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变压器保护毕业论文

摘要

变压器作为联系不同电压等级网络的设备，是电力系统中非常重要的元件。

变压器的安全运行关系到整个电力系统供电的可靠性。

随着变压器电压等级和容量的提高，变压器本身也越来越贵重。

因此变压器保护显得尤为重要，如何能够快速准确的切除变压器故障，使损失降低到最小，同时又要保证有足够的可靠性，就成了变压器保护的主要问题。

本文就此问题对当前变压器出现的各种故障及相应的保护原理进行了简要分析，并在此基础上对变压器保护装置进行了简单设计。

该设计的硬件部分以ATmega16为系统的核心，通过对温度、电压及电流进行数据采集并送入信号处理电路，从而准确地得到控制系统可以识别的数字信号。

该设计的软件部分介绍了三种AVR单片机的应用软件，并对系统的主要流程作出了说明，讲述了单片机如何对处理得到的数字信号进行监视、判断处理，及时对各种保护装置发出声光报警或跳闸信号，进而更好地提高变压器运行的安全性和可靠性，确实做好变压器保护工作。

关键字：

变压器保护微机保护单片机差动保护

ApplicationsofSinglechipinTransformerProtection

Abstract

Astheequipmentcontactsvariousvoltagegradenetworks,thetransformerisoneoftheimportantelementsintheelectricalpowersystem.Thetransformerrunningwhetherinsecurityhasrelationtothereliabilityofwholeelectricalpowersystem.Withtransformervoltagegradeandcapacityincreaseyearafteryear,thetransformermoreandmoreexpensive.Thustransformerprotectsbulkmoreimportant.Inordertoreducethelossestotheminimumandensurethereissufficientreliability,howtoclearthetransformerfaultsquicklyandaccuratelybecomesthemainproblemoftransformerprotection.

Onthisissue,thepapergivesabriefanalysistothefaultsoftransformerandthecorrespondingprotectionprinciple.Andonthebasisofthis,carryoutasimpledesignoftransformerprotectivedevice.ThedesignofhardwaretakesATmega16asthecore,collectingthetemperature,voltageandcurrentandsendingtosignalprocessingcircuittoobtainthedigitalsignalthatcontrolsystemcanidentifyaccurately.

Thedesignofsoftwareintroducesthreekindsofapplicationsoftwareandshowsthemainflowchartofthesystem,explainshowtheSCMtomonitorandjudgethedigitalsignalshadhandled,sendsoundandlightalarmortrippingsignaltotheprotectivedevicepromptly,whichservestoimprovetheoperationofthetransformersafelyandreliabilitybetter,reallydoagoodjobontransformerprotection.

Keywords:

transformerprotectionmicrocomputer-basedprotectionSCMdifferentialprotection

第一章绪论1

1.1课题背景及意义1

1.2变压器微机保护的发展及现状2

1.3论文的主要工作3

第二章变压器故障分析4

2.1变压器的基本原理及分类4

2.2变压器的基本结构5

2.3变压器故障类型及不正常运行状态6

2.4变压器保护配置原则6

第三章变压器保护原理分析8

3.1变压器保护的基本要求8

3.2变压器保护原理分析9

3.2.1变压器瓦斯保护9

3.2.2变压器电流速断保护10

3.2.3变压器差动保护11

3.2.4变压器相间短路后备保护12

3.2.5变压器零序电流保护14

第四章变压器保护装置的硬件设计15

4.1微机保护的基本原理及其特点15

4.2微机保护装置的构成15

4.3变压器保护装置主系统的硬件设计16

4.3.1ATmega16微处理器17

4.3.2多路模拟开关CD405118

4.3.3温度采集系统20

4.3.4电压电流采集系统21

4.3.5采样保持电路27

4.3.6ADC转换原理28

4.3.7整流电路29

4.3.8输入/输出通道31

4.4人机交互部分32

4.4.1LED显示32

4.4.2键盘输入33

4.5系统的外围电路33

4.5.1电源转换电路33

4.5.2通信接口34

4.5.3其他外围电路35

第五章变压器保护装置的软件设计36

5.1AVR单片机开发工具36

5.1.1AVR程序下载和集成开发环境36

5.1.2AVR编译器和集成开发环境37

5.2变压器保护装置软件设计38

5.2.1键盘控制设计40

5.2.2数据转换设计41

5.2.3数据处理设计42

第六章系统抗干扰技术46

6.1硬件抗干扰技术46

6.2软件抗干扰技术47

总结50

参考文献51

致谢53

附录54

第一章绪论

1.1课题背景及意义

电力变压器是电力系统中极其重要的电气设备，作为电能传送的枢纽，它在电力系统的发电、输电、配电等各个环节中广泛使用，且造价昂贵。

而且一旦变压器因故障而遭到破坏，其检修难度大、周期长，将造成重大的经济损失，因而要求其性能好，运行安全可靠。

虽然相对于输电线路和发电机来说，变压器的故障是比较少的，因为它无旋转部件，结构简单，运行可靠性高，但是由于变压器停电的机会很少，而且绝大部分安装在室外，受自然环境条件的影响较大；另外变压器时刻受到外接负荷的影响，特别是受电力系统短路故障的威胁较大，因而在实际运行中变压器仍有可能发生各种类型的故障和不正常运行情况。

因此必须根据变压器的容量和重要程度并考虑到可能发生的各种类型的故障和不正常工作的情况，装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。

2001年5月于南京召开全国电网调度工作会议，会上公布了“九五”期间我国继电保护的运行统计资料，220kV、330kV和500kV系统保护，正确动作率高达98.5%以上，但主设备保护的运行情况却相差甚远，100MW及以上发电机保护正确动作率为97.05%，220kV及以上变压器保护的正确动作率只有77.33%。

特别应该指出，作为新发展的微机保护的正确动作率分别为：

220kV及以上系统保护99.33%

100MW及以上发电机保护98.2%

220kV及以上变压器保护68.96%

我国继电保护的运行统计资料表明，2002年全国220kV以上变压器保护正确动作率为74.77％，仍远远低于系统保护的正确动作率99.09％，其中220kV变压器匝间故障率占本体故障率的20.83％，500kV则为42.86％，由此可见对于变压器保护动作的正确率急需提高，对于变压器保护装置及技术的改进与完善成为当前社会亟需解决的问题。

1.2变压器微机保护的发展及现状

变压器微机保护的研究始于60年代末70年代初。

在20世纪70年代国外就开始了用计算机实现发电机和变压器个别保护的研究。

1969年Rockerfeller首次提出数字式变压器保护的概念，揭开了数字式变压器保护研究的序幕，使对变压器的保护进入微机化时代，之后，O.PMalik和Degens也对变压器保护的数字处理和数字滤波做出了研究。

1972年Syskes等人发表了计算机式的变压器谐波制动保护，为微机元件保护在原理及算法上奠定了理论基础。

随着微型计算机飞速发展及应用微机保护进入了实用性阶段。

从80年代起，国外开始研制变压器整套微机保护。

1990年，波兰人Korbasiewcz发表了发电机变压器组微机保护系统的文章。

同年，印度Verma等人也发表了变压器全套微机保护的研究成果。

我国研制微机元件保护是从80年代初开始的，1988年以后有许多企业单位研制成功了变压器微机保护装置，大型机组保护的微机化发展方向在我国已逐渐被普遍接受。

未来的继电保护技术向计算机，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化方向发展。

当前，我国电力工业持续、快速发展，市场化改革在探索中前进，西电东送、南北互供、全国联网大格局正在形成的过程中。

随着电力工业的迅速发展，大型变压器在电力系统中的数量越来越多，其保护的可靠性要求也非常高，而实际运行中，变压器保护动作的可靠性并不是很高，且有时候会出现一些原因不明的误动，对电力系统带来严重后果；同时电网电压等级的提高，以及变压器容量的增大，新材料和新技术的使用，高电压、大电流电力电子器件的使用，给变压器的保护带来了一定的影响，因此对于变压器的继电保护技术更需完善和发展，以此来保证其快速性、灵敏性、选择性等指标，确保电力系统稳定可靠地运行。

（一）国内外变压器微机保护现状分析

目前国内外生产变压器微机保护的厂家很多，就主保护而言，国外保护装置基本是以二次谐波制动为主的比率差动保护，而国内则以二次谐波制动和间断角两种原理为主导，以波形对称原理为补充的格局正在形成。

国内外微机变压器保护装置主要分为下述两类：

1.变压器微机保护装置同时实现变压器的主保护和后备保护；

2.只实现变压器的主保护，同时采用独立的变压器后备保护。

（二）国内外变压器保护装置普遍存在的一些问题

1.对于变压器，可供选择的主保护原理有带二次谐波制动特性、间断角原理和波形对称原理的比率差动保护。

这三种变压器主保护均是利用鉴别变压器励磁涌流的特征来对差动保护实现制动，保护装置出现误动的几率较大。

对于比率差动保护，其运行经验尚未成熟。

2.当变压器保护应用于低压侧中性点经小电阻接地系统时，由于低压CT三相零序分量的存在，使差动保护定值提高，灵敏度降低。

3.由于变压器主保护装置及后备保护装置模拟量输入口的限制，对于变压器三侧多开关接线，存在局限性。

4.由于有载调压变压器的广泛使用，目前的保护装置尚无跟踪有载开关位置，这将造成变压器正常工况下环流增大，使保