變壓器微機保護整定及調(diào)試畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書

1、 畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書 設(shè)計題目：變壓器微機保護整定及調(diào)試 系 （院）：電力工程系 專 業(yè)：08供電2 指 導(dǎo) 教 師: 高愛云 廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院一、原始資料1、 主變參數(shù)（見下表）設(shè)備名稱1主變設(shè)備型號SF9-63000/110接線組別YNd11額定電壓（kV）110±8×1.5/10.5額定電流（A）330.7/3464.1空載電流（）0.07空載損耗（kW）29.6短路電壓（）16.3短路損耗（kW）218.6分接頭高壓側(cè)（kV）低壓側(cè)（kV）1123.28111.6515100.110.52121.5591101698.453119.910108.351796.8

2、4118.2511106.75116.612105.056114.9513103.47113.314101.75二、設(shè)計要求1、對設(shè)計用變壓器的主保護和后備保護進行整定計算；2、對設(shè)計用變壓器的主保護和后備保護進行調(diào)試；3、故障錄波三、設(shè)計成果1、設(shè)計說明書一份。四、時間安排1、第12周 鞏固學(xué)習(xí)變壓器微機保護的原理，并對設(shè)計用變壓器的主保護和后備保護進行整定計算；2、第34周 熟悉ONLY的功能及使用，并對變壓器保護進行調(diào)試；3、第56周 整理設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯五、組織安排1、分成三組進行設(shè)計，每組成果不得雷同；2、每組成員分工有所不同，如負(fù)責(zé)查找資料、整定、調(diào)試等，但都應(yīng)熟悉設(shè)計過程，且

3、應(yīng)多討論，同時進步。第一節(jié) 概述 隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的繼電保護也突破了傳統(tǒng)的繼電保護形式，出現(xiàn)了以微處理器為核心的電力系統(tǒng)繼電保護形式。我們把以微處理器為核心組成的電力系統(tǒng)繼電保護稱為電力系統(tǒng)微機保護。微機繼電保護裝置具有以下特點：1、調(diào)試工作量??；2、可靠性高；3、能夠記錄和輸出故障時的有關(guān)信息量，方便事故分析和處理；4、在不改變硬件條件下，只改變程序就可以改變保護的特性和功能，可靈活地適應(yīng)電力系統(tǒng)運行方式的變化；5、提供了一些解決問題的新方法和新原理。電力變壓器是電力系統(tǒng)的重要組成元件之一，它的安全運行是電力系統(tǒng)工作可靠性的必要條件。由于電力變壓器的重要性，特別是大型

4、變壓器在電力系統(tǒng)中的重要地位及本身的貴重價值，一旦發(fā)生故障，將造成嚴(yán)重后果，其保護也得到較大的關(guān)注。目前，微機變壓器保護的研究成果主要集中在差動保護方面。計算機具有的長記憶功能和高智能的信息處理能力，使微機變壓器保護具有以下特點：1、 變壓器各側(cè)繞組中因連接組關(guān)系而引起的電流相位差可由TA副邊Y/d補償改為數(shù)字計算補償。2、可通過采用靈活的算法來獲得高速度和高靈敏度。計算機差動保護除可繼續(xù)延用傳統(tǒng)的差動速斷和低電壓加速措施外，還可通過長短數(shù)據(jù)窗算法的配合提高嚴(yán)重故障時的動作速度。利用計算機長記憶功能還可方便地獲取故障分量，進一步提高內(nèi)部故障時的動作靈敏度。3、 采用復(fù)雜的運算和邏輯判斷可實現(xiàn)T

5、A和TV斷線報警和閉鎖。4、 由TA變比標(biāo)準(zhǔn)化帶來的誤差可用數(shù)字計算進行補償。較之常規(guī)繼電器差動保護的補償方法更準(zhǔn)確，從而進一步減小了不平衡電流。第二節(jié) 數(shù)字信號處理一、采樣定理 計算機是對數(shù)字量進行運算處理的設(shè)備。TA、TV的二次電流和電壓為模擬量，計算機不能直接運算處理，而首先以一定的時間間隔采樣這些模擬量，然后通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。采樣定理給出了對TA、TV二次值進行采樣過程中不丟失并能不失真地反映原信號的最低采樣頻率，從而解決了采樣周期選擇的理論依據(jù)。該最低采樣頻率為式中，為采樣頻率；為TA、TV二次值的最高頻率。則采樣周期為 。二、數(shù)字濾波算法電力系統(tǒng)在故障起始瞬間，電壓和電流信號

6、中含有衰減的直流分量和復(fù)雜的諧波分量。目前，絕大多數(shù)保護裝置的原理是建立在反映正弦基波或某些整數(shù)次諧波基礎(chǔ)上的，需要對采樣信號首先進行濾波。濾波方式有模擬濾波和數(shù)字濾波兩種。因數(shù)字濾波與模擬濾波比較具有濾波精度高、性能穩(wěn)定、靈活性高、便于分時復(fù)用等優(yōu)點，在微機保護中主要采用數(shù)字濾波，只有不滿足采樣定理的高次諧波才用模擬濾波。一次數(shù)字濾波時間約為3ms .為滿足繼電保護快速性要求，數(shù)字濾波一般盡量用加減運算、少用乘除運算，使數(shù)據(jù)窗（采樣周期個數(shù)）盡可能得短。1、減法濾波器（差分濾波器）差分方程為若消除m次諧波，則 若已知k值，便可求出濾除諧波的次數(shù)為 式中，；為每基頻周期采樣點數(shù)?？梢?，時必然有

7、，所以無論、取何值，直流分量總能被濾除。另外，的整數(shù)倍諧波都將被濾除。2、加法濾波器方程為若要消除次諧波，則若已知，則以一工頻周期采樣12點為例，各次諧波濾波算法如下表所示。算法被濾去諧波次數(shù)算法被濾去諧波次數(shù)2，60，3，63，60，4，60，2，4，60,1,2,3,4,5,61，3，53、同時濾除m次及n次諧波的數(shù)字濾波器將兩種濾波器串聯(lián)即可，即將故障信號先經(jīng)m次諧波濾波器，再經(jīng)n次諧波濾波器。提取2次諧波的數(shù)字濾波器（變壓器2次諧波制動原理）：應(yīng)用模擬濾波器濾除6次以上高頻諧波，則故障信號中只包含6次以下諧波，分別濾除1、3、5次諧波和0、4、6次諧波，即提取2次諧波。 濾除1，3，5

8、次諧波 濾除0，4，6次諧波第三節(jié) 微機保護的算法 微機保護是采用計算機對電力系統(tǒng)的各種電氣量進行采樣，通過軟件程序?qū)Σ蓸訑?shù)據(jù)進行運算、分析和判斷，以實現(xiàn)各種保護功能的一種保護形式，因此微機保護是用數(shù)學(xué)運算方法實現(xiàn)故障測量、分析和判斷的。微機保護的算法分為兩類。一類是把輸入量的若干點采樣值按照一定的數(shù)學(xué)式進行計算，得到某些電參數(shù)的量值，然后與定值進行比較、判斷的算法。該算法能充分利用微機的數(shù)值計算特點，可實現(xiàn)許多常規(guī)繼電保護無法實現(xiàn)的功能。另一類是直接模仿模擬型保護的實現(xiàn)方法，根據(jù)繼電保護的功能或繼電器的動作特性擬定的算法。這類算法的計算量略有減少，但由于計算機所特有的數(shù)字處理和邏輯運算功能，

9、可以使保護的性能有明顯提高。保護算法是微機保護研究的重點，不同功能的微機保護，主要是因其軟件算法而異。分析和評價各種不同算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是精度和速度。精度即保護根據(jù)輸入量判斷電力系統(tǒng)故障或不正常運行狀態(tài)的準(zhǔn)確程度。而速度包括兩個方面：一是算法所要求的采樣點數(shù)（或稱數(shù)據(jù)窗長度）；二是算法的計算工作量。精度和速度又總是矛盾的，若要計算精度則往往要利用更多的采樣點和進行更多的計算工作量。所以研究算法的實質(zhì)是如何在速度和精度兩方面進行權(quán)衡。有些算法本身具有數(shù)字濾波功能，有些算法則需對輸入量先濾波后再計算。因此，評價算法時，還要考慮它對數(shù)字濾波的要求。 實際的電力系統(tǒng)故障信號含有大量的諧波和直流分量，不是

10、純正弦函數(shù)。因此，選用傅氏算法更貼近實際情況。 根據(jù)傅氏積分，任一周期函數(shù)可分解為一系列正弦函數(shù)之和：取其中基頻分量：以上積分可通過求和計算：這樣中得基頻分量為：，和差化積：， 以上計算中，取，可計算二次、三次等各次諧波。該算法的優(yōu)點是計算精度高 ，有濾波功能；缺點是計算時間較長，需要一個正弦周期20ms。第四節(jié) 微機差動保護原理一、接線方式的調(diào)整對于Y，d11變壓器微機保護相位補償是由軟件實現(xiàn)的。設(shè)相位補償前的電流為、，補償后電流為、，補償方法如下：通過上式看出軟件相位補償后各相電流只改變了相位角，而模值并沒有改變。二、差動平衡系數(shù)的計算由于變壓器兩側(cè)一次額定電流不等及各側(cè)TA變比不等，須對

11、各側(cè)計算電流進行平衡調(diào)整，才能消除不平衡電流對差動保護的影響。變壓器兩側(cè)一次電流為：兩側(cè)流入保護的二次電流為： 為接線系數(shù)，三角形接線取，星形接線取1。計算平衡系數(shù)均以主變高壓側(cè)二次電流為基準(zhǔn)，低壓側(cè)平衡系數(shù)為例：110/10kV變壓器原邊TA變比為400/5，副邊TA變比為2000/5，若TA原邊（110kV）為接，副邊TA為星形接時，三、比率制動式差動保護原理由于比率制動差動保護是分相設(shè)置的，以單相為例說明雙繞組變壓器比率制動的差動保護原理。外部故障時差動回路電流 內(nèi)部故障時差動回路電流以表示高壓側(cè)電流，以表示低壓側(cè)電流，則內(nèi)部故障時，差動電流為為使區(qū)外故障時獲得最大制動作用，區(qū)內(nèi)故障時制

12、動作用最小或等于零，制動電流可表示為假設(shè)和已由軟件變換相位和電流補償，則在區(qū)外故障時，制動電流最大，差動電流最小，并等于TA飽和時產(chǎn)生的不平衡電流。相反區(qū)內(nèi)故障時，制動電流最小，差動電流最大，所以保護靈敏度較高。雖然制動電流最小，但不等于零，即區(qū)內(nèi)故障時仍有制動量。兩段式比率制動特性曲線如下圖所示：動作判據(jù)為： 制動系數(shù)按下式計算式中，為TA變比不平衡所產(chǎn)生的相對誤差，一般取0.05；為變壓器相對于額定電壓抽頭向上（或向下）的調(diào)壓范圍；為可靠系數(shù)取1.31.5。最小動作電流應(yīng)大于最大負(fù)荷時差動回路的不平衡電流。四、二次諧波制動理論分析和試驗研究證明，勵磁涌流中存在著大量的二次諧波分量，其與基波

13、分量比值一般會超過40，而在區(qū)內(nèi)、區(qū)外的短路電中所含二次諧波分量卻很小，因而將二次諧波分量算出，作為制動量，與基波分量進行比較，符合閉鎖條件的，即使比率差動符合動作條件，也使差動保護可靠閉鎖，從而躲過勵磁涌流。動作判據(jù)為式中，和分別為基波和二次諧波電流幅值；為二次諧波制動比。五、變壓器嚴(yán)重故障差動保護的加速方法差動速斷是當(dāng)差動電流大于最大可能勵磁涌流時立即出口跳閘。其判據(jù)為六、TA斷線監(jiān)視其判據(jù)為檢測方法如下：有一相電流小于判別TA斷線的低門檻值（0.25A）該相另一側(cè)電流大于判別TA斷線的高門檻值（0.5A）并且其它兩相兩側(cè)電流都得大于0.5A.一側(cè)最大電流小于 1.2倍二側(cè)額定電

14、流IE1。一側(cè)最大電流小于 1.2倍二側(cè)額定電流IE2。滿足以上五個條件則判TA斷線。七、差動保護整定值1、差動速斷取310倍額定電流二次；整定級差0.1A；在2倍整定值的動作電流下，動作時間不超過25ms。2、二次諧波制動比率差動保護差動門檻：取0.21.6倍額定電流；整定級差0.01A。制動門檻：取額定電流；制動系數(shù)：取0.20.6；二次諧波制動系數(shù)：取0.10.3。在2倍整定值的動作電流下，動作時間不超過40ms；第五節(jié) 微機差動保護程序框圖變壓器差動保護程序框圖如下所示二次諧波電流制動差動保護的邏輯框圖第六節(jié) 變壓器后備保護之復(fù)合電壓啟動的過流保護1、復(fù)合電壓閉鎖組件復(fù)合電壓閉鎖組件是利用正序低電壓和負(fù)序過電壓反映系統(tǒng)故障防止保護誤動作的對稱序電壓測量組件。邏輯框圖如下所示。低電壓組件的整定值為變壓器額定電壓UN的0.7倍，負(fù)序電壓按UN的0