【正文】 型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和人性化方面高速發(fā)展。這種保護(hù)功率消耗小，動(dòng)作速度快無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，稱之為電子式靜態(tài)保護(hù)裝置。 在 60 年代末，電子計(jì)算機(jī)一問(wèn)世，便進(jìn)行了對(duì)繼電保護(hù)計(jì)算機(jī)算法的大量研究，為今天微型計(jì)算機(jī)式繼電保護(hù) (以下簡(jiǎn)稱微機(jī)繼電保護(hù) )的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。 80 年代微機(jī)保護(hù)在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面已趨成熟。微機(jī)繼電保護(hù)可連續(xù)不斷地對(duì)本身的工 作情況進(jìn)行自檢，其工作可靠性很高。微機(jī)繼電保護(hù)除了具有保護(hù)功能外，還有故障錄波、故障測(cè)距、事件順序記錄，以及與調(diào)度計(jì)算機(jī)交換信息等輔助功能，這對(duì)于簡(jiǎn)化保護(hù)的調(diào)試、故分析和事故后的處理等都有重大意義。 以上是變壓器繼電保護(hù)原理的發(fā)展過(guò)程。 20 世紀(jì)繼電保護(hù)裝置都是由電磁型、感應(yīng)型或電動(dòng)型繼電器組成的。由機(jī)電式繼電器組成的繼電保護(hù)裝置稱為機(jī)電式保護(hù)裝置這種寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 保護(hù)裝置體積大，消耗功率大，動(dòng)作速度慢，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分和觸點(diǎn)容易損壞或粘連，調(diào)試維護(hù)比較復(fù)雜，不能滿足超高壓、大容量電力系統(tǒng)的要求，目前正逐漸被淘汰。同時(shí)也隨著通信、信息、電子、計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而不斷創(chuàng)新。熔斷器的特點(diǎn)是融保護(hù)裝置與切斷電流的裝置于一體，其結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單。 之所以我們的繼電保 護(hù)裝置也是在循序漸進(jìn)的發(fā)展著。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和實(shí)踐，現(xiàn)在人們已普遍認(rèn)可了微機(jī)保護(hù)在變壓器繼電保護(hù) 中無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，更高性能、更高精度的數(shù)字外圍器件的采用，一直是微機(jī)繼電保護(hù)不斷發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。 寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 國(guó) 內(nèi)外微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展的現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi)，目前我國(guó)對(duì) 變壓器微機(jī) 繼電保護(hù)的研究著重集中在線路保護(hù)方面；有關(guān)變壓器的保護(hù)卻研究的較少。在線路保護(hù)方面，我國(guó)近年來(lái)也成功地研制了一套微機(jī)距離保護(hù)，并已投入運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。 在美國(guó)、日本、加拿大、西德等國(guó)家，已經(jīng)制造出微機(jī)保護(hù)裝置的樣機(jī)，并且已正式投入現(xiàn)場(chǎng)使用或受現(xiàn)場(chǎng)考驗(yàn)。目前，微機(jī)保護(hù)的平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)達(dá)十萬(wàn)小時(shí)以上，這說(shuō)明了微機(jī)保護(hù)是十分可靠的。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及光電子技術(shù)日新月異的進(jìn)步，現(xiàn)代電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的新形勢(shì)，對(duì)微機(jī)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展提出了許多新的課題及挑戰(zhàn)。在新的硬件和軟件基礎(chǔ)上，這些性能需求能夠得到更好的滿足和實(shí)現(xiàn)。然而，實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)部 100%的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視和自檢，特別是加強(qiáng)對(duì)裝置內(nèi)部薄弱部位的監(jiān)視以及實(shí)現(xiàn)裝置的全自動(dòng)化測(cè)試，不僅是繼電保護(hù)裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，更是現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)工作者不斷追求的目標(biāo)。 本論文的具體構(gòu)思內(nèi)容 （一） 、 電力變壓器 微機(jī)繼電保護(hù)和保護(hù)裝置的發(fā)展?fàn)顩r （二）、變壓器的故障及異常運(yùn)行狀態(tài) （三） 、電 力系統(tǒng)變壓器的保護(hù)方式 （四）、 變壓器微機(jī)保護(hù)方案設(shè)計(jì) （五）、 變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的硬件原理及 仿真 本論文具體研究實(shí)施的內(nèi)容 如圖 13， 通過(guò) 變壓器一次、二次側(cè)和內(nèi)部得到的動(dòng)作信號(hào)，傳達(dá)給繼電保護(hù)裝置，繼電保護(hù)裝置 通過(guò)通信口傳給運(yùn)動(dòng)裝置和后臺(tái)監(jiān)控機(jī)，運(yùn)動(dòng)裝置的動(dòng)作我們直接可以由后臺(tái)機(jī)看到。 當(dāng) 地 監(jiān) 控 后 臺(tái) 機(jī)I / O 通 信 控 制 器繼 電 器 保 護(hù) 裝 置 遠(yuǎn) 動(dòng) 裝 置低周減載電容器保護(hù)備用電源自投變壓器保護(hù)饋線保護(hù)遙信遙測(cè)搖脈遙控遙調(diào)開(kāi)關(guān)狀態(tài)量模擬量脈沖量變壓器分接頭出口繼電器CTPT遠(yuǎn) 方 調(diào) 度 中 心 圖 13 變壓器微機(jī)繼電保護(hù)的基本原理示意 圖 寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 研究變壓器微機(jī)繼電保護(hù)的 目的 及 意義 研究變壓器微機(jī)繼電保護(hù)的目的 文 節(jié) 對(duì)現(xiàn)代微機(jī)保護(hù)軟硬件技術(shù)的發(fā)展及設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入分析和闡述，提出了新的設(shè)計(jì)思路和解決問(wèn)題的新概念新方法。但是，電力系統(tǒng)的組成元件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)各異 、運(yùn)行情況復(fù)雜 、 覆蓋的地域遼闊。最常見(jiàn)、危害最大的故障是各種形式的短路。 （二） 從電源到短路點(diǎn)間流過(guò)的短路電流引起的發(fā)熱和電動(dòng)力將造成在該路徑鈾 F 故障元件的損壞。 （四） 破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使該系統(tǒng)瓦解和崩潰。故障和不正常運(yùn)行情況常常是難以避免的，但事故卻可以防止。它的基本任務(wù)是：自動(dòng)、有選擇性、快速地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件損壞程度盡可能降低，并保證該系統(tǒng)相故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。后者是著眼于事故后和系統(tǒng)不正常運(yùn)行情況的緊急處理，以防止電力系統(tǒng)大面積停電和保證對(duì)重要負(fù)荷連續(xù)供電及恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行例如自動(dòng)重合閘、備用電源自動(dòng)投入、自動(dòng)切負(fù)荷、快關(guān)汽門、電氣制動(dòng)、遠(yuǎn)方切機(jī)、在技選定的開(kāi)關(guān)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)解列、過(guò)負(fù)荷控制等。電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求安全可靠、電能質(zhì)量高、經(jīng)濟(jì)性好。因此，受自然條件、設(shè)備及人為因素的影響，可能出現(xiàn)各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)。為此，還應(yīng)設(shè)置以各級(jí)計(jì)算機(jī)為中心，用分層控制方式實(shí)施的安全監(jiān)控系統(tǒng)，它能對(duì)包括正常運(yùn)行在內(nèi)的 各種運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施控制。 寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 研究變壓器微機(jī)繼電保護(hù)的意義 電力變壓器在運(yùn)行中，可能發(fā)生各種類型的故障，對(duì)電力系統(tǒng)的安全連續(xù)運(yùn)行會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重影響，特別是大容量變壓器的損壞，對(duì)系統(tǒng)的影響更為嚴(yán)重。因此必須根據(jù)電力變壓器容量的大小、電壓的高低和重要程度，設(shè)置性能良好，動(dòng)作可靠的繼電保護(hù)裝置。 需要提出的是，作為使用單位的電力部門，由于受實(shí)驗(yàn)條件的制約，對(duì)保護(hù)產(chǎn)品的性能考察主要集中在保護(hù)的可靠性、靈敏性、選擇性和速動(dòng)性上，即電力部門主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法了解上述幾方面的具體情況，而 對(duì)產(chǎn)品的電磁兼容性、抗震性、濕熱環(huán)境測(cè)試等特殊項(xiàng)目的了解則主要依據(jù)各廠家的質(zhì)檢報(bào)告，故以下的性能指標(biāo)不考慮上述特殊項(xiàng)目 。 可靠性 :與其它保護(hù)相比較，變壓器保護(hù)存在勵(lì)磁涌流鑒別的特殊問(wèn)題，因此在考察保護(hù)的可靠性指標(biāo)時(shí)，除去與選擇性指標(biāo)類似的項(xiàng)目外，需要重點(diǎn)考察變壓器保護(hù)鑒別勵(lì)磁涌流的能力。 靈敏性 :目前微機(jī)變壓器保護(hù)產(chǎn)品所用的差動(dòng)特性各不一樣，主要有比率差動(dòng)、標(biāo)積制動(dòng)、故障分量差動(dòng)，即便是比率差動(dòng)，由于所選的 制動(dòng)量的不同，其動(dòng)作區(qū)與制動(dòng)區(qū)的大小也各不相同，因而保護(hù)在靈敏度上存在差異。 速動(dòng)性 :考慮到變壓器在系統(tǒng)連接和功率傳送中所占的重要地位，必須有快速的保護(hù)為其提供安全保障，以便在變壓器發(fā)生故障時(shí)快速切除，避免故障擴(kuò)大和損壞變壓器。 寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第二章 電力變壓器的故障及異常運(yùn)行狀態(tài) 電力變壓器的故障 電力變壓器的故障分為內(nèi)部和外部?jī)煞N故障。速動(dòng)保護(hù)（瓦斯和差動(dòng)）無(wú)延時(shí)動(dòng)作切除故障變壓器，設(shè)備是否損壞主要取決于變壓器的動(dòng)穩(wěn)定性。因后備保護(hù)帶延時(shí)動(dòng)作，所以變壓器 必然要承受一定時(shí)間段內(nèi)的區(qū)外故障造成的過(guò)電流，在此時(shí)間段內(nèi)變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩(wěn)定性。 電力變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài) 變壓器外部短路引起短路的過(guò)電流，負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷，風(fēng)扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等，這些不正常運(yùn)行狀態(tài)會(huì)使繞組和鐵芯過(guò)熱。變壓器處于不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)該根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出告警信號(hào)，使運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，以確保變壓器的安全。當(dāng)其超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)引起變壓器絕緣擊穿損壞。 根據(jù)原北京電力建設(shè)科學(xué)技術(shù)研究所調(diào)查、分析， 14800 臺(tái)年配電變壓器的寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：在雷擊損壞事故中，大約有 37%是因絕緣存在缺陷而引起的?；蛘哂捎谕獠抗收蠜_擊力導(dǎo)致絕緣破損，進(jìn)而發(fā)生故障。線路涌流（或稱線路干擾）在導(dǎo)致變壓器故障的所有因 素中被列為首位。 其中以變壓器出口突發(fā)性短路危害最大，當(dāng)變壓器二次側(cè)發(fā)生短路接地等故障時(shí)，一次側(cè)將產(chǎn)生高于額定電流 2030 倍的短路電流，而在一次側(cè)必然要產(chǎn)生很大的電流來(lái)抵消二次側(cè)短路電流的消磁作用，如此大的電流作用于高電壓繞組上，線圈內(nèi)部將產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，致使線圈壓縮，其絕緣襯墊、墊板就會(huì)松動(dòng)脫落，鐵芯夾板螺絲松馳，高壓線圈畸變或崩裂，變壓器極易發(fā)生故障。 （ 2）變壓器分接開(kāi)關(guān)在頻繁的調(diào)動(dòng)中會(huì)造成觸頭之間的機(jī)械磨損、電腐蝕和觸頭污染，電流的熱效應(yīng)會(huì)使彈簧的彈性變?nèi)?，從而使?dòng)、靜觸頭之間的接觸壓力下降。 （ 1）工藝、制造不良 有少部分變 壓器故障是由于本身存在故障，例如：出線端松動(dòng)或無(wú)支撐，墊塊松動(dòng)，焊接不良，鐵芯絕緣不良，抗短路強(qiáng)度不足等。保養(yǎng)不夠被有關(guān)統(tǒng)計(jì)列為第四位導(dǎo)致變壓器故障的因素。 術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做好變壓器運(yùn)行前的檢查和試驗(yàn)，防患于未燃。定期清理變壓器上的污垢，檢查套管有無(wú)閃絡(luò)放電，接地是否良好，有無(wú)斷線、脫焊、斷裂現(xiàn)象，定期遙測(cè)接地電阻不大于 4Ω，或者采取防污措施，安裝套管防污帽。同時(shí)，應(yīng)經(jīng)常檢查變壓器的油位、油色，有無(wú)滲漏，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)消除。 （ 4）定期檢查分接開(kāi)關(guān)。 （ 5）每三年應(yīng)對(duì)變壓器線圈、套管以及避雷器進(jìn)行介損的檢測(cè)。接地必須可靠，而引線應(yīng)盡可能短。應(yīng)堅(jiān)持每年一度的預(yù)防試驗(yàn)，將不合格的避雷器更換，減少因雷擊過(guò)電壓損壞變壓器。 （ 8）應(yīng)考慮將在線檢測(cè)系統(tǒng)用于最關(guān)鍵的變壓器上。在線監(jiān)測(cè)與專家系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)對(duì)變壓器絕 緣進(jìn)行預(yù)測(cè)，把變壓器的異常發(fā)現(xiàn)于萌芽之初。承接第一章緒論，為本論文下幾章做好了鋪墊。對(duì)于可以預(yù)測(cè)的故障問(wèn)題，應(yīng)該早預(yù)防，把預(yù)防措施做到位，這樣就可以提前保護(hù)變壓器的安全穩(wěn)定的運(yùn)行。由于短路點(diǎn)電弧的作用，將使變壓器和其他絕緣材料分解，產(chǎn)生氣體。 圖 31 上面的觸點(diǎn)表示“輕瓦斯保護(hù)”，動(dòng)作后經(jīng)延時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重事故 時(shí)，由于油流不穩(wěn)定，可能造成干簧觸點(diǎn)的抖動(dòng)，此時(shí)為使斷路器能可靠跳閘，應(yīng)選用具有電流自保持線圈的出口中間繼電器 KM，動(dòng)作后由斷路器的輔助觸點(diǎn)來(lái)解除出口回路的自保持。 Q F 2Q F 1K M++R ER 1K S信 號(hào)K G延 時(shí) 電 路 圖 31 瓦斯保護(hù)的原理接線圖 差動(dòng)保護(hù) 變壓器差動(dòng)保護(hù)的工作原理 差動(dòng)保護(hù)是利用基爾霍夫電流定理工作的，當(dāng)變壓器正常工作或區(qū)外故障寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 時(shí)，將其看作理想變壓器，則流 入變壓器的電流和流出電流（折算后的電流）相等，差動(dòng)繼電器不動(dòng)作。 差動(dòng)保護(hù)原理簡(jiǎn)單、使用電氣量單純、保護(hù)范圍明確、動(dòng)作不需延時(shí)，一直用于變壓器做主保護(hù)。 構(gòu)成變壓器差動(dòng)保護(hù)的基本原則 Q F 1Q F 2T A 1T A 2K D+I`I``I = I ` I ` ` 圖 32 變壓器縱差保護(hù)原理接線圖 正常運(yùn)行或外部故障時(shí) BnII ?239。 / ?? （ 31） 所以兩側(cè)的 CT 變比應(yīng)不同，且應(yīng)使 21 II ?? ? 即： 21239。ll nInI ?? ? （ 32） 或： 寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 Bll nIInn ??239。 /21 ?? （ 33） 即：按相實(shí)現(xiàn)的縱差動(dòng)保護(hù)，其電流互感器變比的選擇原則是兩側(cè) CT 變比的比值等于變壓器的變比。裝于變壓器的電源測(cè)，對(duì)于變壓器用引出線上各種形式的短路電流進(jìn)行保護(hù)。 寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般為： .( 3 ~ 4 )d z e TII? （ 35） 公式中（ 35） .eTI —— 為變 壓器的額定電流。 按變壓器原邊 d2短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)的最小短路電流校驗(yàn)， ( 2 )2 . m in1 2dm dzIK I?? （ 36） 變壓器電流速斷保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速。 過(guò)電流保護(hù) 變壓器相間短路的保護(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)。 過(guò)電流保護(hù) 過(guò)電流