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1、安徽理工大学毕业设计电力变压器保护的研究与实现摘 要电力变压器作为联系不同电压等级网络的设备，是电力系统中非常重要的元件。长期以来电力变压器一直只采用差动保护作为内部故障的主保护。因此差动保护的可靠性和安全性对变压器保护来说最为关键。实施纵差动保护要解决好以下几个问题：如何正确识别励磁涌流和短路电流：解决好躲开区外短路故障时差动回路中的不平衡电流和保护灵敏度间的矛盾；外部短路故障切除电压恢复的暂态过程中，保证差动保护不误动作；电流互感器饱和不应影响纵差动保护正确动作等问题。其中励磁涌流的识别一直是研究的热点，国内外许多研究人员做了大量的工作，也取得了很多的成果。由于变压器励磁涌流受变压器铁芯剩
2、磁、饱和磁密、系统阻抗、接线方式、铁芯结构、合闸初相角等因素影响，所以这些方法都不能保证百分之百的可靠性，鉴别励磁涌流的问题成为制约变压器差动保护能否正确和灵敏动作的瓶颈。为了解决变压器空载合闸或外部故障切除电压恢复过程中差动保护可能误动作的问题，本原理中添加了一个阻抗继电器，作为变压器空载合闸以及外部故障切除期间变压器的保护。从原理上避开了识别励磁涌流的步骤，也就避免了由于判别励磁涌流不正确而引起的误动作或拒动。这种保护配置方式在变压器内部故障时有很高的灵敏度，在外部故障时又有很强的制动作用，不反映空投时的励磁涌流，却能反映变压器空载合闸时有故障的情况，解决了变压器差动保护的难题。关键词：变
3、压器 差动保护 励磁涌流 阻抗继电器 RESEARCH AND IMPLEMENTATION ON PROTECTION SYSTEM OF POWER TRANSFORMERABSTRACTPower transformers as very important elements in power system require very reliable protection。 Differential protection has been adopted as main protection against inner fault of transformer for a long ti
4、me, since it has high reliability and high sensitivity, which are most important for transformer protection, But there are some problems troubling differential protection： identification of inrush current from short circuit current； unbalance current in differential circuit when outside short circui
5、t happens； make sure differential protection device wont mal-operate in process of voltage recovering after cutting off outside short circuit； make sure that the saturation of CT wont influence the operation of differential protection。 Identification of inrush current has been a key problem to be re
6、solved。 Many researchers have done a lot of work on this aspect。 Because the inrush current of transformer is influenced by many factors such as residual flux of iron core, saturation flux density, system impedance, mode of connection, iron core structure, closing angle and so on, but all of the pro
7、posed methods cant make sure 100% reliability。 Identification of inrush current is the most critical factor that limits differential protection operation。To solve the prob1em that differential protection may mal-operate when a faulted transformer closing onto system or after cutting off out side fau
8、lt, an impedance relay, so some wrong operation caused by wrong result of detection of inrush current is eliminated。 This principle has great sensitivity to inner fault and great brake ability to outside fault。 It doesnt reflect to inrush current but can reflect to fault when closing onto system。KEY
9、 WORDS： power transformer, differential protection, inrush current, impedance relayII目录摘 要IABSTRACTII1绪论11.1变压器保护概况11.2影响差动保护动作正确性的因素及解决方法11.3目前的识别励磁涌流的方法及存在的问题21.4本文的主要研究工作：32变压器差动保护新判据42.1变压器纵差动保护原理42.2 纵差动保护接线52.2.1 常规纵差动保护接线52.2.2数字式纵差动保护接线62.3实施纵差动保护遇到的问题72.3实施纵差动保护遇到的问题82.4变压器保护常用的差动保护判据92.5变压
10、器保护新差动保护判据102.5.1电流互感器饱和对判据的影响112.5.2过激磁对判据的影响132.5.3单端电源系统差动保护的问题142.6本章小节153 变压器励磁涌流与阻抗继电器163.1变压器励磁涌流的产生机理及特征163.2识别励磁涌流的方法193.2.1电流二次谐波制动原理193.2.2间断角原理193.2.3磁通特性鉴别法203.2.4阻抗继电器203.3变压器YN侧发生三相短路时的计算阻抗233.4阻抗继电器与差动保护的配合27第四章 Intel80c196单片机的微机保护装置系统294.1微机保护装置的硬件结构294.2主要插件的结构和功能304.2.1故障处理插件304.2
11、.2人机对话插件314.2.3数据采集通信插件344.3装里的优点36结论37参考文献38致谢38361绪论1.1变压器保护概况电力变压器作为联系不同电压等级网络的设备，是电力系统中非常重要的元件。电力变压器的安全运行关系到整个电力系统供电的可靠性。每年由于变压器故障带来的国民经济损失都十分巨大。同时随着变压器电压等级和容量的提高，变压器本身也越来越贵重。因此变压器保护显得尤为重要，如何能够快速准确的切除变压器故障，使损失降低到最小，同时又要保证有足够的可靠性，就成了变压器保护的主要问题。经过长期的发展，变压器保护的种类不断丰富，理论不断成熟。变压器保护有瓦斯保护、纵差动保护和电流速断保护、反
12、映相间短路故障的后备保护、变压器接地保护、过负荷保护、过励磁保护和一些非电量保护。差动保护作为变压器保护的主保护，最为重要。它可以反映变压器绕组的相间短路故障、绕组的匝间短路故障、中性点接地侧绕组的接地故障以及引出线的相间短路故障、中性点接地侧引出线的接地故障等。因此差动保护的可靠性和安全性是变压器安全连续运行的关键。1.2影响差动保护动作正确性的因素及解决方法差动保护是建立在基尔霍夫电流定律上的，在设备正常运行或者外部故障时，理想状态下流入差动回路的电流为零，差动保护装置不动作：在内部故障时，差动回路的电流不为零，保护将动作，也就是说差动电流的大小是动作或不动作的关键。在实际运行时即使变压器
13、无故障，差动回路中也会存在不平衡电流，可能会引起差动保护的误动作。此电流称为不平衡电流，其来源有以下几种由电流互感器引起：1)由于电流互感器的变比和接线方式不同产生。因为变压器原副边有多个电压等级，构成差动保护的电流互感器的额定参数不同，产生的二次电流的误差也就不同。由于变压器通常为Y/连接，二次侧就需要反变换，这样带来了幅值和相位的误差。2)TA饱和产生。电流互感器一般按额定负荷考虑的容量选的都比较小。这样在变压器区外故障而一次侧电流非周期分量比较大时，如果各侧电流互感器的磁化特性不一样，易引起两侧的电流互感器饱和程度不同而产生暂态不平衡电流。另外当变压器一次侧交流电流增大到一定值，电流互感
14、器的铁芯会发生稳态饱和，产生稳态不平衡电流。3)变压器在负荷情况下分接头调整使得电流互感器的实际变比与额定变比不同而产生不平衡电流。4)励磁涌流产生。现代大型变压器正常运行时的额定磁通为饱和磁通的1。11。2倍，一般情况下变压器工作基本在线性区域，变压器铁芯未饱和，所需的励磁电流非常小，大约为额定电流的1%左右。在铁芯饱和时所需励磁电流非常大，且磁通不能突变。这样在变压器空载合闸或者外部故障切除后电压恢复期间就会产生很大的励磁涌流，能够达到额定电流的68倍，引起保护误动作，这个原因是困扰差动保护的主要原因，很多工作都是就此展开的。5)过励磁情况。在变压器稳态过励磁时，同样由于变压器铁芯的非线性
15、，引起变压器二次侧电流不完全随一次侧电流的变化而变化，产生不平衡电流。由于不平衡电流来源的多样性，只能减小不平衡电流，完全消除不平衡电流是不可能的。相对来说，减小由电流互感器引起的稳态不平衡电流要容易些。采用微机保护通过软件进行对电流的幅值和相位调整，可以使由电流互感器变比不同和接线方式不同引起的不平衡电流降到很小，另外通过采用具有折线比率制动特性的差动保护算法，故障分量比率差动算法等，能够进一步限制了由电流互感器引起的不平衡电流的影响。由接线方式不同引起的不平衡电流问题已经得到较好的解决。互感器饱和情况，可以通过选择合适的型式例如在500kV系统中选用带小气隙的TPY级电流互感器来克服暂态饱和对保护的影响。随着技术的不断进步，近年来出现的光电流互感器更具有频带宽、精度高、动态范围大等优点，可以完全克服原有的电力互感器暂态饱和或稳态饱和的影响。目前影响变压器可靠性的最大的问题就是励磁涌流的影响。1.3目前的识别励磁涌流的方法及存在的问题变压器保护动作的正确率只有60%70%左右，与线路保护的90%以上的正确动作率相比要低的多，主要原因就是在于励磁涌流的影响。励磁涌流的幅值大且衰减慢并含有大量非周期分量；波形呈间断特性；含有明显的二次谐波和偶次谐波。针对这些特点识别励磁涌流的方法有：1）二次谐波制动。当二次谐波含量超过一定范围时闭锁差动保护，由于
