220kV变电站电气二次部分初步设计1

. . . 毕业设计(论文)课 题 名 称LWB220kV变电站电气二次部分初步设计 学 生 姓 名 付晓雷学 号0941201010系、年级专业 电气工程系、09级电气工程与其自动化 指 导 教 师 何建政职 称 高级工程师2013年 5月 17日60 / 67容提要变电站二次部分设计是变电站设计中不可缺少的环节，变电站的二次部分包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置，为能实现对全站的主设备、输、配电线路的自动监视、测量、控制和微机保护以与调度通信的综合性的自动化二次系统。合理的方案设计和整定计算对保证变电站安全、稳定、可靠的运行起着非常重要的作用。本设计主要介绍了LWB地区的某220kV变电站电气二次部分的初步设计。首先结合原始资料，根据主接线形式完成短路计算，然后结合已经获得的资料完成主变继电保护的配置、整定计算和设备选型，主变各侧断路器控制和信号回路设计，主变220kV侧隔离开关电动操作机构设计，变电站公共部分设计与其通讯部分的概述，同时完成绘制各个部分设计图纸。关键词：短路计算；继电保护；整定计算；二次系统；断路器控制 SummarySubstation secondary part design is indispensable in the design of substation, substation of the second part includes measuring instrument, signal system, relay protection and automatic device and remote device, in order to realize the total stations main equipment, transport, distribution circuit of automatic monitoring, measurement, control and microcomputer protection and scheduling communication comprehensive automation of quadratic system. Reasonable design and setting calculation to ensure substation safe, reliable, and stable operation plays a very important role.This design mainly introduces the LWB region of a 220 kV substation electrical secondary part of the preliminary design. Combining with the raw data first, according to the main wiring short circuit calculation form is complete, and combining with the data of have been completed main transformer relay protection configuration and setting calculation and equipment selection, the main variable in each side of the circuit breaker control signal and circuit design, main transformer of 220 kV side electric isolation switch operating mechanism design, substation overview of public parts design and communication, and complete drawing parts design drawings.Key words: short circuit calculation; Relay protection; Setting calculation; Secondary system; The circuit breaker control.目录容提要Summary第一部分 设计说明书1 概述11.1 原始资料分析11.2 运行方式的确定32 短路电流计算52.1 概述52.2 短路计算的目的52.3 短路计算条件52.4 短路点的确定62.5 计算方法与结果63 互感器的配置与选型83.1 电流互感器的配置83.2 电压互感器的配置83.3 电流互感器的选型83.4 电压互感器的选型94 电力变压器的保护配置与整定114.1 电力变压器保护配置概述114.2 三绕组变压器保护配置的基本要求.114.3 变压器保护方式的确定124.4 变压器保护装置选型185 主变各侧断路器控制和信号回路设计205.1 变电站断路器控制方式205.2 几种LW2型断路器操作开关的接点形式225.3 断路器控制回路的要求235.4 断路器控制回路方案比较235.5 断路器自动跳、合闸的信号回路285.6 主变各侧断路器控制和信号回路设计316 主变220kV侧隔离开关电动操作设计326.1 隔离开关控制方式和回路构成原则326.2 主变220kV侧隔离开关电动操作设计327 公共部分设计347.1 直流系统设计347.2不间断电源系统（UPS）347.3 全站时间同步系统357.4 二次设备的接地368 变电站通讯部分概述378.1 站通信的分类378.2 站通信组织设施和要求37第二部分 设计计算书9 短路电流计算399.1 等值电路的制定399.2 对称短路电流计算409.3 不对称短路电流计算4610 主变压器继电保护整定计算5310.1 瓦斯保护的整定5310.2 电流速断保护的整定5310.3 纵联差动保护的整定5310.4 变压器后备保护的整定5510.5 变压器方向性零序电流保护的整定5610.6 中性点直接接地电网的零序电流保护整定5610.7 变压器过负荷保护的整定57总结58参考文献59致60附图一 主变保护配置图附图二 主变保护交流电流电压回路图附图三 主变保护直流回路图附图四 主变220kV侧断路器控制与信号回路图（一）附图五 主变220kV侧断路器控制与信号回路图（二）附图六 主变110kV侧断路器控制与信号回路图附图七 主变10kV侧断路器控制与信号回路图附图八 RCS978E接点联系图（一）附图九 RCS978E接点联系图（二）附图十 变压器保护柜端子排图（一）附图十一 变压器保护柜端子排图（二）1概述1.1原始资料(1)建所目的LWB地区新建孟寨变电站，主要供电孟寨县并为柳林、石佛、徐庄4县水电外送提供接入点，提高了电源外送和用户供电的可靠性，加强地区220kV电网，为地区中间变电站。(2)拟建变电所概况孟寨220kV变电站接入系统方案：即大桥线单回剖进孟寨变，孟寨融城改为新建220kV线路，导线型号改为LGJ-2300，新建孟寨华西220kV线路，如图1.1所示：图1.1 新建孟寨变方案图孟寨220kV变电站为220/110/10kV三级电压，由220kV和110kV两级电压接入系统。主变容量本期2180MVA，终期2180MVA。220kV远景出线为6回，本期3回（即至2回，融城1回）。电气主接线采用双母线接线。110kV终期出线6回，本期出线8回，用双母线接线。110kV断路器选用瓷柱式SF6气体绝缘单断口断路器，期额定电流为2000A,开断电流为31.5kA,3s热稳定电流31.5kA，动稳定电流峰值80kA。10kV本期出线10回，终期出线12回。无功补偿容量为127.2Mvar并联电容器和110Mvar并联电抗器，采用单母线分段接线。10kV经过限流电抗器后的开断电流要求大于20.46kA，断路器选用VS1-10型真空断路器。进线额定电流为4000A，出线额定电流为1250A，进线断路器开断电流为40kA，出线断路器开断电流为31.5kA。系统接线如图1.2所示：图1.2 系统接线简图(3)变压器参数 选用三相自然油循环风冷三线圈有载调压变压器，两台主变压器均采用中性点直接接地的形式，220、110kV中性点采用隔离开关接地的方式，10kV为三角形接线，为不接地系统。型号：SFSZ9-180000/220 接线组别：YN,yn0,d11 电压比与抽头：23081.25%/121/11kV 容量比：180/180/90阻抗电压参考值：= 1214=79=2224220kV中性点绝缘等级：110kV 110kV中性点绝缘等级：60kV(4)短路电流计算参数全省220kV与以上网络参与计算。短路水平年按远景水平年考虑。短路阻抗不含变电站本身阻抗。短路阻抗为标幺值，其基准值为：，。（4）大方式系统短路阻抗正序网络如图1.3所示，零序网络如图1.4所示：图1.3系统正序网络图 图1.4 系统零序网络图(5)变电站本期出线潮流估计如下表1.1所示：表1.1 系统出线情况电压等级间隔方向线型长度（km）输送潮流(MW)220kV孟寨-LGJ-230050-395+100孟寨-LGJ-40050-234+100孟寨-融城LGJ-40017-234+234110kV孟寨-昊元LGJ-1853.3-40+70孟寨-大冶LGJ-1857-40+70孟寨-LGJ-18541-40+70孟寨-颍阳LGJ-24013-50+80孟寨-宝丰LGJ-24027.5-50+80孟寨-宝丰LGJ-24027.5-50+801.2 运行方式的确定电力系统中，为使系统安全、经济、合理运行，或者满足检修工作的要求，需要经常变更系统的运行方式，由此相应地引起了系统参数的变化。在设计变、配电站选择开关电器和确定继电保护装置整定值时，往往需要根据电力系统不同运行方式下的短路电流值来计算和校验所选用电器的稳定度和继电保护装置的灵敏度。最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性。最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。最大、最小运行方式的选择，目的在于计算通过保护装置的最大、最小短路电流。由于在本次设计中，该变电站本期2台主变压器投入运行，终期3台，故运行方式按只有2台主变压器运行的方式来确定。本站的最大运行方式为两台主变并列运行，此时阻抗最小；最小运行方式为单台主变运行，此时阻抗最大。根据不同的运行方式分别算出各个短路点发生四种短路情况下的最大、最小短路电流，作为二次部分继电保护整定的条件。2 短路电流计算2.1概述短路是电力系统的严重故障。所谓短路,是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。产生短路的原因有以下几个方面：（1）元件损坏；（2）气象条件恶化 ；（3）人为事故；（4）其它。在三相系统中可能发生的短路有：（1）三相短路；（2）两相短路；（3）两相接地短路；（4）单相接地短路。三相短路也称为对称短路,系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。其它类型的短路都是不对称的路。电力系统的运行经验表明,在各种类型的短路中,单相短路占大多数,两相短路较少,三相短路机会最少。从短路计算方法来看,一切不对称短路的计算在采用对称分量法后,都归结为对称短路的计算。2.2 短路计算的目的在变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几个方面1：(1)选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。(2)为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值,还必须知道在网络中的分布情况，有时还要知道系统中某些节点的电压值。(3)在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时,为了比较各种不同方案的接线图,确定是否需要采取限制短路电流的措施,都要进行必要的短路电流计算。进行电力系统暂态稳定计算,研究短路对用户工作的影响等,也包含有一部分短路计算。2.3 短路计算条件在实际工作中,根据一定的任务进行短路计算时必须首先确定计算条件。所谓计算条件是指短路发生时系统的运行方式,短路的类型和发生地点,以与短路发生后所采取的措施。为使所选电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：(1) 容量和接线：按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划一般为本期工程建成后的510年，其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。(2) 短路种类：一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。(3) 正常工作时，三相系统对称运行。(4) 所有电源的电动势相位角一样。(5) 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。(6) 短路发生在短路电流为最大值的瞬间。(7) 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。(8) 元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整围。2.4 短路点的确定短路点应选择在正常接线方式时，短路电流为最大的点2。比如变压器回路中的断路器，应比较断路器前后短路时通过该断路器的电流值，母联断路器则应考虑母联断路器向备用母线充电时，备用母线故障，流过母联断路器的电流值。本变电站有三个电压等级，根据220kV、110kV侧进行继电保护的整定计算的要求，取如下三个短路点如图2.1所示：图2.1短路点选择2.5计算方法与结果(1) 本站的最大运行方式为两台主变并列运行，此时阻抗最小；最小运行方式为单台主变运行，此时阻抗最大。(2) 本站的短路计算为工程计算，220kV侧系统可近似看成无穷大系统，110kV接入系统，所以、短路时，各侧提供的短路电流都需进行计算。(3) 计算时，基准容量取100MVA，基准电压取各级平均额定电压，即220kV侧取230kV，110kV侧取115kV，10kV侧取10.5kV。(4) 根据变压器和输电线路继电保护整定的要求，在母线各侧计算不同短路类型（包括三相短路、两相短路、两相接地短路、单相短路）的短路电流，其结果如表2.1所示。表2.1 各母线侧短路计算结果运行方式短路类型短路点最大运行方式最小运行方式220kV母线侧16.524 kA0.2076 kA14.3098 kA0.1798 kA16.524 kA0.4584 kA16.9023 kA0.4443 kA110kV母线侧9.6594 kA0.4290 kA8.3650 kA0.3715 kA11.846 kA0.6754 kA10.988 kA0.6216 kA10kV母线侧55.3716 kA4.5064 kA47.9518 kA3.9025 kA95.904 kA7.805 kA107.293 kA7.0485 kA3互感器的配置与选型3.1电流互感器的配置(1) 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。(2) 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器：发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。(3) 对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。根据以上要求，结合安全、可靠、经济等原则，选择主接线中电流互感器的配置。3.2 电压互感器的配置(1) 电压互感器的数量和配置与主接线方式有关3，并应满足测量、保护、同期和自动重合闸的要求。电气互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都提取到电压。(2) 6220kV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。(3) 当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上就装设电压互感器。(4) 兼作为并联电容器组泄能和兼作为限制切断空载长线过电压的电磁式电压互感器，其与电容组之间和与线路之间不应有开断点5。根据以上要求，结合安全、可靠、经济等原则，选择主接线中电压互感器的配置。3.3 电流互感器的选型(1)一次回路额定电压和电流的选择4：UNUNs （3.1）INImax（3.2）式中IN、UN电流互感器一次回路额定电压和电流；UNs安装地点的电网电压；Imax流过电流互感器的长期最大工作电流。(2)二次额定电流的选择：弱电系统用1A，强电系统用5A。(3) 热稳定和动稳定校验：热稳定：It2Qk或(KtIN1)2Qk(t=1) （3.3）部动稳定：iesich或IN1Kesich （3.4）外部动稳定：Fal0.51.7310-7ich2L/a （3.5）式中 Fal作用于电流互器瓷帽端部的允许力； L电流互感器出线端至最近一个母线支柱绝缘子之间的跨距。 (4) 根据电流互感器的配置原则和设计需要，选择电流互感器结果如表3.1所示：表3.1 电流互感器参数安装地点型 号数 据电 压(kV)电 流(A)动稳定倍数kd热稳定(kA)2s220kV出线LRD-220工作值220768.0071.2536.38额定值220100068.4512.43110kV出线LCW-110工作值110459.645.17346.38额定值110600651654903240主变220kV侧LCWD3-220工作值220472.418.06346.38额定值2206006516512258100主变110kV侧LCB-110工作值110944.811.94605.69额定值11010009010000主变10kV侧LAJ-10工作值104949.39.552420.94额定值10500090625003.4 电压互感器的选型(1) 一次回路电压选择：为了确保电压互感器安全和在规定的准确等级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压UNs应在（0.81.2）UN1围变动，即应满足下列条件：0.8UN1UNs1.2UN1（3.6）(2) 二次回路电压的选择：电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求。电压互感器二次侧额定电压可按电力工程电气设计手册P251表636选择6。(3) 根据电压互感器的配置原则和设计需要，选择电压互感器结果如表3.2所示：表3.2电压互感器参数安装地点TV型号电压（kV）变 比备注220kV侧TYD-220220成套电容式110kV侧TYD-110110成套电容式10kV侧JDZX10-1010单相油浸式4电力变压器的保护配置与整定4.1电力变压器保护配置概述 变压器的故障可分为油箱故障和油箱外故障两类18，油箱故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路，以与铁芯烧毁等。变压器油箱的故障十分危险，由于油箱充满了变压器油，故障后强大的短路电流使变压器油急剧的分解气化，可能产生大量的可燃性瓦斯气体，很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。 电力变压器不正常的运行状态主要有外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以与过电压、过励磁等。变压器保护的配置应遵循以下基本原则：(1)瓦斯保护800kVA与以上的油浸式变压器和400kVA以上的车间油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反应变压器油箱部的短路故障以与油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于发出信号。 (2)纵差保护或电流速断保护6300kVA与以上并列运行的变压器，10000kVA与以上单独运行的变压器19，发电厂厂用或工业企业中自用6300kVA与以上重要的变压器，应装设纵差保护。其他电力变压器，应装设电流速断保护，其过电流保护的动作时限应大于0.5s。2000kVA以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不能满足要求时，也应装设纵差保护。纵差保护用于反应电力变压器绕组、套管与引出线发生的短路故障，其保护动作于跳开变压器各电源侧断路器并发相应信号。 (3)相间短路的后备保护 相间短路的后备保护用于反应外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护（或电流速断保护）的后备保护20，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器，并发相应信号。一般采用过流保护、复合电压起动过电流保护或负序电流单相低电压保护等。 (4)接地短路的零序保护 对于中性点直接接地系统中的变压器，应装设零序保护，零序保护用于反应变压器高压侧（或中压侧），以与外部元件的接地短路。 (5)过负荷保护 对于400kVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装设过负荷保护。过负荷保护通常只装在一相，其动作时限较长，延时动作于发信号。(6)其他保护: 高压侧电压为500kV与以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流升高，应装设变压器过励磁保护21。对变压器温度和油箱压力升高，以与冷却系统故障，按变压器现行标准，应装设相应的保护装置。1000kVA与以上容量的油浸式变压器才装设有温度信号计，一般规定正常运行时上层油温不超过85，否则应发出信号提示值班人员。最高不超过95，超过则动作于跳开变压器各侧开关。4.2 三绕组变压器保护配置的基本要求对于三绕组变压器的后备保护，当变压器油箱部故障时，应断开各侧断路器，当油箱外部故障时，只应断开近故障点侧的变压器断路器，使变压器的其余两侧继续运行。(1)对于单侧电源的三绕组变压器，应设置两套后备保护，分别装于电源侧和负荷侧。保护带两级时限，以较小的时限跳开变压器断路器，以较大的时限断开变压器各侧断路器。 (2)对于多侧电源的三绕组变压器，应在三侧都装设后备保护。 (3)对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。 装于各侧的过负荷保护，均经过同一时间继电器作用于信号。由于本次设计10kV侧不考虑负荷，则过负荷保护安装在高、中压侧。4.3变压器保护方式的确定根据变压器保护配置的基本原则，可确定本变电站变压器的保护方式，如表4.1所示。表4.1 变压器保护配置变压器主保护配置瓦斯保护、纵联差动保护、电流速断保护变压器后备保护配置方向性零序电流保护、中性点直接接地零序电流保护、复合电压起动的过电流保护、过负荷保护(1) 瓦斯保护瓦斯保护的动作原理是：在变压器部故障点局部产生高温后，致使油温升高，体积膨胀，乃至沸腾，电弧使绝缘物和变压器油分解而产生大量气体来实现22。(2)电流速断保护的整定 变压器电流速断保护的作用，是防止被保护围发生金属性单相或多相短路时产生过电流长时间冲击而引起事故扩大，并波与故障线路与其上的设备。因此一般都作用于断路器跳闸，以便迅速切断故障点电源。保护动作电流按避越变压器外部故障的最大短路电流来整定：（4.1）式中可靠系数，取1.41.6；降压变压器低压侧母线发生三相短路时，流过保护装置的最大短路电流。电流速断保护的动作电流还应避越空载投入变压器时的励磁涌流，一般动作电流应大于变压器额定电流的35倍。保护装置的灵敏系数 (4.2)式中系统最小运行方式下，变压器的电源侧引出端发生两相金属短路时流过保护装置的最小短路电流。要求保护装置的灵敏系数：2中性线回路的零序电流继电器的动作电流，应按避越变压器受电侧故障时流过继电器的最大不平衡电流来整定（1）（2）（3） 中性线回路的零序电流继电器的动作电流，应安避越变压器受电侧故障时流过继电器的最大不平衡电流整定：= （4.3)式中可靠系数，取1.3；电流互感器的同型系数，取0.5；电流互感器的相对误差，取0.1；、降压变压器低压侧母线上发生三相短路时，流过继电器的最大短路电流和不平衡电流。(3) 纵联差动保护的整定变压器纵差保护主要作用来保护变压器绕组部与其引出线上发生的多相短路，同时也可以保护变压器单相匝间短路和接地短路23。差动保护是反映变压器高、低两侧电流差而动作的保护装置。实际上在保护围没有故障时也有较大的不平衡电流流过继电器，因此必须设法减小和躲开不平衡电流，才能在变压器上使用差动保护。变压器差动保护的动作原理工作原理：当变压器正常运行或外部故障时，流入差动继电器的电流为不平衡电流。由于预先选择好两侧电流互感器的变比和接线方式24，故该部平衡电流值很小，流入电流继电器的电流，保护部不动作。当保护区发生故障时，对于单电源侧变压器，则（或）=0，故=（或）（为继电器的动作整定电流），则继电器动作，瞬时使变压器侧的断路器跳开。采用BCH-2型差动继电器的整定计算动作电流的整定 首先决定基本侧。以变压器额定运行时所计算出的流入继电器电流较大者为基本侧。然后按以下各式计算基本侧差动保护的动作电流。(a) 按躲过变压器空载投入或外部短路切除后电压恢复时的励磁涌流来整定 （4.4)式中 可靠系数，取1.5；变压器的额定电流；(b) 按躲过最大不平衡电流来整定= （4.5)= （4.6)式中 可靠系数，取1.3；最大不平衡电流（A）；非周期分量引起的误差，取1；电流互感器同型系数，两侧互感器型号一样时取0.5，不同时取1；电流互感器最大相对误差，取0.1；变压器调压围的一半，取0.05；继电器实用匝数与计算匝数不等产生的相对误差，取中间值0.05；变压器外部三相短路时流经基本侧的最大稳态短路电流（A）。(c) 按躲过电流互感器二次侧回路断线而引起的电流变动来计算 （4.7)式中 可靠系数，取1.3；变压器的额定电流；基本侧继电器动作电流计算值为 （4.8)动作时限的整定差动保护的动作时限取0s。确定基本线圈与平衡线圈的匝数 （4.9) 式中 差动线圈匝数；继电器的动作安匝值，对于BCH-2型，=60At；差动线圈实用匝数；平衡线圈实用匝数。非基本侧线圈匝数的计算 （4.10)式中 非基本侧线圈匝数；实际选用线圈匝数；电流互感器的二次额定电流；差动线圈实用匝数。校验值 =5% （4.11) 式中 非基本侧线圈匝数；非基本侧线圈实际匝数差动线圈实用匝数。灵敏度校验 2 （4.12)式中 灵敏度系数；最小运行方式下变压器低压侧两相短路稳态电流（A）；保护装置二次动作电流。(4)变压器复合电压起动的过电流保护的整定保护装置中电流元件和相间电压元件的整定原则与低电压起动过电流保护一样。序电压元件的起动电压按躲开正常运行方式下负序过滤器出现的最大不平衡电压来整定25，根据运行经验，保护动作的起动电流可按下式计算： （4.13) 式中 可靠系数，取1.2；返回系数，取0.85；变压器额定电流。 负序电压继电器动作电压按躲开正常运行时的不平衡电压整定：0.06 （4.14)式中 额定相间电压。对于高中压侧有电源的降压变压器，如高压侧为主电源时，则保护装于高压侧与低压侧。低压侧无电源时，保护以较短时限断开该侧断路器。高压侧保护包括带方向和不带方向的两部分，带方向的保护其方向指向后备保护时限较小的一侧，以短时限断开该侧断路器，不带方向的保护以较大时限断开另一侧断路器，以再大一级时限断开全部断路器。当高压侧断开时，变压器本身对部故障无后备保护，这种运行方式机会少，变压器故障少，差动和瓦斯保护都拒动的可能性更小，三者凑在一起的概率可以不考虑，因而上述保护配置是可以允许的。如果上述保护不能满足灵敏性的要求，允许三侧都装设后备保护。高、中压两侧中后备保护时限较小的一侧装设方向保护，另一侧装设不带方向的保护。(5)变压器方向性零序电流保护在双侧或多侧电源的网络中电源处变压器中性点一般至少有一台接地，由于零序电流的实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器，因此在变压器接地数目比较多的复杂网络中，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。零序功率方向继电器接于零序电压3和3之上，它只反应于零序功率的方向而动作。当保护围部故障时，按规定的电流电压方向看，3超前于3为，继电器此时应正确动作，并应工作在最灵敏的条件下。继电器动作方程为0 （4.15)目前在电力系统中，都是把最大灵敏角做成，即要求加入继电器的应超前于时动作最灵敏。为适应这个要求，将电流线圈与电流互感器之间同极性连接，而电压线圈和电压互感器之间不同极性连接，即 =，= -，刚好符合最灵敏的条件。由于越靠近故障点的零序电压越高，因此零序功率方向元件没有电压死区。相反地，倒是故障点距保护安装点很远时，由于保护安装处的零序电压较低，零序电流很小，继电器反而可能不起动。为此，必须校验方向元件在这种情况下的灵敏系数，即应采用相邻元件末端短路时，在本安装处的最小零序电流与功率方向继电器的最小起动电流之比来计算灵敏系数，并要求1.5。(6) 中性点直接接地电网的零序电流保护的整定部分变压器中性点接地，中性点未装设间隙的分级绝缘变压器应装设零序电流保护和零序电压保护。部分变压器中性点接地运行，中性点未装设间隙的分级绝缘变压器，零序电流保护整定计算 （4.16)式中 配合系数，取1.1；零序电流分支系数，其值等于出线零序电流保护围末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流与流过线路零序电流之比，选用值为最大运行方式，作为计算运行方式；出线零序电流后备段的动作电流。 与中性点不接地运行的变压器的零序电压元件在灵敏系数上相配合。当零序电压元件处于动作边缘时（4.17)式中 当零序电压元件处于动作边缘时，流过被保护变压器的零序电流；被保护变压器的零序电抗；零序电压元件的动作电压。 灵敏系数1.5 （4.18)(7)变压器过负荷保护为了防止变压器长时间在超过允许负载能力下运行，需要装设过负荷保护装置。过负荷引起的电流三相是对称的，因此过负荷保护可用一个电流继电器连接到任一相即可。在有人值班的场所，过负荷一般作用于信号。动作电流的整定。按躲过变压器的额定电流来整定 （4.19)式中 过负荷保护装置动作电流整定值（A）；变压器额定电流（A）；电流互感器变比。动作时限的整定：动作时限为，一般用于信号。4.4变压器保护装置选型根据变压器保护整定计算，选择南瑞生产的RCS-978变压器保护装置。RCS-978系列数字式变压器保护适用于500kV与以下电压等级、需要提供双套主保护、双套后备保护的各种接线方式的变压器26。保护的主体方案是将一台主变的全套电量保护集成在一套保护装置中，主保护和后备保护共用一组电流互感器TA。主保护包括：稳态比率差动保护、差动速断保护、高灵敏工频变化量比率差动保护、零序比率差动或分侧差动（针对自耦变压器）保护和过励磁保护（定、反时限可选）。后备保护包括：阻抗保护、复合电压闭锁方向过流保护、零序方向过流保护、零序过压保护、间隙零序过流保护、过负荷报警、起动风冷、过载闭锁有载调压、零序电压报警、TA异常报警和TV异常报警等。另外，RCS-978的附加功能包括：完善的事件报文处理、灵活的后台通信方式、与COMTRADE兼容的故障录波、后台管理故障分析软件等。对于一个大型变压器，配置RCS-978保护装置，实现主保护、后备保护、异常运行保护的全套双重化，操作回路和非电量保护装置独立组屏。性能特点：(1)装置采样率为每周波24点，主要继电器采用全周波傅氏算法。装置在较高采样率前提下仍能保证故障全过程中所有保护继电器（主保护与后备保护）的并行实时计算，使装置具有很高的固有可靠性和安全性。(2)管理板中设置了独立的总起动元件，动作后开放保护装置的跳闸出口继电器正电源；同时针对不同的保护采用不同的起动元件，CPU板各保护动作元件只在其相应的起动元件动作后同时管理板相应的起动元件也动作才能有跳闸输出。保护装置的元件在正常情况下损坏不会引起装置误输出，装置的可靠性很高。(3)变压器各侧二次电流相位和平衡通过软件调整，平衡系数调整围可达16倍。装置采用Y变化调整差电流平衡，可以明确区分涌流和故障电流，大大加快差动保护在空投变压器于部故障时的动作速度。(4)稳态比率差动保护的动作特性采用三折线，励磁涌流闭锁判据采用差电流二次、三次谐波或波形判别。采用差电流五次谐波进行过励磁闭锁。装置采用适用于变压器的谐波识别抗TA饱和的方法，能有效地解决变压器在区外故障伴随TA饱和时稳态比率差动保护误动作问题。(5)工频变化量比率差动保护完全反映差动电流和制动电流的变化量，不受变压器正常运行时负载电流的影响，有很高的检测变压器部小电流故障的能力（如中性点附近的单相接地与相间短路，单相小匝间短路）。同时，工频变化量比率差动的制动系数和制动电流取值较高，耐受TA饱和的能力较强。(6)装置针对自耦变压器设有零序比率差动保护或分侧差动保护。零差保护各侧零序电流均由装置自产得到，各侧二次零序电流平衡由软件调整。又采用正序电流制动与TA饱和判据相结合的方法，以避免区外故障时零差保护误动。(7)装置采用电压量与电流量相结合的方法，使差动保护TA二次回路断线和短路判别更加可靠准确。(8)反时限过励磁保护的动作特性能针对不同的变压器过励磁倍数曲线进行配合，过励磁倍数测量值更能反映变压器的实际运行工况。(9)各侧后备保护考虑最大配置要求，跳闸输出采用跳闸矩阵整定，适用于各种跳闸方式。阻抗保护具有振荡闭锁功能，TV断线时阻抗保护退出。为防止变压器和应涌流对零序过流保护的影响，装置设有零序过流保护谐波闭锁功能。(10)采用友好的人机界面。液晶上可显示时间、变压器的主接线、各侧电流、电压大小、功率方向、频率、过励磁倍数和差电流的大小。键盘操作简单，菜单和打印的报告为简体汉字。(11)通过相应的PC机软件包，利用通信方式，提供方便与易用的手段进行装置的设置、观察装置状态以与了解记录的信息，例如整定值，模拟量实时值，开入量状态以与录波数据等。故障分析软件包使用户在故障发生后可以方便地进行故障分析。(12)装置采用整体面板、全封闭8U机箱，强弱电严格分开，取消传统背板配线方式。在软件设计上也采取相关的抗干扰措施，使装置抗干扰能力大大提高，顺利通过了各种抗干扰标准的测试。RCS-978装置具有以下优点：(1)设计简洁，二次回路清晰；(2)运行方便，安全可靠；(3)整定、调试和维护方便。5断路器控制和信号回路设计5.1 变电站断路器控制方式变电站的控制方式分为有人值班、驻所值班和无人值班三种方式6。有人值班的变电站应设主控制室，驻所值班和无人值班的变电站一般设控制小室。一般220kV变电站采用有人值班的控制方式。(1) 220kV变电站断路器控制方式对220kV变电站可选择的控制方式有集中控制和分散控制两种8。分散控制是在各高压配电装置处设若干分控制室,将继电保护装置和部分控制设备下放到分控制室:此外,还设有主控制室在主控制室和分控制室之间,采用近距离远动装置实现遥控、遥信、遁测,即所远动形式。分散控制方式具有节省控制电缆减少高压电磁场对二次回路的干扰、降低电流互感器二次负担、减少控制室面积等优点。由于目前国对主控制室和分控制室之间的信息传输问题还没有适合的信息传输装置可供选择,因此,对220kV变电站推荐采用集中控制方式。在配电装置处设分控制室的方式,今后在一些工程中可选择试点,取得经验后再推广采用。220kV变电站在主控制室集中控制的设备应为:主变压器、线路并联电抗器、35kV与以上线路与相应的母联断路器、分段断路器、旁路断路器等。相应的控制、保护设备也应布置在主控制室。220kV变电站的无功补偿设备,如同步调相机、电力电容器、电抗器、静止补偿装置等, 一般也应在主控制室集中控制。如果由于总体布置上的要求,当无功补偿设备离主控制室较远,无功补偿设备本身又是户式或者部分设备布置在户,在这种情况,若采用就地控制在技术上和经济上更加合理并征得运行单位同意时,也可以采用就地控制。220kV断路器宜采用弱电或强电一对一控制。弱电一对一控制适用于控制对象多,需要缩小监视面的场合, 并可以与微处理机为控制部件核心的可编程序数字信息处理系统配合使用,运行人员对这种控制方式很满意。目前,电力自动化设备厂等仿制出高质量的弱电控制开关,为这种控制方式的推广提供了一定的条件。对规模较小的220kV变电站,在控制对象不多,监视面不大的情况下,采用强电一对一控制较合适。因220kV系统比较重要,断路器的数量一般较少,故不推荐采用选线控制。(2) 220kV与以下电压的变电站断路器控制方式 应在站控制室控制的元件有主变压器、调相机、串联补偿电容器组、母线联络、线路并联电抗器、母线分段、旁路、联络线、35kV与以上线路。6-l0kV屋配电装置到用户的线路一般采用就地控制14。变电站各元件的继电保护装置和电度表,一般装设在控制该元件的地方。当35kV与以上配电装置离控制室较远时,其母线设备和线路的继电保护与电度表,可装设在屋配电装置室或屋外配电装置的继电器室。强电控制分为强电一对一直接控制和强电选线控制。后者在实际工程中应用的很少。强电一对一直接控制,这种方式具有控制回路接线简单,操作电源电压单一,运行人员容易掌握,维护方便,可靠性较高等优点,是国投入运行的各类发电厂、变电站中采用的一种主要的控制方式。强电控制因控制设备的电压比较高,为满足绝缘距离的要求,控制设备、接线端子排等设备体积都比较大,因而在控制屏(台)上单位面积可布置的控制回路数就较少。近年来,随着计算机监控系统的广泛应用,取消了传统的控制屏(台),取而代之的是大屏幕CRT显示以与微机监控系统。二次回路发生了根本性的变化,二次设备用电缆硬连接的情况在不断减少,许多功能由计算机软件来实现,如软光字牌、软开关、软连接片等,使得二次回路的接线简单清晰,小型设备的布置问题不再突出27。因此,新建大型发电厂, 断路器的控制大都采用强电一对一直接控制的方式,控制电源一般为直流220V或110V。(1) 强电一对一控制采用 LW2,LW5等系列控制开关对操作对象实行强电一对一控制,是我国长期以来采用的为广大运行人员所熟悉的方式,实践证明这种方式安全可靠。发电厂和变电站中常用的控制开关:一种是跳、合闸操作都分两步进行,手柄有两个固定位置和两个操作位置的LW2系列控制开关,由它构成的控制、信号接线能直接反映运行、事故和操作过程各种状态,便于分析各种工况,多用于主设备的断路器控制回路;另一种是操作只需一步进行,手柄有一个固定位置和两个操作位置的LW5系列控制开关,由它构成的控制、信号接线也能反映运行和事故的各种工况,虽然没有LW2那样清晰,但操作较简单,多用于厂用电动机系统的断路器控制回路。LW2系列控制开关面板有方形和圆形两种,手柄有9种型式,根据接线是否需定位、自动复归、取出手柄和附信号灯等要求任意选择。LW5系列控制开关有旋钮和普通手柄两种,操作方式有自复式和定位式两种。其开关按触点系统档数分1-16等16种。(2) 强电小型开关控制强电小型开关控制兼有一般强电控制以与弱电控制两种方式的一些优点。强电小型开关控制接线常采用控制台一信号返回屏型式,它是以强电小开关为主要操作元件的直接操作方式。它具有弱电控制方式缩小监视面、操作集中、模拟性强等优点,又可取消采用弱电控制时的强弱电之间的转换环节,安装单位和一般强电开关控制一样也能分得清楚,克服了弱电控方式在这方面的不足。5.2几种LW2型断路器操作开关的接点形式控制开关正面为一个操作手柄和面板,安装在控制屏前。与手柄固定连接的转轴上有数节触点盒,安装在控制屏后。每个触点盒有4个定触点和1个动触点。定触点分布在盒的四角,盒外有供接线用的四个引出线端子。动触点根据凸轮和簧片形状以与在转轴上装的初始位置可组成14种型式的触点盒,其代号为1、1a、2、4、5、6、6a、7、8、10、20、30、40、50等。其中LW2-Z型和LW2-YZ型控制开关中各型触点盒的触点随手柄转动位置如图5.1所示。表中动触点的型式有两种:一种是触点在轴上,随轴一起转动;另一种是触点在轴上有一定的自由行程,这种型式的触点当手柄转动角度在其自由行程以时,可保持在原来的位置上不动。图5.1LW2-Z和LW2-YZ型触点盒位置图图中的1、1a、2、4、5、6、6a、7、8型触点是随轴转动的动触点,10、40、50型触点在轴上有45度的自由行程;20型触点在轴上有90度的自由行程;30度型触点在轴上有135度的自由行程。具有自由行程的触点切断能力较小,只适合于信号回路。LW2系列控