【正文】 塊作為電源。第3章 變壓器微機保護(hù)的硬件原理變壓器微機保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要由五個模塊組成，每個模塊作為一個子系統(tǒng)設(shè)計在一塊印制板上或集中在一個單元上，最后安裝在標(biāo)準(zhǔn)機箱中，這樣做，一方面能充分利用有限的機箱空間，使裝置體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，另一方面，也方便了調(diào)試與維護(hù)工作，尤其是對緊急修復(fù)的情況，只需更換相應(yīng)的模塊即可，大大減少了維護(hù)人員的現(xiàn)場工作量，提高裝置的可靠性和可維護(hù)性。2)、電壓閉鎖元件定值整定計算按正常系統(tǒng)運行工作電壓計算，取 =154 （KV）3)、靈敏度校驗對于電流元件，當(dāng)35KV側(cè)為正常運行方式，在220KV母線上發(fā)生兩相短路時計算得流經(jīng)保護(hù)的最小短路電流為= 4940 A ，則 = = (19)4)、動作時間整定(s)配合，取 = 4 s 作用于主變壓器35KV側(cè)斷路器。 = s 作用于主變壓器兩側(cè)斷路器。3)、靈敏度校驗對于電流元件，當(dāng)35KV側(cè)為正常運行方式，在220KV母線上發(fā)生三相短路時計算得流經(jīng)保護(hù)的最小短路電流為= A，則 = = (17) 4)、動作時間整定已知220 s。同時，在外部故障切除后電機自起動過程中，保護(hù)必須返回。 —變壓器高壓側(cè)額定電流。對于35KV側(cè)= 8 = 8 = （A） ——低壓臂的額定電流 220KV側(cè)方向低電壓閉鎖過電流保護(hù)整定計算 1)、電流元件定值整定計算按躲過變壓器額定電流整定，即 = = = （A） (15) 式中，—可靠系數(shù)，取1. 2—1. 3。這說明采用比率差動保護(hù)裝置時靈敏度是相當(dāng)高的。將=0. 2代入( 14 ) 式得≥ 5所以滿足靈敏度的要求。 一發(fā)生 時，差動元件的動作電流。 將上述各值代入式中得 = 目前我國各型保護(hù)裝置的 =5 ~ A因此 = ~ A實取 = 1 A (更偏向安全)確定比率制動系數(shù) 外部故障發(fā)生最大短路電流 時，為了防止誤動作，要求裝置的動作電流大于差動回路的最大不平衡電流 ，即= =（+ + ） ( 7 )式中 一故障時電流互感器的誤差 (取= ) 一故障時自耦變流器的誤差 (取= 0. 1)其余參數(shù)同前將上述各值代入( 7 )式得 = 0. 3 2 5 ( 8 )此時裝置的制動電流= 2，根據(jù)比率制動系數(shù)的定義，在圖中可求出: = ( 9 )將( 8 )式代入上式得 = （10）由前述得知 = l A。 ——正常運行時電流互感器的誤差，取 。歸算到基本側(cè)的電流為 = （A） ( 5 ) 所以, A確定差動元件的動作電流正常運行時，為防止裝置在制動電流為 時誤動作，要求大于負(fù)荷電流為 時的不平衡電流 ，即 = =（ ） ( 6 )式中 ——可靠系數(shù)， 。2）當(dāng)35KV側(cè)發(fā)生三相短路故障時的最大短路電流 = =1652 （A） ( 3 ) = =14120 （A） ( 4 ) ——基準(zhǔn)容量。短路計算1）當(dāng)220KV側(cè)發(fā)生三相短路故障時的最大短路電流 = =262 （A） ( 1 ) = =819 （A） ( 2 ) ——基準(zhǔn)容量。 ， ——高、低壓側(cè)電流互感器一次額定電流 （A）。 = = =1983式中 ——變壓器額定容量 （KVA）， ——變壓器高、低壓側(cè)的額定電流 （A），——變壓器高、低壓側(cè)的額定電壓 （KV）電流互感器變比選擇：220KV側(cè) = 選 35KV 側(cè) 選 計算差動回路各臂在額定負(fù)荷下的電流 = = = = = =式中 ， ——高、低壓臂的額定電流 （A）。因此，在低壓保護(hù)中一般應(yīng)裝設(shè)電壓回路斷線的信號裝置，以便及時采出信號，由運行人員加以處理。此時可考慮采用兩套低壓元件分別接在變壓器兩側(cè)的電壓互感器上，其觸點采用并聯(lián)方式。對低壓元件進(jìn)行靈敏度校驗，應(yīng)為 = ——在220KV母線上發(fā)生三相短路時計算得流經(jīng)保護(hù)的最大短路電流。低電壓起動的過電流保護(hù)，其過電流元件動作值是按大于變壓器額定電流整定的，而低電壓元件動作值是按正常運行時最低工作電壓整定的，因此它的靈敏度有所提高。（3）、作為變壓器斷路器與其電流互感器之間死區(qū)故障的后備保護(hù)。但該保護(hù)段對變壓器各側(cè)的故障均能滿足靈敏度的要求。要求它動作后起動總出口繼電器。后備保護(hù)應(yīng)裝設(shè)于變壓器各側(cè)。變壓器過電流保護(hù)的裝設(shè)可按以下原則確定：對于單側(cè)電源的變壓器，后備保護(hù)裝設(shè)于電源側(cè)，作為差動保護(hù)、瓦斯保護(hù)的后備保護(hù)或相鄰元件的后備保護(hù)。 變壓器相間短路的后備保護(hù)既是變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)，又是相鄰母線或線路的后備保護(hù)。根據(jù)氣體的數(shù)量、顏色、化學(xué)成分、可燃性等，判斷保護(hù)動作的原因和故障的性質(zhì)。 當(dāng)氣體繼電器KG輕瓦斯觸點閉合，通過繼電器1KS，延時發(fā)出預(yù)警信號,重瓦斯觸點閉合后,經(jīng)信號繼電器2 KS ，連接片XB接通中間繼電器KM,作用于斷路器跳閘，,出口中間繼電器KM具有自保持功能，利用KM第三對觸點進(jìn)行自鎖,以保證斷路器可靠跳閘，其中按鈕SB用于解除自鎖,如不用按鈕，也可用斷路器1 ，使重瓦斯保護(hù)退出工作。.變壓器差動保護(hù)雖然能保護(hù)變壓器內(nèi)部和外部故障,動作迅速，靈敏度高，但接線復(fù)雜，多用于大容量重要的變壓器作主保護(hù)，它并不能保護(hù)所有內(nèi)部故障,如變壓器油面降低,匝間短路等，因為匝間電流常小于動作電流,因此,常采用瓦斯保護(hù),對變壓器內(nèi)部故障全面保護(hù)。為了防止誤動作，在選擇差動元件的動作電流。微機型裝置由于本身的功能無需加裝自耦變流器。時，與的增量△成正比，其斜率稱為比率制動系數(shù)。時，無比率制動作用，=。 上圖中的稱為差動元件的動作電流，為有比率制動作用的最小制動電流。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障出現(xiàn)很大的短路電流時可能引起電流互感器飽和，使中也有較大的二次諧波含量，致使差動元件拒動，但是由于比率差動裝置設(shè)有速斷元件，當(dāng)達(dá)到一定值時該元件動作。當(dāng)正常運行或外部故障或有勵磁涌流時， 或 該元件不動作。流進(jìn)二次諧波制動回路后將中的二次諧波含量轉(zhuǎn)化為與其成正比的制動電壓。流進(jìn)動作回路后將中的基波含量轉(zhuǎn)化為與其成正比的動作電壓,正常運行或外部出現(xiàn)故障時理論上為零。內(nèi)部出現(xiàn)故障時，制動電流于短路電流(變壓器為兩側(cè)電源供電時)或等于短路電流(變壓器為單側(cè)電源供電時)。流進(jìn)比率制動回路后轉(zhuǎn)化為與其成正比的制動電壓。目前比率差動保護(hù)裝置的型式有晶體型、整流型和微機型。為了避免外部短路電流在差動回路引起不平衡電流的影響，該裝置還設(shè)有與變壓器兩側(cè)電流向量之和成正比的比率制動，其起動電流小，靈敏度:高，加之該裝置的思維方式在微機由很容易!實現(xiàn)，因此該裝置愈來愈得到人們?yōu)榍嗖A。鑒于以上原因，近年來國內(nèi)有些變壓器開始采用帶二次諧波制動的比率差動保護(hù)裝置(以下簡稱比率差動保護(hù)裝置)。另外動作電流整定值提高以后，當(dāng)變壓器出現(xiàn)輕微故障(如匝間短路)時，因短路電流較小，不足使裝置動作，將使故障繼續(xù)擴大，造成變壓器的損壞程度愈來愈嚴(yán)重。但是該繼電器存在下列缺陷:(1)由于外部短路時在差動回路中有較大的不平衡電流以及空投變壓器時三相勵磁涌流中的一相有時無非周期分量，這將使該相的速飽和變流器失去作用。過電流保護(hù) (低電壓閉鎖的過電流保護(hù))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)。差動電流保護(hù) （二次諧波制動的比率差動保護(hù)）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。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)。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。D、差動保護(hù)的硬件可靠性對微機保護(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。使用微機實現(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。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。因此從可靠性的角度分析，一般采用相電流判別原理。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。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)。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。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。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行條件、運行環(huán)境而定。而突出變量差動原理等存在一些缺點。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)來彌補二次諧波原理保護(hù)的缺點，這兩種原理具有互補性。對上述的反向電流問題和間斷角測量精度問題，利用微機的記憶、強大的運算、分析能力，可以很好地解決。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。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。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。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。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。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。但由于運用該原理的裝置投入運行并不多，所以現(xiàn)在尚無成熟的運行經(jīng)驗。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。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)。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。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。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。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。變壓器在正常運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。防御變壓器過勵磁的過勵磁保護(hù)。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)；針對上述變壓器的各種故障和不正常運行情況，變壓器繼電保護(hù)裝置一般應(yīng)具有如下保護(hù)功能：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。內(nèi)部故障危害性很大，發(fā)生時應(yīng)立即將變壓器切除。變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。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。電力變壓器本體一般沒有旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運行起來比較可靠，故障機會較少。根據(jù)變壓器保護(hù)的特點對現(xiàn)有主要的微機保護(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,實用性強等優(yōu)點。 本文針對220/35KV電壓等級的變壓器進(jìn)行了微機保護(hù)設(shè)計，提出了以MCS96 系列16位單片機8098為核心的變壓器微機保護(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。這種補償方法較之常規(guī)補償方法更為準(zhǔn)確，從而進(jìn)一步減少了不平衡電流。(5)采用復(fù)雜的運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。(4)可通過采用靈活的算法來獲得高速度和高靈敏度。對于計算機差動保護(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。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。(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