畢業(yè)設(shè)計(jì)微機(jī)變壓器保護(hù)原理分析及應(yīng)用預(yù)計(jì)1

1、目目 錄錄 前 言 .3 第一章 緒論 .4 1.1 微機(jī)繼電保護(hù)概況 .4 1.1.1 微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展 .4 1.1.2 微機(jī)繼電保護(hù)的基本構(gòu)成 .5 1.1.3 微機(jī)繼電保護(hù)與常規(guī)的模擬式的區(qū)別.5 1.1.4 微機(jī)繼電保護(hù)特點(diǎn).6 1.1.5 微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì) .6 第二章 微機(jī)繼電保護(hù)的理論基礎(chǔ) .9 2.1 微機(jī)保護(hù)裝置硬件系統(tǒng)的基本構(gòu)成.9 2.2 微機(jī)繼電保護(hù)算法基礎(chǔ).10 2.2.1 數(shù)字濾波器 .10 2.2.2 富氏算法 .12 第三章 微機(jī)變壓器保護(hù) .15 3.1 微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù) .15 3.1.1 變壓器差動(dòng)保護(hù)原理 .15 3.1.2 微機(jī)差動(dòng)電流的獲

2、取方式： .16 3.2 外部故障和內(nèi)部故障的區(qū)分 .16 3.2.1 具有折線制動(dòng)特性的差動(dòng)原理 .16 3.2.2 利用標(biāo)積制動(dòng)區(qū)分內(nèi)外故障 .18 3.3 勵(lì)磁涌流的鑒別 .20 3.3.1 利用二次諧波制動(dòng)原理來躲過勵(lì)磁涌流.20 3.3.2 利用間斷角原理來躲過勵(lì)磁涌流 .20 3.3.3 利用波形對(duì)稱法來躲過勵(lì)磁涌流 .22 3.4 各原理的分析及較 .27 第四章 rcs-978 系列變壓器成套保護(hù)裝置的認(rèn)識(shí).31 4.1 硬件原理說明 .31 4.2 保護(hù)工作原理 .32 4.2.1 裝置管理總起動(dòng)元件及 cpu 板起動(dòng)元件 .32 4.2.2 變壓器差動(dòng)各側(cè)電流相位差補(bǔ)償和平

3、衡.33 4.2.3 穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù) .33 4.2.4 差動(dòng)保護(hù)在過勵(lì)磁狀態(tài)下的閉鎖判據(jù).35 4.2.5 勵(lì)磁涌流判別原理 .35 4.2.6 小結(jié) .36 第五章 新原理及新方法的應(yīng)用 .37 5.1 故障分量比率差動(dòng)保護(hù)原理.37 5.2 利用磁通特性來鑒別勵(lì)磁涌流的原理 .39 5.2.1 利用磁通導(dǎo)數(shù)的特性鑒別.39 5.2.2“圖形識(shí)別 ”法鑒別 .41 附 錄 .44 差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)整定中的動(dòng)作電流與制動(dòng)系數(shù)等關(guān)系分析.44 .1 典型比率制動(dòng)特性及分析 .44 理想比率制動(dòng)特性曲線 .44 實(shí)用比率制動(dòng)特性曲線 .45 實(shí)用比率制動(dòng)特性曲線分析.45 .2 差動(dòng)保護(hù)比率制

4、動(dòng)整定步驟 .47 .3 小結(jié)及注意 .48 rcs-978 穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)中的平衡系數(shù)的計(jì)算 .49 致 謝 .50 參考文獻(xiàn) .51 前前 言言 本論文的題目是作者經(jīng)過閱讀大量繼電保護(hù)書籍而選定的，微機(jī)變壓器保護(hù)原 理分析及應(yīng)用。 此畢業(yè)設(shè)計(jì)論文共分五章，第一章主要介紹了微機(jī)繼電保護(hù)的概況及其發(fā)展， 第二章對(duì)微機(jī)保護(hù)的理論基礎(chǔ)包括硬件及一些基本且常用的算法進(jìn)行了說明，第三 章以微機(jī)變壓器保護(hù)原理的實(shí)現(xiàn)為中心，著重討論了微機(jī)式變壓器差動(dòng)保護(hù)的構(gòu)成 原理及實(shí)際運(yùn)行情況及微機(jī)式變壓器差動(dòng)保護(hù)外部短路時(shí)差動(dòng)不平衡電流的情況， 勵(lì)磁涌流的識(shí)別方案等問題。第四章介紹分析了 rcs978 數(shù)字式變壓器

5、成套保護(hù) 裝置的硬件組成、保護(hù)原理及功能。它集成了一臺(tái)主變的全套電量保護(hù),對(duì)每臺(tái)主 變采用雙套主保護(hù)、雙套后備保護(hù)的配置原則,可提高安全性和可靠性。最后介紹 了微機(jī)變壓器保護(hù)的一些新原理等。 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中得到了本院老師數(shù)月的精心指導(dǎo)，提出很多寶貴的意見， 最后由老師進(jìn)行了仔細(xì)的審閱，同時(shí)也非常感謝院圖書館、電力系機(jī)房給予的大力 支持。 由于本人缺少實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)保護(hù)的事故現(xiàn)場(chǎng)分析不足，在本文中難免有 不足之處，望各位老師批評(píng)指導(dǎo)！ 第一章 緒論 1 1. .1 1 微機(jī)繼電保護(hù)概況微機(jī)繼電保護(hù)概況 電力系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生各種故障，進(jìn)入不正常的運(yùn)行狀態(tài)，可能引發(fā)事故，并導(dǎo)致用戶停電或 電能質(zhì)

6、量下降，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備的損壞。繼電保護(hù)裝置能檢測(cè)電力系統(tǒng)故障及不 正常運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)作于斷路器跳閘、自動(dòng)隔離故障，或發(fā)生故障告警信號(hào)，有助于運(yùn)行人員或 其它自動(dòng)裝置進(jìn)行故障處理。因此繼電保護(hù)是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。微機(jī)保 護(hù)就是指以數(shù)字式計(jì)算機(jī)（包括微型計(jì)算機(jī)）為基礎(chǔ)而構(gòu)成的繼電保護(hù)。 1 1. .1 1. .1 1 微微機(jī)機(jī)繼繼電電保保護(hù)護(hù)的的發(fā)發(fā)展展 微機(jī)式繼電保護(hù)可以說是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展歷史過程中的第四代，即從電磁型、晶體管型、 集成電路型到微機(jī)型。 電磁型和整流型保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)間長，制造和運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)豐富，抗電磁 干擾的性能好，實(shí)踐證明，這類保護(hù)裝

7、置的可靠性也較高。但這類保護(hù)裝置交直流回路的功耗 大、動(dòng)作時(shí)間慢、調(diào)試工作量大。 晶體管型和集成電路型變壓器保護(hù)裝置，在我國已有42多年的制造和運(yùn)行歷史，有成熟的 制造技術(shù)和比較豐富的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。與電磁型、整流型保護(hù)裝置相比，具有體積小，功耗大， 動(dòng)作速度快，調(diào)試簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。雖然在抗電磁干擾方面不如電磁型、整流型保護(hù)，但在長期的 制造和運(yùn)行過程中已經(jīng)摸索出了一套行之有效的抗干擾措施，解決了抗電磁干擾的問題。但很 快就被微機(jī)繼電保護(hù)所代替。 微機(jī)型保護(hù)裝置具有體積小，功耗小，動(dòng)作快，功能全，整定方便，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 更主要的是，它具有其他型式保護(hù)裝置不可比擬的、完美的保護(hù)性能。此外，還具

8、有打印、記 錄，能與變電所的微機(jī)監(jiān)控裝置通信等功能，給運(yùn)行及分析研究事故的隱患帶來極大方便。在 各種微機(jī)保護(hù)裝置發(fā)展的同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)的特有的優(yōu)勢(shì)，還發(fā)展了許多新的保護(hù)原理，特別 是故障分量原理和自適應(yīng)式保護(hù)原理，這些保護(hù)原理的引入，使繼電保護(hù)的性能得到很大的完 善和提高。 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是一門綜合性的科學(xué)，奠基于理論電工、電機(jī)學(xué)和電力系統(tǒng)分析等基礎(chǔ) 理論，還與電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息科學(xué)等理論、新技術(shù)密切的融合在一起。由于計(jì)算機(jī)絡(luò) 的發(fā)展和在電力系統(tǒng)中的大量采用給微機(jī)保護(hù)提供了無限發(fā)展的可能。微機(jī)軟硬件功能的強(qiáng)大， 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的興起和電力系統(tǒng)光纖信網(wǎng)絡(luò)的逐步形成使得微機(jī)保護(hù)不再是一個(gè)獨(dú)

9、立的、任 務(wù)單一的、消極的待命裝置，而是積參與、共同維護(hù)電力系統(tǒng)整體安全穩(wěn)定運(yùn)行的計(jì)算機(jī)自動(dòng) 控制系統(tǒng)的基本組成單元。由于網(wǎng)絡(luò)信息共享的優(yōu)越性，微機(jī)保護(hù)可以占用全系統(tǒng)的行數(shù)據(jù)和 信息，應(yīng)用自適應(yīng)原理和人工智能方使保護(hù)原理、性能和可靠性得到進(jìn)一步的發(fā)展提高。繼電 保護(hù)技術(shù)將沿著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、適應(yīng)和保護(hù)、測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信一體化的方向不斷前進(jìn)。 1 1. .1 1. .2 2 微微機(jī)機(jī)繼繼電電保保護(hù)護(hù)的的基基本本構(gòu)構(gòu)成成 繼電保護(hù)的任務(wù)是判斷電力系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備是否發(fā)生故障而決定是否發(fā)出跳閘命令，使發(fā)生 故障的設(shè)備盡量迅速地與電力系統(tǒng)隔離。為此，首先要取得與被保護(hù)設(shè)備有關(guān)的信息，根據(jù)這 些信息，根

10、據(jù)不同原理，進(jìn)行綜合和邏輯判斷，最后作出決斷，并付諸執(zhí)行。所以，繼電保護(hù) 的基本結(jié)構(gòu)大致上可以分為三部分： 信息獲取與初步加工； 信息的綜合、分析與邏輯加工、決斷； 決斷結(jié)果的執(zhí)行。 輸入信號(hào)通常包括電壓電流模擬量和開關(guān)量以及一些通訊數(shù)據(jù)。在測(cè)量部分中，由于計(jì)算 機(jī)是數(shù)字電路，其工作電平比電力系統(tǒng)互感器的二次輸出信號(hào)電平還低。為了適應(yīng)電子器件的 弱信號(hào)的要求，在電流互感器、電壓互感器與電子電路之間要求設(shè)置一些傳變環(huán)節(jié)，通常使用 電流變換器、電壓變換器以至電抗變換器等等。即微機(jī)保護(hù)要對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，再 經(jīng)計(jì)算機(jī)采樣計(jì)算后與已給定的整定值進(jìn)行比較。邏輯部分主要包括信息的綜合、分析與邏輯

11、加工、決斷等環(huán)節(jié)。 微機(jī)保護(hù)的主要部分是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用來分析計(jì)算電力系統(tǒng)的有關(guān)電氣量和判定系統(tǒng)是否 故障，然后決定是否發(fā)出跳閘信號(hào)。因此，除微機(jī)系統(tǒng)主體外，還必須配備自電力系統(tǒng)向計(jì)算 機(jī)送入有關(guān)信息的輸入接口部分和向電力系統(tǒng)送出控制信息的輸出接口部分。此外，微機(jī)還要 具有相關(guān)監(jiān)控和操作程序，輸出記錄的信息，以供運(yùn)行人員分析。這就是人機(jī)對(duì)話部分。 1 1. .1 1. .3 3 微微機(jī)機(jī)繼繼電電保保護(hù)護(hù)與與常常規(guī)規(guī)的的模模擬擬式式的的區(qū)區(qū)別別 微機(jī)繼電保護(hù)與常規(guī)的模擬式的根本區(qū)別是在中間部分，即信息的綜合、分析與邏輯加工、 決斷的環(huán)節(jié)。區(qū)別是在于實(shí)現(xiàn)上述功能的手段。常規(guī)的模擬式保護(hù)是靠模擬電路的

12、構(gòu)成來實(shí)現(xiàn) 的即用模擬電路實(shí)現(xiàn)各種電量的加、減、乘、除和延時(shí)與邏輯組合等要求。而微機(jī)保護(hù)，即數(shù) 字式繼電保護(hù)卻是用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行數(shù)值（包括邏輯）運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)上述功能的。數(shù)字式電子計(jì)算 機(jī)上的數(shù)字和邏輯運(yùn)算是通過軟件進(jìn)行的，即這些運(yùn)算要通過預(yù)先按一定的規(guī)則（語言）制定 的計(jì)算程序進(jìn)行的。這是與模擬式截然不同的工作模式。也就是說，微機(jī)繼電保護(hù)是由“硬件” 和“軟件”兩部分組成的，硬件是實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能的基礎(chǔ)。而繼電保護(hù)原理直接由軟件，既 由計(jì)算程序來實(shí)現(xiàn)的，程序的不同可以實(shí)現(xiàn)不同的原理。程序的好壞、正確與錯(cuò)誤都直接影響 著保護(hù)性能的優(yōu)劣、正確或錯(cuò)誤。 1 1. .1 1. .4 4 微微機(jī)機(jī)繼繼電電保

13、保護(hù)護(hù) 特特點(diǎn)點(diǎn) 研究和實(shí)踐證明，微機(jī)保護(hù)有許多優(yōu)點(diǎn)。其主要的特點(diǎn)如下： 1 改善和提高繼電保護(hù)的動(dòng)作特性和性能 用數(shù)學(xué)方程的數(shù)字方法構(gòu)成保護(hù)的測(cè)量元件，其動(dòng)作特性可以得到很大的改進(jìn)，或得到 常規(guī)保護(hù)（模擬式）不易獲得的特性； 用它的很強(qiáng)的記憶功能更好地實(shí)現(xiàn)故障分量保護(hù)； 可引進(jìn)自動(dòng)控制、新的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)和技術(shù)自適應(yīng)、狀態(tài)預(yù)測(cè)、模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) （ann）等等。 2 可以方便地?cái)U(kuò)充其他輔助功能 打印故障前后電量波形故障錄波、波形分析； 打印故障報(bào)告：日期、時(shí)間、保 護(hù) 動(dòng)作元件、時(shí)間先后、故障類型； 隨時(shí)打印運(yùn)行中的保護(hù)定值；利用線路故障記錄數(shù)據(jù)進(jìn) 行測(cè)量（故障定位） ； 通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

14、、通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與廠站監(jiān)控交換信息；遠(yuǎn)方改變定 值或工作模式。 3. 工藝結(jié)構(gòu)條件優(yōu)越 硬件比較通用，制造容易統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)； 裝置體積小，減少盤位數(shù)量；功耗低。 4. 可靠性容易提高 數(shù)字元件的特性不容易受溫度變化、電源波動(dòng)、使用年限的影響，不易受元件更換的影 響； 自檢能力強(qiáng)，可用軟件方法檢測(cè)主要元件、部件工況以及功能軟件本身。 5. 使用方便 維護(hù)調(diào)試方便，縮短維修時(shí)間； 依據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)可通過軟件方法改變特性、 結(jié)構(gòu)。 6保護(hù)的內(nèi)部動(dòng)作過程不象模擬式保護(hù)那樣直觀 1 1. .1 1. .5 5 微微機(jī)機(jī)繼繼電電保保護(hù)護(hù)的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)以及各種新方法和新理論在繼

15、電保護(hù)中的廣泛應(yīng)用，微機(jī)保護(hù) 技術(shù)未來趨勢(shì)是向網(wǎng)絡(luò)化、綜合自動(dòng)化和智能化發(fā)展。 微機(jī)保護(hù)硬件的發(fā)展 隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。微機(jī)保護(hù)的硬件已由第一代單 cpu 硬件結(jié)構(gòu)和第二代多單片機(jī)的多 cpu 硬件結(jié)構(gòu)發(fā)展到以高性能單片機(jī)構(gòu)成的第三代硬件 結(jié)構(gòu)，其具有總線不需引出芯片，電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，抗干擾性能進(jìn)一步加強(qiáng)，并且完善了通信 功能，為實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化提供了方便。近年來，數(shù)字信號(hào)處理(dsp)技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于微機(jī) 保護(hù)領(lǐng)域。dsp 與目前通用的 cpu 不同，是一種為了達(dá)到快速數(shù)學(xué)運(yùn)算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處 理器。dsp 的突出特點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)、精度高、總線速度快、吞

16、吐量大。將數(shù)字信號(hào)處理器應(yīng) 用于微機(jī)繼電保護(hù)，極大地縮短了數(shù)字濾波、濾序和傅里葉變換算法的計(jì)算時(shí)間，可以完成數(shù) 據(jù)采集、信號(hào)處理的功能和傳統(tǒng)的繼電保護(hù)功能。 網(wǎng)絡(luò)化 目前，繼電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍（這是首要任務(wù)） ，還要 保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可靠性，每個(gè)保護(hù)單 元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù) 據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基本條件是將全 系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。繼電保 護(hù)裝置能夠得到

17、的系統(tǒng)故障信息愈多，則對(duì)故障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測(cè)愈準(zhǔn) 確。 綜合自動(dòng)化 繼電保護(hù)、操作控制和監(jiān)測(cè)的集成化趨向稱之為變電所等的綜合自動(dòng)化。實(shí)際上，保護(hù)裝 置就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端，它可從 網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和 數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不但可完成繼電保護(hù)功能，而 且在無故障正常運(yùn)行情況下還可完成測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信功能。 智能化 近年來，人工智能技術(shù)如自適應(yīng)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯等在電 力系統(tǒng)各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在繼

18、電保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用的研究也開始。自適應(yīng)繼電保護(hù)是一種繼 電保護(hù)的基本原理，它使得繼電保護(hù)能自動(dòng)地對(duì)各種保護(hù)功能進(jìn)行調(diào)節(jié)或改變，以更適合于給 定的電力系統(tǒng)的工況。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種非線性映射的方法，很多難以列出方程式或難以求解的 復(fù)雜的非線性問題，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法則可迎刃而解。其它如遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃等也都有其 獨(dú)特的求解復(fù)雜問題的能力。將這些人工智能方法適當(dāng)結(jié)合可使求解速度更快。可以預(yù)見，人 工智能技術(shù)在繼電保護(hù)領(lǐng)域必會(huì)得到應(yīng)用，以解決用常規(guī)方法難以解決的問題。 第二章 微機(jī)繼電保護(hù)的理論基礎(chǔ) 2 2. .1 1 微微機(jī)機(jī)保保護(hù)護(hù)裝裝置置硬硬件件系系統(tǒng)統(tǒng)的的基基本本構(gòu)構(gòu)成成 微機(jī)保護(hù)裝置是以微處理器為

19、核心，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù) 據(jù)，按照給定算法來檢測(cè)電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障的性質(zhì)、范圍等，并由此做出是否需 要跳閘或報(bào)警等判斷的一種安全裝置。微機(jī)保護(hù)主要包括進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的輸入通道、進(jìn)行數(shù)據(jù) 處理及相應(yīng)判斷的數(shù)字核心部分以及輸出通道。除此以外，還包括人機(jī)接口和通信系統(tǒng)。 模擬量輸入系統(tǒng)（或稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)） 微機(jī)保護(hù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括：模擬量輸入變換回路、低通濾波回路、采樣保持回路 和多路轉(zhuǎn)換器以及模擬轉(zhuǎn)換（a/d）回路。其主要功能是采集由被保護(hù)設(shè)備的電流電壓互感器輸 入的模擬信號(hào)，并將此信號(hào)經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理轉(zhuǎn)化為所需的數(shù)字量。 繼電功能回路（ cpu 主系統(tǒng)）

20、 cpu 主系統(tǒng)一般包括微處理器 cpu，只讀存儲(chǔ)器（eprom）隨即存取存儲(chǔ)器（ram）及定時(shí) 器（time）等。cpu 執(zhí)行存放在 eprom 中的程序，對(duì)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至 ram 區(qū)的原始數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析處理，以完成各種繼電保護(hù)功能。 開關(guān)量輸入 /輸出回路 由并行口光電耦合電路及有接地的中間繼電器等組成，以完成各種保護(hù)的出口跳閘信號(hào)報(bào) 警及以外部接點(diǎn)輸入等工作。 人機(jī)接口回路 人機(jī)接口回路主要包括鍵盤、顯示器、打印接口以及用于干預(yù)裝置工作的各種按鈕或開關(guān) 等，其主要功能用于人機(jī)對(duì)話、如調(diào)試、定值調(diào)整、人對(duì)機(jī)器工作狀態(tài)的干預(yù)等。人機(jī)接口應(yīng) 定時(shí)或在保護(hù)動(dòng)作后打印或顯示運(yùn)行情況及保護(hù)執(zhí)行

21、結(jié)果。 通信回路 機(jī)間通信和遠(yuǎn)動(dòng)。 （綜合）自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部通信（局域網(wǎng)或總線）pc 機(jī)通信（用于調(diào)試） ，對(duì) 側(cè)保護(hù)通信（用于實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)保護(hù)） 電源回路 供電電源回路提供了整個(gè)裝置所需的直流穩(wěn)壓電源，以保證整個(gè)裝置的可靠供電 2.22.2 微機(jī)繼電保護(hù)算法基礎(chǔ)微機(jī)繼電保護(hù)算法基礎(chǔ) 在微機(jī)繼電保護(hù)中，連續(xù)型的電壓、電流輸入信號(hào)經(jīng)過離散采樣和模數(shù)變換成為可用于計(jì) 算機(jī)處理的數(shù)字量后，計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，確定保護(hù)所需的電氣量參數(shù)，并根 據(jù)這些參數(shù)的計(jì)算結(jié)果以及保護(hù)的動(dòng)作特性方程與定值，通過比較判斷，決定保護(hù)裝置的動(dòng)作 行為。而完成上述分析計(jì)算和比較判斷以實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能的方法稱為微機(jī)保

22、護(hù)算法。 算法是研究保護(hù)的重點(diǎn)之一，衡量各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)，主要的指標(biāo)可歸結(jié)為：計(jì)算精度響 應(yīng)時(shí)間和運(yùn)算量。這三者之間往往是互相矛盾的，因此應(yīng)根據(jù)保護(hù)的功能性能指標(biāo)（如精度動(dòng) 作時(shí)間）和保護(hù)系統(tǒng)硬件的條件（cpu 的運(yùn)算速度存儲(chǔ)器的容量）的不同，采用不同的算法。 2 2. .2 2. .1 1 數(shù)數(shù)字字濾濾波波器器 數(shù)字濾波器是一個(gè)裝置或系統(tǒng)，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行某種加工處理(運(yùn)算)以達(dá)到取得信號(hào) 中有用的頻率成分而去掉無用信息。抑制模擬量輸入回路的各種誤差所帶來的各種電子噪聲。 在微機(jī)保護(hù)中，數(shù)字濾波器的運(yùn)算過程可用下述常系數(shù)線性差分方程來表示： )()()( 00 jnybinxany m j

23、 j m i i 式中：和分別為濾波器的輸入值和輸出值序列；和為濾波器系數(shù)。)(nx)(ny i a j b 1 差分濾波器 差分濾波器的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式：，它是一個(gè)階差分方程，)()()(knxnxnyk 其數(shù)據(jù)窗長度為 k（或 kts） 。它表明該濾波器與前行輸出無關(guān)，所以這種濾波器是非遞歸型數(shù) 字濾波器。當(dāng)剛好等于諧波的周期，或者是的整倍數(shù)（如 p 倍， kts 1 1 mf tm 1 1 mf p=1，2，）時(shí)，則在及兩點(diǎn)的采樣值中所含該次諧波成分相等，ntst )(ktsntst 故兩點(diǎn)采樣值相減后，恰好將該次諧波濾去，剩下基波分量。此時(shí)有， 1 mf p kts 故濾去的諧波次數(shù)為:

24、 1 ktsf p m 由此可見，當(dāng)和已確定時(shí)，能去掉的諧波最低次數(shù)是在 p=1 時(shí)計(jì)算的 m 值，除此之外， 1 fts 還能濾掉 m 的整倍數(shù)的諧波。 差分濾波器有如下特點(diǎn)： 差分濾波器能消除直流分量。 適當(dāng)選擇 k 值后，能消除 m 次及 m 的整數(shù)倍次諧波。 2 加法濾波器 加法濾波器的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式： 若一正弦波頻率為，在)()()(knxnxnyf 和兩點(diǎn)采樣，若此兩點(diǎn)距離為該正弦波的 1/2 周期，則此正好消除ntst )(ktsntst 該次諧波。此時(shí)有兩點(diǎn)采樣值正好大小相等，符號(hào)方向相反，相加后輸出為 0， 事實(shí)上，時(shí)都可以消除 m 次諧波，其中 p=1，2，為基波頻率。 1

25、 2 11 2 1 mff kts 于是有 1 2 1 mf p kts 加法濾波器有如下特點(diǎn)： 與差分濾波器比較，數(shù)據(jù)窗短，為工頻周期的一半。 不能消除直流分量。 3 積分濾波器 積分濾波器數(shù)學(xué)模型表達(dá)式： k m mtsntsxktsntsxtsntsxtsntsxntsxntsy 0 )()(.)2()()()( 即任意時(shí)刻 nts 的輸出是由此時(shí)刻的采樣值與前 k 個(gè)采樣值相加而得。 若積分區(qū)間長度正好為某次諧波的周期或周期的整倍數(shù)，則在此區(qū)間內(nèi)，該次諧波積分的 結(jié)果是正負(fù)半波所圍成的面積正好相互抵消，因此，濾波器對(duì)應(yīng)于該次諧波濾去。欲消除 m 次 諧波，數(shù)據(jù)窗長度應(yīng)?。╬=1，2，）

26、 1 ) 1( mf p tsk 積分濾波器是一個(gè)低通濾波器，它對(duì)低頻分量的響應(yīng)幅度較大，對(duì)高頻分量抑制能力較強(qiáng)， 頻率越高衰減越大，特別是那些積分區(qū)間正好為其周期的整數(shù)倍的頻率成分的衰減是無窮大。 2 2. .2 2. .2 2 富富氏氏算算法法 富氏算法的基本思想源于富立葉級(jí)數(shù)。該算法假設(shè)輸入信號(hào)為一周期性函數(shù)信號(hào)，即輸入 信號(hào)中除基頻分量外，只包含恒定的直流分量和各種整次諧波分量。此時(shí)，輸入信號(hào)可表示為： .)(.)()()( 210 txtxtxxtx m 對(duì)于 m 次諧波又可表示為：)(txm mwtxmwtxtwxtx mcmsmmmm cossin)sin(2)( 式中：m 次諧

27、波分量有效值； m x m 次諧波分量初相角； m m 次諧波分量角頻率，（w 為基波頻率） 。 m wmwwm ； mmms xxcos2 mmmc xxsin2 所以： mcmsmxxx 222 2 ms mc m x x tg 全波富立葉算法 根據(jù)富氏級(jí)數(shù)原理，當(dāng)已知周期函數(shù)時(shí)，可以求其 m 次諧波分量的正弦和余弦系)(tx 數(shù) ； t ms mwtdttx t x 0 sin)( 2 t mc mwtdttx t x 0 cos)( 2 式中 t 為的周期，對(duì)于基波分量（m=1）的正弦和余弦系數(shù)為：)(tx ； t s wtdttx t x 0 1 sin)( 2 t c wtdttx

28、 t x 0 1 cos)( 2 求上面的積分可以采用矩形法，設(shè)每周采樣 n 點(diǎn)， 則： n knknx n x n k s 2 )sin()( 2 1 0 1 n knknx n x n k c 2 )cos()( 2 1 0 1 求出基波分量的正弦和余弦系數(shù)后，則基波分量的復(fù)數(shù)形式為： ； )( 2 1 11 1 cs jxxx csxxx1 2 1 2 1 2 1 電流電壓計(jì)算出各自基波分量的正弦和余弦系數(shù)、后，再用下式求測(cè)量 s i1 c i1 s u1 c u1 阻抗 2 1 2 1 11111111 )()( sc csscsscc ii iuiujiuiu i u z 2 1 2

29、 1 1111 sc sscc ii iuiu r 2 1 2 1 1111 sc cssc ii iuiu x 當(dāng)輸入信號(hào)為周期性信號(hào)時(shí)，采用該算法可準(zhǔn)確求出信號(hào)中的基頻分量有很好的濾波能力， 但數(shù)據(jù)窗需要一個(gè)周波，響應(yīng)時(shí)間較長。 半波富立葉算法 半波富立葉算法的積分區(qū)間是 0t/2，利用半個(gè)周期的采樣值來計(jì)算電流電壓基波分量的 正弦和余弦系數(shù)，其矩形計(jì)算公式為 n knknx n x n k s 2 )sin()( 4 1 2 0 1 n knknx n x n k c 2 )cos()( 4 1 2 0 1 兩種富氏算法的比較： 從濾波效果來看，全波富立葉算法不僅能完全濾除各次諧波分量和

30、穩(wěn)定的直流分量，而且 能較好地濾除線路分布電容引起的高頻分量，對(duì)隨機(jī)干擾信號(hào)的反應(yīng)也較小，而對(duì)畸變波形中 的基頻分量；可平穩(wěn)和精確地作出響應(yīng)。半波富立葉算法的濾除效果不如全波算法，它不能濾 除直流分量和偶次諧波。富氏算法在衰減的非周期分量的影響下計(jì)算誤差很大。 從精度來看，由于半波富氏算法的數(shù)據(jù)窗只有半周期，其精度比全波富氏算法差。當(dāng)故障 發(fā)生半周后，半波算法即可計(jì)算出真值，但精度差；全波算法在發(fā)生故障一周后才能計(jì)算出真 值，精度較半波好。有的保護(hù)裝置中采用變動(dòng)數(shù)據(jù)窗的方法來協(xié)調(diào)響應(yīng)速度和精度的關(guān)系。其 做法是在啟動(dòng)元件啟動(dòng)之后，先調(diào)用半波富氏算法程序，同時(shí)將保護(hù)范圍縮小 10%。當(dāng)故障達(dá) 到

31、一周時(shí)，調(diào)用全波富氏算法程序，這時(shí)，保護(hù)范圍復(fù)原。這樣，當(dāng)故障在保護(hù)范圍的 090%以 內(nèi)時(shí)，用半波算法計(jì)算很快就趨于真值，精度雖然不高，但足以正確判斷是區(qū)內(nèi)故障；當(dāng)故障 在保護(hù)范圍的 90%以外時(shí)，仍以全波富氏算法的計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)，保證精度。 第三章 微機(jī)變壓器保護(hù) 在微機(jī)繼電保護(hù)研究領(lǐng)域中，變壓器保護(hù)的研究和開發(fā)：一方面，將傳統(tǒng)的保護(hù)原理如比 率制動(dòng)和 2 次諧波制動(dòng)原理應(yīng)用于微機(jī)變壓器保護(hù)，并借助計(jì)算機(jī)所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)針 對(duì)保護(hù)原理的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，以提高變壓器保護(hù)的總體性能。另一方面，充分 利用計(jì)算機(jī)的數(shù)字運(yùn)算、邏輯處理以及長記憶能力，不斷探索新的保護(hù)原理 3 3. .

32、1 1 微微機(jī)機(jī)變變壓壓器器差差動(dòng)動(dòng)保保護(hù)護(hù) 3 3. .1 1. .1 1 變變壓壓器器差差動(dòng)動(dòng)保保護(hù)護(hù)原原理理 差動(dòng)保護(hù)原理問世已有近百年歷史。在繼電保護(hù)的發(fā)展過程中，有著獨(dú)特的地位，至今廣 泛應(yīng)用于電氣主設(shè)備和線路保護(hù)中。 變壓器的差動(dòng)保護(hù)是利用比較變壓器各側(cè)電流的差值構(gòu)成的一種保護(hù)，其單線原理圖 3.1 變壓器裝設(shè)有電流互感器 ta1 和 ta2，其二次繞組按環(huán)流原則串聯(lián)，差動(dòng)繼電器 kd 并接在差回 路中。變壓器在正常運(yùn)行或外部故障時(shí)，電流由電源側(cè)流向負(fù)荷側(cè)，在圖 3.1(a) 所示的 接線中，ta1、ta2 的二次電流 i1、i2會(huì)以反方向流過繼電器 kd 的線圈，kd 中的電流等

33、于二次 電流 i1和 i2之差，故該回路稱為差回路，整個(gè)保護(hù)裝置稱為差動(dòng)保護(hù)。 由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此，為保證縱差動(dòng)保護(hù)的正確工作，就必 須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比 ，且在忽略勵(lì)磁電流的情 b n 況下，則 i1=i2，繼電器 kd 中 i=0 電流，亦即在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩側(cè)的二次電流大小 相等、方向相反，在繼電器中電流等于零，因此差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。 如果故障發(fā)生在 ta1 和 ta2 之間的任一部分（如k2點(diǎn)） ，且母性和均接有電源，則流過 ta1 和 ta2 一二次側(cè)電流方向如圖 3.1(b)所示，于是 i1和 i2按同一方向流過繼

34、電器 kd 的線圈， 即 i=i1+i2使 kd 動(dòng)作，瞬時(shí)跳開 qf1 和 qf2。如果只有母性有電源，當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)部有故障 （如 k2點(diǎn)）時(shí)，i2=0，如圖 3.1(c)，此時(shí)繼電器 kd 仍能可靠動(dòng)作。 (a) (b) (c) 圖 3.1 變壓器差動(dòng)保護(hù)單線原理圖 3 3. .1 1. .2 2 微微機(jī)機(jī)差差動(dòng)動(dòng)電電流流的的獲獲取取方方式式： 在微機(jī)保護(hù)中，變壓器各側(cè)的電流信號(hào)均作為獨(dú)立通道信號(hào)送入計(jì)算機(jī)，通過對(duì)各通道 電流信號(hào)采樣值進(jìn)行數(shù)字差計(jì)算來取得差動(dòng)電流。由于 ta 二次側(cè)電流不再進(jìn)行并聯(lián)差接，因 此，較傳統(tǒng)方式相比，可進(jìn)一步減小因 ta 變比不匹配、特性不一致以及二次負(fù)擔(dān)不平衡

35、而產(chǎn) 生的不平衡電流。此外，也有利于對(duì)各側(cè)電流信號(hào)采樣值分別進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，消除由于 ta 變 比標(biāo)準(zhǔn)化所帶來的誤差。這種補(bǔ)償方法較常規(guī)采用的平衡線圈補(bǔ)償方式更為精確有效。 可通過數(shù)字計(jì)算進(jìn)行電流相位調(diào)整。在傳統(tǒng)保護(hù)中，當(dāng)變壓器采用 y/聯(lián)接方式時(shí)， 需將 y 側(cè)三相 ta 副邊接成形，以保證變壓器兩側(cè)同相電流在區(qū)外故障時(shí)相位一致。對(duì)于計(jì) 算機(jī)差動(dòng)保護(hù)，y/變壓器的 y 側(cè) ta 仍可采用 y 形接線，通過數(shù)值計(jì)算來完成 y/變換，從 而可以消除這類不平衡環(huán)流的影響，同時(shí)也為 ta 斷線的檢測(cè)判斷提供了有利條件。 微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)的原理和算法主要可分為兩部分：一部分是如何區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障，

36、另一部分是如何鑒別勵(lì)磁涌流。 3.23.2 外部故障和內(nèi)部故障的區(qū)分外部故障和內(nèi)部故障的區(qū)分 3 3. .2 2. .1 1 具具有有折折線線制制動(dòng)動(dòng)特特性性的的差差動(dòng)動(dòng)原原理理 微機(jī)變壓器差動(dòng)保護(hù)通常也是采用分相差動(dòng)方式。假設(shè)各側(cè)電流的相位以及 ta 變比誤差 己由數(shù)字計(jì)算進(jìn)行了補(bǔ)償，并取各側(cè)電流流入變壓器為假定正方向。對(duì)于雙繞組變壓器，如規(guī) 定其兩側(cè)分別記為側(cè)和側(cè)，那么按照大型變壓器通常采用的三段折線式比率制動(dòng)特性要求， 其基波向量可表示成下述動(dòng)作判據(jù)或算法。 min.dd ii 1rr ii min.11 )( drrd iiiki 21rrr iii min.12122 )()( dr

37、rrrd iiikiiki 2rr ii 圖 3.2 三段折線式比率制動(dòng)特性 方程中各基波電流相量可按傅氏算法或最小二乘算法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算過程可先用采樣 值計(jì)算差動(dòng)和制動(dòng)電流的瞬時(shí)值，再計(jì)算這此電流的基波向量，也可先計(jì)算各側(cè)電流的基 波向量，再計(jì)算差動(dòng)電流和制動(dòng)電流。對(duì)于三繞組變壓器，仿照雙繞組變壓器的算法，差 動(dòng)電流可表示為三個(gè)繞組電流向量和的模值，制動(dòng)電流通常有兩種計(jì)算方法，或者用三 d i 個(gè)繞組電流向量的模值之和表示，或者用三個(gè)繞組電流向量的模值的最大者表示。當(dāng)然， 制動(dòng)電流也可按照常規(guī)保護(hù)中的做法來表示。 如微機(jī)保護(hù)采用 16 位或 32 位微機(jī)(大型變壓器保護(hù) )，由于其計(jì)算處理能

38、力很強(qiáng)， 也可采用下述能反映 “穿越電流 ”的制動(dòng)量的計(jì)算方法。設(shè)是二個(gè)繞組電流中模值 max i 最大的那個(gè)電流向量，是另外兩個(gè)電流向量之和，則制動(dòng)電流可用和相 ps i r i max i ps i 減后取模值來表示。此外，還可把發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)中的標(biāo)積制動(dòng)原理引入到多繞組變壓器 差動(dòng)保護(hù)中，其差動(dòng)判據(jù)為： cos max 2 psd isii 式中：s 為制動(dòng)系數(shù)；。)arg( max ps ii 3 3. .2 2. .2 2 利利用用標(biāo)標(biāo)積積制制動(dòng)動(dòng)區(qū)區(qū)分分內(nèi)內(nèi)外外故故障障 基本原理 所謂標(biāo)積就是電氣設(shè)備兩側(cè)電流絕對(duì)值、和他們之間相位差的余弦值之積， 1 i 2 i 即： cos21

39、ii 以上即為標(biāo)積制動(dòng)量。 標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)不僅適用于發(fā)電機(jī)而且適用于變壓器，下面以標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)在 變壓器保護(hù)中的應(yīng)用為例。 定義雙繞組變壓器電流、的正方向均為流入變壓器，并令、的相角為， 1 i 2 i 1 i 2 i 即： )(21 ii 差動(dòng)電流 ： 12d iii 制動(dòng)電流 ： 12 coscos0 res iii 當(dāng)時(shí) 當(dāng)0 時(shí)0 res icos 當(dāng)變壓器正?；蛲獠慷搪窌r(shí)，和的相角差有： 1 i 2 i 9090 則， 有制動(dòng)電流，有效防止誤動(dòng)。0cos res i 當(dāng)變壓器縱差保護(hù)區(qū)短路（包括相間、匝間短路和中性點(diǎn)接地一側(cè)的接地短路） ， 如有： ， 90270 則， 令

40、制動(dòng)電流=0，保護(hù)靈敏動(dòng)作。0cos res i 在很大外部短路電流下，ta 可能飽和，二次電流幅值減小，比率制動(dòng)式縱差保護(hù)的不平 衡電流急劇增大而制動(dòng)電流反而減小，可能造成誤動(dòng)。但是標(biāo)積制動(dòng)式縱差保護(hù)在很大的外部 短路電流作用下，特別是暫態(tài)非周期分量電流的影響，兩側(cè) ta 的傳統(tǒng)可能相差較大，出現(xiàn)幅 值很大的暫態(tài)不平橫差流，但是兩側(cè)二次電流的相角差別不致太大（當(dāng)幅值誤差不超過 10% 時(shí)，相角誤差一般小于） ，制動(dòng)電流仍不小，只要（圖中 7cos 21i iiresbii nres / b=1.5）且同時(shí)有和，制動(dòng)特性的斜率等于無窮大，縱差保護(hù)可靠不誤動(dòng)，bii n / 1 bii n /

41、2 如圖 3.3(a)所示。 s=0.25 s=0.25 dn ii dn ii resn ii resn ii 00op ii 00op ii 0resn ii 0resn ii 1.0 0.75 0.50 0.25 1.0 0.75 0.50 0.25 0 0 0.51.01.50.51.51.0 s (a)(b) 圖 3.3 標(biāo)積制動(dòng)特性 變壓器內(nèi)部繞組短路，如果出現(xiàn)的相位關(guān)系，只要 90900 res i 和，則保護(hù)的制動(dòng)特性如圖 3.3(b)，折線斜率較小(s=0.250.50)，仍有較bii n / 1 bii n / 2 高的靈敏度。 假設(shè)：一臺(tái)雙繞組變壓器發(fā)生內(nèi)部匝間短路，已知

42、（額定負(fù)荷電流） ， n ii 2 4/ 21 ii ，即，因此有： 180 21 ii 0 21 ii nnnd iiiiii34 21 nnnres iiii20cos4 可見在發(fā)生內(nèi)部匝間短路時(shí)且同時(shí)有流出的額定負(fù)荷電流時(shí)，由于（取bii n 1/ 2 為 1.5）,保護(hù)動(dòng)作特性如圖(b)，已知、 ，當(dāng)制動(dòng)特性斜率 s 整定為 0.5 和時(shí)，保護(hù)靈25 . 0 0 op i 敏動(dòng)作，靈敏系數(shù)為 = 3/0.75=4/3/ 00 resresopopdsen iisiiik 為防止勵(lì)磁涌流造成誤動(dòng)（，為涌流，） ，采用二次諧波制動(dòng)方案，當(dāng) 2 0i 1 i0 res i 時(shí)閉鎖保護(hù)；涌流檢

43、測(cè)的有效時(shí)間推薦值為 5s，即在 5s 期間，計(jì)算 10050 /10% hzhz ii ，判斷是否為涌流，5s 過后不再作此檢測(cè)。 10050 / hzhz ii 考慮到突然甩負(fù)荷調(diào)解器失靈等引起過電壓，變壓器發(fā)生過勵(lì)磁，同時(shí)注意到變壓器調(diào)壓 分接頭的切換，都將產(chǎn)生較大的不平衡電流，為防止縱差保護(hù)誤動(dòng)，宜將最小動(dòng)作電流作 0 op i 適當(dāng)增加。 3.33.3 勵(lì)磁涌流的鑒別勵(lì)磁涌流的鑒別 在變壓器空載投入電源或外部故障切除后電壓恢復(fù)過程中，會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流。特別是在電 壓為零時(shí)刻合閘時(shí)，變壓器鐵芯中的磁通急劇增大，使鐵芯瞬間飽和，這時(shí)出現(xiàn)數(shù)值很大的沖 擊勵(lì)磁電流，稱為勵(lì)磁涌流。 3 3. .

44、3 3. .1 1 利利用用二二次次諧諧波波制制動(dòng)動(dòng)原原理理來來躲躲過過勵(lì)勵(lì)磁磁涌涌流流 工作原理 勵(lì)磁涌流中含有大的偶次諧波分量，且二次諧波分量最大。因此計(jì)算出差流中的二次諧波 分量，如果其值較大就可以判斷是勵(lì)磁涌流。常用的判別式為: kii dd 12/ 式中: 差流中的基波值; 1d i 差流中的二次諧波幅值; 2d i k 一二次諧波制動(dòng)比，常取 0.150.20。 二次諧波原理簡(jiǎn)單明了，在常規(guī)保護(hù)中有較多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，用微機(jī)實(shí)現(xiàn)比常規(guī)保護(hù)更容易。 因此，目前國內(nèi)外實(shí)際投人運(yùn)行的計(jì)算機(jī)變壓器保護(hù)大都采用該原理。 二次諧波原理的實(shí)現(xiàn) 本原理在微機(jī)保護(hù)中利用富氏算法很很容易實(shí)現(xiàn)，下面以全波富

45、氏算法為例： 22 dndnsdnc iii 其中： 1 0 22 sin n dns k ix nknk nn 1 0 22 cos n dnc k ix nknk nn 符號(hào)說明：n 為諧波次數(shù)，n 為每周波采用點(diǎn)數(shù)。利用上式很容易得出與 1d i 2d i 3 3. .3 3. .2 2 利利用用間間斷斷角角原原理理來來躲躲過過勵(lì)勵(lì)磁磁涌涌流流 工作原理 間斷角原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)采用如下判據(jù): 間斷角： (3-3-1) 65 d 波寬： (3-3-2) 140 w 若間斷角，則認(rèn)為是勵(lì)磁涌流,而非變壓器內(nèi)部故障,此時(shí)立即閉鎖比率差動(dòng)繼電 65 d 器，以防止其在變壓器空載合閘和外部故障

46、切除電壓恢復(fù)過程中誤動(dòng)；若波寬，并 140 w 且間斷角，則短時(shí)開放比率差動(dòng)繼電器，一旦，則立即閉鎖比率差動(dòng)繼電器。 65 d 65 d 由此可見，間斷角為比率差動(dòng)繼電器的閉鎖條件，式(3-3-2)為其短時(shí)開放條件，且前 65 d 提條件是閉鎖條件不滿足，而式(3-3-1)條件滿足時(shí)并不能開放比率差動(dòng)繼電器。 65 d 間斷角原理在變壓器差動(dòng)保護(hù)的微機(jī)實(shí)現(xiàn) 由于微機(jī)是離散采樣和計(jì)算變壓器各側(cè)的三相電流，因此利用微機(jī)來實(shí)現(xiàn)間斷角原理的變 壓器差動(dòng)保護(hù)具有一些困難。以下介紹作者在研制微機(jī)間斷角原理變壓器差動(dòng)保護(hù)時(shí)的一些解 決方法。該方法是在每周波內(nèi)獲得 72 點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算的，在間斷角

47、和波寬測(cè)量 時(shí)采用浮動(dòng)門坎的技術(shù) ，從而在采樣速率上保證了間斷角和波寬的測(cè)量具有較高的精度。 波寬的浮動(dòng)測(cè)量門坎為： (3-3-3) 11 dt iw 間斷角浮動(dòng)測(cè)量門坎為： (3-3-4) 22 dt i 式中：和分別為某相波寬和間斷角的浮動(dòng)測(cè)量門坎；為該相差動(dòng)電流的半周積分值； t w t d i 、分別為某一比例常數(shù)；、分別為固定門坎值。 1 2 1 2 在變壓器空載合閘和內(nèi)部故障時(shí)，三相差流幅值上升很快。波寬和間斷角的浮動(dòng)測(cè)量門坎 也隨之上升很快，能較快地跟蹤波寬和間斷角的變化。 勵(lì)磁涌流的一次波形具有明顯的間斷角特征。但由于電流互感器 lh 的飽和，差動(dòng)電流的 涌流二次波形己?jiǎn)适Я诉@

48、種特性，雖然保護(hù)裝置的中間電抗互感器能恢復(fù)涌流一次波形中的這 種間斷角特性。但此時(shí)獲取的間斷角較涌流一次波形中的間斷角有所減小。這種情況下在間斷 角前均有一個(gè)波寬不大的半波(反向電流輸出)，此時(shí)間斷角的浮動(dòng)測(cè)量門坎下降較慢，因此實(shí) 際測(cè)得的間斷角仍能恢復(fù)至涌流一次波形中的間斷角。 采用閉鎖條件和開放條件互為補(bǔ)充的涌流判據(jù) 若間斷角,則立即可靠閉鎖比率差動(dòng)繼電器，反之，當(dāng)波寬, 且 65 d 140 w 時(shí)，則短時(shí)開放比率差動(dòng)繼電器，開放時(shí)間一到，若采樣值仍小于波寬的測(cè)量門坎， 65 d 則可靠閉鎖比率差動(dòng)繼電器，否則繼續(xù)開放比率差動(dòng)繼電器。 涌流的最小間斷角發(fā)生在對(duì)稱涌流。對(duì)于非對(duì)稱涌流情況，

49、由于 lh 的飽和，間斷角中的 反向電流可能使差流中的間斷角減小很多。這兩種情況的共同特點(diǎn)是間斷角前有一個(gè)波寬不大 的半波，不會(huì)滿足波寬的條件，因此比率差動(dòng)繼電器不會(huì)開放并造成誤動(dòng)。 140 w 用 vfc 自動(dòng)調(diào)零技術(shù)消除 vfc 的零漂和變壓器正常運(yùn)行時(shí)電流波形的不對(duì)稱 若變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)，保護(hù)裝置即進(jìn)行 vfc(壓頻變換)自動(dòng)調(diào)零運(yùn)算，不斷地校正 vfc 的基準(zhǔn)值。由此消除了 vfc 的零漂和正常運(yùn)行電流波形的不對(duì)稱。這樣也保證了間斷角 和波寬的正確測(cè)量。以上介紹了利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)間斷角原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)時(shí)的一些技術(shù)措施， 3 3. .3 3. .3 3 利利用用波波形形對(duì)對(duì)稱稱法法來

50、來躲躲過過勵(lì)勵(lì)磁磁涌涌流流 工作原理 本文采用一種波形對(duì)稱算法，將變壓器在空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流和故障電流區(qū)分開來。 具體方法如下：首先將流人繼電器的差流進(jìn)行微分，將微分后差流的前半波和后半波作對(duì)稱比 較。設(shè)差流導(dǎo)數(shù)前半波某一點(diǎn)的數(shù)值為，后半波對(duì)應(yīng)點(diǎn)的數(shù)值為，如果數(shù)值滿足式 i i 180 i i (3-3-5)k ii ii i i i i 180 180 稱為對(duì)稱，否則不對(duì)稱。連續(xù)比較半個(gè)周波，對(duì)于故障電流式(3-3-5)恒成立，對(duì)于勵(lì)磁涌流有 1/4 周波以上的點(diǎn)不滿足公式(3-3-5)，這樣可以區(qū)分故障和涌流。 變壓器空載合閘時(shí)勵(lì)磁涌流的分析 假定與方向相反稱為方向?qū)ΨQ，相同稱為方向

51、不對(duì)稱，則方向不對(duì)稱的波形不滿 1 i 180 i i 足(3-3-5)式。關(guān)于變壓器涌流的特點(diǎn)以及和(3-3-5)式的關(guān)系簡(jiǎn)單分析如下。 單相變壓器空載合閘的勵(lì)磁涌流單 假定變壓器的勵(lì)磁特性曲線用兩段折線 osp 表示，如圖 1 所示?？梢娫诳偞磐ㄋ矔r(shí)值 小于飽和磁通時(shí)，勵(lì)磁電流的瞬時(shí)值為零，總磁通大于時(shí)勵(lì)磁電流由 sp 直線確定。 s s 圖 3.4勵(lì)磁涌流圖解 如忽略回路中的電阻，變壓器投人后的暫態(tài)過程可下式表示： (3-3-6) tu dt d msin 由上式可得涌流的算式如下：i (3-3-7) l wsb i s 經(jīng)推導(dǎo)得： (3-3-8)ta x u i x cos2 式中；為

52、變壓器磁通密度最大值， mrs bbba/coslx m b ；為飽和磁通密度；二為空投前系統(tǒng)電壓， ； wsub xm /2 s b x u tmx uuu2/ 為剩余磁通密度。 r b 由(3-3-8)式可求出涌流波寬為： 12 式中： ； 11 t 22 t 由于時(shí)，由(3-3-8)式可求出 1 tt 0iatarccos 11 在時(shí)也有，所以 2 tt 0i 21 coscostt 222 122 tt attt j arccos222222 1112 由此導(dǎo)出：時(shí)有最大波寬。當(dāng)、時(shí)， 0 max j ms bb4 . 1 mr bb9 . 0 0 240arccos22 max a

53、j 對(duì)于單相變壓器，涌流最大可能的波寬為，是偏于時(shí)間軸的一側(cè)的，如果用波形對(duì)稱 240 的方法計(jì)算涌流導(dǎo)數(shù)，相對(duì)工頻來講，不滿足對(duì)稱條件。將一個(gè)周波內(nèi)電流導(dǎo)數(shù)的前半周與后 半周作對(duì)稱比較，可以區(qū)分勵(lì)磁涌流和故障電流。 三相變壓器空載合閘的勵(lì)磁涌流 電力變壓器一般都是三相變壓器，多采用 y-接線，因而差動(dòng)保護(hù)用的電流互感器相應(yīng) 也有接線，如圖 3.5 所示。流人繼電器的電流是兩相電流之差。研究變壓器縱差保護(hù)應(yīng)y 對(duì)兩相電流之差的電流特征進(jìn)行研究。 假定， msrcrbra 4 . 19 . 09 . 0， 1201200 cba 圖 3.5空載合閘等效圖 經(jīng)分析得各相勵(lì)磁電流及其導(dǎo)數(shù)的波形，如圖

54、 3.6，它們的間斷角為： 906090 jcjbja 對(duì)于流入繼電器的涌流分為兩種：一種是偏于時(shí)間軸一側(cè)單向涌流、；另一種是分 ja i jc i 布于時(shí)間軸兩側(cè)的對(duì)稱涌流。現(xiàn)對(duì)這兩種類型涌流分析其特征。 jb i 單向涌流的特征： 單向涌流是由剩磁方向相反的兩相涌流相減生成的電流。如 a 相正剩磁，a 相電壓正半波 產(chǎn)生涌流，b 相負(fù)剩磁，b 相電壓負(fù)半波產(chǎn)生涌流。a 相和 b 相涌流方向相反，兩相電流之差便 形成單向涌流。a 相電壓的正半波和 b 相電壓的負(fù)半波時(shí)間上相差，由它們產(chǎn)生的涌流便是 60 兩個(gè)波峰相差但方向相反的單相涌流之差。不管兩個(gè)涌流的大小如何，他們的峰值總是差 60 ，

55、經(jīng)計(jì)算得出單向涌流的最小間斷角大于，即它們的波寬小于，其導(dǎo)數(shù)分布在時(shí) 60 90 270 間軸的兩側(cè)，若用導(dǎo)數(shù)前半波與后半波比較，如圖 3.6 所示，在間斷角期間數(shù)值為零，是完 90 全不對(duì)稱的，另內(nèi)其方向?qū)ΨQ但在數(shù)值上也不對(duì)稱，多數(shù)點(diǎn)不滿足(3-3-5)式。 90 圖 3.6變壓器磁通、涌流及導(dǎo)數(shù) 對(duì)稱涌流的特征： 對(duì)稱涌流是由剩磁方向相同的兩相涌流相減生成的電流。如 b 相負(fù)剩磁，b 相電壓負(fù)半波 產(chǎn)生涌流，c 相負(fù)剩磁，c 相電壓負(fù)半波產(chǎn)生涌流。b 相和 c 相涌流方向相同。b 相電壓的負(fù)半 波和 c 相的負(fù)半波時(shí)間上相差，由它們產(chǎn)生的涌流便是兩個(gè)峰值相差但方向相同的單 120 120

56、相涌流之差。b 相和 c 相涌流大小可能不同，峰值差為，對(duì)稱涌流的間斷角一般比單向涌 120 流要小，最小可到。對(duì)稱涌流的導(dǎo)數(shù)(見圖 3.6)很有特點(diǎn)，可分為 3 段，中產(chǎn)一段是個(gè)較大 30 的波形，其寬度為準(zhǔn)確的，兩頭 2 個(gè)小波形與中間的方向相反，大小可能不一樣，在 1 周 120 內(nèi)有間斷角。從單相涌流的分析中已知其最大波寬為，兩頭的小波形最大可能寬度為。 240 120 用前半波和后半波作對(duì)稱度比較，假設(shè)一種嚴(yán)重的情況： msrcrbra 15 . 1 9 . 090 1201200 cba 流入繼電器的電流。通過計(jì)算可以得出，b 相間斷角是。其波形和圖 3.6 cbjb iii 31

57、 相似，只是兩頭的 2 段小波形比圖 3.6 寬 (寬)，見圖 3.7。為分析方便起見，將波形分 15 105 成兩段，前為，后為，將移至的正下方，見圖 3.8。分為 4 段： 180 1 i 180 2 i 2 i 1 i 180 第 1 段：，內(nèi)與，方向?qū)ΨQ，數(shù)值上不完全對(duì)稱。 1 t 450 45 1 i 2 i 第 2 段：，內(nèi)與方向相同，完全不對(duì)稱。 2 t 10545 60 1 i 2 i 第 3 段：，內(nèi)與方向?qū)ΨQ，數(shù)值上不完全對(duì)稱。 3 t 150105 45 1 i 2 i 第 4 段：，內(nèi)有數(shù)值，為間斷角，完全不對(duì)稱。 4 t 180150 30 1 i 2 i 經(jīng)分析可知

58、，在(、)范圍內(nèi)波形完全不對(duì)稱，在另(、)范圍內(nèi)，波形方 90 2 t 4 t 90 1 t 3 t 向?qū)ΨQ但數(shù)值上仍不對(duì)稱，不全滿足(3-3-5)式。 圖 3.7 涌流導(dǎo)數(shù)波形 對(duì)變壓器的剩磁大小有不同的意見，有關(guān)資料分析，最大剩磁可能到達(dá) 0.7 倍。由于變壓 器鐵芯的非線性及剩磁和合閘角的離散性，其涌流也有很大的離散性。文中用的兩個(gè)特例條件 是在大量的涌流分析結(jié)果中選出的最不利的情況。波形對(duì)稱原理算法能滿足最不利的假設(shè)條件， 在剩磁小的情況時(shí)，動(dòng)作行為會(huì)更加可靠。 結(jié)論及應(yīng)用 通過上述無論是對(duì)稱涌流還是單向涌流，其導(dǎo)數(shù)相對(duì)于工頻量來說其前半波和后半波在 ，內(nèi)是完全不對(duì)稱的，在另內(nèi)方向?qū)ΨQ

59、，數(shù)值也不對(duì)稱。而故障電流的導(dǎo)數(shù)前半波和后 90 90 半波基本對(duì)稱。利用這個(gè)特點(diǎn)，設(shè)定恰當(dāng)采樣頻率和計(jì)算門坎，用差電流導(dǎo)數(shù)的前半波和后半 波作對(duì)稱比較，就可以區(qū)別勵(lì)磁涌流和故障電流。這種原理我們稱之為波形對(duì)稱原理。 圖 3.8 涌流導(dǎo)數(shù)半波比較圖 對(duì)于三相電力變壓器，用波形對(duì)稱原理計(jì)算，任何條件下的任何一相的勵(lì)磁涌流，都有明 顯的特征，即都能做到可靠地制動(dòng)。利用分相制動(dòng)方式，當(dāng)變壓器合閘時(shí)發(fā)生故障，保護(hù)不受 健全相的影響，能夠快速出口。 經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，對(duì)勵(lì)磁涌流，符合對(duì)稱條件的角度范圍最多，另內(nèi)不對(duì)稱; 60 120 而故障電流最多不對(duì)稱，范圍內(nèi)是對(duì)稱的。區(qū)別故障電流和勵(lì)磁涌流的角度范

60、圍在 30 150 之間，冗余量很大。 12030 3.43.4 各原理的分析及較各原理的分析及較 二次諧波制動(dòng)原理 二次諧波制動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，因而廣泛應(yīng)用。但該差動(dòng)保護(hù)存在一些問題，主要有: 采用無功就地自動(dòng)補(bǔ)償措施的變壓器，往往在低壓側(cè)裝有定容量的電力電容器組，在 低壓側(cè)出口差動(dòng)范圍內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí)，電容的反饋電流將流向故障點(diǎn)，該反饋電流作為差流的一 部分對(duì)差動(dòng)保護(hù)有影響，可能使二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。對(duì)于大型變壓器，輸 電線的分布電容效應(yīng)十分明顯，因此，當(dāng)大型變壓器內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，由于電感和電容的 諧振使短路電流中的諧波含量明顯增加，有可能引起二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。