电力变压器的继电保护Word文档格式.docx

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3.变压器继电保护配置方案的确定 9

3.1引言 9

3.2变压器保护配置的结构和功能简介 9

3.2.1采样部分 9

3.2.2网络部分 9

3.2.3CPU部分 9

3.2.4电源部分 10

3.2.5逻辑部分 10

3.2.6跳闸部分 10

3.2.7人机对话窗口 10

3.3操作界面 11

3.4装置程序 12

4.变压器保护装置的调试 15

5.小结 16

参考文献 17

致谢 18

河北农业大学本科毕业论文

1.绪论

1.1继电保护的基本任务和要求

电能是一种特殊的商品，为了远距离输送，需要提高电压，实施高压输电；

为了分配和使用，需要降低电压，实施低压配电、供电和用电。

电能的生产量应每时每刻与电能的消耗量保持平衡，并满足质量的要求。

由于一年内夏、冬季的负荷较春、秋季的大，一周内工作日的负荷较休息日的大，一天内的负荷也有高峰与低谷之分，电力系统中的某些设备，随时都会因绝缘材料的老化、制造中的缺陷、自然灾害等原因出现故障而退出运行。

根据不同的运行条件，可以将电力系统的运行状态分为正常状态、不正常状态和故障状态。

故障和不正常状态如果不及时正确处理，都可能引起事故。

事故是指对用户少送电或停止供电，电能质量降低到不能允许的程度，造成人身伤亡及电气设备损坏等。

为了防止电力系统中发生事故，一般采取如下对策[1][8]：

（1）改进设计，加强维护检修，提高运行水平和工作质量，采取各项积极措施消除或减少事故发生的可能性。

（2）故障一旦发生，迅速而有选择的切除故障元件，保证无故障部分正常运行。

继电保护装置，就是反应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出信号的一种自动装置。

它的基本任务包括如下两方面：

（1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭受破坏，保证非故障部分迅速恢复正常运行。

（2）对不正常运行状态，根据运行维护条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸，且能与自动重合闸相配合。

继电保护的基本要求：

速动性，选择性，灵敏性和可靠性。

1.2电力变压器继电保护研究的目的

电力变压器是电力系统中十分重要的电气设备，它的故障将对供电可靠性和系统的安全运行产生严重的影响。

同时大容量电力变压器也是十分贵重的设备，因此应根据变压器容量等级和重要程度装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。

1.3电力变压器继电保护研究的现状和进展

自20世纪初第一台电感应式过电流继电器在电力系统应用以来，电力系统继电保护的发展己经经历了一个世纪。

继电保护装置在实现手段上经历了机电型、电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型和微机型的发展过程。

利用计算机实现继电保护的设想，早在20世纪60年代就已提了出来，但是，由于受当时的技术和经济条件的限制，把计算机用于继电保护领域的研究，主要是做理论探索，着重于继电保护算法的研究、数字滤波器的设计和实验室样机的试验。

在这一阶段，

7

虽然没有使计算机继电保护得以实现，但是，大量的研究成果都为计算机继电保护的进一步发展奠定了坚实的基础，随着微型计算机及微处理器价格的降低极其性能的改善，计算机继电保护也得到了迅速的发展。

到了70年代初期，计算机的制造技术出现了重大突破，大规模集成电路的制造技术的飞速发展和应用，使得以微处理器为核心的微型计算机进入了实用阶段，带来了微机继电保护的研究高潮。

首先美国西屋公司在上述观点的基础上开始具体的装置研究，并于1972年发表了该装置试运行样机的原理结构与现场的实验结果，这是第一套比较完整的用于现场的计算机继电保护样机，代表了计算机继电保护的雏形。

但是由于价格昂贵，还不能达到工业应用。

在性能价格比方面，微机继电保护装置与常规模拟式继电保护装置相比较，具有无可比拟的优点。

因此，它的出现很快得到接受和欢迎。

我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期，尽管起步晚，但是由于我国继电保护工作者的努力，进展却很快。

经过10年左右的奋斗，到了80年代末，计算机继电保护已达到了大量实用的程度。

我国对计算机继电保护的研究过程中，高等院校和科研院所起着先导的作用。

从70年代开始，华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。

1984年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上的新一页，为微机保护的推广开辟了道路。

在主设备保护方面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机－变压器组保护也相继于1989年、1994年通过鉴定，投入运行。

南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。

天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993年、1996年通过鉴定。

至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。

因此到了90年代，我国继电保护进入了微机时代。

随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，并且应用于实际之中。

1.4本文研究的主要内容

本文根据电力变压器继电保护的原理分析,即瓦斯保护,电流速断保护及差动保护,主要描述了差动保护,设计了一套适合于变压器的微机保护,能实现的主要功能有差动速断保护、差动保护，CT断线检测和CT断线闭锁差动保护功能等。

最后对系统进行调试，验证系统的可靠性。

2.变压器继电保护的原理

2.1电力变压器故障类型和不正常运行状态

变压器的故障分为油箱内部故障和油箱外部故障。

油箱内部故障包括变压器油箱内绕组的相间短路、匝间短路、接地短路以及铁心的烧损等。

油箱外部故障主要是指引出线之间发生的各种相间短路，引出线因绝缘套管闪络或破碎而通过油箱外壳发生的单相接地短路。

变压器发生故障，必将对电力网和变压器带来危害，特别是发生内部故障时，短路电流产生的高温电弧不仅会烧损绕组绝缘和铁芯，而且使绝缘材料和变压器油剧烈气化，从而可能引起爆炸。

因此变压器发生故障时，必须将其从电力系统中尽快切除。

变压器的不正常运行状态主要包括：

过负荷；

油箱漏油造成的油面降低；

外部短路引起的过电流和中性点过电压；

对于大容量变压器，因铁芯额定工作磁通密度和饱和磁通密度比较接近，当系统电压过高或系统频率降低时产生的过励磁等[2]。

2.2电力变压器继电保护的配置

为了保证电力系统的安全稳定运行，并将故障和不正常运行状态的影响限制到最小范围，按照规程规定，变压器应装设如下保护：

1 反映油箱内部故障和油面降低的非电量保护，又称瓦斯保护；

2 反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护，或电流速断保护；

3 作为变压器外部相间短路和内部短路的后备保护的过电流保护（或带有复合电压起动的过电流保护或负序电流保护或阻抗保护）；

4 反映中性点直接接地系统中外部接地短路的变压器零序电流保护；

5 反映大型变压器过励磁的变压器过励磁保护及过电压保护；

6 反映变压器过负荷的变压器过负荷保护；

7 反映变压器非全相运行的非全相保护等[3]。

2.3变压器的瓦斯保护

图2-1变压器瓦斯保护的原理接线图

电力变压器油箱内部发生故障时，在故障点电流和电弧的作用下，将是变压器油和其他绝缘材料因受热而分解出瓦斯气体从油箱流向油枕，当故障严重时，油箱内产生大量的气体而导致油箱内部压力升高，迫使变压器油经管道涌向油枕。

这种利用油箱内部故障时产生瓦斯气体的特征而构成的保护就称瓦斯保护。

瓦斯保护的主要优点是安装接线简单，动作迅速，灵敏度高，能反映变压器油箱内部发生的各种故障；

缺点是不能反应变压器油箱外部的故障，如套管及引出线的故障[1]。

2.4变压器的电流速断保护

对于容量较小的变压器，当灵敏度系数满足要求时，可在电源侧装设电流速断保护，与瓦斯保护配合作为变压器油箱内部故障和套管及引出线上故障的主保护。

电流速断保护的一次动作电流按以下条件计算，并选择其中较大者作为保护的动作值。

图2-2 变压器电流速断保护的原理接线图

（1）按躲过变压器负荷侧母线（图2-2中K1点）短路时流过保护装置的最大短路电流整定，即

Iact=KrelIkl.max

式中 Krel—可靠系数，取1.3～1.4；

Ikl.max—系统最大运行方式下，变压器负荷侧母线（图2-2中K1点）三相金属性短路时流过保护装置的最大短路电流。

（2）按躲过变压器空载投入时励磁涌流计算，由实际经验，一般取保护的一次动作电流为变压器额定电流的3～5倍，即

Iact=（3～5）ITN

电流速断保护的灵敏度系数按保护安装处（如图2-2中K2点）短路时流过保护装置的最小两相短路电流校验，即

Ksen.min=I²

k2.min/Iact

式中 I²

k2.min—系统最小运行方式下，保护安装处发生两相金属性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度系数Ksen≥2

电流速断保护的优点是接线简单、动作迅速；

但灵敏度较低，并且受系统运行方式的影响较大，往往不能满足要求[1]。

2.5变压器纵联差动保护

2.5.1变压器纵连差动保护的原理分析

纵连差动保护是变压器的主保护之一。

对6.3MVA及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，应装设纵连差动保护。

对高压侧电压为330KV及以上变压器，可装设双重差动保护[6]。

纵连差动保护应符合下列要求:

①应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；

②应能在变压器过励磁时不误动；

③差动保护范围应包括变压器套管及引出线。

如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施。

图2-3 变压器纵联差动保护的单相原理接线图

双绕组变压器和三绕组变压器纵联差动保护的单相原理接线图如图2-3其保护区域在电流互感器之间，理想情况下，在变压器正常运行或保护区域外部短路时，变压器各

侧电流流入差动继电器的差动电流为零，保护不会动作；

但在保护区内部故障时，流入差动继电器的差动电流等于故障点电流变换到电流互感器二次侧的值，此时保护动作，因此，理想情况下，变压器纵联传动的动作判据为[1]

Ir〉0

式中Ir—流入差动继电器中的电流

但由于实际上变压器各侧电流互感器的误差、变压器接线方式及励磁涌流等因素造成回路中会流过一定的不平衡电流，差动电流不可能为零，不平衡电流的存在，使得差动保护的灵敏度受到影响。

不平衡电流越大，差动保护的灵敏度就越差。

因此，要提高纵连差动保护的灵敏度，关键在于减小或消除不平衡电流的影响。

研究表明采用比率制动原理的差动保护可以较好的解决这一问题，此外也可以采用故障分量比率差动原理、标积制动原理和相角比较式差动原理等。

下面主要研究