基于單片機(jī)的受控正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、技術(shù)學(xué)院技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于單片機(jī)的受控正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)系 部 自動(dòng)控制工程系 專 業(yè) 名 稱 發(fā)電廠及其電力系統(tǒng) 班 級(jí) 電力 1091 班 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 2011 年 9 月 1 日2 方案論證與設(shè)計(jì)222 萬變電站主變壓器保護(hù)摘要：變壓器是電力系統(tǒng)的重要組成部分。它的正常與否直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)是變壓器繼電保護(hù)的初步設(shè)計(jì)。根據(jù)短路計(jì)算的結(jié)果，選擇了短路器，隔離開關(guān)，母線電氣設(shè)備。為了保護(hù)變壓器內(nèi)部和引出線套管的故障，選擇了縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)。影響差動(dòng)保護(hù)可靠性是電路中由于各種原因產(chǎn)生的不平衡電流。通過計(jì)算，選擇躲過外部短路

2、時(shí)產(chǎn)生的最大不平衡電流作為縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流。本設(shè)計(jì)還選擇了瓦斯保護(hù)作為變壓器油箱內(nèi)發(fā)生故障時(shí)的主保護(hù)。定時(shí)限過電流保護(hù)作為變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的后備保護(hù)。本設(shè)計(jì)要保護(hù)的變壓器是處在中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)中，所以采用零序過電流作為變壓器接地的后備保護(hù)。在本次設(shè)計(jì)中，我還選擇了過負(fù)荷保護(hù)作為變壓器的后備保護(hù)并對(duì)以上保護(hù)進(jìn)行了整定。2 方案論證與設(shè)計(jì)3目 錄第 1 章 緒論 21.1 變壓器保護(hù)的歷史及現(xiàn)狀 2 1.2 變壓器保護(hù)的發(fā)展趨勢 3第 2 章 220kv 主變壓器微機(jī)型保護(hù)的雙重化的探討 4 2.1 變壓器保護(hù)雙重化的意義 5 2.2 雙主雙后主變壓器保護(hù)電流回路接入方式 6第 3

3、 章 3.1 電力變壓器的繼電保護(hù) 7 3.11 3.12 3.2 3.21 3.22 3.3 3.31 3.32 3.4 3.41 3.42 3.43 3.44 3.5第 4 章4.1 4.2 2 方案論證與設(shè)計(jì)4第 1 章 緒論1. 1 變壓器保護(hù)的歷史及現(xiàn)狀追溯變壓器保護(hù)的發(fā)展歷史，以 1931 年 r.e.cordray 提出比率差動(dòng)的變壓器保護(hù)標(biāo)志著差動(dòng)保護(hù)作為變壓器主保護(hù)時(shí)代的到來。電流差動(dòng)保護(hù)也以其原理簡單、選擇性好、可靠性高的特點(diǎn)在變壓器保護(hù)中獲得了極其成功的應(yīng)用。但由此帶來的技術(shù)難題是如何將變壓器的勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障區(qū)分開來。變壓器保護(hù)的發(fā)展史也自此成為一部變壓器勵(lì)磁涌流鑒別

4、技術(shù)發(fā)展史。1941 年，c.d.hayward 首次提出了利用諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)，將諧波分析引入到變壓器差動(dòng)保護(hù)中，并逐漸成為國外研究勵(lì)磁涌流制動(dòng)方法的主要方向。1958 年，r.l.sharp 和 w.e.glassburn 提出了利用二次諧波鑒別變壓器勵(lì)磁涌流的方法，并在模擬式保護(hù)中加以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，還提出了差動(dòng)加速的方案，以差動(dòng)加速、比率差動(dòng)、二次諧波制動(dòng)來構(gòu)成整個(gè)諧波制動(dòng)式保護(hù)的主體，并一直延續(xù)至今。微機(jī)變壓器保護(hù)的研究開始于 60 年代末 70 年代初。1969 年，rockerfelter首次提出數(shù)字式變壓器保護(hù)的概念，揭開了數(shù)字式變壓器保護(hù)研究的序幕，之后，o.p.malik9和

5、 degens 對(duì)變壓器保護(hù)的數(shù)字處理和數(shù)字濾波做出了研究；1972 年，skyes 發(fā)表了計(jì)算機(jī)變壓器諧波制動(dòng)保護(hù)方案，使得微機(jī)式變壓器保護(hù)的發(fā)展向?qū)嵱没较蜻~進(jìn)。變壓器保護(hù)在進(jìn)入數(shù)字微機(jī)時(shí)代后，利用微機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算和處理能力，不斷提出新的勵(lì)磁涌流鑒別方法，在國內(nèi)外形成研究熱潮。間斷角原理從分析勵(lì)磁涌流波形本質(zhì)出發(fā)，為勵(lì)磁涌流的鑒別提供了新思路，沿著這個(gè)思路，波形比較法、波形對(duì)稱法和積分型波形對(duì)稱法相繼被提出?，F(xiàn)在實(shí)用的微機(jī)變壓器保護(hù)中識(shí)別勵(lì)磁通流的方法也主要是：二次諧波閉鎖、間斷角閉鎖、波形對(duì)稱原理等。實(shí)踐表明，在過去幾十年間，上述原理基本上能達(dá)到繼電保護(hù)要求。然而，隨著電力系統(tǒng)以及變壓器制

6、造技術(shù)的日益發(fā)展，利用涌流特征的各種判據(jù)在實(shí)用中均遇到了一些無法協(xié)調(diào)的矛盾。在高壓電力2 方案論證與設(shè)計(jì)5系統(tǒng)中，由于 ta 飽和、補(bǔ)償電容或長線分布電容等因素的影響，內(nèi)部故障時(shí)差流中的二次諧波分量顯著增大，造成保護(hù)誤閉鎖和延時(shí)動(dòng)作。另一方面，現(xiàn)代大型變壓器多采用冷軋硅鋼片，飽和磁密較低而剩磁可能較小，使得變壓器勵(lì)磁涌流中的二次諧波和間斷角均明顯變小。不斷出現(xiàn)的問題推動(dòng)了研究的不斷深入，文獻(xiàn)13提出的“虛擬三次諧波制動(dòng)法”從理論上可在半周的時(shí)間使保護(hù)動(dòng)作，而且采用奇次諧波鑒別使其對(duì)對(duì)稱性勵(lì)磁涌流的鑒別能力大大強(qiáng)于二次諧波制動(dòng)。文獻(xiàn)14提出的采樣值差動(dòng)原理與勵(lì)磁涌流波形無關(guān)，減少了計(jì)算量，提高了

7、保護(hù)速度。近年來，新器件、新技術(shù)的應(yīng)用為變壓器保護(hù)的研究與發(fā)展提供了一個(gè)廣闊的天地。數(shù)字信號(hào)處理器 dsp（digital signal processor）的出現(xiàn)，不但可以提高微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采樣與計(jì)算的速度和精度，甚至可能改變往常微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思想，使得復(fù)雜的算法得以在保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代數(shù)學(xué)工具如：模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)，小波分析等開始越來越多的融入到變壓器保護(hù)的研究領(lǐng)域，一方面為傳統(tǒng)的變壓器保護(hù)方法提供了更有效的工具，另一方面，采用多個(gè)信息量，可提高變壓器保護(hù)的“智能化”程度，改善可靠性和適應(yīng)性。隨著新的傳感元件和測量元件的出現(xiàn)，故障診斷及預(yù)測充分利用各種現(xiàn)代數(shù)學(xué)分析手段對(duì)變壓器的

8、各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)量進(jìn)行監(jiān)測與分析，越來越融入到變壓器保護(hù)中。它實(shí)質(zhì)上是傳統(tǒng)變壓器保護(hù)中電量與非電量保護(hù)的一個(gè)擴(kuò)展，它的研究與發(fā)展，為變壓器保護(hù)的研究與發(fā)展提供了一個(gè)新的思路。對(duì)于變壓器后備保護(hù)，以前的觀點(diǎn)是認(rèn)為其原理相對(duì)簡單、應(yīng)用比較成熟，因此學(xué)者更為關(guān)注其在實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面的研究。但是近年來，隨著越來越多的電力變壓器投入使用以及電網(wǎng)電壓等級(jí)的不斷提高，實(shí)際運(yùn)行中由變壓器后備保護(hù)配置不合理引起的事故已不少見。目前，已經(jīng)有部分學(xué)者對(duì)變壓器相間后備保護(hù)配置的合理性以及變壓器零序過流保護(hù)整定計(jì)算中的特殊問題進(jìn)行了分析和探討，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法。變壓器后備保護(hù)作為主保護(hù)的有益補(bǔ)充，為有效地保護(hù)變壓器設(shè)備及

9、電網(wǎng)運(yùn)行安全發(fā)揮了巨大的作用，對(duì)變壓器后備保護(hù)的進(jìn)一步研究已經(jīng)引起了人們的重視。1.2 變壓器保護(hù)的發(fā)展趨勢隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的保護(hù)原理和方案不斷被應(yīng)用到計(jì)算機(jī)繼2 方案論證與設(shè)計(jì)6電保護(hù)中。不少學(xué)者把以模糊理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等非線性科學(xué)為主導(dǎo)的智能技術(shù)引入到電力系統(tǒng)中，在電力變壓器的繼電保護(hù)中得到應(yīng)用。智能技術(shù)發(fā)展迅速，分支眾多，除了模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等技術(shù)被應(yīng)用于繼電保護(hù)中，更有吸引力的研究是將具有不同特性的智能技術(shù)結(jié)合起來應(yīng)用到繼電保護(hù)中，例如：模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊專家系統(tǒng)等，這些結(jié)合使得保護(hù)的性能得到了有意義的提高。大型電力變壓器的繼電保護(hù)

10、已經(jīng)從電磁型、整流型、晶體管型、集成電路型發(fā)展到了微機(jī)時(shí)代。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能日益加強(qiáng)，為微機(jī)保護(hù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了廣闊的空間。信號(hào)處理、人工智能等相關(guān)科學(xué)的不斷進(jìn)步、新的測試手段、測量技術(shù)的應(yīng)用，將不斷提高電力變壓器的保護(hù)水平。國內(nèi)的變壓器保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)及時(shí)加強(qiáng)新原理和新技術(shù)的吸收和應(yīng)用，并在實(shí)踐中不斷總結(jié)和發(fā)展變壓器保護(hù)的實(shí)用技術(shù)，以提高防范變壓器事故的能力。1.3 本文所做的工作 本文通較研究，得出一種較為合理的保護(hù)方案。完成保護(hù)的整定計(jì)算內(nèi)容。具體過對(duì) 220kv 主變壓器的保護(hù)在實(shí)際應(yīng)用中所起到的重要作用的研究，闡述變壓器保護(hù)的基本原理 ，變壓器保護(hù)應(yīng)用范

11、圍，各種變壓器的保護(hù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。通過對(duì) 220kv 主變壓器的保護(hù)方案進(jìn)行比應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：（1） 繼電保護(hù)的綜述以及變壓器保護(hù)在實(shí)際應(yīng)用中的作用。（2）220kv 主變壓器微機(jī)型保護(hù)的雙重化的探討。 。（3）電力變壓器保護(hù)原理分析：包括瓦斯保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)，電流速斷保護(hù)，過電流保護(hù)，零序過電流保護(hù)，過負(fù)荷保護(hù)及過勵(lì)磁保護(hù)。 （4）主變壓器保護(hù)裝置的配置：電力變壓器的保護(hù)配置與方案確定以及接線配置圖。（5）整定計(jì)算：整定計(jì)算的原則和整定計(jì)算的過程。第 2 章 220kv 主變壓器微機(jī)型保護(hù)的雙重化的探討。 2 方案論證與設(shè)計(jì)7由于變壓器是個(gè)電元建，也是個(gè)磁元件，具有非線性特點(diǎn)和復(fù)雜的

12、暫態(tài)。因此，其動(dòng)作正確率還很低。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，變壓器微機(jī)型保護(hù)越來越多，性能越來越好，使提高變壓器保護(hù)的運(yùn)行水平成為可能。對(duì)主變壓器保護(hù)的雙重化是其中的一個(gè)方面，下面談?wù)勚髯儔浩鞅Ｗo(hù)雙重化在實(shí)踐中遇到的一些問題。 21 主變壓器保護(hù)雙重化的意義 根據(jù)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程要求，不同容量及不同電壓等級(jí)的電力變壓器配置不同的保護(hù)。大型變壓器將瓦斯保護(hù)及縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)，各側(cè)安裝不同的復(fù)壓過流、方向零序或阻抗保護(hù)作為后備保護(hù)。規(guī)程中除對(duì) 330 kv 及以上變壓器可裝設(shè)雙重差動(dòng)保護(hù)外，一般均按單主(一套主保護(hù))單后(一套后備保護(hù))配置。 防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求中

13、提出，220 kv 主變壓器的微機(jī)保護(hù)必須雙重化。主變壓器保護(hù)微機(jī)化以前，使用分立電磁型元件組成主保護(hù)及后備保護(hù)時(shí)，一套 220 kv 主變壓器保護(hù)需 3或 4 面屏，實(shí)現(xiàn)雙重化將使屏位達(dá) 67 面。采用晶體管及集成電路型的主變壓器保護(hù)，繼電器的性能提高，但回路組成及接線仍是脫胎于電磁型保護(hù)，一主(一套主保護(hù))一后(一套后備保護(hù))最少要 2 面屏，雙重化后回路也很復(fù)雜。早期的主變壓器微機(jī)型保護(hù)，由于采用的還是主保護(hù)與后備保護(hù)分開的設(shè)計(jì)方案，一套主保護(hù)加各側(cè)后備保護(hù)、操作箱、失靈及非電量保護(hù)等，需 7 或 8 層機(jī)箱。由于高性能的計(jì)算機(jī)芯片出現(xiàn)，在一套裝置中包含主保護(hù)、各側(cè)全部后備保護(hù)的新一代主

14、變壓器微機(jī)型保護(hù)已開發(fā)，并得到廣泛應(yīng)用。該保護(hù)裝置除非電量保護(hù)及開關(guān)操作箱外，全套主保護(hù)與后備保護(hù)只需 1 層機(jī)箱，實(shí)現(xiàn)雙重化后，一般 4 或 5 層機(jī)箱，2 面屏。由于一套保護(hù)的功能集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，雙套保護(hù)采用相同的輸入輸出設(shè)計(jì)，所以外圍接線簡潔，其外圍回路比主保護(hù)與后備保護(hù)分開的單套配置還簡單。主變壓器保護(hù)的雙重化理由： 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高性能計(jì)算機(jī)芯片的出現(xiàn)，主保護(hù)與后備保護(hù)合一的設(shè)計(jì)，在技術(shù)上使保護(hù)配置雙重化成為可能；有多年來線路保護(hù)雙重化的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；對(duì)供電可靠性要求提高；雙重化的保護(hù)可采用不同廠家的產(chǎn)品、不同原理設(shè)計(jì)，對(duì)變壓器發(fā)生各類復(fù)雜故障時(shí)可靠地切除故障更有利。 2 方案

15、論證與設(shè)計(jì)82.2 雙主雙后主變壓器保護(hù)電流回路接入方式 采用雙主保護(hù)與雙后備保護(hù)的主變壓器保護(hù)后，如何接入電流互感器的二次回路，這將是需要考慮的問題。對(duì)于主保護(hù)與后備保護(hù)分開的保護(hù)，常常主保護(hù)與后備保護(hù)分別接一組電流互感器的次級(jí)，差動(dòng)保護(hù)接獨(dú)立電流互感器，后備保護(hù)接主變壓器套管電流互感器的次級(jí)，如圖 1 所示。在雙母帶旁路主接線方式下，旁路開關(guān)代主變壓器開關(guān)時(shí)，差動(dòng)保護(hù)的電流回路進(jìn)行相應(yīng)切換，后備保護(hù)的電流回路不用切換。 圖 1-1 單套主變壓器保護(hù)電流互感器次級(jí)配置圖圖 1-1 中看出，差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍包括主變壓器的獨(dú)立電流互感器至套管的引線，當(dāng)旁代時(shí)則包括旁路母線。采用雙主保護(hù)與雙后備

16、保護(hù)的主變壓器保護(hù)一般將第一套保護(hù)接原差動(dòng)保護(hù)電流互感器次級(jí)，即接獨(dú)立電流互感器，旁代時(shí)需切換；第二套保護(hù)接原后備保護(hù)電流互感器次級(jí)，即接套管電流互感器，旁代時(shí)不需切換，但對(duì)降壓變壓器的高壓側(cè)來說，無論是差動(dòng)保護(hù)還是該2 方案論證與設(shè)計(jì)9側(cè)的后備保護(hù)，其保護(hù)范圍不包括開關(guān)電流互感器到變壓器套管的引線；對(duì)低壓側(cè)來說，其后備保護(hù)的保護(hù)范圍指向非電源側(cè)，所以引線故障將由后備保護(hù)切除。電流具體接入見圖 1-2。 在獨(dú)立電流互感器次級(jí)足夠時(shí)，可將第二套保護(hù)也接入獨(dú)立電流互感器，旁代時(shí)切套管電流互感器，這可確保正常運(yùn)行時(shí)兩套保護(hù)均有足夠的保護(hù)范圍，當(dāng)?shù)谝惶妆Ｗo(hù)因故退出時(shí)，不至于因第二套保護(hù)存在死區(qū)而影響主

17、變壓器的正常運(yùn)行。但電流二次回路的切換較麻煩，因操作不當(dāng)會(huì)引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的情況時(shí)有發(fā)生，故保護(hù)方式滿足要求時(shí)，不建議過多進(jìn)行電流回路的切換。因此，該回路在設(shè)計(jì)及施工時(shí)可接好，運(yùn)行時(shí)旁代只切第一套，當(dāng)?shù)谝惶妆Ｗo(hù)因故退出時(shí)，將第二套保護(hù)的電流回路切至獨(dú)立電流互感器。為避免電流回路的切換，可兩套保護(hù)均使用套管電流互感器，在降壓變壓器的高壓側(cè)增設(shè)簡單電流保護(hù)，接獨(dú)立電流互感器作引線的保護(hù)，當(dāng)旁代時(shí)停用該保護(hù)，啟用旁路保護(hù)作引線及旁路母線的保護(hù)，這樣保護(hù)配置較復(fù)雜，該電流保護(hù)或旁路保護(hù)整定時(shí)要考慮勵(lì)磁涌流的影響。如何取舍取決于各地的運(yùn)行習(xí)慣。2 方案論證與設(shè)計(jì)10圖 1-2 雙重化主變壓器保護(hù)電流互感

18、器次級(jí)配置圖第 3 章 電力變壓器的繼電保護(hù)圖 1-5 中、分別表示變壓器星形側(cè)的三個(gè)線電流，和它們對(duì)應(yīng)的ayi.byi.cyi.電流互感器二次電流為、.由于電流互感器的二次繞組為三角形接ayi.byi.cyi.線。3.1 電力變壓器的故障類型及保護(hù)措施3.1.1 電力變壓器故障及不正常運(yùn)行狀態(tài) 電力變壓器是電力系統(tǒng)中非常重要的電力設(shè)備之一，它的安全運(yùn)行對(duì)于保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和對(duì)供電的可靠性，以及電能質(zhì)量起著決定性的作用，同時(shí)大容量電力變壓器的造價(jià)也是十分昂貴。因此本節(jié)針對(duì)電力變壓器可能發(fā)生的故障和不正常的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，然后重點(diǎn)研究應(yīng)裝設(shè)的繼電保護(hù)裝置，以及保護(hù)裝置的整定計(jì)算。變壓器的

19、內(nèi)部故障可分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障兩類，油箱內(nèi)故障主要包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路及經(jīng)鐵芯燒毀等。變壓器油箱內(nèi)的故障十分危險(xiǎn)，由于變壓器內(nèi)充滿了變壓器油，故障時(shí)的短路電流使變壓器油急劇的分解氣化，可能產(chǎn)生大量的可燃性氣體，很容易引起油箱爆炸。油箱外2 方案論證與設(shè)計(jì)11故障主要是套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。電力變壓器不正常和運(yùn)行狀態(tài)主要有外部相間短路、接地短路引起的相間過電流和零序過電流，負(fù)荷超過其額定容量引起的過負(fù)荷、油箱漏油引起的油面降低，以及過電壓、過礪磁等。3.1.2 電力變壓器繼電保護(hù)的配置為了保證電力變壓器的安全運(yùn)行，根據(jù)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的運(yùn)行條例 ，

20、針對(duì)變壓器的上述故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，電力變壓器應(yīng)裝設(shè)以下保護(hù)：(1)瓦斯保護(hù)。800kva 及以上的油浸式變壓器的 400kva 以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)用來反映變壓器油箱內(nèi)部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器輕瓦斯動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)。(2)縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。6300kva 及以上并列運(yùn)行的變壓器，10000kva及以上單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中 6300kva 及以上重要的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。10000kva 及以下的電力變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，其過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)大于 0.5對(duì)于 2000

21、kva 以上的變壓器,當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不能滿足要求時(shí),也應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)用于反映電力變壓器繞組、套管及引出線發(fā)生的故障，其保護(hù)動(dòng)作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器相間短路的后備保護(hù)。相間短路的后備保護(hù)用于反映外部相間短路引起的變壓器過電流，同時(shí)作為瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)的后備保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)限按電流保護(hù)的階梯形原則來整定，延時(shí)動(dòng)作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器。(3)相間短路的后備保護(hù)的形式較多，過電流保護(hù)和低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)，宜用于中、小容量的降壓變壓器；復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)，宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，以及過電流保護(hù)靈敏度不能滿足要求的降壓變壓器；6300kva 及

22、以上的升壓變壓器，應(yīng)采用負(fù)序電流保護(hù)及單相式低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)；對(duì)大容量升壓變壓器或系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，為了滿足靈敏度要求，還可以采用阻抗保護(hù)。(4)過負(fù)荷保護(hù)。對(duì)于 400kva 以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺(tái)并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)裝高過負(fù)荷保護(hù)。過負(fù)荷保護(hù)通常只裝設(shè)在一相2 方案論證與設(shè)計(jì)12其動(dòng)作進(jìn)限較長。延時(shí)動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)。(5)其他保護(hù)。高壓側(cè)電壓為 500kv 及以上的變壓器，對(duì)頻率降低和電壓升高而引起的變壓器礪磁電流升高，應(yīng)裝設(shè)變壓器過礪磁保護(hù)。對(duì)變壓器溫度和油箱內(nèi)壓力升高，以及冷卻系統(tǒng)故障，按變壓器現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。3.2 電力變壓器的瓦斯保護(hù)

23、在變壓器油箱內(nèi)常見的故障有繞組匝間或?qū)娱g絕緣破壞造成的短路，或高壓繞組對(duì)地絕緣破壞引起的單相接地。變壓器油箱內(nèi)發(fā)生的任何一個(gè)故障時(shí)，由于短路電流和短路點(diǎn)電弧的作用，將使變壓器油及其他絕緣材料因受熱而分解產(chǎn)生氣體，因氣體比較輕，它們就要從油箱里流向油枕的上部，當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，油會(huì)迅速膨脹并有大量的氣體產(chǎn)生，此時(shí)，回游強(qiáng)烈的油流和氣體沖向油枕的上部。利用油箱內(nèi)部的故障時(shí)的這一特點(diǎn)，可以構(gòu)成反映氣體變化的保護(hù)裝置，稱之為瓦斯保護(hù)。3.2.1 氣體繼電器構(gòu)成和動(dòng)作原理 瓦斯保護(hù)是利用安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接管道中的氣體繼電器構(gòu)成的，如圖 3-2 所示。為了不妨礙氣體的流動(dòng)，在安裝具有氣體繼電器的

24、變壓器時(shí)，變壓器頂蓋與水平面應(yīng)具有 1%1.5%的坡度，通往氣體繼電器的連接管具有 2%4%的坡度，安裝油枕一側(cè)方向向上傾斜。這樣，當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，可使氣流容易進(jìn)入油枕，并能防止氣泡積聚在變壓器的頂蓋內(nèi)。 在瓦斯保護(hù)繼電器內(nèi)，上部是一個(gè)密封的浮筒，下部是一塊金屬檔板,兩者都裝有密封的水銀接點(diǎn)。浮筒和檔板可以圍繞各自的軸旋轉(zhuǎn)。在正常運(yùn)行時(shí)，繼電器內(nèi)充滿油，浮筒浸在油內(nèi)，處于上浮位置，水銀接點(diǎn)斷開；檔板則由于本身重量而下垂，其水銀接點(diǎn)也是斷開的。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，氣體產(chǎn)生的速度較緩慢，氣體上升至儲(chǔ)油柜途中首先積存于瓦斯繼電器的上部空間，使油面下降，浮筒隨之下降而使水銀接點(diǎn)閉合，接

25、通延時(shí)信號(hào)，這就是所謂的“輕瓦斯”；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，則產(chǎn)生強(qiáng)烈的瓦斯氣體，油箱內(nèi)壓力瞬時(shí)突增，產(chǎn)生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖擊檔板，檔板克服彈簧的阻力，帶動(dòng)磁鐵向干簧觸點(diǎn)方向移動(dòng)，使水銀觸點(diǎn)閉合，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是所謂的“重瓦斯”。重瓦斯動(dòng)作，立即切斷與變壓2 方案論證與設(shè)計(jì)13器連接的所有電源，從而避免事故擴(kuò)大，起到保護(hù)變壓器的作用。瓦斯繼電器有浮筒式、檔板式、開口杯式等不同型號(hào)。目前大多采用 qj-80 型繼電器，其信號(hào)回路接上開口杯，跳閘回路接下檔板。所謂瓦斯保護(hù)信號(hào)動(dòng)作，即指因各種原因造成繼電器內(nèi)上開口杯的信號(hào)回路接點(diǎn)閉合，光字牌燈亮。qj180 型

26、氣體繼電器分輕瓦斯和重瓦斯兩部分。輕瓦斯部分主要是由開口杯、固定在開口杯上的永磁鐵、干簧觸點(diǎn)構(gòu)成的。重瓦斯部分主要有擋板、固定在擋板的磁鐵、重瓦斯干簧觸點(diǎn)及流速整定螺桿構(gòu)成。當(dāng)變壓器正常工作時(shí)，氣體繼電器內(nèi)充滿了油，開口杯內(nèi)也充滿了油，由于開口杯在游內(nèi)重力所產(chǎn)生的力矩比平衡重錘產(chǎn)生的力矩小，因此開口杯處于向上翹起狀態(tài)。與開口杯固定在一起的永磁鐵處于遠(yuǎn)離輕瓦斯干簧位置，所以該干簧觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)。當(dāng)變壓器內(nèi)部繁盛輕微故障時(shí)，產(chǎn)生不少氣體，逐漸集聚在氣體繼電器的上部，使繼電器內(nèi)的油面緩慢下降，當(dāng)油面降到低于開口杯時(shí)，開口杯在空氣中重力加上杯內(nèi)油的重力所產(chǎn)生的力矩，大于平衡重錘所產(chǎn)生的力矩，于是開口

27、杯落下來，使固定在開口杯上的永磁鐵接近干簧觸點(diǎn)。當(dāng)氣體積聚到一定容積時(shí)，干簧觸點(diǎn)接通，發(fā)出輕瓦斯信號(hào)?？赏ㄟ^改變輕瓦斯觸點(diǎn)動(dòng)作的氣體容積在 250300cm3 的范圍內(nèi)調(diào)整。正常情況下，重瓦斯擋板在彈簧的作用下垂直位置，固定在擋板的永久磁2 方案論證與設(shè)計(jì)14鐵遠(yuǎn)離重瓦斯干簧觸點(diǎn)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，油 氣流沖擊擋板的力量大于彈簧的彈力時(shí)，擋板傾斜了一個(gè)角度，使固定在擋板上的永久磁鐵靠近重瓦斯的干簧觸點(diǎn)，干簧觸點(diǎn)接通，發(fā)出跳閘脈沖。重瓦斯動(dòng)作的油流速度可利用流速整定螺桿，在 0.71.5m/s 的范圍內(nèi)調(diào)整。值得注意是，變壓器初次投入運(yùn)行時(shí)，或由于換油等工作，油中混入少量的氣體，經(jīng)過

28、一斷時(shí)間后，這些氣體又從油中分離出來，逐漸集聚在氣體繼電器的上部，迫使開口杯下降，使輕瓦斯動(dòng)作。此時(shí)，可以通過氣體繼電器頂部放氣閥圖 3-3 瓦斯保護(hù)原理接線圖將氣體放出。在故障發(fā)生后，為了便于分析故障原因及其性質(zhì)，可以通過放氣閥收集氣體，以便化驗(yàn)分析瓦斯氣體的成分。3.2.2 瓦斯保護(hù)的原理及接線瓦斯保護(hù)的原理接線如圖 3-3 所示。氣體繼電器的輕瓦斯觸點(diǎn) kg1 由開口杯控制，構(gòu)成輕瓦斯保護(hù)，其動(dòng)作后發(fā)出警報(bào)信號(hào)，重瓦斯觸點(diǎn) kg2 由擋板控制，構(gòu)成重瓦斯保護(hù)，其動(dòng)作或經(jīng)信號(hào)發(fā)生器 ks 啟動(dòng)出口中間繼電器kco，kco 的兩端觸點(diǎn)分別使斷路器 1qf、2qf 跳閘，從而切斷故障電流。為了

29、防止變壓器內(nèi)嚴(yán)重故障時(shí)因油速不穩(wěn)定，造成重瓦斯觸點(diǎn)時(shí)通時(shí)斷的不可靠動(dòng)作，必須選用帶自保持電流線圈的出口中間繼電器 kco。在保護(hù)動(dòng)作后，借助于斷路器的輔助觸點(diǎn) 1qf1 和 2qf1 來接觸出口回路的自保持。在變壓器加油或換油后及氣體繼電器試驗(yàn)時(shí)，為了防止重瓦斯誤動(dòng)作，可以利用切片xb，使重瓦斯暫時(shí)改接到信號(hào)位置，只發(fā)信號(hào)。2 方案論證與設(shè)計(jì)15瓦斯保護(hù)具有靈敏度高，動(dòng)作迅速，接線簡單等優(yōu)點(diǎn)。但由于瓦斯保護(hù)不能單獨(dú)作為變壓器的主保護(hù)，所以通常是將瓦斯保護(hù)與縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)配合作為變壓器的主保護(hù)。3.3 電力變壓器的縱差保護(hù)原理變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護(hù)故障

30、，是變壓器的主保護(hù)。圖 3-4 變壓器差動(dòng)保護(hù)單項(xiàng)原理接線圖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)的變壓器兩側(cè)電流的大小和相位的原理實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)這種比較，在變壓器兩側(cè)各裝設(shè)一組電流互感 ta1、ta2，其二次側(cè)按環(huán)流法連接，即若變壓器兩端的電流互感器一次側(cè)的正極性端子均置于靠近母線的一側(cè)，則將它們二次側(cè)的同極性端子相連接，再將差動(dòng)繼電器的線圈按環(huán)流法接入，構(gòu)成縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，見圖 2-3。變壓器的縱差保護(hù)與輸電線的縱聯(lián)差動(dòng)相似，工作原理相同，但由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，為了保證變壓器縱差保護(hù)的正常運(yùn)行，必須選擇好適應(yīng)變壓器兩側(cè)電流互感器的變比和接線方式，保證變壓器在正常運(yùn)行和外部短路時(shí)兩側(cè)

31、的二次電流不同。其保護(hù)范圍為兩側(cè)電流互感 ta1、ta2 之間的全部區(qū)域，包括變壓器的高、低壓繞組、套管及引出線等。2 方案論證與設(shè)計(jì)16從圖 3-4 可見，正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，流過差動(dòng)繼電器的電流為，在理想的情況下，其值等于零。但實(shí)際上由于電流互感器特性、2212iiir變比等因素，流過繼電器的電流為不平穩(wěn)電流。變壓器內(nèi)部故障時(shí)，流入差動(dòng)繼電器的電流為，即為短路點(diǎn)的短路電流。當(dāng)該電流大于 kd 的動(dòng)2212iiir作電流時(shí)，kd 動(dòng)作。由于變壓器各側(cè)額定電壓和額定電流不同，因此，為了保護(hù)其縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作，必須適當(dāng)選擇各側(cè)電流互感器的變比，使得正常運(yùn)行和外部短路時(shí)，差動(dòng)回路內(nèi)沒有電流。

32、如圖 3-4 中，應(yīng)使 （1-22112212tataniniii1） 式中高壓側(cè)電流互感器的變比；1tan 低壓側(cè)電流互感器的變比。2tan 式（1-1）說明，要實(shí)現(xiàn)雙繞組變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，必須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比。因此，在變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)中，要實(shí)現(xiàn)兩側(cè)電流的正確比較，必須先考慮變壓器變比的影響。實(shí)際上，由于電流互感器的誤差、變壓器的接線方式及勵(lì)磁涌流等因素的影響，即使?jié)M足式（1-1）條件，差動(dòng)回路中仍回流過一定的不平衡電流 , unbi.越大，差動(dòng)繼電器的動(dòng)作電流也越大，差動(dòng)保護(hù)靈敏度就越低。因此，要unbi.提高變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的靈敏度，關(guān)鍵問題是減小或消除不平衡電流的影

33、響。3.4 電力變壓器相間短路的后備保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)電力變壓器相間短路的后備保護(hù)可根據(jù)變壓器容量的大小和保護(hù)裝置對(duì)靈敏度的要求，采用過電流保護(hù)、低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)等方式。對(duì)于單側(cè)電源的變壓器保護(hù)裝置安裝在變壓器電源側(cè)，即作為變壓器本身故障的后備保護(hù)，又反映變壓器外部短路引起的過電流。3.4.1 過電流保護(hù)2 方案論證與設(shè)計(jì)17 過電流保護(hù)一般用于容量較小的降壓變壓器上，其單相原理接線如圖 所示。保護(hù)裝置的動(dòng)作電流應(yīng)按躲過變壓器可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流 il。max來整定，即 op=l.maxikrekreli式中 krel可靠系數(shù)，一般采用 1.21.3； kre返

34、回系數(shù)，一般采用 0.85； l.max變壓器的最大負(fù)荷電流。i l.max 可按下述兩種情況來考慮：i(1)對(duì)并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺(tái)變壓器以后所產(chǎn)生的過負(fù)荷。若各變壓器的容量相等時(shí)，可按下式計(jì)算為 l.max =n。bi1mmi式中 m并列運(yùn)行的變壓器的臺(tái)數(shù)；2 方案論證與設(shè)計(jì)18n。b變壓器的額定電流。i(2) 對(duì)降壓變壓器，應(yīng)考慮負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的最大電流，即 l.maxssi l。maxi式中 kss自起動(dòng)系數(shù)，其值與負(fù)荷性質(zhì)及用戶與電源間的電氣距離有關(guān)，在 110kv 降壓變電站，對(duì) 6 10kv 側(cè)，kss=1.5 2.5；35kv 側(cè)，kss=1.5 2.0。il,m

35、ax正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流。 保護(hù)裝置的靈敏校驗(yàn) ksen=opiik.min式中 ik.min最小運(yùn)行方式下，在靈敏度校驗(yàn)發(fā)生兩相短路時(shí)，流過保護(hù)裝置的最小短路電流。在被保護(hù)變壓器受電側(cè)母線上短路時(shí)，要求 =1.5-2.0；在后備保護(hù)范圍senk末端短路時(shí)，要求 2 . 1senk保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與下一級(jí)過電流保護(hù)配合，要比下一級(jí)保護(hù)中最大動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)時(shí)限級(jí)差 t 3.4.2 低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)單相原理接線如圖 3-6 所示。保護(hù)的起動(dòng)元件包括電流繼電器和低電壓繼電器。電流繼電器的動(dòng)作電流按躲過變壓器的額定電流整定。即2 方案論證與設(shè)計(jì)19op=n。b （1

36、-8）ikrekreli故其動(dòng)作電流比過電流保護(hù)的起動(dòng)電流小，提高了保護(hù)的靈敏性。 低電壓繼電器的動(dòng)作電壓 uop=0.7un.b電流元件的靈敏系數(shù)按式（ 1-8 ）校驗(yàn)，電壓元件的靈敏系數(shù)按下式校驗(yàn)，即ksen= max. kopuu式中 uk.max最大運(yùn)行方式下，靈敏系數(shù)校驗(yàn)點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)安裝處的最大電壓。對(duì)裝設(shè)在變壓器低壓側(cè)的低電壓繼電器，若在變壓器高壓側(cè)短路，其靈敏系數(shù)不能滿足要求時(shí)，可在變壓器高壓側(cè)再裝一套低電壓繼電器，兩套低電壓繼電器的接點(diǎn)并聯(lián)。3.4.3 復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)若低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)的低電壓繼電器靈敏系數(shù)不滿足要求，可采用復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)。電壓起動(dòng)的

37、過電流保護(hù)的過電流保護(hù)的原理圖與低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)基本相同，不同的是用一個(gè)低電壓繼電器和一個(gè)負(fù)序電壓繼電器代替了低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)中的三個(gè)低電壓繼電器，使得保護(hù)的靈敏度提高了很多。負(fù)2 方案論證與設(shè)計(jì)20序電壓繼電器由負(fù)序電壓濾過器和一個(gè)低電壓繼電器構(gòu)成。(1)負(fù)序電壓濾過器負(fù)序電壓濾過器從三相電壓中取出負(fù)序電壓分量。由電阻、電容構(gòu)成的單相式負(fù)序電壓濾過器應(yīng)用廣泛，其原理接線如圖所示。濾過器的輸入端接uaby 與 ubc。由于線電壓不包含零序分量，所以，從輸入端即避免了零序分量電壓進(jìn)入濾過器，為了避免正序電壓通過濾過器，兩個(gè)阻抗臂的參數(shù)應(yīng)取為,clxr312231cxr 21cxr 濾

38、過器的輸出電壓為 2.1.crmnuuu當(dāng)輸入正序電壓時(shí)，濾過器的相量圖。因?yàn)?，電流超前clxr31abi。因?yàn)椋娏鞒?。滯后?1 .30abu2231cxr bci.01 .60bcu2.cu0.90bci與同相。因，故1.ruabi.2.1.cruu02.1.1 .crmnuuu當(dāng)輸入負(fù)序電壓時(shí)，滯后，由圖可見，,故2 .abu02 .120bcu0601.2.jrceuu （1-)1 (0601.2.1.2 .jrcrmneuuuu9） 由于，且，因此，2.1.2 .crabuuu0901.1.3jcruu，以此代入（1-9）得03002 .1.30cosjabreuu 003060

39、02 .2 .)1 (30cosjjabmneeuu （1-00302.602 .35 . 15 . 1jajabeueu10）由式（1-10）可見，濾過器的輸出電壓與輸入的負(fù)序電壓成正比，相位超前輸入 a 相負(fù)序電壓。02.30au2 方案論證與設(shè)計(jì)21實(shí)際上，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電壓濾過器仍有一個(gè)不平衡電壓輸unbu.出。產(chǎn)生不平衡電壓的原因主要是各阻抗元件參數(shù)的誤差及輸入電壓中有諧波分量。由于 5 次諧波屬負(fù)序性質(zhì)，它可以通過濾過器。通常在濾過器的輸出端加設(shè) 5 次諧波濾過器，消除 5 次諧波的影響。(2) 復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)的工作原理在正常運(yùn)行時(shí)，由于電壓沒有負(fù)序分量，所以負(fù)序

40、電壓繼電器 kvz 的動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，將線電壓加入低電壓繼電器 kv 的線圈上，kv 動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，保護(hù)裝置不動(dòng)作。當(dāng)外部發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，故障相電流起動(dòng)元件 ka 動(dòng)作，負(fù)序電壓繼電器中的負(fù)序電壓濾過器 kug 輸出負(fù)序電壓，負(fù)序電壓繼電器 kvz 動(dòng)作，其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，低電壓繼電器 kv 線圈失磁，其動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，起動(dòng)中間繼電器kc 的線圈，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，使時(shí)間繼電器 kt 動(dòng)作，經(jīng)過其整定時(shí)限后，kt 的延時(shí)觸點(diǎn)閉合，起動(dòng)出口中間繼電器 kco，將變壓器兩側(cè)斷路器1qf、2qf 跳閘，切斷故障電流。當(dāng)發(fā)生三相短路時(shí)，低電壓繼電器 kv 線圈失磁而返回，其動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，同時(shí)，電流繼電器 k

41、a 動(dòng)作，按低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)的方式，作用于1qf、2qf 跳閘。(3) 復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)的整定計(jì)算2 方案論證與設(shè)計(jì)22電流元件的動(dòng)作電流與低壓起動(dòng)的過電流保護(hù)中的電流元件的動(dòng)作整定值相同。低電壓元件的動(dòng)作電流為 bnopuu.7 . 0式中變壓器額定電壓。bnu.低壓元件的靈敏度為： 2 . 1max.kreopsenukuk式中相鄰元件末端三相金屬性短路時(shí)，保護(hù)安裝處的最大線電壓；max. ku 低壓元件的返回系數(shù)。rek負(fù)序電壓元件的動(dòng)作元件的動(dòng)作電壓按避開正常運(yùn)行的不平衡負(fù)序電壓整定。其起動(dòng)電壓 u2op 取為 bnopuu. 212. 006. 0負(fù)序電壓元件靈敏度：

42、2 方案論證與設(shè)計(jì)23 opksenuuk. 2min. 2式中 uk2.min相鄰元件末端不對(duì)稱短路故障時(shí)的最小負(fù)序電壓。方向元件的整定：a 三側(cè)有電源的三繞組生壓變壓器，在高壓側(cè)和中壓側(cè)加功率方向元件，其方向可指向該側(cè)母線；b 高壓及中壓側(cè)有電源或三側(cè)均有電源的三繞組降壓變壓器的聯(lián)絡(luò)變壓器，在高壓側(cè)和中壓側(cè)加功率方向元件，其方向宜指向變壓器。動(dòng)作時(shí)限按大于相鄰主變壓器后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限整定。相間方向元件的電壓可取本側(cè)或?qū)?cè)的，取對(duì)側(cè)的，兩側(cè)繞組接線方式應(yīng)一樣。復(fù)合電壓元件可取本側(cè)的，也可取變壓器各側(cè)“或”的方式。3.4.4 過負(fù)荷保護(hù)變壓器的過負(fù)荷，在大多數(shù)情況下是三相對(duì)稱的。所以過負(fù)荷保

43、護(hù)只須用一個(gè)電流繼電器接于一相電流即可。為了防止外部短路時(shí)不誤發(fā)過負(fù)荷信號(hào)，保護(hù)經(jīng)延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。過負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流，按躲過變壓器的額定電流整定，即 bnrelopikkire.2 方案論證與設(shè)計(jì)24式中可靠系數(shù)，取 1.05relk返回系數(shù)；取 0.85rek變壓器過負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限比變壓器的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限大一個(gè) t。3.5 電力變壓器的溫度保護(hù)當(dāng)變壓器的冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障或發(fā)生外部短路和過負(fù)荷時(shí)，變壓器的油溫將升高。變壓器的油溫越高，油的劣化速度越快，使用年限減少。當(dāng)油溫達(dá)115150時(shí)劣化更明顯，以致不能使用。油溫越高將促使變壓器繞組絕緣加速老化影香其壽命。因此， 變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定

44、：上層油溫最高允許值為95，正常情況下不應(yīng)超過 85，所以運(yùn)行中對(duì)變壓器的上層油溫要進(jìn)行監(jiān)視。凡是容量在 1000kva 及以上的油侵式變壓器均要裝設(shè)溫度保護(hù)，監(jiān)視上層油溫的情況；對(duì)于變電所，凡是容量在 315kva 及以上的變壓器，通常都要裝設(shè)溫度保護(hù)；對(duì)于少數(shù)用戶變電站，凡是容量在 800kva 左右的變壓器，都應(yīng)裝設(shè)溫度保護(hù)，但溫度保護(hù)只作用于信號(hào)。溫度繼電器的工作原理：當(dāng)變壓器油溫升高時(shí)，受熱元件發(fā)熱升高使連接管中的液體膨脹，溫度計(jì)中的壓力增大，可動(dòng)指針向指示溫度升高的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)可動(dòng)指針與事先定位的黃色指針接觸時(shí)，發(fā)出預(yù)告信號(hào)并開啟變壓器冷卻風(fēng)扇。如經(jīng)強(qiáng)風(fēng)冷后變壓器的油溫降低，則可動(dòng)

45、指針逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，信號(hào)和電風(fēng)扇工作停止；反之，如變壓器油溫繼續(xù)升高，可動(dòng)指針順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到與紅色定位指針接觸，這是未避免事故發(fā)生而接通短路器跳閘線圈回路，使短路器跳閘，切除變壓器，并發(fā)出聲響燈光信號(hào)。溫度繼電器的結(jié)構(gòu)：變壓器油溫的監(jiān)視采用溫度繼電器 k，它由變壓器生產(chǎn)廠成套提供。它是一種非電量繼電器。常用的電觸頭壓力式溫度繼電器的結(jié)構(gòu)圖，它由受熱元件、溫度計(jì)及附件組成，是按流體壓力原理工作的。溫度計(jì)是一只靈敏的流體壓力表，他有一支可動(dòng)指針和兩支定位指針分別為黃色和紅色。銅質(zhì)連接管內(nèi)充有乙醚液體或氯甲烷、丙酮等：受熱元件插在變壓器油箱定蓋的溫度測孔內(nèi)。2 方案論證與設(shè)計(jì)253.5.1 變壓器的冷卻系

46、統(tǒng) 大型電力變壓器常用的冷卻方式一般分為 3 種：油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式、強(qiáng)迫油循環(huán)。油浸自冷式就是以油的自然對(duì)流作用將熱量帶到油箱壁和散熱管，然后依靠空氣的對(duì)流傳導(dǎo)將熱量散發(fā)，它沒有特制的冷卻設(shè)備。而油浸風(fēng)冷式是在油浸自冷式的基礎(chǔ)上，在油箱壁或散熱管上加裝風(fēng)扇，利用吹風(fēng)機(jī)幫助冷卻。加裝風(fēng)機(jī)后可使變壓器的容量增加 30%35%。強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式，又分強(qiáng)油風(fēng)冷和強(qiáng)油水冷 2 種，它是把變壓器中的油，利用油泵打入油冷卻器后再復(fù)回油箱，油冷卻器做成容易散熱的特殊形狀，利用風(fēng)扇吹風(fēng)或循環(huán)水作冷卻介質(zhì)，把熱量帶走。這種方式若將油的循環(huán)速度比自然對(duì)流時(shí)提高3 倍，則變壓器可增加容量 30%。風(fēng)冷變壓器又

47、分為 2 種冷卻方式，即冷卻器冷卻和片式散熱器冷卻，其原理基本相同。目前我國大型電力變壓器的冷卻裝置配置情況是：根據(jù)變壓器容量的大小，配置數(shù)組風(fēng)冷油循環(huán)冷卻裝置，每組風(fēng)冷油循環(huán)冷卻裝置由 1 臺(tái)油泵和 34 臺(tái)風(fēng)扇組成。運(yùn)行)、其余所有冷卻器全部投入運(yùn)行。此配置有其不盡人意的地方。在夏季高運(yùn)行中為滿足變壓器的各種運(yùn)行工況，一般要求冷卻器 1 臺(tái)備用(運(yùn)行冷卻器故障時(shí)可自動(dòng)投入運(yùn)行)、1 臺(tái)輔助(變壓器負(fù)荷電流大于 70% i e 或上層油溫高于某一定值時(shí)自動(dòng)投入溫季節(jié)，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，變壓器冷卻裝置全部投入，但其上層油溫仍高達(dá) 70左右(有時(shí)變壓器油枕油位因氣溫變化而高出指示范圍)。但在夜間尤

48、其是在暴雨過后的夜間，因負(fù)荷和氣溫驟降，雖然已將變壓器輔助冷卻器停運(yùn)，但變壓器油溫仍降至 30以下，也就是油溫的變化幅度超過了環(huán)境溫度的變化。在冬季負(fù)荷較低或特別寒冷的季節(jié)，變壓器因油溫過低，不得不對(duì)其進(jìn)行加油，這對(duì)變壓器的安全運(yùn)行和壽命將是十分不利的。即使日常負(fù)荷變化和氣溫變化沒有如此之大，但變壓器的溫度變化是實(shí)際存在的。 第 4 章 針對(duì) 220kv 主變壓器保護(hù)的配置4.1 220kv 變壓器保護(hù)配置的原則4.1.1 主保護(hù)2 方案論證與設(shè)計(jì)26(1)差電流速斷保護(hù)；（2）比例制動(dòng)保護(hù)差動(dòng)采用二次諧波制動(dòng)原理；（3）比例制動(dòng)保護(hù)差動(dòng)采用間斷角閉鎖原理；（4）設(shè)有 ct 二次回路斷線檢查告

49、警信號(hào)或閉鎖差動(dòng)保護(hù)（不包括差流速斷）的功能。主保護(hù)瞬時(shí)啟動(dòng)跳 3 側(cè)開關(guān)。4.1.2 后備保護(hù)a 220kv 側(cè)a 復(fù)合電壓閉鎖方向電流保護(hù)（方向原件可指向母線，也可指向變壓器，方向原件的改變可用控制字實(shí)現(xiàn)） ，i 段 2 級(jí)時(shí)限，第 1 級(jí)時(shí)限動(dòng)作跳本側(cè)母聯(lián)斷路器，第 2 級(jí)時(shí)限動(dòng)作跳本側(cè)斷路器；b 復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，i 段 1 級(jí)時(shí)限，動(dòng)作后跳 3 側(cè)斷路器；c 零序電壓閉鎖零序方向電流保護(hù)（方向原件可指向母線，也可指向變壓器，方向原件的改變可用控制字實(shí)現(xiàn)）分 2 段，每段 2 級(jí)時(shí)限，1、2 段第 1 級(jí)時(shí)限動(dòng)作跳本側(cè)母聯(lián)斷路器，1、2 段第 2 級(jí)時(shí)限動(dòng)作跳本側(cè)斷路器；d 零序電

50、壓閉鎖零序過流保護(hù)，1 段 2 級(jí)時(shí)限，第 1 時(shí)限動(dòng)作跳 3 側(cè)斷路器，第 2 級(jí)時(shí)限留作備用；e 間隙過流保護(hù)，1 段 1 級(jí)時(shí)限，跳 3 側(cè)斷路器；f 間隙過電壓保護(hù)，1 段 1 級(jí)時(shí)限，跳 3 側(cè)斷路器；g 過負(fù)荷保護(hù)，發(fā)信號(hào)；h 設(shè)置過負(fù)荷聯(lián)切 110kv 以及 35kv 線路啟動(dòng)回路；i 設(shè)斷路器失靈啟動(dòng)回路；j 設(shè)置非全相保護(hù)。b 110kv 側(cè)a 復(fù)合電壓閉鎖方向電流保護(hù)（方向原件可指向母線，也可指向變壓器，方向原件的改變可用控制字實(shí)現(xiàn)） ，1 段 2 級(jí)時(shí)限，第 1 級(jí)時(shí)限動(dòng)作跳本側(cè)母聯(lián)斷路器，第 2 級(jí)時(shí)限動(dòng)作跳本側(cè)斷路器；b 復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)，1 段 1 級(jí)時(shí)限，動(dòng)作

51、后跳 3 側(cè)斷路器；c 零序電壓閉鎖零序方向電流保護(hù)（方向原件可指向母線，也可指向變壓2 方案論證與設(shè)計(jì)27器，方向原件的改變可用控制字實(shí)現(xiàn)） ，分 2 段，每段 2 級(jí)時(shí)限，1、2 段第 1級(jí)時(shí)限動(dòng)作跳本側(cè)母聯(lián)斷路器，1、2 段第 2 級(jí)時(shí)限動(dòng)作跳本側(cè)斷路器；d 零序電壓閉鎖零序過流保護(hù)，1 段 2 級(jí)時(shí)限，第 1 級(jí)時(shí)限動(dòng)作跳 3 側(cè)斷路器，第 2 級(jí)時(shí)限留作備用；e 間隙過流保護(hù)，1 段 1 級(jí)時(shí)限，跳 3 側(cè)斷路器；f 間隙過電壓保護(hù)，1 段 1 級(jí)時(shí)限，跳 3 側(cè)斷路器；g 過負(fù)荷保護(hù)，發(fā)信號(hào)。c 10kv 側(cè)a 復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)，1 段 2 級(jí)時(shí)限，第 1 級(jí)時(shí)限動(dòng)作跳本側(cè)母

52、聯(lián)斷路器，第 2 級(jí)時(shí)限動(dòng)作跳本側(cè)斷路器； b 過負(fù)荷保護(hù)，撫仙湖；c 設(shè)低周減載保護(hù)電流啟動(dòng)回路。4.1.3 非電量保護(hù)（1）重瓦斯引入接點(diǎn)，發(fā)出信號(hào)并順時(shí)跳 3 側(cè)斷路器；（2）輕瓦斯引入接點(diǎn)，瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；（3）溫度引入接點(diǎn)，瞬時(shí)動(dòng)作于信號(hào)；（4）風(fēng)冷消失引入接點(diǎn)，動(dòng)作于信號(hào)且經(jīng)常延時(shí)動(dòng)作于跳閘；（5）壓力釋放保護(hù)引入接點(diǎn)，動(dòng)作于信號(hào)且延時(shí)動(dòng)作跳 3 側(cè)斷路器；（6）非電量保護(hù)引入接點(diǎn)均為強(qiáng)電 220v 開關(guān)量空接點(diǎn)。4.1.4 電源（1）差動(dòng)保護(hù)裝置均獨(dú)立設(shè)置電源。（2）后備保護(hù)裝置均獨(dú)立設(shè)置電源。4.1.5 其他技術(shù)要求（1）高、中、低 3 側(cè)的復(fù)合電壓并聯(lián)，以保證高、中壓側(cè)靈敏度

53、，并可采用連接片投退其中任何一側(cè)復(fù)合電壓。（2）高（中）壓側(cè)的復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護(hù)中方向元件電壓交叉引線，方向元件投退靠控制字實(shí)現(xiàn)。（3）根據(jù)“反措” ，要求裝置各保護(hù)段時(shí)限都可用硬壓板控制投退。（4）本保護(hù)直流工作電源為 220v，當(dāng)工作電源消失、保護(hù)裝置應(yīng)閉鎖跳2 方案論證與設(shè)計(jì)28閘出口，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（5）保護(hù)裝置的主、后備保護(hù)應(yīng)分別經(jīng)熔斷器接入獨(dú)立電源。（6）保護(hù)裝置應(yīng)有足夠的輸出接點(diǎn)用于跳閘、遠(yuǎn)東、故錄、報(bào)警等回路，并備用接點(diǎn)。（7）裝置的跳閘出口繼電器應(yīng)有自保持，并有監(jiān)視手段，使用人工復(fù)歸，出口繼電器應(yīng)為強(qiáng)電 220v.(8)本體非電量保護(hù)引入本裝置的接點(diǎn)可以再擴(kuò)充，引入接

54、點(diǎn)均為強(qiáng)電220v 開關(guān)量空接點(diǎn)。4.2 兩套主保護(hù)裝置的特點(diǎn)a、 wbz-1201 型（二次諧波原理）差動(dòng)主保護(hù)（含主、后備保護(hù)）特點(diǎn)（1）該保護(hù)的最大特點(diǎn)是在變壓器空投內(nèi)部故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作可以不受非故障相勵(lì)磁涌流影響；（2）裝置整體配置采用多 cpu 分層式結(jié)構(gòu)，主保護(hù)、后備保護(hù)以及監(jiān)控管理都由獨(dú)立 cpu 的模件完成，每個(gè)模件都可獨(dú)立完成一種或多種功能。（3）監(jiān)控管理與各保護(hù)模件聯(lián)系采用串行通訊模式。（4）監(jiān)控管理單元完成人機(jī)對(duì)話、信息收集、事件記錄、時(shí)鐘校對(duì)、對(duì)各保護(hù)單元巡檢等功能，同時(shí)設(shè)有一個(gè) rs-232c 接口，與監(jiān)控系統(tǒng)或其他就地管理系統(tǒng)相聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)的就地或異地管理。（5）

55、設(shè)有 ct 二次回路斷線檢查告警信號(hào)或閉鎖差動(dòng)保護(hù)功能。b、wbz-04 型（間斷角原理）差動(dòng)主保護(hù)特點(diǎn)（1）采用間斷角原理，對(duì)于主變各種狀況下發(fā)生的內(nèi)部故障均能快速可靠切除。（2）采用高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣頻率高達(dá) 2400hz（每周 48 點(diǎn)） ，保證其具有很高間斷角測量精度。（3）采用多微處理器并行工作結(jié)構(gòu)，有 3 個(gè)相互獨(dú)立的微處理器系統(tǒng)分別完成三相保護(hù)，靈一微處理系統(tǒng)完成人機(jī)界面、監(jiān)控管理等功能。（4）裝置提供 2 個(gè)串行通訊接口，第 1 串口按 eisasrs-232c 或rs422/485 標(biāo)準(zhǔn)接口方式，用于和綜合化系統(tǒng)或 rtu 通訊。第 2 串口按eisars-232c 標(biāo)準(zhǔn)

56、接口，可使用 pc 機(jī)進(jìn)行定制整定、調(diào)試和故障分析。2 方案論證與設(shè)計(jì)29（5）設(shè)有 ct 二次回路斷線檢查告警信號(hào)或閉鎖差動(dòng)保護(hù)的功能。4.3 變壓器保護(hù)的二次接線4.3.1 兩套保護(hù)采用獨(dú)立的交流電流和電壓回路220kv 主變保護(hù)雙主、雙后配置是基于任何一套保護(hù)退出運(yùn)行，均不影響主變的正常工作而設(shè)置的。因此 25 項(xiàng)中明確規(guī)定，兩套保護(hù)的交流電流回路應(yīng)相互獨(dú)立，目前對(duì)采用不同的電流互感器二次繞組是沒有任何異議的，但對(duì)電壓回路的相互獨(dú)立性卻存在不同的意見。（1）是否取自不同的電壓互感器二次繞組由于變壓器過電流保護(hù)的復(fù)合電壓閉鎖原件均取自各側(cè)復(fù)合電壓的“或”邏輯，因此保護(hù)要求兩套完全獨(dú)立的交流

57、電壓輸入似乎不是非常必要，即使設(shè)置，可能對(duì)變壓器而言提供兩套完全獨(dú)立的 10kv 交流電壓回路，應(yīng)該還稍重要些。這是由于其他側(cè)母線電壓對(duì) 10kv 故障的反應(yīng)靈敏度較差。由于 220kv 線路保護(hù)均為雙主、雙后的配置，因此在同樣的交流電壓相互獨(dú)立的要求下，對(duì) 220kv 母線電壓互感器可選用帶四個(gè)二次繞組的設(shè)備，即：三個(gè)星型繞組，一個(gè)開口三角繞組。對(duì) 220kv 變壓器保護(hù)而言，三個(gè)星型繞組中除一個(gè)專供計(jì)量外，一個(gè)供保護(hù)一，一個(gè)經(jīng)不同的空氣開關(guān)后供保護(hù)二和測量回路。舊有母線電壓互感器，由于只有兩個(gè)星型繞組，因此兩套保護(hù)的交流電壓均取自同一個(gè)繞組，此時(shí)應(yīng)注意兩組電壓需經(jīng)不同的分支開關(guān)。（2）電壓

58、切換箱是否雙配置過去工程設(shè)計(jì)中變壓器各側(cè)一般均采用單套電壓配置的方法，這樣當(dāng)切換箱故障時(shí)，變壓器后被保護(hù)功能將不再完整。因此對(duì)于目前從源頭上已有兩套交流電壓提供的前提下，可通過增加分相操作箱中電壓切換插件的方式使變壓器 220kv 側(cè)具備雙電壓切換回路。但對(duì)于 220kv 側(cè)有旁路的接線形式，我認(rèn)為需在保護(hù)屏已有的三套電壓切換回路的情況下再增加一套，且旁路代路方式不是經(jīng)常出現(xiàn)，因此可以不考慮。4.3.2 電流互感器二次繞組的保護(hù)配置a 雙母線接線方式對(duì)于目前普遍采用的高、中壓側(cè)雙母接線形式，在變壓器的電流互感器二次繞組保護(hù)配置中應(yīng)注意一下幾個(gè)問題：2 方案論證與設(shè)計(jì)30（1）220kv 側(cè)斷路

59、器失靈保護(hù)于母線保護(hù)的范圍應(yīng)交叉，這主要是考慮對(duì)任意點(diǎn)故障均能保證快速切除；（2）高、中壓側(cè)間隙保護(hù)和零序保護(hù)的電流互感器二次繞組均采用雙配置，這樣做不僅可以滿足兩套保護(hù)交流電流回路完全獨(dú)立的要求，且工程實(shí)際中也較易實(shí)現(xiàn)；（3）主保護(hù)范圍應(yīng)將 10kv 斷路器包括在內(nèi)，既：10kv 電流互感器應(yīng)安裝在斷路器和母線側(cè)刀閘之間。這點(diǎn)在過去的工程中暢飲開關(guān)柜結(jié)構(gòu)的問題或選型時(shí)沒注意而未實(shí)現(xiàn)，從而造成當(dāng) 10kv 斷路器與電流互感器間故障或10kv 開關(guān)失靈時(shí)，故障切除時(shí)間太長，嚴(yán)重?fù)p害變壓器。（4）兩套保護(hù)的 10kv 側(cè)的電流回路接開關(guān)柜內(nèi)的電流互感器，從而盡量擴(kuò)大差動(dòng)保護(hù)范圍。b 雙母線帶旁路接

60、線方式 對(duì)于高、中壓側(cè)為雙母帶旁路的界限形式，為了在不切換電流互感器的前提下，仍保證旁路代主變時(shí)留有一套主保護(hù)，保戶一，二的電流回路分別取獨(dú)立電流互感器的二次繞組。由于二次諧波制動(dòng)原理較為成熟，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)較多，因此主變壓器兩套差動(dòng)保護(hù)統(tǒng)一采用二次諧波制動(dòng)原理。其余注意事項(xiàng)同雙母線接線形式。4.3.3 失靈啟動(dòng)回路雖然繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程中規(guī)定：“一般不考慮由變壓器保護(hù)啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)。如變壓器保護(hù)戶啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)時(shí)，也必須設(shè)有相電流原件，并不允許由瓦斯保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)失靈保護(hù)。 ”但考慮到目前變壓器高壓側(cè)斷路器很多都采用的事電氣三項(xiàng)聯(lián)動(dòng)，而非機(jī)械三項(xiàng)聯(lián)動(dòng)方式，故障幾率與 220kv