【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目電力變壓器的微機(jī)保護(hù) 摘 要目前，隨著超高壓、特高壓輸變電技術(shù)在全國(guó)范圍的廣泛應(yīng)用，對(duì)于確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的繼電保護(hù)裝置也由傳統(tǒng)的電磁型向微機(jī)型發(fā)展。而電力變壓器作為電業(yè)系統(tǒng)中重要的變換電壓、聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、傳送功率的設(shè)備之一，作為保護(hù)它的裝置，要求更加的可靠和快速。本文在全面介紹和評(píng)述電力系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)原理及其發(fā)展的趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)電力系變壓器的微機(jī)保護(hù)進(jìn)行了專門研究。以所制定的保護(hù)方案為依據(jù)，提出了以中間模擬轉(zhuǎn)換器和電抗轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器等各種微機(jī)變壓器保護(hù)裝置的具體實(shí)現(xiàn)方法。并對(duì)保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)和軟件模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，滿足了變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的要求。本裝置將變壓器運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)與繼電保護(hù)結(jié)合，體現(xiàn)了新一代微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思想。關(guān)鍵詞：變壓器,微機(jī)保護(hù),繼電保護(hù)ABSTRACTIt is widely used that transferring electric power in China..In order to make zhe electrified wrie netting running normally that zhe protective relaying equipment advancing with zhe time.In this paper are introduced prehensively and electrical system of microputer protection principle and development trend of electric power, on the basis of the microputer protection of the transformer specially research. With the protection plan formulated for basis, put forward by the middle analog switches and circuit reactance converter, A/D converter transformer protection device of microputer as the concrete realization method. For protection device and the hardware and software module design makes a detailed research, satisfy the requirements of transformer microputer protection device. This device will transformer running condition monitoring and relay protection union, reflected the new generation of microputer protection device design thought. Keywords: Transformer,Microprocessorbased Protection, Reply protection 目 錄第一章 緒 論 1 第二章 繼電保護(hù)的基本概述 2 電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài) 2 繼電保護(hù)的基本原理、保護(hù)裝置的組成和基本要求 2 繼電保護(hù)的基本原理 2 繼電保護(hù)裝置 3 繼電保護(hù)的基本要求 3 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 4 4 微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成 5 微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)與發(fā)展前景 6 第三章 電力變壓器微機(jī)保護(hù)中各保護(hù)的基本原理 8 瓦斯保護(hù) 8 縱差動(dòng)保護(hù) 9 過(guò)電流保護(hù) 10 溫度信號(hào) 10 第四章 微機(jī)保護(hù)的基本組成 11 概述 11 模擬量輸入系統(tǒng) 11 開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng) 12 CPU主系統(tǒng) 12 微機(jī)保護(hù)的抗干擾措施 13 第五章 微機(jī)保護(hù)的硬件設(shè)計(jì) 14 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 14 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 14 模擬量輸入變換 14 前置模擬低通濾波器 15 采樣保持電路 16 多路轉(zhuǎn)換電路 19 A/D轉(zhuǎn)換電路 21 CPU主系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 CPU8086 23 時(shí)鐘發(fā)生器8284電路 24 24 外圍輸入輸出器件譯碼電路 25 計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)電路 25 中斷管理電路 25 開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng) 25 可編程并行I/O接口芯片8255A 26 開關(guān)量輸入電路 27 28 光電隔離電路 29 人機(jī)接口回路 29 第六章 微機(jī)保護(hù)的軟件設(shè)計(jì) 32 微機(jī)保護(hù)軟件的基本結(jié)構(gòu) 32 數(shù)字濾波 32 微機(jī)保護(hù)的基本算法 34 微機(jī)保護(hù)軟件流程 36 軟件框圖及軟件流程圖 36 數(shù)據(jù)采集 36 8255并行接口輸出 37 數(shù)字濾波 37 輸出部分 38 38 第七章 結(jié)論 40 參考文獻(xiàn) 41 致 謝 42 附錄A: 元件清單 43 附錄B: 程 序 清 單 44 附錄C：電力變壓器微機(jī)保護(hù)硬件原理圖 58 第一章 緒 論在電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)研究領(lǐng)域中，變壓器保護(hù)的研究和開發(fā)一直受到人們的廣泛關(guān)注。一方面，將傳統(tǒng)的保護(hù)原理比如率制動(dòng)和二次諧波制動(dòng)原理應(yīng)用于微機(jī)保護(hù)，并借助計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)針對(duì)保護(hù)原理的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，以提高變壓器的保護(hù)的總體性能。另一方面，充分利用計(jì)算機(jī)的數(shù)字運(yùn)算，邏輯處理以及長(zhǎng)記憶能力，不斷的探索新的保護(hù)原理，如采用故障電流實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)、采樣值差動(dòng)保護(hù)、波形對(duì)稱性原理、以及根據(jù)變壓器磁通變化特性來(lái)判斷勵(lì)磁涌流等。但這些原理的實(shí)際應(yīng)用無(wú)不對(duì)微機(jī)保護(hù)的指揮中心——CPU的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、高速運(yùn)算能力以及與實(shí)時(shí)信號(hào)處理相適應(yīng)的尋址方式等許多方面的特性提出了更高的性能。在研制開發(fā)礦井35KV主變微機(jī)保護(hù)的調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前應(yīng)用于電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的中所采用的CPU多為8位或16位CPU。如INTEL公司的808MCS51系列及其兼容產(chǎn)品、8098086以及80C196等.本文主要在全面介紹和評(píng)述電力系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)原理及其發(fā)展的趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)電力系變壓器的微機(jī)保護(hù)進(jìn)行了專門研究。以所制定的保護(hù)方案為依據(jù)，提出了以中間模擬轉(zhuǎn)換器和電抗轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器等各種微機(jī)變壓器保護(hù)裝置的具體實(shí)現(xiàn)方法。并對(duì)保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)和軟件模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，滿足了變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的要求。本裝置將變壓器運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)與繼電保護(hù)結(jié)合，體現(xiàn)了新一代微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思想。第二章 繼電保護(hù)的基本概述 電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要的電氣設(shè)備。它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)供電的可靠性及運(yùn)行的穩(wěn)定性。變壓器在電力系統(tǒng)的使用數(shù)量較多，且變壓器一旦發(fā)生故障，其影響范圍較大。因此，為了保證電力系統(tǒng)及變壓器的安全，并把故障和異常運(yùn)行狀態(tài)限制在最小，在變壓器中必須裝設(shè)動(dòng)作可靠的，性能良好的繼電保護(hù)裝置。電力變壓器廣泛采用油浸式結(jié)構(gòu)，其故障可分為變壓器油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障兩大類。① 內(nèi)部故障由于變壓器置身油箱內(nèi)部，因而變壓器油箱內(nèi)部故障應(yīng)包括有繞組的相間短路、匝間短路和中性點(diǎn)接地系統(tǒng)側(cè)的接地短路。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生這些故障時(shí)，短路電流在故障點(diǎn)產(chǎn)生的高溫電弧不僅可能燒壞繞組絕緣材料和鐵心，而且由于絕緣材料和變壓器油劇烈氣化產(chǎn)生大量氣體，可能使變壓器油箱局部變形，嚴(yán)重時(shí)甚至引起油箱爆炸。因此，變壓器油箱內(nèi)部故障是電力系統(tǒng)最危險(xiǎn)的故障之一，在配置變壓器保護(hù)時(shí)應(yīng)該注意。② 外部故障變壓器油箱外部故障主要是在電力系統(tǒng)絕緣套管和引出線上發(fā)生的相間短路和中性點(diǎn)接地系統(tǒng)側(cè)的接地短路。變壓器的異常運(yùn)行狀態(tài)有多種，常見的有外部短路引起的過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷、油箱漏油造成的油面降低或冷卻系統(tǒng)，系統(tǒng)故障引起的油溫升高。外部接地短路引起的中性點(diǎn)過(guò)電壓及系統(tǒng)過(guò)電壓或頻率降低引起的過(guò)勵(lì)磁等。 繼電保護(hù)的基本原理、保護(hù)裝置的組成和基本要求 繼電保護(hù)的基本原理繼電保護(hù)裝置要能正確工作，首先必須具備有區(qū)分被保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行與發(fā)生故障和異常運(yùn)行狀態(tài)的能力。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電流電壓的大小和相位發(fā)生變化，還會(huì)產(chǎn)生負(fù)序、零序電流電壓分量。當(dāng)突變量達(dá)到一定值時(shí)，起動(dòng)邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號(hào)。利用故障中電氣量的特征，可以構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)裝置。如：反應(yīng)電流增大的過(guò)電流保護(hù)，反應(yīng)電壓降低的低電壓保護(hù)，反應(yīng)電壓和電流的比值，即阻抗變化的距離保護(hù)等。 繼電保護(hù)裝置供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)引起電流的增加和電壓的降低，以及電流、電壓間相位角的變化。因此，利用故障時(shí)參數(shù)與正常運(yùn)行時(shí)的差別，就可以構(gòu)成不同原理和類型的繼電保護(hù)。繼電保護(hù)的種類很多，一般由三大部分組成：即測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分。測(cè)量部分邏輯部分執(zhí)行部分故障參數(shù)量整定值輸出信號(hào) 繼電保護(hù)裝置的原理結(jié)構(gòu)圖① 測(cè)量部分：測(cè)量被保護(hù)元器件分量，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換和構(gòu)成后，將其與整定值比較，據(jù)比較結(jié)果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”、等于“0”或“1”等邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該起動(dòng)。② 邏輯部分：根據(jù)測(cè)量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)，出現(xiàn)次序或組合方式，確定保護(hù)裝置是否動(dòng)作。③ 執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分所做出的判斷，執(zhí)行保護(hù)裝置的任務(wù)。如發(fā)出信號(hào)、跳閘或不動(dòng)作等。 繼電保護(hù)的基本要求電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本性能有可靠性、選擇性、快速性、靈敏性，這些要求之間，有的相輔相承，有的相互制約，針對(duì)不同的使用條件，側(cè)重點(diǎn)也有所不同。① 繼電保護(hù)的可靠性繼電保護(hù)的可靠性是對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的最基本性能要求，它又分為兩個(gè)方面，即可信賴性與安全性。 可信賴性要求繼電保護(hù)在設(shè)計(jì)要求它動(dòng)作的異?；蚬收蠣顟B(tài)下，能夠準(zhǔn)確地完成動(dòng)作；安全性要求繼電保護(hù)在非設(shè)計(jì)要求它動(dòng)作的其他所有情況下，能夠可靠地不動(dòng)作?？尚刨囆耘c安全性，都是繼電保護(hù)必備的性能，但兩者相互矛盾。在設(shè)計(jì)與選用繼電保護(hù)時(shí)，需要依據(jù)被保護(hù)對(duì)象的具體情況，對(duì)這兩方面的性能要求適當(dāng)?shù)赜枰哉{(diào)解。② 選擇性繼電保護(hù)的選擇性是指在對(duì)系統(tǒng)影響可能最小的處所，實(shí)現(xiàn)短路器的控制操作，以終止故障或系統(tǒng)事故的發(fā)展。電力元件繼電保護(hù)的選擇性，除了決定于繼電保護(hù)裝置本身的性能外，還要求滿足：a、由電源算起，愈靠近故障點(diǎn)的繼電保護(hù)的故障起動(dòng)值相對(duì)愈小，動(dòng)作時(shí)間愈短，并在上下級(jí)之間留有適當(dāng)?shù)脑６?；b、要具有后備保護(hù)作用，如果最靠近故障點(diǎn)的繼電保護(hù)裝置或斷路器因故拒絕動(dòng)作而不能斷開故障時(shí)，能由緊鄰的電源側(cè)繼電保護(hù)動(dòng)作將故障斷開。③ 快速性繼電保護(hù)的快速性是指繼電保護(hù)應(yīng)以允許的可能最快速度動(dòng)作于斷路器跳閘，以斷開故障或中止異常狀態(tài)發(fā)展。繼電保護(hù)快速動(dòng)作可以減輕故障元件的損壞程度，減小對(duì)用戶工作的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)力求保護(hù)裝置能迅速動(dòng)作切除故障。由于快速性與選擇性在一般情況下是矛盾的，為兼顧兩者，一般允許帶有一定的延時(shí)切除故障。故障切除的總時(shí)間等于保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和。④ 靈敏性繼電保護(hù)的靈敏性是指保護(hù)裝置對(duì)于其保護(hù)范圍內(nèi)所發(fā)生的各種金屬性短路故障，應(yīng)具有足夠的反應(yīng)能力。保護(hù)裝置的靈敏性要求與選擇性要求關(guān)系密切，在電力系統(tǒng)故障時(shí)，故障設(shè)備的保護(hù)必須先能夠靈敏地反應(yīng)故障，才可能有選擇性的切除故障。因此能有選擇切除故障的保護(hù)，必須同時(shí)具備有靈敏性。 保護(hù)裝置的靈敏性通常用靈敏系數(shù)Ksen（又稱靈敏度）的大小來(lái)衡量。靈敏系數(shù)越高，表示保護(hù)裝置對(duì)故障的反應(yīng)能力越強(qiáng)，反之，則越弱。因此，過(guò)量保護(hù)和欠量保護(hù)對(duì)于靈敏系數(shù)的定義是不同。在最不利情況下保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)應(yīng)大于1，～。 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是20世紀(jì)最令人矚目的事件。自從世界上公認(rèn)的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)――電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)ENLAC 于1946年在美國(guó)誕生以來(lái)，計(jì)算機(jī)的發(fā)展速度很快，特別是微處理器的出現(xiàn)，給工業(yè)自動(dòng)化控制帶來(lái)了深刻的變革。廣泛而深入地影響著科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活等各個(gè)領(lǐng)域。以近十年來(lái)國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展為例：電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化運(yùn)行程度相當(dāng)高，發(fā)電廠及電網(wǎng)的控制中心普遍采用了以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與安全監(jiān)控、自動(dòng)發(fā)電控制與經(jīng)濟(jì)調(diào)度及安全分析。就電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要領(lǐng)域――繼電保護(hù)而言，計(jì)算機(jī)保護(hù)的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用反映了這一技術(shù)發(fā)展潮流的一個(gè)方面。事實(shí)上，計(jì)算機(jī)保護(hù)裝置目前主要是以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字電路構(gòu)成的，通常又稱為微機(jī)保護(hù)。目前我國(guó)無(wú)論是輸電線路的保護(hù)還是電力主設(shè)備保護(hù)都有一系列成套實(shí)用的微機(jī)保護(hù)裝置。在220～500KV變電所內(nèi)，已形成了基于不同原理的雙套微機(jī)主保護(hù)系列裝置，在110KV～35KV變電所內(nèi)微機(jī)保護(hù)裝置也得到廣泛應(yīng)用，在綜合自動(dòng)化的變電所和電站里，微機(jī)型繼電保護(hù)裝置與監(jiān)控系統(tǒng)已綜合形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。保護(hù)裝置通過(guò)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，將保護(hù)的狀態(tài)、動(dòng)作、信號(hào)傳送給集控站或調(diào)度所，值班人員可以在遠(yuǎn)方投切保護(hù)裝置、查看保護(hù)狀態(tài)修改保護(hù)定值等。