【文章內(nèi)容簡介】 和中性點接地系統(tǒng)側(cè)的接地短路。 變壓器的異常運行狀態(tài)有多種，常見的有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)，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及系統(tǒng)過電壓或頻率降低引起的過勵磁等。 繼電保護的基本原理、保護裝置的組成和基本要求 繼電保護的基本原理 繼電保護裝置要能正確工作，首先必須具備有區(qū)分被保護設(shè)備正常運行與發(fā)生故 障和異常運行狀態(tài)的能力。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，電流電壓的大小和相位發(fā)生變化，還會產(chǎn)生負序、零序電流電壓分量。當(dāng)突變量達到一定值時，起動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。 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裝置。如：反應(yīng)電流增大的過電流保護，反應(yīng)電壓降低的低電壓保護，反應(yīng)電壓和電流的比值，即阻抗變化的距湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 離保護等。 繼電保護裝置 供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，會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，利用故障時參數(shù)與正常運行時的差別，就可以構(gòu)成不同原理和類型的繼電保 護。繼電保護的種類很多，一般由三大部分組成：即測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 圖 繼電保護裝置的原理結(jié)構(gòu)圖 ① 測量部分 ：測量被保護元器件分量，經(jīng)過轉(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，從而判斷保護是否應(yīng)該起動。 ② 邏輯部分 ：根據(jù)測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，確定保護裝置是否動作。 ③ 執(zhí)行部分 ：根據(jù) 邏輯部分所做出的判斷，執(zhí)行保護裝置的任務(wù)。如發(fā)出信號、跳閘或不動作等。 繼電保護的基本要求 電力系統(tǒng)繼電保護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，針對不同的使用條件，側(cè)重點也有所不同。 ① 繼電保護的可靠性 繼電保護的可靠性是對電力系統(tǒng)繼電保護的最基本性能要求，它又分為兩個方面，即可信賴性與安全性。 可信賴性要求繼電保護在設(shè)計要求它動作的異?；蚬收蠣顟B(tài)下，能夠準(zhǔn)確地完成動作；安全性要求繼電保護在非設(shè)計要求它動作的其他所有情況下，能夠可靠地不動作 。 可信賴性與安全性，都是繼電保護必備的性能，但兩者相互矛盾。在設(shè)計與選用繼電保護時，需要依據(jù)被保護對象的具體情況，對這兩方面的性能要求適當(dāng)?shù)赜枰哉{(diào)解。 測量部分 邏輯部分 執(zhí)行部分 故障參數(shù)量 整定值 輸出信 號 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 ② 選擇性 繼電保護的選擇性是指在對系統(tǒng)影響可能最小的處所，實現(xiàn)短路器的控制操作，以終止故障或系統(tǒng)事故的發(fā)展。 電力元件繼電保護的選擇性，除了決定于繼電保護裝置本身的性能外，還要求滿足：a、由電源算起，愈靠近故障點的繼電保護的故障起動值相對愈小，動作時間愈短，并在上下級之間留有適當(dāng)?shù)脑６龋?b、要具有后備保護作用，如果最靠近故障點的繼電保護裝置或斷路器因故拒 絕動作而不能斷開故障時，能由緊鄰的電源側(cè)繼電保護動作將故障斷開。 ③ 快速性 繼電保護的快速性是指繼電保護應(yīng)以允許的可能最快速度動作于斷路器跳閘，以斷開故障或中止異常狀態(tài)發(fā)展。繼電保護快速動作可以減輕故障元件的損壞程度，減小對用戶工作的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在發(fā)生故障時，應(yīng)力求保護裝置能迅速動作切除故障。 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切除故障。故障切除的總時間等于保護裝置和斷路器動作時間之和。 ④ 靈敏性 繼電保護的靈敏性是指保護裝置對于其保護范圍內(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，故障設(shè)備的保護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，必須同時具備有靈敏性。 保護裝置的靈敏性通常用靈敏系數(shù) Ksen（又稱靈敏度）的大小來衡量。靈敏系數(shù)越高，表示保護裝置對故障的反應(yīng)能力越強，反之，則越弱。因此，過量保護和欠量保護對于靈敏系數(shù)的定義是不同。在最不利情況下保護裝置的靈敏系數(shù)應(yīng)大于 1，一般為～ 。 微機保護系統(tǒng)簡介 微 機保護的應(yīng)用與發(fā)展概況 計算機的出現(xiàn)是 20 世紀(jì)最令人矚目的事件。自從世界上公認的第一臺電子計算機――電子數(shù)字積分計算機 ENLAC 于 1946 年在美國誕生以來，計算機的發(fā)展速度很快，特別是微處理器的出現(xiàn)，給工業(yè)自動化控制帶來了深刻的變革。廣泛而深入地影響著科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活等各個領(lǐng)域。以近十年來國內(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算機為核心的自動監(jiān)測系統(tǒng)，可以自動進行數(shù)據(jù)收集與安全監(jiān)控、自動發(fā)電控制與經(jīng)濟調(diào)度及安全分析。 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 就電力系統(tǒng)安全運行的重要領(lǐng) 域――繼電保護而言，計算機保護的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用反映了這一技術(shù)發(fā)展潮流的一個方面。事實上，計算機保護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，通常又稱為微機保護。 目前我國無論是輸電線路的保護還是電力主設(shè)備保護都有一系列成套實用的微機保護裝置。在 220～ 500KV 變電所內(nèi)，已形成了基于不同原理的雙套微機主保護系列裝置，在 110KV～ 35KV 變電所內(nèi)微機保護裝置也得到廣泛應(yīng)用，在綜合自動化的變電所和電站里，微機型繼電保護裝置與監(jiān)控系統(tǒng)已綜合形成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。保護裝置通過微機監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，將保護的狀態(tài) 、動作、信號傳送給集控站或調(diào)度所，值班人員可以在遠方投切保護裝置、查看保護狀態(tài)修改保護定值等。 微機保護的生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品眾多，在國內(nèi)，目前較為成熟和用量較大的微機保護產(chǎn)品有： ① 南瑞繼電保護公司生產(chǎn)的 LFP900 系列微機保護裝置，含各種電壓等級的線路保護、變壓器成套保護、 以下的發(fā)電機成套保護、母線保護、變電端綜合自動化微機保護裝置及各種輔助設(shè)備。 ② 北京哈德威四方保護與控制設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 CS 系列微機保護裝置，含 CSL系列線路保護、 CSP 系列電容器保護、 CST 系列變壓器保護、 CSI 斷路器保護等，另外該公司還生產(chǎn) CSD 系列集中式遙測、遙信和遙控裝置、 CSM 網(wǎng)絡(luò)主站、 CSN 系列網(wǎng)絡(luò)輔助器件及其他微機自動裝置。 ③ 許昌繼電器集團和南京自動化設(shè)備總廠等國內(nèi)其他生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的 WXH(B)、 WBE型微機保護裝置等。 ④ 國外產(chǎn)品有：美國 GE公司生產(chǎn)的 DLP 型微機距離線路保護、美國 SET 公司生產(chǎn)的 SEL301型 微機線路保護、 ABB 公司生產(chǎn)的 REL531 微機距離保護、德國西門子公司生產(chǎn)的TSA531 型距離保護等。 微機保護的基本構(gòu)成 原有的保護裝置是使輸入的電流、電壓信號直接在 模擬量之間進行比較和運算處理，使模擬量與裝置中給定的電氣量進行比較和運算處理，而計算機保護則由于計算機只能作數(shù)字運算或邏輯運算，因此，首先要求以模擬量輸入的電流電壓的瞬時值變換為離散的數(shù)字量，然后才送入計算機的中央處理器，按規(guī)定的算法程序進行運算，且將運算結(jié)果隨時與給定的數(shù)字進行比較，最后做出是否跳閘的判斷。 微機保護的基本構(gòu)成可看成由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。其整套硬件通常是用單獨的專用機箱組裝，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、 CPU 主系統(tǒng)、開關(guān)量輸入、輸出系統(tǒng)及外圍設(shè)備等。微機保護的軟件由初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故 障檢出模塊、故障計算模塊與自湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 檢模塊等組成。 微機保護的特點與發(fā)展前景 ① 運行靈活 保護定值可保存于具有電可擦性質(zhì)的 EEPROM 中。由于微機保護的可編程及通信能力，該定值可根據(jù)系統(tǒng)運行方式的變化靈活地進行修改，修改時間短且步驟簡單。 ② 可靠性高 微機保護可以對硬件和軟件進行連續(xù)的自檢，有很強的綜合分析和判斷能力。它能自動檢測出硬件故障同時發(fā)出報警信號并閉鎖其跳閘出口回路。同時軟件也具有自檢功能，可以對輸入的數(shù)據(jù)進行校錯和糾錯，即自動的識別和排除干擾。 ③ 易于獲得附加功能 由于計算機軟件的 特點，使得微機保護可以做到硬件和軟件資源共享，在不增加任何硬件的情況下，只需增加一些軟件即可獲得各種附加功能。例如在微機保護裝置中，可以很方便地附加低周減載和自動重合閘、故障濾波、故障測距等自動裝置的功能。微機保護裝置可以配有打印機、顯示器等外部設(shè)備，在系統(tǒng)發(fā)生故障后提供多種信息，如動作時間記錄、故障類型和相別、電流電壓波形記錄等。這些信息將有助于運行部門對事故的分析和處理。微機保護所具有的對外通信功能，使之成為該數(shù)字化環(huán)境不可缺少的一環(huán)。 ④ 動作正確率高 微機保護裝置能保證在任何時刻均不斷迅速地采樣計算 ，反復(fù)準(zhǔn)確地校核。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障的暫態(tài)期內(nèi)，就能正確判斷故障，如果故障發(fā)生了變化或進一步發(fā)展也能及時做出判斷和自糾。 ⑤ 調(diào)試維護方便 微機保護的硬件是一片單片微型計算機及外圍設(shè)備，而各種復(fù)雜的功能是由相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)的。微機保護裝置本身又具有自診斷功能，可以對硬件各部分和存放在 EPROM中的程序進行自動檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常就會發(fā)出報警。通常只要給上電源后沒有警報，就可以確認裝置是完好的。故對微機保護裝置可以說幾乎不用調(diào)試，大大減輕了調(diào)試和運行維護的工作量。 隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計算機技術(shù)、通信技術(shù)的不 斷進步，繼電保護技術(shù)面臨著進一步發(fā)展的趨勢。國內(nèi)外微機繼電保護技術(shù)的未來發(fā)展趨勢為：計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化，人工智能化。 隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展，微機保護硬件也在不斷的發(fā)展。電力系統(tǒng)對微機保護的要求也總是在不斷提高，除了具有保護的基本功能外，微機保護還具有大量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間、快速的數(shù)據(jù)處理功能、強大的通信能力，與其它保護控制裝置湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)，以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力、高級語言編程等 。 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第三章 電力變壓器微機保 護中各保護的基本原理 電力變壓器高低壓側(cè)的電壓為 110KV、 ，且變壓器的容量為 50000KVA，為了保證電力系統(tǒng)和變壓器的安全運行，應(yīng)裝設(shè)以下動作可靠、性能良好的保護裝置。 瓦斯保護 瓦斯保護是反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部氣體的數(shù)量和流動的速度而動作的保護，保護變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障，特別是對繞組的相間短路和匝間短路。由于短路點電弧的作用，將使變壓器油和其它絕緣材料分解，產(chǎn)生氣體。氣體從油箱經(jīng)連通管流向油枕，利用氣體的數(shù)量及流速構(gòu)成瓦斯保護。 瓦斯保護的原理接線如圖 所示，上面的觸點表示“ 輕瓦斯保護”，動作后經(jīng)延時發(fā)出報警信號。下面的觸點表示“重瓦斯保護”，動作后起動變壓器保護的總出口繼電器，使斷路器跳閘。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，由于油流的不穩(wěn)定可能造成干簧觸點的抖動，此時為使斷路器能可靠跳閘，應(yīng)選用電流具有自保持線圈的出口中間繼電器KM，動作后由斷路器的輔助觸點來解除出口回路的自保持。此外，為防止變壓器換油或進行試驗時引起重 瓦斯保護誤動作跳閘，可利用切換片 KB將跳閘回路切換到信號回路。 1 Y T1 Q F2 Y TK B信 號 信 號 信 號K SK MK BK S 圖 瓦斯保護原理接線圖 瓦斯保 護的主要優(yōu)點是動作迅速、靈敏度高，安裝接線簡單、能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生的各種故障包括輕微的匝間短路故障（這時其它變壓器保護無法做到的）。近年來，大型變壓器為了改善防護沖擊過電壓的性能，廣泛采用了新型結(jié)構(gòu)和工藝，這導(dǎo)致了匝間短路故障可能性的增加，而縱差動保護卻往往不能動作，只能依靠瓦斯保護來反應(yīng)；此外，瓦斯保護還能反應(yīng)變壓器的鐵心局部燒損、繞組內(nèi)部斷線。絕緣逐漸劣化及湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 油面降低等故障。瓦斯保護的主要缺點是：①不能反應(yīng)變壓器套管和引出線的故障，因此，還需要引入其它主保護；②在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，由于瓦斯保 護 要有一定的油流速度才能動作，因而動作速度不夠快。 縱差動保護 縱差動保護是反應(yīng)被保護變壓器各端流入和流出電流的相量差，通過比較變壓器各側(cè)電流大小及相位構(gòu)成保護原理。變壓器實現(xiàn)差動保護的原理接線如圖 。 II 1I 2 圖 變壓器實現(xiàn)差動保護的原理 由于電力變壓器高低壓側(cè)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(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比 n，這時與送電線路的縱差動保護不同的。使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等。在 保護范圍內(nèi)故障時，流入差回路的電流的為短路電流二次值，保護動作?？v差動保護動作后，跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。 在正常運行及保護范圍外部短路穩(wěn)態(tài)情況下有穩(wěn)態(tài)不平衡電流流入縱差動保護回路中，差動保護的動作電流應(yīng)大于最大不平衡電流，以保證保護范圍外部短路時差動保護不動作。不平衡電流增大，將使保護的靈敏度降低。 ①由于變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生不平衡電流 變壓器常常采用 Y,d11 的接線方