1、宜宾职业技术学院毕业论文（设计）基于单片机的受控正弦信号发生器设计系 部 自动控制工程系 专 业 名 称 发电厂及其电力系统 班 级 电力 1091 班 姓 名 刘 超 学 号 200912463 指 导 教 师 王瑞 2011 年 9 月 1 日2 方案论证与设计222 万变电站主变压器保护摘要：变压器是电力系统的重要组成部分。它的正常与否直接关系到电力系统的安全和经济运行。本次设计是变压器继电保护的初步设计。根据短路计算的结果，选择了短路器，隔离开关，母线电气设备。为了保护变压器内部和引出线套管的故障，选择了纵联差动保护作为变压器的主保护。影响差动保护可靠性是电路中由于各种原因产生的不平衡
2、电流。通过计算，选择躲过外部短路时产生的最大不平衡电流作为纵联差动保护的动作电流。本设计还选择了瓦斯保护作为变压器油箱内发生故障时的主保护。定时限过电流保护作为变压器纵联差动保护的后备保护。本设计要保护的变压器是处在中性点直接接地的电力系统中，所以采用零序过电流作为变压器接地的后备保护。在本次设计中，我还选择了过负荷保护作为变压器的后备保护并对以上保护进行了整定。2 方案论证与设计3目 录第 1章 绪论 21.1 变压器保护的历史及现状 21.2变压器保护的发展趋势 3第 2章 220KV主变压器微机型保护的双重化的探讨 42.1变压器保护双重化的意义 52.2双主双后主变压器保护电流回路接入
3、方式 6第 3章 3.1电力变压器的继电保护 73.113.123.23.213.223.33.313.323.43.413.423.433.443.5第 4章4.14.22 方案论证与设计42 方案论证与设计5第 1 章 绪论1. 1 变压器保护的历史及现状追溯变压器保护的发展历史，以 1931 年 R.E.Cordray 提出比率差动的变压器保护标志着差动保护作为变压器主保护时代的到来。电流差动保护也以其原理简单、选择性好、可靠性高的特点在变压器保护中获得了极其成功的应用。但由此带来的技术难题是如何将变压器的励磁涌流与内部故障区分开来。变压器保护的发展史也自此成为一部变压器励磁涌流鉴别技术
4、发展史。1941 年，C.D.Hayward 首次提出了利用谐波制动的差动保护，将谐波分析引入到变压器差动保护中，并逐渐成为国外研究励磁涌流制动方法的主要方向。1958 年，R.L.Sharp 和 W.E.GlassBurn 提出了利用二次谐波鉴别变压器励磁涌流的方法，并在模拟式保护中加以实现，同时，还提出了差动加速的方案，以差动加速、比率差动、二次谐波制动来构成整个谐波制动式保护的主体，并一直延续至今。微机变压器保护的研究开始于 60 年代末 70 年代初。1969 年，Rockerfelter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，之后，O.P.Malik9和 D
5、egens 对变压器保护的数字处理和数字滤波做出了研究；1972 年，Skyes 发表了计算机变压器谐波制动保护方案，使得微机式变压器保护的发展向实用化方向迈进。变压器保护在进入数字微机时代后，利用微机强大的运算和处理能力，不断提出新的励磁涌流鉴别方法，在国内外形成研究热潮。间断角原理从分析励磁涌流波形本质出发，为励磁涌流的鉴别提供了新思路，沿着这个思路，波形比较法、波形对称法和积分型波形对称法相继被提出。现在实用的微机变压器保护中识别励磁通流的方法也主要是：二次谐波闭锁、间断角闭锁、波形对称原理等。实践表明，在过去几十年间，上述原理基本上能达到继电保护要求。然而，随着电力系统以及变压器制造技
6、术的日益发展，利用涌流特征的各种判据在实用中均遇到了一些无法协调的矛盾。在高压电力系统中，由于 TA 饱和、补偿电容或长线分布电容等因素的影响，内部故障时差流中的二次谐波分量显著增大，造成保护误闭锁和延时动作。另一方面，现代大型变压器多采用冷轧硅钢片，饱和磁密较低而剩磁可能较小，使得变压器2 方案论证与设计6励磁涌流中的二次谐波和间断角均明显变小。不断出现的问题推动了研究的不断深入，文献13 提出的“虚拟三次谐波制动法”从理论上可在半周的时间使保护动作，而且采用奇次谐波鉴别使其对对称性励磁涌流的鉴别能力大大强于二次谐波制动。文献14 提出的采样值差动原理与励磁涌流波形无关，减少了计算量，提高了
7、保护速度。近年来，新器件、新技术的应用为变压器保护的研究与发展提供了一个广阔的天地。数字信号处理器 DSP（Digital Signal Processor）的出现，不但可以提高微机保护数据采样与计算的速度和精度，甚至可能改变往常微机保护装置的设计思想，使得复杂的算法得以在保护装置中实现。现代数学工具如：模糊控制，神经网络专家系统，小波分析等开始越来越多的融入到变压器保护的研究领域，一方面为传统的变压器保护方法提供了更有效的工具，另一方面，采用多个信息量，可提高变压器保护的“智能化”程度，改善可靠性和适应性。随着新的传感元件和测量元件的出现，故障诊断及预测充分利用各种现代数学分析手段对变压器的
8、各个运行状态量进行监测与分析，越来越融入到变压器保护中。它实质上是传统变压器保护中电量与非电量保护的一个扩展，它的研究与发展，为变压器保护的研究与发展提供了一个新的思路。对于变压器后备保护，以前的观点是认为其原理相对简单、应用比较成熟，因此学者更为关注其在实现技术方面的研究。但是近年来，随着越来越多的电力变压器投入使用以及电网电压等级的不断提高，实际运行中由变压器后备保护配置不合理引起的事故已不少见。目前，已经有部分学者对变压器相间后备保护配置的合理性以及变压器零序过流保护整定计算中的特殊问题进行了分析和探讨，并提出了相应的改进方法。变压器后备保护作为主保护的有益补充，为有效地保护变压器设备及
9、电网运行安全发挥了巨大的作用，对变压器后备保护的进一步研究已经引起了人们的重视。1.2 变压器保护的发展趋势随着计算机技术的飞速发展，新的保护原理和方案不断被应用到计算机继电保护中。不少学者把以模糊理论、人工神经网络、专家系统等非线性科学为主导的智能技术引入到电力系统中，在电力变压器的继电保护中得到应用。智能技术发展迅速，分支众多，除了模糊逻辑、人工神经网络、专家系统2 方案论证与设计7等技术被应用于继电保护中，更有吸引力的研究是将具有不同特性的智能技术结合起来应用到继电保护中，例如：模糊神经网络、小波神经网络、模糊专家系统等，这些结合使得保护的性能得到了有意义的提高。大型电力变压器的继电保护
10、已经从电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型发展到了微机时代。计算机技术的飞速发展，通讯技术、计算机网络的功能日益加强，为微机保护的进一步发展提供了广阔的空间。信号处理、人工智能等相关科学的不断进步、新的测试手段、测量技术的应用，将不断提高电力变压器的保护水平。国内的变压器保护领域应当及时加强新原理和新技术的吸收和应用，并在实践中不断总结和发展变压器保护的实用技术，以提高防范变压器事故的能力。1.3 本文所做的工作本文通较研究，得出一种较为合理的保护方案。完成保护的整定计算内容。具体过对 220KV 主变压器的保护在实际应用中所起到的重要作用的研究，阐述变压器保护的基本原理 ，变压器保护应用范围
11、，各种变压器的保护应用现状和发展趋势。通过对 220KV 主变压器的保护方案进行比应包括以下几个方面：（1） 继电保护的综述以及变压器保护在实际应用中的作用。（2）220KV 主变压器微机型保护的双重化的探讨。 。（3）电力变压器保护原理分析：包括瓦斯保护，差动保护，电流速断保护，过电流保护，零序过电流保护，过负荷保护及过励磁保护。 （4）主变压器保护装置的配置：电力变压器的保护配置与方案确定以及接线配置图。（5）整定计算：整定计算的原则和整定计算的过程。第 2 章 220KV 主变压器微机型保护的双重化的探讨。 由于变压器是个电元建，也是个磁元件，具有非线性特点和复杂的暂态。因此，其动作正确
12、率还很低。随着计算机技术的发展，变压器微机型保护越来越多，性能越来越好，使提高变压器保护的运行水平成为可能。对主变压器保2 方案论证与设计8护的双重化是其中的一个方面，下面谈谈主变压器保护双重化在实践中遇到的一些问题。 21 主变压器保护双重化的意义 根据继电保护和安全自动装置技术规程要求，不同容量及不同电压等级的电力变压器配置不同的保护。大型变压器将瓦斯保护及纵联差动保护作为主保护，各侧安装不同的复压过流、方向零序或阻抗保护作为后备保护。规程中除对 330 kV 及以上变压器可装设双重差动保护外，一般均按单主 (一套主保护)单后 (一套后备保护 )配置。 防止电力生产重大事故的二十五项重点要
13、求中提出，220 kV 主变压器的微机保护必须双重化。主变压器保护微机化以前，使用分立电磁型元件组成主保护及后备保护时，一套 220 kV 主变压器保护需 3或 4 面屏，实现双重化将使屏位达 67 面。采用晶体管及集成电路型的主变压器保护，继电器的性能提高，但回路组成及接线仍是脱胎于电磁型保护，一主(一套主保护 )一后(一套后备保护) 最少要 2 面屏，双重化后回路也很复杂。早期的主变压器微机型保护，由于采用的还是主保护与后备保护分开的设计方案，一套主保护加各侧后备保护、操作箱、失灵及非电量保护等，需 7 或 8 层机箱。由于高性能的计算机芯片出现，在一套装置中包含主保护、各侧全部后备保护的
14、新一代主变压器微机型保护已开发，并得到广泛应用。该保护装置除非电量保护及开关操作箱外，全套主保护与后备保护只需 1 层机箱，实现双重化后，一般 4 或 5 层机箱，2 面屏。由于一套保护的功能集中在一个机箱内，双套保护采用相同的输入输出设计，所以外围接线简洁，其外围回路比主保护与后备保护分开的单套配置还简单。主变压器保护的双重化理由： 计算机技术的发展，高性能计算机芯片的出现，主保护与后备保护合一的设计，在技术上使保护配置双重化成为可能；有多年来线路保护双重化的成功运行经验；对供电可靠性要求提高；双重化的保护可采用不同厂家的产品、不同原理设计，对变压器发生各类复杂故障时可靠地切除故障更有利。
15、2.2 双主双后主变压器保护电流回路接入方式 2 方案论证与设计9 采用双主保护与双后备保护的主变压器保护后，如何接入电流互感器的二次回路，这将是需要考虑的问题。对于主保护与后备保护分开的保护，常常主保护与后备保护分别接一组电流互感器的次级，差动保护接独立电流互感器，后备保护接主变压器套管电流互感器的次级，如图 1 所示。在双母带旁路主接线方式下，旁路开关代主变压器开关时，差动保护的电流回路进行相应切换，后备保护的电流回路不用切换。 图 1-1 单套主变压器保护电流互感器次级配置图图 1-1 中看出，差动保护的保护范围包括主变压器的独立电流互感器至套管的引线，当旁代时则包括旁路母线。采用双主保
16、护与双后备保护的主变压器保护一般将第一套保护接原差动保护电流互感器次级，即接独立电流互感器，旁代时需切换；第二套保护接原后备保护电流互感器次级，即接套管电流互感器，旁代时不需切换，但对降压变压器的高压侧来说，无论是差动保护还是该侧的后备保护，其保护范围不包括开关电流互感器到变压器套管的引线；对低2 方案论证与设计10压侧来说，其后备保护的保护范围指向非电源侧，所以引线故障将由后备保护切除。电流具体接入见图 1-2。 在独立电流互感器次级足够时，可将第二套保护也接入独立电流互感器，旁代时切套管电流互感器，这可确保正常运行时两套保护均有足够的保护范围，当第一套保护因故退出时，不至于因第二套保护存在
17、死区而影响主变压器的正常运行。但电流二次回路的切换较麻烦，因操作不当会引起差动保护误动的情况时有发生，故保护方式满足要求时，不建议过多进行电流回路的切换。因此，该回路在设计及施工时可接好，运行时旁代只切第一套，当第一套保护因故退出时，将第二套保护的电流回路切至独立电流互感器。为避免电流回路的切换，可两套保护均使用套管电流互感器，在降压变压器的高压侧增设简单电流保护，接独立电流互感器作引线的保护，当旁代时停用该保护，启用旁路保护作引线及旁路母线的保护，这样保护配置较复杂，该电流保护或旁路保护整定时要考虑励磁涌流的影响。如何取舍取决于各地的运行习惯。图 1-2 双重化主变压器保护电流互感器次级配置图
