毕业论文--大型变压器保护分析

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1、华北电力大学毕业设计（论文）题目大型变压器保护分析专业电力工程及自动化班级：2010级电升二班学生姓名:陈泽林指导老师:文俊老师成人教育学院2012年8月10日华北电力大学成人教育学院毕业设计（论文）任务书姓名专业班级毕业设计（论文）题目毕业设计（论文）工作起止时间地点毕业设计（论文）的内容：毕业设计（论文）的要求：指导老师签名:目录摘要I第1章绪论11.1课题背景11.2电力变压器保护综述11.2.1变压器的故障11.2.2电力变压器的异常工作状态11.2.3电力变压器的保护方式21.3电力变压器保护研究现状21.4继电保护的发展31.4.1计算机化31.4.2网络化31.4.3保护、控制、

2、测量、数据通信一体化41.4.4智能化4第2章 电力变压器保护的原理分析52.1瓦斯保护52.1.1保护的工作原理52.1.2瓦斯保护的缺点52.1.3瓦斯保护的优点52.2电流速断保护62.2.1保护的工作原理62.2.2电流速断保护的特点62.3纵联差动保护72.3.1变压器差动保护基本原理72.3.2变压器差动保护不平衡电流分析82.3.3变压器纵差保护中不平衡电流的克服方法92.3.4实施纵差动保护遇到的问题112.4过电流保护122.4.1不带低电压起动的过电流保护122.4.2低电压起动的过电流保护122.5零序电流保护132.5.1中性点直接接地变压器的零序电流保护132.5.2

3、中性点可能接地或不接地变压器的保护142.6过负荷保护162.7本章小结错误！未定义书签。第3章微机保护173.1 RCS-978系列变压器成套保护装置173.2性能特征173.3保护工作原理183.3.1稳态比率差动保护183.3.2励磁涌流识别原理193.3.3差动回路的异常情况的判别203.3.4过激磁的判别203.3.5零序比率差动保护与分侧比率差动保护213.3.6零序方向过流保护223.3.7 TA TV异常判别原理223.4接线端子及原理图233.5本章小结错误！未定义书签。第4章 变压器保护的整定254.1差动保护整定计算254.1.1比率差动254.1.2差动各侧电流相位差的

4、补偿254.1.3差动电流起动定值264.1.4斜率整定264.1.5差动速断保护274.1.6谐波制动比的整定274.2后备保护整定计算274.2.1零序过流274.2.2变压器不接地运行时的后备保护284.3本章小结错误！未定义书签。结论30致谢错误！未定义书签。参考文献31附录A错误！未定义书签。大型变压器保护分析摘要电力变压器是电力系统中的重要设备，其安全运行关系到整个电力系统能否 连续稳定地工作。而随着电力系统的发展，特别是现代新材料、新工艺的发展， 变压器容量不断增大，对变压器保护的快速性和可靠性也提出了更高的要求。作为电力系统重要设备之一的变压器，其主保护仍然是传统的差动保护。差

5、 动保护作为变压器的电气量主保护，其性能决定着变压器保护的性能，本文对现 有的应用于变压器的差动保护做了介绍。如何区分励磁涌流和内部故障是变压器 保护的重要研究内容，由于变压器的特殊性，变压器保护动作正确率不高，拒动、 误动事件时有发生的事实说明，我们迫切需要研究新的变压器保护方法和解决一 些存在的问题。近年，随着技术的发展，微机保护成为主要的保护。本文对现有的变压器保 护方法进行了详尽的原理分析分析，后又通对RCS-978成套保护系统的工作原 理，了解了微机保护在变压器保护中的重要作用，以及变压器保护未来的发展。 文中主要设计了 220KV变电站中变压器的保护回路、各主要参数的整定，以及 对

6、RCS-978保护装置的操作进行了设置。关键词 变压器保护；微机保护；保护回路1绪论1.1课题背景在电力系统中广泛使用变压器来升压或者降压。变压器是电力系统不可或缺 的重要电气设备。利用电磁感应原理把一种电压的交流电能转变成频率相同的另 一种电压的交流电能，在电力系统中，需要用变压器将电压升级进行远距离传输， 以降低线路损耗，当电能到达用户区后，再采用不同等级的变压器将电能降压使 用，因此，变压器的正常运行对保持系统的稳定与安全有着特殊的意义。它的故 障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响，同时大容量的变压器也是非 常重要的设备。因此，应根据变压器的容量等级和重要程度，装设性能良好、动

7、作可靠的继电保护装置。将微型计算机技术应用于变压器保护是提高变压器保护水平的一个重要途 径。采用微机保护技术构成的变压器保护系统，较现有的模拟式保护具有更加完 善的功能，提高了电力系统安全运行水平5。论文中也以RCS-978E型微机保护装置为案例，具体说明微机保护与以往的 保护区别及各自的保护方式。1.2电力变压器保护综述1.2.1变压器的故障电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，他的故障给供电可靠性 和系统的正常运行带来严重的后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件，因 此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好的、动作可靠的保护元件。电力变压器的故障分为内部和外部两种故障。内部

8、故障指变压器油箱里面发 生的各种故障，主要靠瓦斯和差动保护动作切除变压器；外部故障指油箱外部绝 缘套管及其引出线上发生的各种故障，一般情况下由差动保护动作切除变压器。 速动保护（瓦斯和差动）无延时动作切除故障变压器，设备是否损坏主要取决于 变压器的动稳定性。而在变压器各侧母线及其相连间隔的引出设备故障时，若故 障设备未配保护（如低压侧母线保护）或保护拒动时，则只能靠变压器后备保护 动作跳开相应开关使变压器脱离故障。因后备保护带延时动作，所以变压器必然 要承受一定时间段内的区外故障造成的过电流，在此时间段内变压器是否损坏主 要取决于变压器的热稳定性。因此，变压器后备保护的定值整定与变压器自身的

9、热稳定要求之间存在着必然的联系。1.2.2电力变压器的异常工作状态变压器处于不正常运行状态时，继电器应根据其严重程度，发出警告信号， 使运行人员及时发现并采取相应措施，以保安全运行。变压器不正常工作状态主 要有：1.由于外部短路引起的过电流；2.由于电动机自起动或并联工作的变压器 被断开及尖峰负荷等与原因引起的过负荷；3.外部接地短路引起的中性点过电 压；4.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；5.大容量变压 器在过电压或低频等异常运行工况下导致变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构 件过热。1.2.3电力变压器的保护方式根据变压器的故障和异常工作状态，其通常装设的保护装置如下：1

10、. 瓦斯保护对变压器油箱内部的各种故障及油面的降低应装设瓦斯保护。容量为 800KVA及以上的油浸式变压器，对于容量为400KVA及以上的车间内油浸式变 压器，匀应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装 置应瞬间动作于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源 侧断路器。对于高压侧未装设断路器的线路-变压器组，未采取使瓦斯保护能切 除变压器内部故障的技术措施时，瓦斯保护可仅动作于信号。2. 纵差保护或电流速断保护容量在10000KVA及以上的变压器应装设纵差保护，用以反应变压器内部绕 组、绝缘套管及引出线相间短路、中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短 路

11、以及绕组匝间短路。3. 过流保护变压器的过流保护用作外部短路及变压器内部短路的后备保护。4. 零序过流保护变压器中性点直接接地或经放电间隙接地时，应补充装设零序过流保护。用 以提高保护在单相接地时的灵敏度。零序过流保护主要用作外部电网接地短路的 后备保护。5. 过负荷保护变压器过负荷时，应利用过负荷保护发出信号，在无人值班的变电所内可将 其作用于跳闸或自动切除一部分负荷。1.3电力变压器保护研究现状随着计算机硬件的迅速发展，微机保护硬件也在不断发展。微机保护的硬件 已由第一代单CPU硬件结构和第二代多单片机的多CPU硬件结构发展到以高性 能单片机结构的第三代硬件结构，其具有电路简单的特点，抗干

12、扰的性能进一步 加强，并完善了通信功能，为实现变电站自动化提供了方便。近年来，数字信号处 理技术开始广泛应用于微机保护领域。DSP的特点是计算能力强、精度高、总线 速度快，将数字信号处理应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序和傅 立叶变换算法的计算时间，可以完成数据采集、信号处理的功能和传统的继电保 护功能。差动保护为变压器主保护的主要形式,长期以来受到保护工作者的关注。 1931年,R. E. Cordray提出比率差动的变压器保护，标志着差动保护作为变压器主 保护时代的到来。1958年R. L. Sharp和WE. GlassBurn提出了利用二次谐波鉴别变 压器励磁涌流的新方法，

13、并在模拟式保护中加以实现。目前国内外生产变压器 继电保护装置的厂家很多，就主保护而言，国外保护装置基本是以二次谐波制动 为主的比率差动保护，而国内则以二次谐波制动和间断角两种原理为主导，以波 形对称原理为补充的格局正在形成。1.4继电保护的发展1.4.1计算机化随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。南京电力自动化 研究院目前在研究32位保护硬件系统。天津大学一开始即研制以16位多CPU 为基础的微机线路保护。丽32位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度受A/D 转换器分辨率的限制，超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更 重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作

14、频率和计算速度，很大 的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。CPU的寄存器、数据总线、 地址总线都是32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能， 并将高速缓存（Cache）和浮点数部件都集成在CPU内。电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大 容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力， 与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力， 高级语言编程等。这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。现在， 同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小 型机，因此，用成套

15、工控机做成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发 展方向之一。继电保护装置的微机化是不可逆转的发展趋势。1.4.2网络化计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱。它深刻影 响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止， 除了差动保护和纵联保护外，所有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气 量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于 缺乏强有力的数据通信手段。因继电保护的作用不只限于切除故障元件和限制事 故影响范围，还要保证全系统的安全稳定运行，这就要求每个保护单元都能共享 全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和 数据的基础上协调动作，确保系统的安全稳定运行。显然，实现这种系统保护的 基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络联接起来，亦即实现微 机保护装置的网络化。对于某些保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。天津大学1993 年针对未来三峡水电站500kV超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的 原理，初步研制成功