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1、河北工程大学毕业设计（论文）- 1 -变压器保护的研究摘要电力变压器是电力系统中的重要电气设备，它在电力系统的发电、输电、配电等各个环节广泛使用，因而其安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定的工作。因此必须根据变压器的容量和重要程度并考虑到可能发生的各种类型的故障和不正常工作的情况，而装设性能良好、工作可靠的继电保护装置是变压器安全运行的关键。本文回顾了变压器保护的发展历史及研究现状，阐明了变压器主、后备保护的研究方法及存在的主要问题。文中详细描述了大型油式变压器保护的主后备保护原理、安装措施、保护的功能。变压器主保护包括瓦斯保护和差动保护。瓦斯保护是变压器的非电气量保护之一，当变压器内部发生
2、故障时，变压器油和绝缘材料就会因高温产生大量的气体，使瓦斯保护装置动作于信号或跳闸，从而保护变压器。差动保护是靠比较变压器进出两侧的电气量的变化差异，判断变压器是否有故障的一种保护方式。差动保护能正确的区分变压器内外故障，灵敏度高，是目前应用最广泛的保护，但其中常见的励磁涌流的问题一直是保护工作中的难题。本文阐述了目前较成熟的二次谐波闭锁来弥补差动保护中的缺陷，使其更加可靠。本文最后列出了一些变压器保护的参考文献，以便读者参考运用。关键词: 变压器差动保护 瓦斯保护 后备保护河北工程大学毕业设计（论文）- 2 -目录摘要 11.绪论 41.1 引言 41.2 变压器保护的发展与现状 41.3
3、变压器的发展趋势 61.3.1 模糊理论的应用 61.3.2 专家系统的应用 61.3.3 人工神经网络的应用61.3.4 自适应技术的应用 72.对继电保护的基本要求 82.1 选择性 82.2 速动性 82.3 灵敏性 82.4 可靠性 82.5 本文的内容与任务93.变压器保护总体设计方案与配置 103.1 变压器故障特征分析 103.2 变压器保护的配置 103.3 本文保护装置主后备配置 114.变压器保护基本原理和算法 134.1 变压器主保护 134.11 差动保护原理分析134.1.2 二次谐波闭锁的比率差动保护 164.1.2.1 比率差动保护的基本工作原 164.1.2.2
4、 二次谐波闭锁原理 184.1.2.3 CT/PT 断线闭锁 河北工程大学毕业设计（论文）- 3 -184.1.3 瓦斯保护 194.2 变压器后备保护 214.2.1 过电流保护 214.2.2 低电压启动的过电流保护 224.2.3 复合电压启动的过电流保护234.2.4 负序过电流保护 254.25 变压器零序电流保护264.2.6 变压器的过负荷 274.2.7 变压器的励磁保护 274.3 小结 285.总结与展望 30致词 32参考文献 33河北工程大学毕业设计（论文）- 4 -1.绪论1.1 引言 电力变压器是电力系统中最重要的电气主设备之一，作为电能传送的枢纽，其重要性不言而喻
5、。大型变压器结构复杂、造价昂贵、一旦发生严重故障而损坏，将给维修工作带来很大困难，造成经济上的重的损失。近年来，随着电力系统规模的扩大、电压等级的升高，大容量变压器的应用日趋增多。大容量变压器采用纠结式绕组，易于产生匝间短路，因此，故障率相对较高。为了保护变压器安全、可靠的运行，电力工作者不断深入分析其运行特性，研究新原理，新方法提高变压器保护的性能，对其理论探讨与装置研制一直在不断进行。针对差动保护中的励磁涌流问题，国内外积极研究各种原理予以解决，如：二次谐波制动、间断角、电压制动、磁通特性原理和等值电路法等。另外，将新兴学科和方法（如模糊集合论、专家系统、人工神经网络等）运用到变压器的保护
6、中也是研究的热点之一。而随着计算机及网络技术的迅速发展，高性能的微处理芯片层出不穷，微机变压器保护装置的性能不断得到改善，整个微机保护系统正向傻瓜化，人工智能化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化，标准化方向发展。相对于变压器主保护，变压器后备保护原理更成熟，但其保护原理众多，配置复杂。近年来，由于主变后备保护在配置上不够完善，当中、低压侧特别河北工程大学毕业设计（论文）- 5 -是低压侧母线故障，而保护或断路器拒动时，因高压侧灵敏度不够，无法切除故障，造成烧毁主变甚至引发大面积停电的事故时有发生，教训深刻。从实际配置情况看，后备保护配置的地方习惯性较强，有时地区其后备保护配置很复杂环保
7、护不到位，最近数年来因后备保护不完善酿成了多次事故。因此，必须重视与主网相联的大型变压器的后备保护，认真研究它的合理配置、原理接线，选择合理的运行方式，提高直流电源的可搞性等，确保大型变压器自身的安全和系统的稳定运行。1.2 变压器保护的发展及现状追溯变压器保护的发展历史追溯变压器保护的发展历史从 1885 年匈牙利三位工程师发明了变压器以来，一个多世纪里，变压器有了长足的发展，电压已达到百万伏级，使输电距离超过 1000km。电力变压器一个世纪以来，电力变压器原理未曾改变，随着年代的推进，先进生产设备日臻完善，因而各项技术参数愈来愈先进。以 1931 年 R.E. Cordray 提出比率差
8、动的变压器保护标志着差动保护作为变压器主保护时代的到来。电流差动保护也以其原理简单、选择性好、可靠性高的特点在变压器保护中获得了极其成功的应用。但由此带来的技术难题是如何将变压器的励磁涌流与内部故障区分开来。变压器保护的发展史也自此成为一部变压器励磁涌流鉴别技术发展史。1941 年，C.D.Hayward 首次提出了利用谐波制动的差动保护，将谐波分析引入到变压器差动保护中，并逐渐成为国外研究励磁涌流制动方法的主要方向。1948 年，R.L.Sharp 和 W E. G1assBurn 提出了利用二次谐波鉴别变压器励磁涌流的方法，并在模拟式保护中加以实现，同时，还提出了差动加速的方案，以差动加速
9、、比率差动、二次谐波制动来构成整个谐波制动式保护的主体，并一直延续至今。微机变压器保护的研究开始于 60 年代末 70 年代初。1969 年，Rockerfeller 首次提出数字式变压器保护的概念，揭开了数字式变压器保护研究的序幕之后，O.P.Malik和 Degens 对变压器保护的数字处理和数字滤波做出了研究;1972 年，Skyes 发表了计算机变压器谐波制动保护方案，使得微机式变压器保护的发展向实用化方向迈进。变压器保护在进入数字微机时代后，利用微机强大的运算和处理能力，新的励磁涌流鉴别方法不断被提出，在国内外形成研究热潮。间断角原理从分析励磁涌流波形本质出发，为励磁涌流的鉴别提供了
10、新思路，沿着这个思路，波形比较法、波形对称法和积分型波形对称法相继被提出。现在实用的微机变压器保护中识别励磁涌流的方法也主要是:二次谐波闭锁、间断角闭锁、波形对称原理等。实践表明，在过去几十年间，上述原理基本上能达到继电保护要求。然而，随着电力系统以及变压器制造技术的日益发展，利用涌流特征的各种判据在实用中均遇到了一些无法协调的矛后。在高压电力系统中，由十 TA 饱和、补偿电容或长线分布电容等因素的影响，内部故障时差流中的二次谐波分量显著增大，造成保护误闭锁和延时动作。另一方面，现代大型变河北工程大学毕业设计（论文）- 6 -压器多采用冷轧硅钢片，饱和磁密度较低而剩磁可能较小，使得变压器励磁涌
11、流中的二次谐波和间断角均明显变小。不断出现的问题推动了研究的不断深入， “虚拟二次谐波制动法”从理论上可在半周的时间使保护动作，而且采用奇次谐波鉴别使其对对称性励磁涌流的鉴别能力大大强十二次谐波制动。采样值差动原理与励磁涌流波形无关，减少了计算量，提高了保护速度。近年来，新器件、新技术的应用为变压器保护的研究与发展提供了一个广阔的天地。数字信号处理器 DSP(Digital Signal Processor)的出现，不但可以提高微机保护数据采样与计算的速度和精度，甚至可能改变往常微机保护装置的设计思想，使得复杂的算法得以在保护装置中实现。现代数学工具如:模糊控制，神经网络，专家系统，小波分析等开始越来越多的融入到变压器保护的研究领域，一方面为传统的变压器保护方法提供了更有效的工具，另一方面，采用多个信息量，可提高变压器保护的“智能化”程度，改善可靠性和适应性。随着新的传感元件和测量元件的出现，故障诊断及预测充分利用各种现代数学分析手段对变压器的各个运行状态量进行监测与分析，越来越融入到变压器保护中。它实质上是传统变压器保护中电量与非电量保护的一个扩展，它的研究与发展，为变压器保护的研究与发展提供了一个新的思路。随着变压器主保护的研究不断取得进展，变压器后备保护的研究和应用也日益引起人们的重视。对十变压器后备保护来说，由十变压器结构型式多样，运行环境不尽相同，对后备保护的配置，如
