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1、课程设计（论文）题 目10kv干式配电变压器微机保护设计 学生姓名 学 号 班 级 指导教师 评阅教师 完成日期2014 年 12 月5 日10kv干式配电变压器微机保护装置设计引言随着我国经济建设的迅速发展，人民生活水平的不断提高，城乡用电负荷不断增加，在电力紧缺的情况下，无油、防火、寿命长、低噪、维修简单、安全可靠的10kv干式配电变压器得到越来越广泛的应用。本文将通过对变压器微机保护原理的阐述和分析，以10kv干式变压器为对象设计一套微机保护装置，包括了与微机保护相配合的主接线形式、主要电器设备及保护配置方式的选择，并对保护装置的信号、开关量输入输出、时钟、数据存储、数据通信等功能模块进
2、行选型设计，使之具有对变压器电压、电流、温度实时监控，反映故障并对故障信息进行存储和与计算机进行通信等功能。关键字：10kv 干式变压器 微机保护目 录1 绪论32 微机保护系统组成、特点及其功能42.1 硬件部分42.2 软件部分52.3 微机保护的功能63 变压器微机保护配置64 微机保护功能模块设计74.1 信号处理模块设计74.2 开关量输入/输出模块设计84.3 实时时钟模块和数据存储模块设计95 变压器微机保护演示装置硬件电路设计105.1 键盘输入电路105.2 输出模块116 软件设计126.1 单片机软件编程126.2 部分程序流程图136.2.1 数据采集程序流程图136.
3、2.2 键盘显示程序136.2.3 LCD显示程序146.3 主程序流程图如下157 总结15参考文献161 绪论伴随着我国电力行业的迅猛发展，对电力系统中各类重要的电气设备的保护措施也得到了长足的发展。变压器作为电力系统中重要的电气设备，它能否正常运行对整个电力系统的正常运作有着重要的意义。相对于高压配电变压器，中低压（110KV及以下）配电变压器广泛应用于城市居民用电和工业配电场合，同时由于农村及偏远地区不断扩大的用电需求，对这些地区的变压器安装安全可靠的微机保护装置就显得极为重要。本文选择1250KVA/10KV干式变压器作为对象设计微机保护。设计变压器一次侧主接线形式、主要电器设备及保
4、护配置方式的选择，并对保护装置的信号、开关量输入输出、时钟、数据存储、数据通信等功能模块进行选型设计，使之具有对变压器电压、电流、温度实时监控，反映故障并对故障信息进行存储和与计算机进行通信等功能。2 微机保护系统组成、特点及其功能微机保护主要由硬件和软件两大部分构成，硬件部分包括微处理器（单片机），输入、输出通道，人机接口和通讯接口等。软件部分主要包括用汇编语言编写的计算机初始化程序、针对保护原理而设计的测量和判断故障的程序、数字铝箔程序、计算机硬件和软件的自检程序等。2.1 硬件部分硬件部分主要包括数据采集单元、微机主控单元、开关量（数字量）输入、输出电源、人机接口单元和通信接口单元。图2
5、-1为硬件系统的总体框图： 数据采集单元输入/输出单元人机接口单元通信接口单元微机主控单元图2-1微机保护硬件系统总体框图（1）数据采集单元A/D转换多路转换开关采样保持电路低通滤波器变换器模拟量输入数据采集单元是将从被保护元件的电流互感器、电压互感器或其他变换器上取得的二次模拟电量，变换成微机主控单元能够处理的数字量。图2-1-2表示了常用的数据采集单元的框图。微机主控单元图2-1-1数据采集单元框图（2) 微机主控单元微机主控单元时微机保护装置的核心部分，其典型组成如图2_3所示：CPUEPROMRAMEEPROM打印机串口时钟键盘、显示器总线图2-1-2微机主控单元框图（3）人机接口单元
6、人机接口单元主要是由打印机、键盘、液晶显示器或数码管组成，完成打印，整定值得设定、修改及显示，装置功能设置，状态显示和指令设置等人机交互任务。（4）开关量（数字量）输入/输出单元微机保护装置输入的开关量经过光耦隔离接入微机主控单元；保护装置发出的跳闸命令和中间信号等经过光电隔离器件带动中间继电器，最后由中间继电器的触点带动输出继电器执行相应的功能。（5）通信接口单元近年来随着变电站综合自动化的逐步实现，对保护装置的通信要求越来越高。在综合自动化的分层系统中，微机保护装置除完成保护功能外，还要向站主机传送其动作信息、时间记录和故障报告等信息。在变电站无人值班时，调度所可通过站内主机对微机保护实现
7、远方控制，如软件投退、修改定值等。2.2 软件部分软件部分可分为两大组成部分：监控程序和功能程序。监控程序主要实现微机系统的初始化、硬件部分的自检、人机对话等；功能程序应完成整个保护及数据记录功能，一般包括数据采集、数字滤波、数值计算、动作判断和出口、发信及通信功能等。2.3 微机保护的功能变压器微机保护系统应完成完成的功能：（1）通信功能各保护单元必须设置有通信接口，除了与微机监控系统通信外，还包括通过监控系统和控制中心的数据通信。（2）故障记录功能当被保护对象发生事故时、能自动记录保护动作前后有关的故障信息，包括短路电流、故障发生时间和保护出口时间等，以利于分析故障。对于电压等级较高或非常
8、重要的变电站还单独设置故障录波装置。（3）统一时钟对时功能，以便准确记录发生故障和保护动作的时间。（4）存储多种保护整定值（5）当地显示与多处观察和授权修改保护定值 除了在各保护单元上要能显示和修改保护定值外，考虑到无人值班的需要，通过当地的监控系统和远方调度端，应能观察和修改保护定值。（6） 故障自诊断，自闭锁和恢复功能。 每个保护单元应有完善的故障自诊断功能，发现内部有故障，能自动报警，并能指明故障部位，以利于查找故障和缩短维修时间；对于关键部位故障，例如，转换器故障或存储器故障，则应自动闭锁保护出口；如果是软件受干扰、造成“飞车”的软故障，应有自启动功能，以提高保护装置的可靠性。3 变压
9、器微机保护配置变压器的不正常工作状态主要有过负荷、外部短路引起的过电流，外部接地短路引起的中性点过电压，油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高，变压器的过励磁故障等。针对以上情况，变压器一般采用以下几种保护方式：（1）变压器瓦斯保护：反映变压器油箱内部各种故障和油面降低。0.8MVA及以上油浸式变压器和0.4MVA及以上车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。带负荷调压的油浸式变压器的调压装置，亦应装设瓦斯保护。（2）纵联差动保护或电流速断保护：反映变压器引出线、套管及内部短路故障
10、的纵联差动保护或电流速断保护。保护瞬时动作于断开变压器的各侧断路器。 对 6.3MVA以下厂用变压器和并列运行的变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时间大于0.5s时，应装设电流速断保护。 对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵联差动保护。 对高压侧电压为330kV及以上变压器，可装设双重纵联差动保护。 对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的纵联差动保护。当发电机与变压器之间没有断路器时，100MVA
11、及以下发电机与变压器组共用纵联差动保护；100MVA以上发电机。除发电机变压器共用纵联差动保护外，发电机还应单独装设纵联差动保护。对200300MVA的发电机变压器组亦可在变压器上增设单独的纵联差动保护，即采用双重快速保护。（3 ）零序电流保护：反映大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。110kV及以上大接地电流系统中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器应装设零序电流保护，作变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。此外还有超温保护、过负荷保护、输入端过压保护等。4 微机保护功能模块设计4.1 信号处理模块设计信号数据采集系统又称模拟量
12、输入系统，它的作用是将互感器二次侧输出的电压、电流等模拟量经过隔离、采样、AD转换等步骤转化为计算机能接受与识别的数字量，然后经过CPU主系统进行数据处理与运算。互感器的作用是采集母线上的电流和电压，并将其转换成单片机可接受的电流和电压值。由于要求实现零序保护，电流互感器设定为零序互感器，电流变换器是将互感器的二次侧电流再一次变换。互感器二次侧采集到的电压电流值均为交流值，故在输入A/D转换之前均需要经行整流，常用的整流电路有整流桥，示意图如图所示图4-1-1 单相桥式整流电路输入模块整体电路如下图：4.2 开关量输入/输出模块设计开关量输出输入系统的作用主要是输出跳闸、信号等信息，下图中，开
13、关量经过光电隔离后与CPU相连。其中，当输入端为高电平时，输出端为低电平。图4-2-1 开关量输入电路当检测到电压电流值超过整定值时，单片机发出断路跳闸命令，电路示意图如下图所示：图4-2-2 开关量输出电路4.3 实时时钟模块和数据存储模块设计时钟模块：微机保护装置配备的高性能实时时钟，用来记录微机保护动作、开关变位、事故与预告等事件的时间信息，从而形成完整的事件顺序记录，对分析继电保护的动作行为、提高电力系统运行的可靠性具有重要意义。时钟模块电路图：图4-3-1 时钟模块电路存储模块：存储模块能够将微机保护过程中电量越限信息及保护装置的动作信息记录下来，以供相关维护人员实时查看，分析故障原
14、因，了解微机保护装置的实时工作状况，对保证变压器正常运行具有重要的意义。存储模块电路如下图：图4-3-2 存储模块电路5 变压器微机保护演示装置硬件电路设计本次硬件设计选择微机保护中的温度保护模块进行设计，主控单片机采用AT89S52芯片，温度信号采集使用DS18B20温度传感器，LCD1602显示实时温度值，键盘输入风机启动温度，跳闸温度，实现蜂鸣器超温报警，风机超温启动，超温继电器跳闸。微机保护温度保护模块系统组成框图如图所示主控单片机键盘输入测温模块液晶显示模块报警电路切闸电路风机控制电路图5-1温度保护模块系统框图5.1 键盘输入电路键盘是人机交换中的一个重要部分，通过键盘，操作者可以对系统输入、发送命令和数据，实现人机通信。这里选用按键常开型键盘，通常键的两端处于断开状态，一旦键被按下，则弹片将开关两端导通，对系统产生触发作用。图5-1-1键盘输入电路5.2 输出模块本设计的输出模块由三部分组成：风机控制、超温报警、超温跳闸风机控制电路：图5-2-1风机控制电路报警电路：图5-2-2 报警电路报警电路与风机控
