【文章內(nèi)容簡介】 性不同而引起的環(huán)流所造成的不平衡電流增大，對于多側(cè)差動的情形，比起采用平衡線圈更為合理和有效。 (2)變壓器各側(cè)繞組中因連接組關(guān)系而引起的電流相位移可由 CT 副邊 Y— △變換改變?yōu)閿?shù)字計算補(bǔ)償。傳統(tǒng)差動保護(hù)對于 Y/△變壓器將 Y 側(cè)三相 CT副邊接成△形，以保證變壓器兩側(cè)同相電流相位一致。當(dāng)變壓器 Y 側(cè)保護(hù)區(qū)發(fā)生不對稱路時，故障相與非故障相流過的電流大小懸殊，各相 CT 工作條件可能極不相同。因它們各自工作點存在較大差異，會在△ 形相連的 CT 副邊回路中引起額外的不平衡環(huán)流，導(dǎo)致差動回路中不平衡電流增大。對于計算機(jī)差動保護(hù)，Y/△變壓器 Y 側(cè) CT 仍然可以 Y接，而用數(shù)值計算完成 Y— △變換，這樣便可以消除不平衡環(huán)流的影響。 (3)可應(yīng)用更多更復(fù)雜的原理來改善勵磁涌流鑒別能力，目前提出鑒別勵磁涌流的各種原理，需要更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯處理，若用傳統(tǒng)技術(shù)來實現(xiàn)可能會遇到困難。 (4)可通過采用靈活的算法來獲得高速度和高靈敏度。例如，計算機(jī)差動保護(hù)除可繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的差動速斷和低電壓加速措施外，還可通過長短數(shù)據(jù)窗算法的配合提高嚴(yán)重故障時的動作速度， 利用計算機(jī)長記憶功能還可方便的獲取故障分量，進(jìn)一步提高內(nèi)部故障時的動作靈敏度。 (5)采用復(fù)雜的運(yùn)算和邏輯處理在一定程度上實現(xiàn) CT 和 PT 斷線的報警和閉鎖。 (6)由 CT 變比標(biāo)準(zhǔn)化帶來的誤差可用數(shù)字運(yùn)算進(jìn)行補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方法較之常規(guī)補(bǔ)償方法更為準(zhǔn)確，從而進(jìn)一步減少了不平衡電流。 計算機(jī)變壓器保護(hù)的優(yōu)點遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，通過進(jìn)一步研究，計算機(jī)技術(shù)所帶來的益處會不斷地被挖掘出來。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 本文針對 220/35KV 電壓等級的變壓器進(jìn)行了 微機(jī) 保護(hù) 設(shè)計， 提出了以MCS96 系列 16位單片機(jī) 8098為核 心的變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的硬件平臺 ,并對保護(hù)裝置的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的研究 。同時介紹了變壓器主保護(hù)和后備保護(hù)的原理及整定計算。根據(jù)變壓器保護(hù)的特點對現(xiàn)有主要的微機(jī)保護(hù)算法進(jìn)行了比較、分析，研究表明應(yīng)用遞推最小二乘法具有計算簡便，收斂速度快 ,實用性強(qiáng)等優(yōu)點。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 2 章 變壓器微機(jī)保護(hù)原理及整定 變壓器故障類型及不正常運(yùn)行狀態(tài) 研究變壓器保護(hù)，首先就要分析變壓器可能發(fā)生的故障和異常情況。電力變壓器本體一般沒有旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行起來比較 可靠，故障機(jī)會較少。但是變壓器是連續(xù)運(yùn)行的，停電機(jī)會很少，而且絕大部分安裝在室外，受自然環(huán)境條件的影響較大。另外，變壓器時刻受到外接負(fù)荷的影響，特別是受電力系統(tǒng)短路故障的威脅較大。因此，變壓器在實際運(yùn)行中有可能發(fā)生各種類型的故障和不正常運(yùn)行情況。 變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。內(nèi)部故障是指變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障，主要故障類型有 :各相繞組之間發(fā)生的相間短路、單相繞組部分線匝之間發(fā)生的匝間短路、單相繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障等。內(nèi)部故障危害性很大，發(fā)生時應(yīng)立即將變壓器切除。變壓器的 外部故障，是指油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障，主要故障類型有 :絕緣套管閃絡(luò)或破碎而發(fā)生的單相接地短路、引出線之間發(fā)生的相間故障等。發(fā)生這類故障時一般也應(yīng)迅速切除變壓器，以盡量減少或消除短路電流造成的危害。 變壓器的不正常運(yùn)行情況主要包括：由于外部短路或過負(fù)荷而引起的過電流、油箱漏油而造成的油面降低、變壓器中性點電壓升高或由于外電壓過高而引起的過勵磁等 。 變壓器保護(hù)功能要求 針對上述變壓器的各種故障和不正常運(yùn)行情況，變壓器繼電保護(hù)裝置一般應(yīng)具有如下保護(hù)功能： 防御變壓器油箱內(nèi)部各種短 路故障和油面降低的瓦斯保護(hù)； 防御變壓器繞組和引出線多相短路、單相接地短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動保護(hù)或電流速斷保護(hù)； 防御變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動保護(hù) (電流速斷保護(hù) )后備的過電流保護(hù) (或復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)、或負(fù)序過電流保護(hù) )； 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 防御大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的零序電流保護(hù)； 防御變壓器對稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù)； 防御變壓器過勵磁的過勵磁保護(hù)。 變壓器保護(hù)面臨的問題及解決方法 A、差動保護(hù)中勵磁性涌流判別 在上述變壓器各種保護(hù)中，作為變壓器主保護(hù)的〔縱聯(lián)〕差動 保護(hù)是變壓器保護(hù)裝置的關(guān)鍵，而差動保護(hù)中的一個關(guān)鍵問題就是勵磁涌流判別問題。變壓器在正常運(yùn)行情況下的勵磁電流很小，當(dāng)空載變壓器投入電網(wǎng)或變壓器外部故障切除后電壓恢復(fù)時，勵磁電流大大增加，其值有可能達(dá)到變壓器額定電流的 68 倍 。該電流稱為勵磁涌流。由于勵磁涌流在數(shù)值上可與變壓器內(nèi)部故障時的短路電流相比擬，因此容易造成繼電保護(hù)裝置誤動作 :所以變壓器差動保護(hù)需要解決的一個突出問題就是要能夠可靠地躲過勵磁涌流，同時對短路電流又能正確反應(yīng)，使差動保護(hù)可靠動作。這是變壓器微機(jī)保護(hù)面臨的首要問題，針對該問題提出的各種區(qū)分 勵磁涌流與內(nèi)部故障的判別原理的研究和分析也是當(dāng)前變壓器微機(jī)保護(hù)相關(guān)問題的研究重點。用于區(qū)分勵磁涌流與內(nèi)部故障的原理主要有二次諧波判別原理、間斷角判別原理、磁通量判別原理和波形對稱原理。下面分別就其原理進(jìn)行簡要分析： 1) 二次諧波判別原理主要是應(yīng)用勵磁涌流中含有較大的二次諧波含量來構(gòu)成的，無論雙繞組或三繞組電力變壓器的勵磁涌流中，均含有較大成分的二次諧波分量 (約占 30%70%)，但在變壓器內(nèi)部故障或外部故障的短路電流中，二次諧波分量所占比例較小。因此，可利用上述特點構(gòu)成二次諧波制動的差動保護(hù)，使之有效地躲 過勵磁涌流的影響。 2) 國內(nèi)比較成熟的間斷角判別原理主要是利用勵磁涌流波形具有明顯的間斷角特征進(jìn)行判別的，對硬件要求較高。變壓器內(nèi)部故障時，非周期分量電流迅速衰減后，流入差動保護(hù)回路的是周期電流。當(dāng)變壓器出現(xiàn)勵磁涌流的起始階段，涌流波形偏于時間軸一側(cè)，且相鄰波形間出現(xiàn)間斷角。根據(jù)上述特點即可構(gòu)成間斷角判別原理的差動保護(hù)。 3) 磁通量判別原理，主要是利用磁通量一電流特性或者磁通量變化率一電流特性來區(qū)分內(nèi)部故障和勵磁涌流的。但該原理需要引進(jìn)電壓量且必須知道變壓器各側(cè)繞組的漏感 (漏抗 )，這在實際工作中是困難的 。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 4) 國內(nèi)剛剛起步的波形對稱原理的比率差動保護(hù)，利用微分后差流的前半波和后半波作對稱比較，將變壓器在空載時產(chǎn)生的勵磁涌流和故障電流區(qū)分開。但由于運(yùn)用該原理的裝置投入運(yùn)行并不多，所以現(xiàn)在尚無成熟的運(yùn)行經(jīng)驗。 上述幾種判別原理均不是非常完善，各有其優(yōu)缺點 : 二次諧波制動原理主要是利用勵磁涌流中含有較大的二次諧波分量來構(gòu)成的，這一原理的提出時間最早，在國內(nèi)外的應(yīng)用也最為廣泛。傳統(tǒng)上的“或”門制動的二次諧波原理有如下缺陷 :(1)三相中有一相全部制動，因此故障相除了受本相中的諧波的影響，還受到其它相涌流的制動，具 體表現(xiàn)為空投內(nèi)部故障時，差動保護(hù)動作速度不穩(wěn)定，會延緩動作。 (2)隨著電網(wǎng)電壓等級的提高和系統(tǒng)規(guī)劃的擴(kuò)大以及變壓器單機(jī)容量的增大，大型變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時，由于諧振使短路電流中的二次諧波含量明顯增加，有可能使二次諧波制動的差動保護(hù)延時動作。針對以上兩點有人提出了涌流加速判據(jù)，它包括電流加速判據(jù)和電壓加速判據(jù)兩種 。電流加速判據(jù)的理論依據(jù)時 :變壓器的勵磁涌流一般只會在變壓器空載投入或近距離外部故障被切除后，變壓器端電壓恢復(fù)過程中產(chǎn)生，因此可以通過記憶變壓器暫態(tài)發(fā)生前一周波電流來判別變壓器是否處在勵磁涌流產(chǎn)生的條 件中，若不是則不必經(jīng)過二次諧波判別。電流加速在某些情況下，會引起差動保護(hù)誤動，已被證明是不可靠的。電壓加速判據(jù)的理論依據(jù)是 :變壓器的端電壓低于一定值時，不可能產(chǎn)生涌流，這一理論在變壓器內(nèi)部輕微故障時會無效，且需引入電壓量增加保護(hù)復(fù)雜性。 間斷角原理，主要是根據(jù)勵磁涌流波形出現(xiàn)間斷特征來區(qū)分內(nèi)部故障和勵磁涌流的。從物理上看，二次諧波只反映了勵磁涌流的頻域特征且很單一 (只反映二次諧波 )，而間斷角原理，則反映了時域，頻域兩方面的特征，這就決定了間斷角原理相對于二次諧波原理的優(yōu)越性。針對二次諧波原理的弱點，間斷角原 理可大大提高變壓器合閘于內(nèi)部故障時的動作速度。國內(nèi)模擬式間斷角原理變壓器差動保護(hù)的大量應(yīng)用實踐也證明了這一點。但該原理存在著如下缺陷 :1)當(dāng) CT飽和時，間斷角中將產(chǎn)生反向電流，飽和越嚴(yán)重，間斷角中的反向電流越大，使得間斷角消失 。2)小電流情況下電流中的諧波含量以及頻率的變化對間斷角的測量影響較大，因此在系統(tǒng)振蕩時可能誤動。對上述的反向電流問題和間斷角測量精度問題，利用微機(jī)的記憶、強(qiáng)大的運(yùn)算、分析能力，可以很好地解決。實踐證明，微機(jī)間斷角原理保護(hù)可以實現(xiàn)快速，穩(wěn)定的差動保護(hù)，其動作速度 2025ms。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 在設(shè)計 大型變壓器差動保護(hù)的雙重化配置時，往往采用成熟的二次諧波原理，在變壓器空投于內(nèi)部故障時，采用間斷原理和分相差動式的差動保護(hù)來彌補(bǔ)二次諧波原理保護(hù)的缺點，這兩種原理具有互補(bǔ)性。 B、外部故障和內(nèi)部故障的區(qū)分 對如何區(qū)分外部故障和內(nèi)部故障，理論方面的研究是較為成熟的，普通比率差動原理在實際裝置中應(yīng)用最為廣泛，且最成功。而突出變量差動原理等存在一些缺點。 :在做實驗時，在某種條件下均出現(xiàn)過一定程度的誤動或拒動。究竟應(yīng)采用何種原理的主保護(hù)，應(yīng)根據(jù)變壓器裝置本身的特性及其運(yùn)行條件、運(yùn)行環(huán)境而定。 C、變壓器微機(jī)差動保護(hù) CT 二次回路斷線判別原理 CT 斷線判別原理是微機(jī)變壓器保護(hù)提出的新課題。為了不至于因 CT 二次出口斷線引起變壓器保護(hù)誤動，必須設(shè)置相應(yīng)的二次回路斷線閉鎖功能。目前CT斷線判別原理主要有相電流判別、負(fù)序電流判別和零序電流判別原理。相電流判別原理，主要是將 CT斷線分為 Y 型側(cè)斷線和△側(cè)斷線，根據(jù)斷點在 CT 的不同位置時的相電流的變化來判別 。負(fù)序電流判別原理，主要依據(jù)斷線側(cè)有負(fù)序電流，而非斷線側(cè)無負(fù)序電流的方法來判別。該原理在變壓器空投內(nèi)部故障時正好滿足，因此可能將內(nèi)部故障誤判為 CT 斷線而拒動，故必須增加其它判據(jù) 。零序 電流判別原理，主要依據(jù)三相電流之和同零序電流的關(guān)系，如果 CT 斷線的話，那么該關(guān)系就會遭到破壞。該原理涉及到變壓器一側(cè) CT 和零序 CT，如為自禍變壓器則涉及到變壓器二側(cè) CT和零序 CT,所以當(dāng)變壓器發(fā)生故障，各CT飽和程度不一樣時，該原理所依據(jù)的方法就不成立，因此也有可能產(chǎn)生誤判而拒動，此外零序 CT 斷線時也會拒動。據(jù)此，零序電流判據(jù)也必須增加其它判據(jù)。因此從可靠性的角度分析，一般采用相電流判別原理。 另外 CT 接線問題也是一個比較佰得汁意的問題。常規(guī)的變壓器差動裸護(hù)為了保證 Y/△接法變壓器差流的平衡，一般將 Y側(cè) CT接成△型，而將△側(cè) CT接成 Y型。 Y型接法 CT 斷線的判斷比較簡單，而△型接法 CT 斷線的類型較多，有的難以與故障區(qū)別開，使判斷十分復(fù)雜。使用微機(jī)實現(xiàn)變壓器保護(hù)后， CT的 Y/△變換完全可以用軟件實現(xiàn)，而且這有利于 CT 斷線的判別和現(xiàn)場接線。因此在本論文中采用了兩側(cè) CT均接成 Y型的 CT接線方式， Y/ d 的變換由數(shù)學(xué)運(yùn)算完成 :由于 Y/△變換的數(shù)學(xué)運(yùn)算量很小，而且這種接法具有現(xiàn)場接線簡單，又可優(yōu)化故障時的電流分布的特點，因此可進(jìn)一步提高 CT斷線判斷的可靠性。 蘭州交通大學(xué)博文學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 D、差動保護(hù)的硬件可靠性 對微機(jī)保護(hù)裝置這類長時間連續(xù)工作的系 統(tǒng)，其核心部分如 CPU、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的可靠性，對裝置的可靠性影響很大。裝置因環(huán)境變化、電源干擾、元器件性能波動、電磁干擾等因素引起的偶然性故障往往會產(chǎn)生誤動作或拒動。由可靠性理論可知，瞬時故障 — 包括間歇性故障和偶然性故障，在整個故障中所占比例很大，是系統(tǒng)出錯的主要根源。 隨著各類系統(tǒng)尤其是數(shù)字系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，為了提高可靠性，人們總結(jié)出兩種方法 :一種方法是避錯，試圖構(gòu)出一個不包含故障的“完美”系統(tǒng)，但絕對做到這一點是不可能的，同時還將大大提高系統(tǒng)的造價 :第二種方法叫做容錯 (Fault Tolerance),所謂 容錯是指當(dāng)出現(xiàn)某些指定的硬件故障或軟件錯誤時，系統(tǒng)仍能執(zhí)行規(guī)定的功能，并且執(zhí)行結(jié)果也不包括系統(tǒng)中故障所引起的差錯。容錯的基本思想是在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上精心設(shè)計，利用外加資源的冗余技術(shù)來達(dá)到當(dāng)系統(tǒng)故障時掩蔽故障的影響，從而保持正常服務(wù)。外加資源可以是硬件、信息、時間和軟件。實踐中應(yīng)用較廣的三模塊冗余法 (TMR,Triple Modular Redundancy)由 J. Von. Neuman 最先提出，是硬件冗余中靜態(tài)冗余法的一種。 變壓器微機(jī)保護(hù)方案的確 定 論文根據(jù) 220KV/35KV 電壓等級配電系統(tǒng)的特點，結(jié)合上述變壓器微機(jī)保護(hù)的機(jī)理研究，配置保護(hù)功能如下： 1).主保護(hù)方案： 差動電流保護(hù) （二次諧波制動的比率差動保護(hù)） 瓦斯保護(hù) 2).后備保護(hù)方案： 過電流保護(hù) (低電壓閉鎖的過電流保護(hù) ) 比率差動保護(hù)裝置的原理 變壓器差動保護(hù)裝置的現(xiàn)狀 目前我國變壓器的差動保護(hù)裝置大多數(shù)采用帶短路線圈的加強(qiáng)型速飽和變流器構(gòu)成的差動繼電器 (如 BCH2和 DCD2型差動繼電器