變壓器主保護——差動保護設計畢業(yè)設計

1、目錄第一章 ：變壓器保護概述21.1國內外變壓器差動保護研究發(fā)展現(xiàn)狀21.2 課題內容及意義21.3 設計電站的原始資料（地區(qū)電網系統(tǒng)接線圖）3第二章 ：變壓器的繼電保護介紹42.1 變壓器原理介紹42.2 電力變壓器的故障類型、異常工作情況52.2.1 變壓器的故障類型52.2.2 變壓器的異常工作情況52.3 變壓器繼電保護方式62.4 變壓器保護的基本要求6第三章 變壓器差動保護73.1 國內外差動保護綜述73.2 變壓器的差動保護83.2.1 變壓器差動保護的基本原理83.2.2.變壓器差動回路不平衡電流的分類93.3 各種變壓器主保護的討論11第四章 短路電流的計算154.1 短路計

2、算基本說明及步驟154.1.1 短路計算程序運行前的準備工作154.1.2 短路計算程序運行步驟164.2 短路計算結果17第五章 主變差動保護整定計算過程及計算結果表185.1 主變差動保護基本原理說明185.2 主變差動保護整定計算過程195.2.1 計算各側一次額定電流、差動保護TA變比、二次額定電流及平衡系數195.3 整定計算結果一覽表21第六章 集成電路型過電流繼電器電子電路設計226.1 構成方框圖及其說明226.1.1 構成方框圖226.2 典型模塊電路及其仿真226.2.1 全波整流電路及其仿真226.2.2 濾波電路及其仿真246.2.3 延時電路及其仿真276.2.4 展

3、寬電路及其仿真286.3 整體過電流繼電器電子電路及其仿真306.3.1 過電流繼電器整體電子電路306.3.2 整體電子電路仿真步驟及仿真結果30第七章 總結31參 考 文 獻32變壓器主保護差動保護設計第1章 ：變壓器保護概述隨著電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，繼電保護技術就相伴而生。與當代新興科學技術相比，電力系統(tǒng)繼電保護是相當古老了，然而電力系統(tǒng)繼電保護作為一門綜合性科學又總是充滿青春活力，處于蓬勃發(fā)展中。之所以如此，是因為它特別注重理論與實踐并重，與基礎理論、新理論、新技術的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起，同時也與電力系統(tǒng)的運行和發(fā)展息息相關。電力系統(tǒng)自身的發(fā)展是促進繼電保護發(fā)展的內因，是繼電保護發(fā)展的源泉和動

4、力，而相關新理論、新技術、新材料的發(fā)展是促進繼電保護發(fā)展的外因，是電力系統(tǒng)繼電保護發(fā)展的客觀條件和技術基礎。1.1國內外變壓器差動保護研究發(fā)展現(xiàn)狀隨著超高壓、遠距離輸電在電力系統(tǒng)中的應用越來越廣泛，大容量變壓器的應用日益增多，對變壓器保護的可靠性、快速性提出了更高的要求。電力變壓器在空載合閘投入電網或外部故障切除后電壓恢復時會產生數值很大的勵磁涌流，同時波形嚴重畸變，容易造成差動保護誤動作，直接影響到變壓器保護的可靠性。差動保護一直是電力變壓器的主保護，其理論根據是基爾霍夫電流定律，對于純電路設備，差動保護無懈可擊。但是對于變壓器而言，由于內部磁路的聯(lián)系，本質上不再滿足基爾霍夫電流定律，變壓器

5、勵磁電流成了差動保護不平衡電流的一種來源。當前變壓器差動保護的主要矛盾仍然集中在勵磁涌流和內部故障電流的鑒別上。近十多年來，國內外許多學者致力于變壓器繼電保護的研究，提出了不少判別勵磁涌流的新原理和新方法。1.2 課題內容及意義根據以上的分析及對目前應解決問題的研究，得到本課題所作研究的目的：運用小波原理，探求新的勵磁涌流與內部故障判別方法。其意義在于通過研究新判據，嘗試以小波分析方案完善目前的勵磁涌流判據，提高差動保護的可靠性。1.3 設計電站的原始資料（地區(qū)電網系統(tǒng)接線圖）第2章 ：變壓器的繼電保護介紹2.1 變壓器原理介紹變壓器主要是用來輸變電的，變壓器能量傳遞是通過電磁感應而實現(xiàn)的，所

6、以分析變壓器電磁關系要根據有關電和磁的規(guī)律。每臺變壓器必須有電路和磁路，而電路和磁路又是電場和磁場的簡化，但是在遇到一些細致的問題時，我們還是必須要用場的方法來解決。一般變壓器的電路是由繞組構成，而磁路是指定的磁通所通過的部分。(1)電路分析:對于普通電力變壓器，就是指那些單相、三相、雙繞組和三繞組電力變壓器，由于他們繞組的聯(lián)結方式不同，所以繞組電流，線電流，相電流的計算公式都是不一樣的。但都可以用表達式來表示。其中K是比率系數，P是額定容量，是額定電壓。而繞組的匝數取決于鐵心心柱截面的大小。因為當鐵心采用某一牌號硅鋼片以后，磁密B基本上是一個變化范圍很小的量;而且在某一相電壓作用下，繞組每匝

7、電勢與該繞組匝數W的乘積也是一個常量，所以鐵心柱截面A大時，繞組每匝電勢也大，則該繞組匝數減小。既然繞組的匝數完全取決于每匝電勢，當f=50Hz時，根據每匝電勢和外加電壓我們就可以計算出各繞組的匝數。當發(fā)生匝間短路時，繞組匝數將變小，電勢E也將變小，而電流分量將增大，引起變壓器差動保護動作。(2)磁路分析鐵心是變壓器的磁路，變壓器是由電能輸入側，即一次繞組側勵磁的。在一次與二次繞組間建立起交變磁通的電流，稱為勵磁電流或磁化電流。具有磁性鐵心的變壓器，交變磁通大部分在鐵心中流通，該磁通叫做主磁通。雙繞組變壓器負載時的磁式方程為 (2-1)或 (2-2)將上式改寫為: (2-3)式中，次電流的負載

8、分量。由上式可以看出，一次電流乃是勵磁電流與一次電流負載分量IAHT的矢量和，等于運用一二次匝數比折算的二次電流，并取負號，即 （2-4）于是，變壓器的磁場可以看作兩個部分，一是由勵磁磁勢建立;二是由其和等于零的二次電流和一次電流負載分量的磁勢所建立的。這個由合成磁勢所建立的磁場，按照全電流定律，不可能包含與變壓器的兩個繞組都鉸鏈的磁通，僅可能包含與一個繞組逐次或完全鉸鏈的磁通。這個磁場，就叫做變壓器的漏磁場。如果變壓器在空載和負載時，一次繞組端所施加的電壓是相等的，則變壓器的空載電流和負載時的勵磁電流二者在大小、相位與波形上相差很小。由公式 (2-5)式中 外加電壓V;由主磁通產生的電勢V;

9、次繞組的阻抗壓降V。2.2 電力變壓器的故障類型、異常工作情況電力變壓器是電力系統(tǒng)普遍使用的重要電氣設備。它的安全運行直接關系到電力系統(tǒng)供電和穩(wěn)定運行，特別是大容量電力變壓器一旦因故障而損壞，造成的損失就更大。因此必須針對電力變壓器的故障和異常工作情況，根據其容量和重要程度，裝設動作可靠、性能良好的繼電保護裝置。2.2.1 變壓器的故障類型變壓器故障包括變壓器油箱內部故障和油箱外部故障。變壓器油箱內部故障包括繞組的相間短路、匝間短路和中性點接地系統(tǒng)側的接地短路。這些故障由于短路電流產生的高溫電弧不僅燒壞繞組絕緣和鐵芯，而且將絕緣材料和變壓器油分解產生大量氣體，使變壓器油箱局部變形，甚至引起爆炸

10、。變壓器油箱外部故障主要是變壓器絕緣套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。2.2.2 變壓器的異常工作情況變壓器的異常工作情況由外部短路引起的過電流、過負荷；油箱漏油造成的油面降低或冷卻系統(tǒng)故障引起的油溫升高；外部接地短路引起的中性點過電壓；過電壓或系統(tǒng)頻率降低引起的過勵磁等。2.3 變壓器繼電保護方式變壓器保護的任務就是反應上述故障和異常工作情況，通過斷路器切除故障變壓器或發(fā)出信號采取措施消除異常情況，并能作為相鄰元件(如母線、線路)的后備保護。根據有關規(guī)定，變壓器應該裝設以下繼電保護裝置。(1)反應變壓器油箱內部各種短路故障和油面降低的瓦斯保護。對容量在0.4MVA及以上油浸式變壓器應該

11、裝設瓦斯保護。(2)反應變壓器繞組或引出線相間短路、中性點直接接地系統(tǒng)側繞組或引出線的單相接地以及繞組匝間短路的縱差動保護。對6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運行的變壓器，10MVA及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器以及2MVA及以上用電流速斷保護靈敏系數不能滿足要求的變壓器，應裝設縱差保護。對高壓側電壓為330kV以上的變壓器，可以裝設雙重差動保護。(3)反應變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護和縱差動保護后備的過電流保護。當過電流保護靈敏系數不滿足要求時，可采用低電壓和復合電壓起動的過電流保護、復序電流保護、低阻抗保護等。(4)反應中性點直接接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的零序電流保護

12、。該保護同時作為變壓器內部接地的后備保護。對于中性點可接地或不接地運行地變壓器需增設零序過電壓保護。(5)反應變壓器對稱過負荷地過負荷保護。(6)反應高壓測電壓為500KV的變壓器由于工作磁通量密度過高引起過勵磁的過勵磁保護。2.4 變壓器保護的基本要求對變壓器保護的基本要求有三個方面:(1)在變壓器發(fā)生故障時應將它與所有的電源斷開；(2)在母線或其它變壓器相連的元件發(fā)生故障，而故障元件由于某種原因(保護拒動或斷路器失靈等)其本身短路器未能斷開情況下，應使變壓器與故障部分分開；(3)當變壓器過負荷、油面降低、油溫過高時，應發(fā)出報警信號；對于變壓器本身和各側引線、套管的故障，為了限制故障擴大，通

13、常采用電流速斷、差動及重氣體保護，快速將變壓器的電源切斷。第3章 變壓器差動保護3.1 國內外差動保護綜述迄今為止，差動保護己經廣泛的應用于變壓器保護當中，并且微機型保護已其巨大的優(yōu)越性被廣大用戶所認可，所以微機變壓器差動保護迎來一個快速發(fā)展的春天。根據有關文獻本文大致將差動保護目前的情況敘述如下。目前，各個繼電器生產廠家都將二次諧波制動原理作為主要的涌流閉鎖方案。其次是間斷角原理以及近來興起的模糊識別原理。特別是當電力部規(guī)程要求220KV以上電壓等級的變壓器保護都必須配備不同原理的差動保護之后，間斷角原理和模糊識別原理發(fā)展較為迅速，并且在實踐中得到較多的運用和改善?？傊@三種原理的差動保護

14、己經可以稱它們?yōu)橹髁鳎还苁菄鴥冗€是國外的設備都可以提供這三種原理的保護。這三種原理從本質上來看是相同的，都是基于波形識別的原理。隨著計算機水平的發(fā)展，CPU等主要芯片運算速度和精度的提高，必將會使得這三種原理的保護日趨完善和可靠。但是這三種原理都有其固有的瑕疵。因為它們都是基于對勵磁涌流的一種基本認識:含有禍次諧波、存在波形間斷、波形偏向時間的上半軸等等。而對于勵磁涌流的這種認識雖然得到目前的公認，但精確的量化卻很難做到，所以具體到保護的判據，則存在某種經驗的數據，所以也帶來誤動的可能。同時，以上三種算法非常依賴于計算的精度，所以對計算的采樣要求較高，特別是對于間斷角原理。同時這種依賴于波形

15、識別(特別是影響波形的不確定因素較多)的原理也存在靈敏度不滿足要求的問題，例如對于匝間短路。計算機技術以及數學學科的發(fā)展為新的保護原理的具體應用和實現(xiàn)打下了堅實的物質基礎。歸納起來主要有以下幾種:(1)變壓器特殊運行狀態(tài)及內部短路計算和數學仿真研究(2)具有虛擬三次諧波勵磁涌流判別技術(3)基于回路方程算法的差動保護(4)基于電感倒數等效電路的的差動保護(5)基于勵磁電抗(電感)數值大小的空載合閘涌流判據(6)小波變換在差動保護中的應用(7)基于參數辨識的差動保護(8)基于磁制動方案(9)等值電路參數鑒別法目前，這幾種保護的方法尚在理論研究階段，它們的突破將為變壓器的保護開創(chuàng)新的天地。差動保護

16、目前主要有如下幾種方式:(1)比率制動式差動保護(2)標積制動式差動保護(3)其它類型的差動保護:比如零序差動、分側差動保護、不完全差動保護、差動速斷保護等。(4)基于比率制動式差動保護原理對于高電阻故障(即低故障電流)不靈敏，美國Mcclee:等提出新的差動繼電器方法，即將制動電流及差動電流中的故障前電流除出，這種保護在高阻故障時靈敏度較高。3.2 變壓器的差動保護3.2.1 變壓器差動保護的基本原理對于構成理想變壓器模型，差動保護在原理上只能反映被保護設備內部短路電流，而不管外部有多嚴重。I-I I-I (a) 兩相變壓器原理圖 （b）三相變壓器原理圖圖3-1 變壓器差動保護的原理接線由于

17、變壓器高壓測和低壓測的額定電流不同，因此，為了保證縱差動保護的正確工作，就必須適當選擇兩側電流互感器的變化，使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等。例如圖3-1(a)中，應使 或 （3-1）式中 高壓測電流互感器的變比；低壓測電流互感器的變比；變壓器的變比(即高，低壓測額定電壓之比)。當被保護設備發(fā)生短路(橫向故障)時，有,為流向保護設備的端電流向量，如同圖3-1圖所示。差動保護就反應了這個內部短路電流,保證此保護的明確選擇性，快速性和高度靈敏性，當然也失去了對相鄰元件的遠后備保護功能。3.2.2.變壓器差動回路不平衡電流的分類變壓器的縱差動保護需要躲開差動回路中的不平衡電流?，F(xiàn)對其不平

18、衡電流產生進行分類討論：(1)由變壓器勵磁涌流,所產生的不平衡電流變壓器的勵磁電流：僅流經變壓器的某一側，因此，通過電流互感器反應到差動回路中不能被平衡，在正常運行情況下，此電流很小，一般不超過額定電流的210%。在外部故障時，由于電壓降低，勵磁電流減小，它的影響更小。但是當變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復時，則可能出現(xiàn)數值很大的勵磁涌流。其數值最大可達額定電流的68倍，同時包含有大量的非周期分量和高次諧波分量。勵磁涌流的大小和衰減時間，與外加電壓的相位、鐵心中剩磁的大小和方向、電源容量的大小、回路的阻抗以及變壓器容量的大小和鐵心性質等有關系。(2) 由變壓器兩側電流相位不同而產生的不平

19、衡電流由于變壓器常采用Y/11的接線方式，因此，其兩側電流相位差30。為了消除這種不平衡電流的影響，通常都是將變壓器星形側的三個電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側的三個電流互感器接成星形，并適當考慮聯(lián)接方式后即可把二次電流的相位校正過來。但是電路互感器采用上述聯(lián)接方式后，在互感器接成側的差動一臂中，電流又增大倍。此時為保證正常運行及外部故障情況下差動回路中應沒有電流，就必須將該側電流互感器的變比加大倍，以減小二次電流，使之與另一側的電流相等，故此時選擇變比的條件(3)由計算變比與實際變比不同而產生的不平衡電流由于兩側的電流互感器都是根據產品目錄選擇標準變比，而變壓器的變比是一定的，因此，

20、三者的關系很難滿足的要求，此時差動回路中將有電流流過。當采用具有速飽和鐵心的差動繼電器時，通常利用它的平衡線圈來消除此差動電流的影響。(4)由兩側電流互感器型號不同而產生的不平衡電流由于兩側電流互感器的型號不同，它的飽和特性、勵磁電流也不同，因此，在差動回路中所產生的不平衡電流也就較大。此時應采用電流互感器的同型系數。(5)由變壓器帶負荷調整分接頭而產生的不平衡電流帶負荷調整變壓器的分接頭，是電力系統(tǒng)中采用帶負荷調壓的變壓器來調整電壓的方法，實際上改變分接頭就是改變變壓器的變比，如果差動保護已經按照某一變比調整號，則當分接頭改換時，就會產生一個新的不平衡電流流入差動回路。此時不可能再重新選擇平

21、衡線線圈匝數的方法來消除這個不平衡電流，這是因為變壓器的分接頭經常在改變，而差動保護的電流回路在帶電的情況下是不能進行操作的。因此，對由此產生的不平衡電流，應在縱差動保護的整定值中給予考慮。總括看來，上述2,3項可以選擇互感器二次線圈使其降到最低。但是1,4，5各項不平衡電流，實際上是不可能消除的，因此，變壓器的縱差動保護必須躲開這些不平衡電流的影響。由于在滿足選擇性的同時，還要求保護內部故障時有足夠的靈敏性，這就是構成變壓器差動保護的主要困難。根據上述分析，在穩(wěn)定情況下，為整定變壓器縱差動保護所采用的最大不平衡電流 (3-2)式中 10%電流互感器容許的最大相對誤差;電流互感器的同型系數，取

22、為1;由帶負荷調壓所引起的相對誤差，如果電流互感器二次電流在相當于被調節(jié)變壓器額定抽頭的情況下處于平衡時，則U等于電壓調整范圍的一半;由于所采用的互感器變比或平衡線圈的匝數與計算值不同時，所引起的相對誤差;保護范圍外部最大短路電流歸算到二次側的值。3.3 各種變壓器主保護的討論如前所述，在討論變壓器內部故障主保護的時候，應該首先注意變壓器差動保護不平衡電流大，較易誤動;同時注意流出電流對變壓器小匝數匝間短路時差動保護靈敏度的影響。此外還應該注意空載合閘時勵磁涌流對變壓器差動保護的誤動、帶有匝間短路的變壓器在空載合閘時差動保護的延緩動作以及過勵磁情況下的變壓器差動保護動作行為。（1）比率制動式差

23、動保護采用這一原理的差動保護，既能在外部短路時有可靠的制動作用，又能在內部短路時有較高的靈敏度。但是它對內部短路時的流出電流適應能力較差，對勵磁涌流和過勵磁也需采取特殊措施。比率制動特性的原理在數字保護上的改進，主要體現(xiàn)在它的動作電流不是固定不變的，它隨著外部短路電流的增大而增大，所以能保證區(qū)外故障不誤動，同時對內部短路又有較高的靈敏度。對于雙繞組變壓器，具有如圖3-2中的折線，相應的動作判據為 圖3-2 二折線比例制動特性 圖3-3 三折線比例制動特性 當+ 當 (3-4)式中為比率制動縱差動保護制動系數。，iop.0為最小動作電流，為最小制動電流。它的動作特性如圖3-3，它有三個部分組成：

24、無制動區(qū)，比率制動區(qū)和速飽和區(qū)。當制動電流小于拐點電流的時候，動作電流為常數起動電流；當制動電流大于拐點電流的時候，動作電流隨制動電流的增長而沿著一條直線增長;當動作電流大于差動速斷電流時，反應了故障情況嚴重，保護將無延時地動作出口。在討論變壓器內部故障主保護地時候，首先應該注意變壓器差動保護地不平衡電流較大，較易誤動：同時需要注意流出電流對變壓器輕微匝間短路時差動保護靈敏度地影響。區(qū)外故障的時候繼電器的差流并非為零，差動回路存在穩(wěn)態(tài)不平衡電流和暫態(tài)不平衡電流，在無制動區(qū)，差動回路以消除固定誤差為主，動作電流很小:對于制動區(qū)，因TA感受的電流超過了額定電流，致使誤差隨外部短路電流增加的很快，不

25、平衡電流增大，誤差電流隨著區(qū)外故障電流的增加而增加，動作特性是一條比率制動直線。由分析可以得出結論:對于有流出電流的情況，二折線比率制動特性的差動保護，靈敏度相對低，當變壓器內部輕微匝間短路時有可能拒動。具有三折線比率制動特性的差動保護兼顧了變壓器外部嚴重短路的可靠性和內部輕微短路存在流出電流的靈敏度，其動作判據為: 當 當 當 (3-5)其中K1，K2分別為第二、第三段折線的斜率(常數)，為第二個折點的制動電流。三折線比率制動差動保護具有很好的可靠性和靈敏度，但它的動作特性必須由三段組成，動作判據比較復雜。從圖3-2和圖3-3中可以看出非線性制動特性的要求，但是它們都是由分段直線近似構成的。

26、由于雙曲線均己有開始上升慢，后來上升快的特點，比較適合用來實現(xiàn)非線性制動特性。雙曲線型制動差式差動保護的判據為: (3-6)其中可為常數，為雙曲線定點的縱坐標。用雙曲線制動特性去擬合三折線比率制動特性時，令可得 (3-7)計算表明，由于特別重視嚴重外部短路條件下的可靠性，當越大時，兩種折線制動特性越接近:當小于0.51m時，雙曲線制動特性具有較高的可靠性和較低的靈敏度。(2)標積制動式差動保護定義兩繞組電流I1,I2，的正方向均是流入變壓器，并令,。的相角差為，即差動電流制動電流 當時 (3-8) 當0，有制動電流，有效防止誤動。當變壓器縱差動區(qū)內短路(包括相間、匝間短路和中性點接地一側的接地

27、短路)，如有27090則0，令制動電流，保護靈敏動作在很大的外部短路電流下，TA可能飽和，二次電流幅值減小，比率制動式縱差動保護的不平衡電流急劇增大而制動電流反而減小，可能造成誤動。但是標積制動式縱差動保護在很大的外部短路電流作用下，特別是暫態(tài)非周期分量電流的影響，兩側TA的傳變特性可能相差較大，出現(xiàn)幅值很大的暫態(tài)不平衡電流，但是兩側二次電流的相角差別不致太大，縱差動可靠不誤動。(3)變壓器分側差動保護由于變壓器差動保護區(qū)內包含著原副方繞組間的磁渦合，從而有一些勵磁涌流，過勵磁等引起誤動的特殊問題，這就啟發(fā)我們將一個雙繞組變壓器分解看作兩個被保護對象，對與每一繞組內部短路保護就完全等同與發(fā)電機

28、一相定子繞組的相間短路保護，從而非常簡單，與空載合閘涌流、過勵磁電流完全無關，因為這些電流對分側差動保護而言是穿越性電流。(4)差動速斷保護變壓器差動保護原理復雜，裝置中常用到各種濾波環(huán)節(jié)，使保護動作速度比較慢。為了取得在嚴重的內部短路時有高速的保護，一般在比率制動式或標積制動式差動保護的基礎上，利用原有裝置中的差動電流，不經濾波電路，直接采用差動電流的全波幅值作為動作量，沒有制動量，這就是差動速斷保護。差動速斷保護的動作電流應按變壓器空載合閘、有最大勵磁涌流時不誤動作為整定原則。對于大型變壓器，還應考慮外部短路時可靠不誤動。所有這些保護都是根據變壓器內部一些特征量而提出的，他們都是以差動保護

29、為基礎，但是差動原理應用與變壓器保護卻遇到了越來越多的困難，如前所述，差動保護的最基本概念是當被保護設備完好時，不管外部系統(tǒng)發(fā)生何種短路或是擾動，恒有 (3-10)對發(fā)電機、電動機、電抗器、電容器、母線等電氣設備均成立，但是對變壓器卻不成立，因為對于n個繞組的變壓器在正常運行或外部短路時有 (3-11)正常情況或是外部短路時，對于大型變壓器而言，就非常接近發(fā)電機等主設備差動保護實際條件。但是當無故障的變壓器空載合閘或是切除外部短路時，或者過電壓或是過勵磁，情況就不一樣了。為防止誤動有二次諧波和五次諧波制動等方案。但是由于眾多因素的影響，二次和五次諧波電流的大小很難確切定量，從而造成誤動。從物理

30、概念上講變壓器差動保護范圍內，不僅包含電路，而且包含非線性的鐵芯磁路，造成當變壓器本身無故障、空載合閘或僅有異常情況時，差動保護具有很大的差動電流。目前為了探索更好的變壓器保護原理，又提出如下變壓器微機主保護?；诨芈贩匠趟惴ǖ淖儔浩魑C型主保護基于電感倒數等效電路的變壓器微機型主保護模糊邏輯在變壓器差動保護中的初步應用小波變換在變壓器差動保護中的應用研究基于勵磁電抗數值大小的空載合閘涌流判據另外為了分析變壓器內部短路的狀況，又提出了變壓器內部短路計算的基本方法以及電感參數的計算最后瓦斯保護也是變壓器油箱內故障的一種主要保護，特別是鐵芯故障。但是當電氣故障時瓦斯保護反應較遲。瓦斯保護的運行實踐

31、說明，誤動作率較高，當前主要問題仍是提高可靠性。第4章 短路電流的計算4.1 短路計算基本說明及步驟短路計算是保護整定計算和電氣設備選擇校驗的重要依據，本次短路計算采用正序等效定則和運算曲線法，利用短路計算程序完成。短路計算步驟如下：4.1.1 短路計算程序運行前的準備工作 首先根據設計要求確定所需的短路點數量及具體位置根據需要共設2個短路點d1d2，具體位置如下圖所示：圖4.1-1 短路點設置圖 針對所計算的地區(qū)電網在最小運行方式下的支路及節(jié)點進行編號，形成最小網絡拓撲圖（由于比率制動型差動保護僅僅在校驗靈敏度時需要計算最小短路電流，因此只考慮最小運行方式。最小運行方式僅僅考慮電源的最小方式

32、，不考慮電網中環(huán)網斷開的情況）節(jié)點編號順序：先短路節(jié)點，后其它節(jié)點，所有電源節(jié)點作為參考節(jié)點0；支路編號順序：先電源支路(水電,火電,有限系統(tǒng),無限系統(tǒng))，后其它支路。（所有短路點皆為節(jié)點，除此以外若任一短路點短路時，某點將出現(xiàn)短路電流分支，則該點也為節(jié)點；任一短路點短路時都不會流過短路電流的支路可不編入網絡拓撲圖，例如負荷支路）。網絡拓撲圖如下圖所示（因差動保護校驗靈敏度時要考慮變壓器單側電源供電時內部短路的最小短路電流情況，因此高壓側分別按火電廠單獨供電和系統(tǒng)單獨供電兩種情況考慮，最后選取其中較小者）：a.主變T2高壓側只有火電電源F火情況 b. 主變T2高壓側只有系統(tǒng)電源Sxi情況圖4.

33、1-2 短路計算網絡拓撲圖4.1.2 短路計算程序運行步驟（只計算最小運行方式，但要分別計算以上兩種拓撲圖的情況） 運行“輸入系統(tǒng)參數模塊”*輸入網絡拓撲參數*輸入系統(tǒng)基本參數*輸入支路原始參數 運行“支路正、負序電抗計算模塊” 運行“短路電流計算模塊”從工程需要出發(fā)，對系統(tǒng)最小運行方式下的三相短路、兩相短路進行計算，計算出短路發(fā)生后0s和4s各支路的短路電流和母線殘余電壓（有名值為歸算到短路點電壓等級下的數據，短路電流數值為三相中最大短路電流值）。整定計算中，所有主保護皆采用0s的短路計算結果；所有的后備保護皆采用4s的短路計算結果。短路計算參數輸入時，各等級電壓值按平均電壓輸入（例如110

34、kV等級輸入115kV，10kV等級輸入10.5kV，6kV等級輸入6.3kV）；發(fā)電電源的負序參數若未給出，輸入時可按正序參數輸入。4.2 短路計算結果根據整定計算要求列出所需的短路計算結果如下：表4.2-1 支路短路電流計算結果表主變T2高壓側只有火電電源F火情況短路點短路類型支路編號運行方式短路時間短路電流符號數值備注(折算到高壓側)d1兩相短路3最小0秒I(2)d1.b3.min.0s0.046kA0.046kAd1兩相短路2最小0秒I(2)d1.b2.min.0s0.554kA0.554kAd2兩相短路3最小0秒I(2)d2.b3.min.0s2.312kA0.210kAd2兩相短路

35、1最小0秒I(2)d2.b2.min.0s0.586kA0.053kA主變T2高壓側只有系統(tǒng)電源Sxi情況短路點短路類型支路編號運行方式短路時間短路電流符號數值備注(折算到高壓側)d1兩相短路3最小0秒I(2)d1.b3.min.0s0.046kA0.046kAd1兩相短路2最小0秒I(2)d1.b2.min.0s0.609kA0.609kAd2兩相短路3最小0秒I(2)d2.b3.min.0s2.354kA0.214kAd2兩相短路1最小0秒I(2)d2.b2.min.0s0.587kA0.053kA第5章 主變差動保護整定計算過程及計算結果表5.1 主變差動保護基本原理說明對于構成理想變壓

36、器模型，差動保護在原理上只能反映被保護設備內部短路電流，而不管外部有多嚴重。 (a) 兩相變壓器原理圖 （b）三相變壓器原理圖圖5-1 變壓器差動保護的原理接線由于變壓器高壓測和低壓測的額定電流不同，因此，為了保證縱差動保護的正確工作，就必須適當選擇兩側電流互感器的變化，使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等。例如圖3-1(a)中，應使 或 （3-1）式中 高壓測電流互感器的變比；低壓測電流互感器的變比；變壓器的變比(即高，低壓測額定電壓之比)。當被保護設備發(fā)生短路(橫向故障)時，有,為流向保護設備的端電流向量，如同圖3-1圖所示。差動保護就反應了這個內部短路電流,保證此保護的明確選擇性

37、，快速性和高度靈敏性，當然也失去了對相鄰元件的遠后備保護功能。5.2 主變差動保護整定計算過程針對A站主變T2采用具有比率制動、二次諧波制動及差動速斷的差動保護。圖5.2-1 被保護變壓器T2及其網絡結構圖5.2.1 計算各側一次額定電流、差動保護TA變比、二次額定電流及平衡系數名稱各側數據Ue(kV)10（側）110（Y0側）Ie1(A)8000/(10.5)=439.898000/(110)=41.99TA接法YYTA計算變比nTA.js439.89 / 541.99 / 5TA實際變比nTA500/550/5Ie2(A)4.404.20平衡系數Kph0.9551選擇TA實際標準變比nTA

38、時，應不小于并趨近于計算變比（保證實際二次額定電流不超過5A）。選高壓側為基本側（一般選主電源側為基本側），通過乘以平衡系數將其他側二次額定電流調整為與基本側相同（整定計算都歸算到基本側）。5.2.2 比率制動特性曲線：圖5.2-2 比率制動特性圖差動電流：Icd=；制動電流：Izh=（：主變高壓側、低壓側電流折算到二次側的值，皆以流向變壓器內部為正）3、比率制動特性整定計算(1) 確定最小動作電流Idz.min ：躲過正常（負荷）運行時的最大不平衡電流Idz.min=KkIbp.fh.max= (2fi(e)+U) Ie2.jbfi(e)：額定電流下TA的比值誤差；U：調整分接頭的相對誤差；

39、Ie2.jb：基本側二次額定電流一般采用經驗公式：Idz.min=(0.200.50) Ie2.jb 取：Idz.min=0.4 Ie2.jb =0.44.2=1.68A(2) 拐點電流Izh.min=(0.81.2)Ie2.jb ?。篒zh.min= Ie2.jb =4.2A(3) 制動特性斜率m 外部最大短路時最大不平衡電流Ibp.max=(Ktx fi+U) Id.w.max / nTA.jbKtx：TA的同型系數（不同型取1；同型取0.5）fi：TA的比值誤差，取10%（即0.1）U：有載調整分接頭的相對誤差，取總調壓范圍的一半Id.w.max：外部短路的最大短路電流nTA.jb：基本

40、側電流互感器變比 此時的動作電流應躲過Ibp.max，即：Idz.max =KkIbp.max （可靠系數Kk取1.31.5） 此時的制動電流Izh = Id.w.max / nTA.jb 制動特性曲線過(Izh , Idz.max)點，特性曲線斜率：m=一般采用經驗公式：m =0.30.5 取m =0.4(4) 內部短路的Klm校驗用系統(tǒng)最小運行方式下，變壓器T出口金屬性短路的最小短路電流周期分量（考慮變壓器單側電源供電的情況）校驗：Id.ck.min= minI(2)d1.b3.min.0s I(2)d1.b2.min.0s I(2)d2.b3.min.0s I(2)d2.b1.min.0

41、s =0.046kA=46A計算在Id.ck.min情況下相應的制動電流Izh=Id.ck.min/ nTA.jb=2.3A由比率制動特性查出（算出）對應Izh的動作電流：(4.2A)因為：Izh(2.3A)2.0 滿足要求4、二次諧波制動勵磁涌流二次諧波閉鎖保護。閉鎖（制動）條件：Icd.2/ Icd.1 K2 Icd1、Icd2：差動電流的基波、二次諧波模值。K2：二次諧波制動比（定值），K2的選取： 距電源較近的中小型T：13%15% 容量較大的T：16%18% 大型發(fā)-變組：18%20%取K2=14%5、差動速斷的整定：躲過勵磁涌流及外部短路的最大不平衡電流原則：Idz.sd = Kk

42、Ily.max 經驗公式：Idz.sd =(810) Ie2.jb取Idz.sd =8Ie2.jb=84.2=33.6A5.3 整定計算結果一覽表表5.3-1 整定計算結果表被保護設備定值類型定值備注變壓器T2平衡系數Kph.H=1 Kph.L=0.955變壓器T2比率制動特性Idz.min=1.68A, Izh.min=4.2A, m=0.4Klm =2.73變壓器T2二次諧波制動K2 =0.14變壓器T2差動速斷Idz.sd =33.6A第6章 集成電路型過電流繼電器電子電路設計6.1 構成方框圖及其說明6.1.1 構成方框圖圖4.1-1 過電流繼電器構成方框圖6.1.2 方框圖說明變換器

43、：將輸入的電流變換成與之成正比的幅值較小的電壓量（將5A的電流變換成1V的電壓）。濾波電路用于濾除原始信號中的干擾波而提取50Hz基波（采用低Q濾波，Q為品質因數，取0.51左右）。全波整流電路用于將原輸入信號的負半周上翻為正半周（有利于加快保護動作速度，即原信號在正半周或負半周皆可進行動作判斷）。比較器用于動作判斷。延時3ms用于防止毛刺干擾造成保護誤動（毛刺干擾持續(xù)時間一般不超過2ms）。展寬12ms用于在滿足動作條件的情況下（即比較器輸出周期為10ms并具有一定寬度的正方波時）保證輸出連續(xù)的高電平動作信號。6.2 典型模塊電路及其仿真6.2.1 全波整流電路及其仿真(1) 全波整流仿真電

44、路圖及仿真說明圖6.2-1 全波整流仿真電路圖仿真時輸入有效值為10V（由于運算放大器的直流工作電源電壓為20V，因此輸入交流信號的最大峰值不能超過20V，即有效值不超過14V）頻率為50Hz的正弦交流，用仿真示波器觀察輸入及輸出波形；再將電子電路中的兩個二極管皆反向，再觀察輸入及輸出波形特點。(2) 全波整流電路仿真波形2個二極管正接的情況圖6.2-2 2個二極管正接的仿真波形圖2個二極管反接的情況圖6.2-3 2個二極管反接的仿真波形圖6.2.2 濾波電路及其仿真(1) 濾波仿真電路圖及仿真說明圖6.2-4 濾波電路的仿真電路圖分別仿真輸入1Hz、50Hz、2000Hz三種交流情況仿真時輸

45、入有效值為10V（由于運算放大器的直流工作電源電壓為20V，因此輸入交流信號的最大峰值不能超過20V，即有效值不超過14V）頻率分別為1Hz、50Hz、2000Hz的正弦交流，用仿真示波器觀察觀察不同頻率情況下輸出交流波的幅值變化情況。再用仿真波特儀觀察濾波電路的頻譜圖（即各種不同頻率時的放大倍數的變化曲線）。(2) 濾波電路仿真波形輸入1Hz的仿真波形圖6.2-5 輸入1Hz的仿真波形圖由圖中可看出，輸入幅值為13.93V，而輸出幅值為0.64V，可見針對1Hz信號，輸出大大衰減。輸入50Hz的仿真波形圖6.2-6 輸入50Hz的仿真波形圖由圖中可看出，輸入幅值為14.14V，輸出幅值為15

46、.31V，可見針對50Hz信號，輸出基本不變。輸入2000Hz的仿真波形圖6.2-7 輸入2000Hz的仿真波形圖由圖中可看出，輸入幅值為13.89V ，而輸出幅值為0.73V，可見針對2000Hz信號，輸出大大衰減。濾波電路的頻譜圖圖6.2-8 濾波電路的頻譜圖波特儀的縱軸采用線性坐標，且坐標起點值設為0終點值設為5；橫軸采用對數坐標，坐標起點值設為1Hz終點值設為1MHz。將波特儀上的定位觀察線拉到對應于頻譜圖的幅度最大位置，可讀出中心頻率為49.33HZ，其相應的放大倍數為1.03。6.2.3 延時電路及其仿真(1) 延時仿真電路圖及仿真說明圖6.2-9 延時電路的仿真電路圖分別仿真延時

47、3ms和20ms兩種情況。仿真時利用函數發(fā)生器輸入10Hz的方波，頻率設為10Hz，占空比設為50%，幅值設為20V，通過改變電容充電回路中電阻或電容的參數來改變延時時間，用示波器觀察輸入及輸出波形。(2) 延時電路仿真波形延時3ms仿真波形圖6.2-10 延時3ms仿真波形圖將仿真示波器上的兩根定位觀察線分別拉到對應于輸入方波和輸出方波的上升沿位置，可讀出兩位置的時間差（即延時時間）t為3.11ms。延時20ms仿真波形圖6.2-11 延時20ms仿真波形圖將仿真示波器上的兩根定位觀察線分別拉到對應于輸入方波和輸出方波的上升沿位置，可讀出兩位置的時間差（即延時時間）t為21.04ms。6.2.4 展寬電路及其仿真(1) 展寬仿真電路圖及仿真說明圖6.2-12 展寬電路的仿真電路圖分別仿真展寬12ms和30ms兩種情況。仿真時利用函數發(fā)生器輸入10Hz的方波，頻率設為10Hz，占空比設為50%，幅值設為20V，通過改變電容放電回路中電阻或電容的參數來改變展寬時間，用示波器觀察輸入及輸出波形。(2) 展寬電路仿真波形展寬12ms仿真波形圖6.2-13 展寬12ms仿真波形圖將仿真示波器上的兩根定位觀察線分別拉到對應于輸入方波和輸出方波的下降沿位置，可讀出兩位置的時間差（即展寬時