微機型電力變壓器差動保護裝置設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上微機型電力變壓器差動保護裝置設計 設計題目：微機型電力變壓器差動保護裝置的設計設計目的: 了解電力系統(tǒng)基本概念，特點，變壓器的作用，類型，變壓器保護方式，熟悉工程設計方法，熟悉微機保護的基本原理及應用設計內(nèi)容：1.了解國內(nèi)外大型變壓器保護的發(fā)展,最新技術2.采用比率制動和二次諧波制動的變壓器差動保護方式3.設計變壓器的保護接線4.設計主芯片，設計保護裝置主電路5.設計軟件流程圖設計要求：1.查閱相關文獻資料，撰寫綜述2.語言流暢，圖紙規(guī)范3.方案合理，層次清楚4.按時獨立完成設計任務摘要一國內(nèi)外大型變壓器保護的發(fā)展及變壓器發(fā)展現(xiàn)狀及前景二變壓器的工作原理及變壓器的保護

2、分類三微機型變壓器的差動保護原理，比率制動，二次諧波制動四微機型電力變壓器差動保護裝置1工作原理，2保護電路設計3硬件電路設計4主電路設計5軟件電路設計五參考文獻 摘要電力變壓器是電力系統(tǒng)的重要設備，它主要用于電能的傳輸，電壓的變換。本文介紹一種微機型電力變壓器差動保護裝置。該裝置利用微型計算機快速檢測、準確判斷的智能特點,通過檢測變壓器回路斷路器的運行狀態(tài),對變壓器施以相應的控制方式。如果變壓器已處于正常運行狀態(tài)，則微機對差動保護回路的差動電流和制動電流進行檢測、比較,從而判別變壓器的內(nèi)部與外部故障。如果制動電流大于差動電流,則判定為變壓器正常運行或外部故障,差動保護不動作；如果制動電流小于

3、差動電流,則判別為變壓器內(nèi)部故障，保護裝置即發(fā)出變壓器跳閘命令脈沖。如果檢測到變壓器處于停運狀態(tài)，則由微機繼續(xù)監(jiān)測變壓器狀態(tài),一旦發(fā)生變壓器投運則利用Kalman filter對變壓器回路電流進行濾波分析。通過對直流偏移、基波分量及二次諧波分量的檢測、比較,來判別變壓器的勵磁涌流和投運于內(nèi)部故障。如果判定為非投運于內(nèi)部故障,則利用二次諧波的制動原理，使差動保護有效地躲過勵磁涌流而不致于誤動作。本裝置的主要優(yōu)點是可以成功地躲過變壓器空載投運時的勵磁涌流和變壓器外部短路時的不平衡電流而不致于降低保護裝置的靈敏度。同時,由于實施了微機控制,本差動保護較之傳統(tǒng)的差動保護檢測精確，判斷準確,動作可靠性高

4、。關鍵詞 變壓器 繼電保護 勵磁涌流 自動控制 差動電流一國內(nèi)外大型變壓器保護的發(fā)展及變壓器發(fā)展現(xiàn)狀及前景國外在世界范圍內(nèi)形成了幾大集團：烏克蘭扎布洛斯變壓器廠，年生產(chǎn)能力100GVA；俄羅斯陶里亞第變壓器廠，年生產(chǎn)能力40GVA，ABB公司29個電力變壓器廠年生產(chǎn)能力80100GVA，英法GECAlshtom年生產(chǎn)能力40GVA，日本各廠總和（三菱、東芝、日立、富士）年生產(chǎn)能力65GVA，德國TU集團年生產(chǎn)能力40GVA。這些公司生產(chǎn)的已在系統(tǒng)運行的代表性產(chǎn)品：1150kV、1200MVA，735765kV、800MVA，400500kV、3750MVA或1550MVA，220kV、3130

5、0MVA電力變壓器；直流輸電±500kV、400MVA換流變壓器。我國是變壓器的發(fā)展大國，我國變壓器企業(yè)約一千五百家。500kV以上變壓器的生產(chǎn)企業(yè)近30家；220kV及以上企業(yè)約50家；110kV及以下生產(chǎn)企業(yè)在統(tǒng)計范圍內(nèi)具有一定規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)約130家左右。國內(nèi)我國沈陽變壓器廠、西安變壓器廠、保定變壓器廠均已成批生產(chǎn)500kV級電力變壓器，在500kV系統(tǒng)內(nèi)運行，最長的已超過17年，經(jīng)過十幾年的不斷改進，其運行指標與進口變壓器完全相當，總產(chǎn)量達150GVA。在影響變壓器產(chǎn)品質量幾種不良現(xiàn)象：以鋁代銅”合同欺詐、鋁線可以做變壓器線圈“二次片的再利用”導磁性能、外表絕緣、損耗、噪音超

6、標、變壓器容量“缺斤短兩”國年產(chǎn)變壓器需求量均在13億千伏安左右。國變壓器行業(yè)產(chǎn)能約30億千伏安，產(chǎn)能過剩情況嚴重。近3年來。其中沈、西、保三集團產(chǎn)能約5億千伏安。前幾年，國電力建設發(fā)展迅猛，變壓器需求量迅速增加，導致國內(nèi)相當一局部變壓器企業(yè)快速擴大產(chǎn)能，甚至個別企業(yè)產(chǎn)能翻番。2009年以來，國家電力建設速度放緩，國內(nèi)變壓器需求量有所降低。特別是國網(wǎng)公司、南網(wǎng)公司采用集中招標方式推銷變壓器，低價中標導致企業(yè)競爭空前激烈。變壓器制造行業(yè)的發(fā)展主要結合新產(chǎn)品新結構的特點研究出與之相適應的的產(chǎn)品，并著重于新材料，新裝備的開發(fā)應用以此來不斷提高產(chǎn)品的質量和可靠性我國的變壓器發(fā)展方向仍是節(jié)能型，低噪音，

7、防火型，高可靠性方面發(fā)展。變壓器的功能主要有：電壓變換；電流變換，阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）;自耦變壓器；高壓變壓器（干式和油浸式）等，變壓器常用的鐵芯形狀一般3.變壓器發(fā)展現(xiàn)狀及前景自“十五”以來，我國電力需求增長迅速，電力供應緊張，來自全國電網(wǎng)的高速建設和政府對固定資產(chǎn)的投資拉動大了輸變電設備的市場需求。大發(fā)展帶來了大繁榮，龐大的電力建設資金給變壓器行業(yè)(包括變壓器、互感器、電抗器、調壓器、組件制造廠)帶來了機遇和挑戰(zhàn)，促使行業(yè)得到了有史以來的大發(fā)展。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展迅速對電力的需求也日趨上升，作為輸變電系統(tǒng)中的主要設備變壓器也得到了長足的發(fā)展。為適應和滿足市場需求，許多制

8、造廠家不斷地改進產(chǎn)品結構，提高產(chǎn)品性能，從國外引進先進的生產(chǎn)技術和裝備，在新工藝新材料的探索方面做了不懈的努力，以此來不斷提高產(chǎn)品的質量和可靠性，已經(jīng)獲得了長足的進步。另一方面，在全球化競爭中，雖然我國在小容量方面已經(jīng)擁有相當?shù)膶嵙?，并在國際市場中占有重要的地位，但是在高容量、超高容量變壓器方面，我國的技術實力還非常薄弱，這就造成了歐美發(fā)達國家高容量、超高容量變壓器市場我國無法進入的情況，這將阻礙我國變壓器行業(yè)今后的發(fā)展，需要引起高度的關注。二變壓器的工作原理及變壓器的保護分類變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當初級中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓

9、（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。描述理想變壓器的電動勢平衡方程式為 e1(t) = -N1 d /dte2(t) = -N2 d /dt變壓器是將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能的電力設備。變壓器一般采用的保護方式 變壓器的不正常工作狀態(tài)主要有過負荷、外部短路引起的過電流、外部接地短路引起的中性點過電壓、油箱漏油引起的油面降低或冷卻系統(tǒng)故障引起的溫度升高等。此外，大容量變壓器，由于其額定工作磁通密度較高，工作磁密與電壓頻率比成正比例，在過電壓或低頻率下運行時，可能引起變壓器的過勵磁故障等

10、。針對以上情況，大型變壓器一般采用以下幾種保護方式：（1） 過電流保護 保護外部相間短路，并作為瓦斯保護和差動保護（或電流速斷保護）的后備保護。     （2） 差動保護、電流速斷保護 保護繞組或引出線各相的相間短路、大接地電流系統(tǒng)的接地短路以及繞組匝間短路。     （3） 瓦斯保護 保護內(nèi)部短路和油面降低的故障。     （4） 零序電流保護 保護大接地電流系統(tǒng)的外部單相接地短路。  

11、;   （5） 過負荷保護 保護對稱過負荷，僅作用于信號。三微機型變壓器的差動保護1差動保護原理 由于在各種參考書中沒有找到差動保護的具體定義，這里只根據(jù)自己所掌握的知識給差動保護下一個定義：當區(qū)內(nèi)發(fā)生某些短路性故障的時候，在變壓器各側電流互感器CT的二次回路中將產(chǎn)生大小相同，相位不同的短路電流，當這些短路電流的向量和即差流達到一定值時，跳開變壓器各側斷路器的保護，就是變壓器差動保護以兩圈變變壓器為例，針對以上所述變壓器差動保護的定義，對差動保護進行闡述： 1、 圖一所示：為一兩圈變變壓器，降壓變，具體參數(shù)如下：主變高壓側電壓U高=110KV,

12、主變低壓側電壓U低=10KV,變壓器容量Sn=KVA, 高壓側CT變比1000/5,低壓側的CT變比是1500/5.計算平衡系數(shù)。I1：流過變壓器高壓側的一次電流；I”： 流過變壓器低壓側的一次電流； I2：流過變壓器高壓側所裝設電流互感器即CT1的二次電流； I2”：流過變壓器低壓側所裝設電流互感器即CT1的二次電流； nh： 高壓側電流互感器CT1變比； nl： 低壓側電流互感器CT2變比； nB：變壓器的變比； 各參數(shù)之間的關系：I1/ I2= nh I”/ I2”= nl I2= I2” I1/ I”= nh/ nl=1/ nB 2、區(qū)內(nèi)：CT1到CT2的范圍之內(nèi)； 3、反映故障類型：

13、高壓側內(nèi)部相間短路故障，高壓側（中性點直接接地）單相接地故障以及匝間、層間短路故障2比例制動所謂比率制動特性差動保護簡單說就是使差動電流定值隨制動電流的增大而成某一比率的提高。使制動電流在不平衡電流較大的外部故障時有制動作用。而在內(nèi)部故障時，制動作用最小。Idz > Idz0 當Izd < IgIdz > Idz0 + Kz ( Izd - Ig) 當Izd Ig(1)3二次諧波制動在電力系統(tǒng)中，二次諧波制動用于區(qū)分變壓器的勵磁涌流與內(nèi)部故障。變壓器空載合閘或外部故障恢復時會產(chǎn)生勵磁涌流，可能導致變壓器電流差動保護誤動作（此時不是變壓器內(nèi)部故障，繼電保護不應動作）。因此應當區(qū)

14、分變壓器勵磁涌流與內(nèi)部故障。當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，應當由繼電保護動作切除故障變壓器；而產(chǎn)生勵磁涌流時應當閉鎖電流差動保護，使其不發(fā)生誤動作。由于變壓器勵磁涌流中含有大量諧波分量，特別是二次諧波分量，而內(nèi)部故障時不會產(chǎn)生如此多的二次諧波分量，因此可以利用二次諧波含量的高低來區(qū)分是勵磁涌流還是內(nèi)部故障，這就是二次諧波制動原理。低壓側電動機在啟動的時候也會產(chǎn)生很大的諧波，如果沒有二次、五次諧波閉鎖，變壓器差動保護誤動的幾率相當大。四微機型電力變壓器差動保護裝置4.1.1 工作原理眾所周知：差動保護一直是電力變壓器的一種基本保護裝置。但傳統(tǒng)的差動保護裝置有許多不盡人意之處。一個突出的問題就是不平衡電

15、流太大。運行中,差動保護的工作性能要受到變壓器空載投運時的勵磁涌流、電流瞬變、變壓器分接頭改變、電流互感器匹配不當?shù)戎T多因素的影響。這一些因素的作用結果,都將導致差動保護不平衡電流的增大。這其中最突出的影響因素就是變壓器的勵磁涌流和外部短路所引起的不平衡電流。多少年來,國內(nèi)外許多電力工作者都致力于研制一種工作性能更為理想的差動保護裝置。近幾年來,對于微機型差動保護研究也在逐步發(fā)展,一些新的想法、新的建議不斷提出。我們基于國內(nèi)外諸多電氣專家的理論基礎和設計思想、結合微機應用技術，提出一種新型的微機型變壓器差動保護裝置。該裝置除了能夠行使一般差動保護所具有功能之外,其突出的優(yōu)點在于它能在不降低靈敏

16、度的前提下,成功地躲過變壓器空載投運時的勵磁涌流和外部短路時的不平衡電流、克服了差動保護裝置的一大難題。此微機型差動保護裝置自動化程度高,通用性強,可用以保護多種型號的變壓器。對于傳統(tǒng)的差動保護裝置。為了躲過變壓器空載運行時的勵磁涌流和外部短路不平衡電流,往往采用如下幾種主要方法1、 提高差動保護動作整定值，其缺點是降低了保護的靈敏度和快速性。2、 采用鑒別波形間斷角原理躲過勵磁涌流。3、 利用速飽和變流器解決勵磁涌流的問題，其缺點是躲過外部短路的性能較差。4、利用帶制動特性的差動保護裝置躲過外部短路引起的不平衡電流，但躲過勵磁涌流的性能較差。5、利用二次諧波制動原理躲過變壓器勵磁涌流,同時配

17、以對外部穿越性故障的制動回路?，F(xiàn)場使用的差動保護裝置中,往往根據(jù)不同的要求,采用以上一種或幾種方法組合構成。而對于傳統(tǒng)的差動保護裝置,功能越完善,輔助設備越多,導致設備性能不穩(wěn)定、故障率越高,往往不能達到預期的效果。為了克服傳統(tǒng)差動保護裝置的諸多弊端,我們結合微機應用技術,研制了這種雙重制動的微機型差動保護裝置4.1.2裝置對變壓器勵磁涌流的制動原理首先利用微機監(jiān)測變壓器的運行狀態(tài)。如果變壓器處于正常運行狀態(tài),則進行差動電流和制動電流的檢測；如果變壓器處于停運狀態(tài),則繼續(xù)對變壓器狀態(tài)進行監(jiān)測。一旦發(fā)現(xiàn)變壓器合閘投運,便運用“Kalman filter”對變壓器回路電流波形進行濾波分析,從而對變

18、壓器的勵磁涌流和內(nèi)部故障進行判別。對勵磁涌流的頻域分析表明,在勵磁涌流中含有很大成份的二次諧波分量。一般約占基波分量的40%左右。根據(jù)這個特點,利用微機對變壓器回路電流進行檢測,如果電流中二次諧波超過基波分量一定百分數(shù),則差動保護拒動。即,若滿足則發(fā)出保護拒動命令。式中I1,I2分別表示變壓器初、次級電流,A1,A2分別表示分接頭位置和電流互感器變比。K表示百分諧波參數(shù)I3,I4分別表示變壓器初次級繞組中二次諧波電流。上式可簡寫為StS0式中St和So分別表示制動和動作信號。若運用Z狀態(tài)變量Kalman filter,其狀態(tài)方程可表示為 其測量方程為： 初始協(xié)方差矩陣和系統(tǒng)協(xié)方差Q矩陣用來表達

19、狀態(tài)范圍和驅動函數(shù)數(shù)量值。4.1.3 裝置對保護范圍外部短路的制動作用原理 若發(fā)生外部短路，如圖1中點短路，流過差動電流檢測元件中的電流為，如果忽略變壓器兩側電流互感器特性差異所導致的不平衡電流，此時，而流過制動電流檢測元件中的電流為，顯然，制動電流大于差動電流，故保護裝置不動作。4.1.4 保護范圍內(nèi)部短路時，差動保護動作原理 保護范圍內(nèi)部短路時如圖2中處，流過差動電流檢測元件的電流為，流過制動電流檢測元件的電流為，因為差動電流大于制動電流（幾乎是制動電流的兩倍），故保護裝置動作，發(fā)出跳閘命令脈沖。4.2保護主電路設計變壓器狀態(tài)信號可由變壓器電源側斷路器輔助觸點輸入。如果此信號難以取得，亦可

20、由變壓器初、次級繞組電流信號輸入。保護裝置的差動電流及制動電流可由變壓器各側電流互感器二次側取得。這里要注意的是，當保護裝置用于保護雙繞組變壓器時，制動電流宜由變壓器受電側取得。而當用于保護三繞組變壓器時，制動電流宜由變壓器電源側取得。當三繞組變壓器三側都有電源時，則宜由電源最強一側取得。4.3硬件電路設計說明：變壓器狀態(tài)信號可由變壓器電源側斷路器輔助觸點輸入，如果此信號難以取得,亦可由變壓器初、次級繞組電流信號輸入。保護裝置的差動電流及制動電流可由變壓器各側電流互感器二次側取得。這里要注意的是,當保護裝置用于保護雙繞組變壓器時，制動電流宜由變壓器受電側取得。而當用于保護三繞組變壓器時,制動電

21、流宜由變壓器電源側取得。當三繞組變壓器三側都有電源時,則宜由電源最強一側取得。本裝置的硬件設計如圖1所示。 在圖1所示的硬件電路里，采用美國船公司生產(chǎn)的16位、 自帶采樣保持器的高性能并行輸出MD轉換器AI)$7805對交 流信號進行采樣；應用美國Xieor公司生產(chǎn)的X25043實現(xiàn)EEP- ROM中數(shù)據(jù)的保護，供電電源欠壓保護，可編程的看門狗定時 器管理；DSP(數(shù)字信號處理機)采用美國，I1公司生產(chǎn)的 TMS320F206數(shù)字信號處理器實現(xiàn)保護算法的運算等數(shù)字信號 處理功能 J。 有關CI、調理電路、模擬低通濾波電路、多路開關、遙信量 接口、繼電器出口、通信以及人機對話部分省略4.4微機型

22、電力變壓器差動保護裝置設計的主電路電力變壓器在電力系統(tǒng)變電、輸電和配電每個環(huán)節(jié)中廣泛 應用，因而研究其保護算法和工程實現(xiàn)裝置具有重要意義，并且 微機變壓器保護裝置具有廣闊的應用領域。本文給出了適用于 110KV線路以下等級變電站中變壓器微機保護裝置設計方法。1. 電力變壓器微機差動保護裝置原理 和算法 11 電力變壓器微機差動保護原理 111差動速斷元件 差動速斷保護主要是為了在變壓器差動區(qū)內(nèi)發(fā)生嚴重故障時，快速切斷變壓器，以確保變壓器的安全，為了保證裝置動作 正確，差動速斷的電流定值必需躲過空投變壓器時可能產(chǎn)生的 最大勵磁涌流和躲過變壓器的差動區(qū)外端部故障時穿越電流造 成的不平衡電流。差動電流計算如下： 公式中分別表示A、B、C三相差動電流，任意 一相差動電流大于整定值，差速斷出口。 112差動元件 差動元件包括兩段式比率制動特性判據(jù)，二次諧波制動判 據(jù)。 A比率制動特性判據(jù) 為了保證區(qū)外短路，差動可靠、不動作，建立比率制動特性。三相制動電流計算如下：公式中為A、B、C三相制動電流；為 A、B、C三相高側電流；為A、B、C三相中側折向高 側電流；為A、B、C三相低側折向高側電流4.5軟件電路設計說明： （1）延時時限取為變壓器回路斷路器