毕业设计微机变压器保护原理分析及应用预计

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1、浙江工业大学毕业设计说明书（论文）目 录前 言3第一章 绪论41.1 微机继电保护概况41.1.1微机继电保护的发展41.1.2微机继电保护的基本构成51.1.3微机继电保护与常规的模拟式的区别51.1.4微机继电保护特点61.1.5微机继电保护的发展趋势6第二章 微机继电保护的理论基础92.1微机保护装置硬件系统的基本构成92.2 微机继电保护算法基础102.2.1数字滤波器102.2.2富氏算法12第三章 微机变压器保护153.1微机变压器差动保护153.1.1变压器差动保护原理153.1.2微机差动电流的获取方式：163.2外部故障和内部故障的区分163.2.1具有折线制动特性的差动原理

2、163.2.2利用标积制动区分内外故障183.3励磁涌流的鉴别203.3.1 利用二次谐波制动原理来躲过励磁涌流203.3.2 利用间断角原理来躲过励磁涌流203.3.3 利用波形对称法来躲过励磁涌流223.4各原理的分析及较27第四章 RCS-978系列变压器成套保护装置的认识314.1硬件原理说明314.2保护工作原理324.2.1 装置管理总起动元件及CPU板起动元件324.2.2 变压器差动各侧电流相位差补偿和平衡334.2.3 稳态比率差动保护334.2.4 差动保护在过励磁状态下的闭锁判据354.2.5 励磁涌流判别原理354.2.6 小结36第五章 新原理及新方法的应用375.1

3、 故障分量比率差动保护原理375.2利用磁通特性来鉴别励磁涌流的原理395.2.1 利用磁通导数的特性鉴别395.2.2“图形识别”法鉴别41附 录44 差动保护比率制动整定中的动作电流与制动系数等关系分析44.1典型比率制动特性及分析44 理想比率制动特性曲线44 实用比率制动特性曲线45 实用比率制动特性曲线分析45.2差动保护比率制动整定步骤47.3小结及注意48 RCS-978稳态比率差动保护中的平衡系数的计算49致 谢50参考文献51前 言 本论文的题目是作者经过阅读大量继电保护书籍而选定的，微机变压器保护原理分析及应用。此毕业设计论文共分五章，第一章主要介绍了微机继电保护的概况及其

4、发展，第二章对微机保护的理论基础包括硬件及一些基本且常用的算法进行了说明，第三章以微机变压器保护原理的实现为中心，着重讨论了微机式变压器差动保护的构成原理及实际运行情况及微机式变压器差动保护外部短路时差动不平衡电流的情况，励磁涌流的识别方案等问题。第四章介绍分析了RCS978数字式变压器成套保护装置的硬件组成、保护原理及功能。它集成了一台主变的全套电量保护,对每台主变采用双套主保护、双套后备保护的配置原则,可提高安全性和可靠性。最后介绍了微机变压器保护的一些新原理等。 在做毕业设计过程中得到了本院老师数月的精心指导，提出很多宝贵的意见，最后由老师进行了仔细的审阅，同时也非常感谢院图书馆、电力系

5、机房给予的大力支持。 由于本人缺少实际的操作经验，对保护的事故现场分析不足，在本文中难免有不足之处，望各位老师批评指导！第一章 绪论1.1 微机继电保护概况电力系统经常发生各种故障，进入不正常的运行状态，可能引发事故，并导致用户停电或电能质量下降，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。继电保护装置能检测电力系统故障及不正常运行状态，动作于断路器跳闸、自动隔离故障，或发生故障告警信号，有助于运行人员或其它自动装置进行故障处理。因此继电保护是保障电力系统安全稳定运行的重要手段。微机保护就是指以数字式计算机（包括微型计算机）为基础而构成的继电保护。1.1.1微机继电保护的发展 微机式继电保护可以说是继电

6、保护技术发展历史过程中的第四代，即从电磁型、晶体管型、集成电路型到微机型。电磁型和整流型保护装置在电力系统中运行时间长，制造和运行维护的经验丰富，抗电磁干扰的性能好，实践证明，这类保护装置的可靠性也较高。但这类保护装置交直流回路的功耗大、动作时间慢、调试工作量大。晶体管型和集成电路型变压器保护装置，在我国已有42多年的制造和运行历史，有成熟的制造技术和比较丰富的运行维护经验。与电磁型、整流型保护装置相比，具有体积小，功耗大，动作速度快，调试简单等优点。虽然在抗电磁干扰方面不如电磁型、整流型保护，但在长期的制造和运行过程中已经摸索出了一套行之有效的抗干扰措施，解决了抗电磁干扰的问题。但很快就被微

7、机继电保护所代替。微机型保护装置具有体积小，功耗小，动作快，功能全，整定方便，运行维护简单等优点。更主要的是，它具有其他型式保护装置不可比拟的、完美的保护性能。此外，还具有打印、记录，能与变电所的微机监控装置通信等功能，给运行及分析研究事故的隐患带来极大方便。在各种微机保护装置发展的同时，利用计算机的特有的优势，还发展了许多新的保护原理，特别是故障分量原理和自适应式保护原理，这些保护原理的引入，使继电保护的性能得到很大的完善和提高。电力系统继电保护是一门综合性的科学，奠基于理论电工、电机学和电力系统分析等基础理论，还与电子技术、通信技术和信息科学等理论、新技术密切的融合在一起。由于计算机络的发

8、展和在电力系统中的大量采用给微机保护提供了无限发展的可能。微机软硬件功能的强大，综合自动化系统的兴起和电力系统光纤信网络的逐步形成使得微机保护不再是一个独立的、任务单一的、消极的待命装置，而是积参与、共同维护电力系统整体安全稳定运行的计算机自动控制系统的基本组成单元。由于网络信息共享的优越性，微机保护可以占用全系统的行数据和信息，应用自适应原理和人工智能方使保护原理、性能和可靠性得到进一步的发展提高。继电保护技术将沿着网络化、智能化、适应和保护、测量、控制、数据通信一体化的方向不断前进。1.1.2微机继电保护的基本构成继电保护的任务是判断电力系统有关设备是否发生故障而决定是否发出跳闸命令，使发

9、生故障的设备尽量迅速地与电力系统隔离。为此，首先要取得与被保护设备有关的信息，根据这些信息，根据不同原理，进行综合和逻辑判断，最后作出决断，并付诸执行。所以，继电保护的基本结构大致上可以分为三部分：信息获取与初步加工；信息的综合、分析与逻辑加工、决断；决断结果的执行。 输入信号通常包括电压电流模拟量和开关量以及一些通讯数据。在测量部分中，由于计算机是数字电路，其工作电平比电力系统互感器的二次输出信号电平还低。为了适应电子器件的弱信号的要求，在电流互感器、电压互感器与电子电路之间要求设置一些传变环节，通常使用电流变换器、电压变换器以至电抗变换器等等。即微机保护要对输入模拟信号进行预处理，再经计算

10、机采样计算后与已给定的整定值进行比较。逻辑部分主要包括信息的综合、分析与逻辑加工、决断等环节。微机保护的主要部分是计算机系统，用来分析计算电力系统的有关电气量和判定系统是否故障，然后决定是否发出跳闸信号。因此，除微机系统主体外，还必须配备自电力系统向计算机送入有关信息的输入接口部分和向电力系统送出控制信息的输出接口部分。此外，微机还要具有相关监控和操作程序，输出记录的信息，以供运行人员分析。这就是人机对话部分。1.1.3微机继电保护与常规的模拟式的区别微机继电保护与常规的模拟式的根本区别是在中间部分，即信息的综合、分析与逻辑加工、决断的环节。区别是在于实现上述功能的手段。常规的模拟式保护是靠模

11、拟电路的构成来实现的即用模拟电路实现各种电量的加、减、乘、除和延时与逻辑组合等要求。而微机保护，即数字式继电保护却是用数字技术进行数值（包括逻辑）运算来实现上述功能的。数字式电子计算机上的数字和逻辑运算是通过软件进行的，即这些运算要通过预先按一定的规则（语言）制定的计算程序进行的。这是与模拟式截然不同的工作模式。也就是说，微机继电保护是由“硬件”和“软件”两部分组成的，硬件是实现继电保护功能的基础。而继电保护原理直接由软件，既由计算程序来实现的，程序的不同可以实现不同的原理。程序的好坏、正确与错误都直接影响着保护性能的优劣、正确或错误。1.1.4微机继电保护特点研究和实践证明，微机保护有许多优

12、点。其主要的特点如下：1 改善和提高继电保护的动作特性和性能 用数学方程的数字方法构成保护的测量元件，其动作特性可以得到很大的改进，或得到常规保护（模拟式）不易获得的特性； 用它的很强的记忆功能更好地实现故障分量保护； 可引进自动控制、新的数学理论基础和技术自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络（ANN）等等。2 可以方便地扩充其他辅助功能 打印故障前后电量波形故障录波、波形分析； 打印故障报告：日期、时间、保护动作元件、时间先后、故障类型； 随时打印运行中的保护定值；利用线路故障记录数据进行测量（故障定位）； 通过计算机网络、通信系统实现与厂站监控交换信息；远方改变定值或工作模式。3. 工

13、艺结构条件优越 硬件比较通用，制造容易统一标准； 装置体积小，减少盘位数量；功耗低。4. 可靠性容易提高 数字元件的特性不容易受温度变化、电源波动、使用年限的影响，不易受元件更换的影响； 自检能力强，可用软件方法检测主要元件、部件工况以及功能软件本身。5. 使用方便 维护调试方便，缩短维修时间； 依据运行经验，在现场可通过软件方法改变特性、结构。6保护的内部动作过程不象模拟式保护那样直观1.1.5微机继电保护的发展趋势 随着计算机技术和通信技术以及各种新方法和新理论在继电保护中的广泛应用，微机保护技术未来趋势是向网络化、综合自动化和智能化发展。微机保护硬件的发展 随着计算机硬件的迅猛发展，微机

14、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构成的第三代硬件结构，其具有总线不需引出芯片，电路简单的特点，抗干扰性能进一步加强，并且完善了通信功能，为实现变电站自动化提供了方便。近年来，数字信号处理(DSP)技术开始广泛应用于微机保护领域。DSP与目前通用的CPU不同，是一种为了达到快速数学运算而具有特殊结构的微处理器。DSP的突出特点是计算能力强、精度高、总线速度快、吞吐量大。将数字信号处理器应用于微机继电保护，极大地缩短了数字滤波、滤序和傅里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。网

15、络化 目前，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（这是首要任务），还要保证全系统的安全稳定运行。微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，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。继电保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障距离的检测愈准确。综合自动化 继电保护、操作控制和监测的集成化趋向称之为变电所等的综合自动化。实际上，保护装置就是一台高性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端，它可从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量