作业
6.1变压器保护系统设计
6.1.1
变压器瓦斯保护
含义：
在变压器油箱内部发生故障（包括轻微的匝间短路和绝缘破坏引起的经电弧电阻
接地短路）时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因
局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部。当重
事故时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲油
枕的上部。利用油箱内部故障的上述特点，可以构成反应于上述气体而动作的保
护装置，称为瓦斯保护。
6.1.2变压器过电流保护
答：（１）作用：作为保护变压器负荷侧母线短路引起的变压器过电流，这是主
保护。同时作为变压器差动保护和馈线保护的后备保护。对于变压器的差动保护
来说，是近后备保护；对于馈线保护来说，是远后备。
（２）要求： ①过电流保护装置的动作电流，应按躲过变压器的最大负荷电流进
行整定。②过电流保护的灵敏系数，分主保护和后备保护进行校验。 ③过电流保
护的时限特性，应按阶梯形原则确定。
（３）低压起动过电流保护：过电流保护装置的灵敏度不满足要求时，对于较大
容量的降压变压器可采用低压起动过电流保护，这样保护装置的动作电流可按变
压器额定电流进行整定，从而提高了保护装置的灵敏度。增加低电压起动元件后
，只有当电流增大、电压降低，都达到整定值时，保护装置才能动作于跳闸。牵
引变电所三相主变压器即采用了低电压起动过电流保护。 ①保护
装置动作电流按变压器额定电流整定
②低电压继电器的动作电流，可按正常运行时母线最小工作电压整定 ③保护电流元件的灵敏度校验与过电流相同，低电压起动元件灵敏度可按下式进行校
6.1.3变压器电流速断保护
对高压来讲，过流保护一般是对线路或设备进行过负荷及短路保护，而电流速断
一般用于短路保护。过流保护设定值往往较小（一般只需躲过正常工作引起的
流），动作带有一定延时而电流速断保护一般设定值较大，多为
瞬时动作。
三段式过流保护包括：
1、瞬时电流速断保护（简称电流速断保护或电流Ⅰ段）
2、限时电流速断保护（电流Ⅱ段）
3、过电流保护（电流Ⅲ段）
这三段保护构成一套完整的保护。
它们的不同是保护范围不同：
1瞬时电流速断保护：保护范围小于被保护线路的全长一般设定为被保护线路的全
长的85%
2、限时电流速断保护：保护范围是被保护线路的全长或下一回线路的15%
3、过电流保护：保护范围为被保护线路的全长至下一回线路的全长
6.1.4变压器零序电流保护
对l10kV以上中性点直接接地系统中的电力变压器，一般应装设零序电流
(接地)保护，作为变压器主保护的后备保护和相邻元件短路的后备保护。大接地
电流系统发生单相或两相接地短路时，零序电流的分布和大小与系统中变压器中
性点接地的台数和位置有关。
作用
在中性点直接接地电网中运行的变压器都装设零序电流保护，当变压器高侧或高
压侧线路发生接地时，产生零序电流，零序电流保护动作。这里认为变压器低压
侧绕组为三角形接线。它可作为变压器高压绕组引出线，母线接地短路的保护，
同时还可做相邻线路及变压器本身主保护的后备保护。
6.1.5变压器纵联差动保护
1定义
所谓输电线的纵联保护，就是用某种通信通道将输电线两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。因此，理论上这种纵联保护具有绝对的选择性。
差动保护是一种依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化构成的对电气设备的保护装置，一般分为纵联差动保护和横联差动保护。变压器的差动保护属纵联差动保护，横联差动保护则常用于变电所母线等设备的保护。
2特性
由于纵联差动保护只在保护区内短路时才动作，不存在与系统中相邻元件保护的选择性配合问题，因而可以快速切除整个保护区内任何一点的短路，这是它的可贵优点。但是，为了构成纵联差动保护装置，必须在被保护元件各端装设电流互感器，并将它们的二次线圈用辅助导线连接起来，接差动继电器。由于受辅助导线条件的限制，纵向连接的差动保护仅限于用在短线路上，对于发电机、变压器及母线等，则可广泛采用纵联差动保护实现主保护。
3变压器的纵联差动保护及其原理
所谓变压器的纵联差动保护，是指由变压器的一次和二次电流的数值和相位进行比较而构成的保护。纵联差动保护装置，一般用来保护变压器线圈及引出线上发生的相间短路和大电流接地系统中的单相接地短路。对于变压器线圈的匝间短路等内部故障，通常只作后备保护。
纵联差动保护装置由变压器两侧的电流互感器和继电器等组成，两个电流互感器串联形成环路，电流继电器并接在环路上。因此，电流继电器的电流等于两侧电流互感器二次侧电流之差。在正常情况下或保护范围外发生故障时，两侧电流互感器二次侧电流大小相
等，相位相同，因此流经继电器的差电流为零，但如果在保护区内发生短路故障，流经继电器的差电流不再为零，因此继电器将动作，使断路器跳闸，从而起到保护作用。
变压器纵差保护是按照循环电流原理构成的，变压器纵差保护的原理要求变压器在正常运行和纵差保护区（纵差保护区为电流互感器TA1、TA2之间的范围）外故障时，流入差动继电器中的电流为零，保证纵差保护不动作。但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差保护的正确工作，就须适当选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。
6.2防雷与接地系统设计
6.2.1概述
直击雷：雷电直接击中建筑物，雷电的不到50%的能量将会从引下线等外部避雷设
施泄放到大地，其中接近40%的能量将通过建筑物的供电系统分流，其中5%左右的
能量通过建筑物的通信网络线缆分流，其余的雷击能量通建筑物的其他金属管道
、缆线分流。这里的能量分配比例会随着建筑物内的布线状况和管线结构而变化
。直击雷波形为10/350us
传导雷（雷电波侵入）：在更大的范围内（几公里甚至几十公里），雷电击中电
力或信息通讯线路，然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中
的一种：雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面，导致地电压升高，并在周
围形成巨大的跨步电压。雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路入侵雷电延建
筑物内部设备形成地电位反击
感应雷（雷电波感应）：在周围1000公尺左右范围内（有资料为500公尺或1500公
尺，距离应随着雷击大小和屏蔽措施而变化）。发生雷击时，LEMP在上述有效范
围内，在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此分布于建筑物内外的各种
电力、信息线路将会感应雷电而对设备造成危害。
6.2.2避雷针保护范围的计算
Rx=√H(2Hr-H)-√Hx(2Hr-Hx)
Rd=√H(2Hr-H)
其中：Rx-----避雷针在Hx高度平面上的保护半径M
Hr-----滚球半径M
Hx――被保护物体高度M
H―――避雷针的计算高度M
Rd―――避雷针在地面上的保护半径M
Rx=1.6Ha/(1+ Hx/H)
Rx-----避雷针在Hx高度平面上的保护半径M
Hx――被保护物体高度M
H―――避雷针的计算高度M
Ha=H-Hx―――避雷针的有效高度
6.2.3接地网设计