故进一步扩大，后果及为严重。
对母线保护的要求是：必须快速有选择地切除故障母线；应能可靠方便地适应母线运行方式的变化；接线尽量简化。母线保护的接线方式，对于中性点直接接地系统，为反映相间短路和单相接地短路，须采用三相式接线；对于中性点非直接接地系统只需反映相间短路，可采用两相式接线。母线保护大多采用差动保护原理构成，动作后跳开连接在该母线上的所有断路器。
按构成原理的不同，母线保护主要分类如下。 1、完全电流差动母线保护
即在母线所有连接元件中装设具有相同变比和特性的电流互感器，将它们的二次线圈同极性端连在一起， 然后接入电流型差动继电器，此类保护要求电流互感器和电流继电器的内阻要小，否则会造成外部故障时保护的误动作。故该类保护又称低阻抗式母差保护。
完全电流差动母线保护的原理，与线路纵联差动保护十分相似，两种保护只是被保护的对象不同而已。
2、电压差动母线保护
若将电流型差动继电器（内阻很小，约几欧）换成内阻很高，约2.5～7.5??的电压继电器，即构成电压差动母线保护也称作高阻抗式母差保护。这种保护实际上是利用差动回路阻抗变化的特征，有效的防止区外短路因电流互感器严重饱和造成保护误动作。
这种保护方式接线简单、动作速度快，使用于外部短路电流大、电流互感器铁芯易于饱和的场所。
3、具有比率制动特性的电流差动母线保护
这种保护，因差动回路总电阻约200?，故又称作中阻抗式母差保护。它与低、高阻抗式母差保护相比具有下列特点：①减小了外部短路时的不平衡电流；②防止内部短路时可能出现的过电压；③采用比率制动特性保证了动作的选择性并提高了母线故障动作的灵敏性。
（二）断路器失灵保护
高压电网的保护装置和断路器都应采取一定的后备保护，以便在保护装置拒动或断路器失灵时，仍能可靠切除故障。对于重要的220kv及以上主干线路，针对保护拒动通常两套主保护；针对断路器拒动，则装设断路器失灵保护。
断路器失灵保护主要由起动元件、时间元件、闭锁元件和出口回路组成。为了提高保护动作的可靠性，起动元件必须同时具备两个条件才能起动。其中：
（1）故障元件的保护出口继电器动作后不返回；
（2）在故障元件的保护范围内短路依然存在，即失灵判别元件起动。
当母线上连接元件叫多时，失灵判别元件可采用检查母线电压的低电压继电器，动作电压按最大运行方式下线路末端短路时保护应有足够的灵敏性整定；当母线上连接元件较少时，可采用检查故障电流的电流继电器，动作电流在满足灵敏性的情况下，应尽可能大于负荷电流。
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由于断路器失灵保护的时间元件在其他保护动作后才开始计时，动作延时按躲过断路器的调闸时间与保护时间的返回时间之和整定，通常取0.3～0.5s。当采用单线分段或双母线时，延时可分为两段，第Ⅰ段以短时限动作于分段断路器或母联断路器；第Ⅱ段在经一时限动作跳开有电源的出线断路器。
4.1.5 变压器的保护配置方案
电力变压器在电力系统中的地位非常重要，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重后果。由于绝大部分安装在户外，受自然条件的影响较大，同时受到连接负荷的影响和电力系统短路故障的威胁，变压器在运行中有可能出现各种类型的故障和不正常运行状态。因此，必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。
变压器的故障分为内部故障和外部故障。内故障指的是变压器油箱内绕组之间发生相间短路、一相绕组中发生的匝间短路、绕组与铁芯或引出线与外壳发生的单项接地短路。外部故障指的是油箱外部引出线之间发生的各种相间短路、引出线因绝缘套管闪落或破碎通过油箱外壳发生的单项接地短路。变压器发生故障，必将对电网或变压器带来危险，特别是发生内部故障，短路电流产生发高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且使绝缘材料和变压器油受热分解产生大量气体，导致变压器外壳局部变形、破坏甚至引起爆炸。因此，变压器发生故障时，必须将其从电力系统中切除。
变压器不正常运行状态主要指过负荷、油箱漏油造成的油面降低以及外部短路引起的过电流。对于大容量变压器，因其铁芯额定工作磁通密度与饱和磁通密度比较接近，所以系统电压过高或系统频率降低时，容易过励磁。过励磁也是变压器的一种不正常运行状态，变压器处于不正常运行状态时，应发出信号。
为了保证电力系统安全稳定运行，并将故障或不正常运行状态的影响限制到最小范围，按照GB 14258—1993《继电保护和安装自动装置技术规程》的规定，变压器应装设以下保护装置。
对电力变压器的下列故障及异常运行状态，应按本节的规定装设相应的保护装置。 （1） 绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路; （2） 绕组的匝间短路；
（3） 外部相间短路引起的过电流；
（4） 中性点直接接地电力网中，外部接地短路引起的过电流及中性点过电压； （5） 过负荷； （6） 过励磁； （7） 油面降低；
（8） 变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障；
上述第一、第二款的保护装置应瞬时动作于跳闸，第三、第四的保护装置应带时限动作于跳闸，第五、第六款的保护装置一般作用于信号。
对变压器温度升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器的标准规定，装设信号装置。
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变压器保护部分：
初步装设方案（变压器B1﹑B2）： 主保护：变压器瓦斯保护﹑差动保护
后备保护：复合电压起动的过电流保护﹑过负荷保护 其它保护：装设变压器油温监测
4.2 主保护部分
4.2.1 气体保护(瓦斯保护)
对于0.8MVA及以上油侵式变压器和0.4MVA及以上车间内侵式变压器，均应装设气体保护。当壳内故障产生轻微气体或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量气体时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油侵式变压器的调压装置，亦应装设气体保护。
查《继电保护和安装自动装置技术规程》的规定，第2.3.2条。
4.2.2 纵差动保护或电流速断保护
对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应按下列规定，装设相应的保护作为主保护，保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。
对6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。
对6.3MVA以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不负荷要求的变压器，应装设纵联差动保护。对于高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护。
用于10000千伏安以下的变压器，且其过电流保护时限大于0.5s时，2000千伏安及以上的变压器，如电流速断灵敏性不符合要求，则宜装设差动保护。
上述各种保护装置动作后，应断开变压器各电源侧的断路器。 查《继电保护和安装自动装置技术规程》的规定，第2.3.3条。 变压器后备保护：
后备保护方案：过电流保护、复合电压保护、 过负荷保护。
4.2.3 过电流保护
对于外部相间短路引起的变压器过电流，应按下列规定，装设相应的保护作为后备保护，保护动作后，应带时限动作于跳闸。
（1）过电流保护宜用于降压变压器，保护的整定值，应考虑事故时可能出现的过负荷。
（2）复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器、系统联络变压器和过电流保
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护不负荷灵敏性要求的降压变压器。 （3）负序电流和单项式低电压起动的过电流保护，可用于63MVA及以上升压变压器。 （4）当复合电压起动的过电流保护或负序电流和单相式低压起动的过电流保护不能满足灵敏度性和选择性要求时，可采用阻抗保护。
查《继电保护和安装自动装置技术规程》的规定，第2.3.5条。 和变压器后备保护设计原则：
(1) 变压器后备保护应作为相邻元件及变压器本身主保护的后备。但当为满足远后备而使接线大为复杂化时，允许缩短对相邻线路的后备保护范围。
(2) 变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具有必要的灵敏系数。 (3) 变压器后备保护应尽可能独立，而不由发电机的后备保护代替。 (4) 变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。 最中采用复合电压起动的过电流保护。因为过电流保护的动作电流按最大负荷电流整定，灵敏度往往满足不了要求。低电压起动的过电流保护，它的电流元件可按变压器额定电流整定，保护的灵敏度有所提高，但低电压继电器只装在变压器一侧，当在另一侧发生相间短路时，低压继电器的灵敏度往往不够，为此在变压器两侧都需要装设低电压继电器，这就使其接线复杂化了，这里也不采用。而负序过电流保护虽然也满足设计要求，但其整定计算比较复杂，一般只用于大容量升压变压器和系统联络变压器，不符合此设计的具体情况，因此也不予以采用。复合电压起动的过电流保护，其电压起动元件是由低电压继电器和负序电压继电器组成。当发生三相短路时，短路初瞬总会出现负序电压，负序电压继电器动作，断开加在低压继电器上的电压，从而使其动作。负序电压消失后，虽然低压继电器重新接于线电压上，但由于三相短路电压较低，不能返回而于动作状态。当发生不对称短路时，故障相电流继电器动作，负序电压继电器动作，致使低电压继电器动作，最终将变压器两侧断路器断开。这里的低电压继电器和负序电压继电器相当于接在一个或门上，然后在和相电流继电器相接于与门上，相成了此逻辑关系，从而完成了对变压器相间故障的保护。依据以上的综合分析后，选择复合电压起动的过电流保护作为设计使用方案，它的电流元件可按变压器额定电流整定，保护的灵敏度也有所提高。
4.2.4 过负荷保护
0.4MVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行，并作为其他负荷的电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。
过负荷保护应能反映变压器各绕组的过负荷情况。对双绕组升压变压器应装设发电机电压侧；对双绕组降压变压器应设在高压侧，当三侧都有电源时，则三侧都应装过负荷保护，对于单侧电源的三绕组降压变压器，若三侧绕组容量相同，则过负荷保护只装在电源侧；若三绕组容量不同，则在电源侧和容量较小的一侧分别装设过负荷保护；对于双侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。
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