变压器保护差动保护毕业设计

1目录第一章 ：变压器保护概述 .21.1 国内外变压器差动保护研究发展现状 .21.2 课题内容及意义 .21.3 设计电站的原始资料（地区电网系统接线图） .3第二章 ：变压器的继电保护介绍 .42.1 变压器原理介绍 .42.2 电力变压器的故障类型、异常工作情况 .52.2.1 变压器的故障类型 .52.2.2 变压器的异常工作情况 .52.3 变压器继电保护方式 .62.4 变压器保护的基本要求 .6第三章 变压器差动保护 .73.1 国内外差动保护综述 .73.2 变压器的差动保护 .83.2.1 变压器差动保护的基本原理 .83.2.2.变压器差动回路不平衡电流的分类 .93.3 各种变压器主保护的讨论 .11第四章 短路电流的计算 .154.1 短路计算基本说明及步骤 .154.1.1 短路计算程序运行前的准备工作 .154.1.2 短路计算程序运行步骤 .164.2 短路计算结果 .17第五章 主变差动保护整定计算过程及计算结果表 .185.1 主变差动保护基本原理说明 .185.2 主变差动保护整定计算过程 .195.2.1 计算各侧一次额定电流、差动保护 TA 变比、二次额定电流及平衡系数 .195.3 整定计算结果一览表 .21第六章 集成电路型过电流继电器电子电路设计 .226.1 构成方框图及其说明 .226.1.1 构成方框图 .226.2 典型模块电路及其仿真 .226.2.1 全波整流电路及其仿真 .226.2.2 滤波电路及其仿真 .246.2.3 延时电路及其仿真 .276.2.4 展宽电路及其仿真 .286.3 整体过电流继电器电子电路及其仿真 .306.3.1 过电流继电器整体电子电路 .306.3.2 整体电子电路仿真步骤及仿真结果 .30第七章 总结 .31参 考 文 献 .322变压器主保护 差动保护设计第 1 章：变压器保护概述随着电力系统的出现，继电保护技术就相伴而生。与当代新兴科学技术相比，电力系统继电保护是相当古老了，然而电力系统继电保护作为一门综合性科学又总是充满青春活力，处于蓬勃发展中。之所以如此，是因为它特别注重理论与实践并重，与基础理论、新理论、新技术的发展紧密联系在一起，同时也与电力系统的运行和发展息息相关。电力系统自身的发展是促进继电保护发展的内因，是继电保护发展的源泉和动力，而相关新理论、新技术、新材料的发展是促进继电保护发展的外因，是电力系统继电保护发展的客观条件和技术基础。1.1 国内外变压器差动保护研究发展现状随着超高压、远距离输电在电力系统中的应用越来越广泛，大容量变压器的应用日益增多，对变压器保护的可靠性、快速性提出了更高的要求。电力变压器在空载合闸投入电网或外部故障切除后电压恢复时会产生数值很大的励磁涌流，同时波形严重畸变，容易造成差动保护误动作，直接影响到变压器保护的可靠性。差动保护一直是电力变压器的主保护，其理论根据是基尔霍夫电流定律，对于纯电路设备，差动保护无懈可击。但是对于变压器而言，由于内部磁路的联系，本质上不再满足基尔霍夫电流定律，变压器励磁电流成了差动保护不平衡电流的一种来源。当前变压器差动保护的主要矛盾仍然集中在励磁涌流和内部故障电流的鉴别上。近十多年来，国内外许多学者致力于变压器继电保护的研究，提出了不少判别励磁涌流的新原理和新方法。1.2 课题内容及意义根据以上的分析及对目前应解决问题的研究，得到本课题所作研究的目的：运用小波原理，探求新的励磁涌流与内部故障判别方法。其意义在于通过研究新判据，尝试以小波分析方案完善目前的励磁涌流判据，提高差动保护的可靠3性。1.3 设计电站的原始资料（地区电网系统接线图）4第 2 章：变压器的继电保护介绍52.1 变压器原理介绍变压器主要是用来输变电的，变压器能量传递是通过电磁感应而实现的，所以分析变压器电磁关系要根据有关电和磁的规律。每台变压器必须有电路和磁路，而电路和磁路又是电场和磁场的简化，但是在遇到一些细致的问题时，我们还是必须要用场的方法来解决。一般变压器的电路是由绕组构成，而磁路是指定的磁通所通过的部分。(1)电路分析:对于普通电力变压器，就是指那些单相、三相、双绕组和三绕组电力变压器，由于他们绕组的联结方式不同，所以绕组电流，线电流，相电流的计算公式都是不一样的。但都可以用表达式 来表示。其中K是比率系数，PUIa是额定容量， 是额定电压。而绕组的匝数取决于铁心心柱截面的大小。因为U当铁心采用某一牌号硅钢片以后，磁密B基本上是一个变化范围很小的量;而且在某一相电压作用下，绕组每匝电势 与该绕组匝数W的乘积也是一个常量，所e以铁心柱截面A大时，绕组每匝电势 也大，则该绕组匝数减小。既然绕组的匝数完全取决于每匝电势 ，当f=50Hz时， ，根据每匝电势和外e 51104BA加电压我们就可以计算出各绕组的匝数。当发生匝间短路时，绕组匝数 将变小，电势E也将变小，而电流分量将增大，引起变压器差动保护动作。(2)磁路分析铁心是变压器的磁路，变压器是由电能输入侧，即一次绕组侧励磁的。在一次与二次绕组间建立起交变磁通的电流，称为励磁电流或磁化电流。具有磁性铁心的变压器，交变磁通大部分在铁心中流通，该磁通叫做主磁通。双绕组变压器负载时的磁式方程为(2-1)MF21或 (2-2)3WII将上式改写为:(2-3)HTMMIII1121 式中， 次电流的负载分量。HTI1由上式可以看出，一次电流乃是励磁电流 与一次电流负载分量I AHT的矢m量和， 等于运用一二次匝数比折算的二次电流，并取负号，即TI16（2-4）2121IWIHT于是，变压器的磁场可以看作两个部分，一是由励磁磁势 建立;1WIFM二是由其和等于零的二次电流和一次电流负载分量的磁势 所建02IHT立的。这个由合成磁势所建立的磁场，按照全电流定律，不可能包含与变压器的两个绕组都铰链的磁通，仅可能包含与一个绕组逐次或完全铰链的磁通。这个磁场，就叫做变压器的漏磁场。如果变压器在空载和负载时，一次绕组端所施加的电压是相等的，则变压器的空载电流和负载时的励磁电流二者在大小、相位与波形上相差很小。由公式 (2-5)11ZIEU式中 外加电压V;1U由主磁通产生的电势 V;E次绕组的阻抗压降V。21ZI2.2 电力变压器的故障类型、异常工作情况电力变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行，特别是大容量电力变压器一旦因故障而损坏，造成的损失就更大。因此必须针对电力变压器的故障和异常工作情况，根据其容量和重要程度，装设动作可靠、性能良好的继电保护装置。2.2.1 变压器的故障类型变压器故障包括变压器油箱内部故障和油箱外部故障。变压器油箱内部故障包括绕组的相间短路、匝间短路和中性点接地系统侧的接地短路。这些故障由于短路电流产生的高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且将绝缘材料和变压器油分解产生大量气体，使变压器油箱局部变形，甚至引起爆炸。变压器油箱外部故障主要是变压器绝缘套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。2.2.2 变压器的异常工作情况变压器的异常工作情况由外部短路引起的过电流、过负荷；油箱漏油造成7的油面降低或冷却系统故障引起的油温升高；外部接地短路引起的中性点过电压；过电压或系统频率降低引起的过励磁等。2.3 变压器继电保护方式变压器保护的任务就是反应上述故障和异常工作情况，通过断路器切除故障变压器或发出信号采取措施消除异常情况，并能作为相邻元件(如母线、线路)的后备保护。根据有关规定，变压器应该装设以下继电保护装置。(1)反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。对容量在0.4MVA及以上油浸式变压器应该装设瓦斯保护。(2)反应变压器绕组或引出线相间短路、中性点直接接地系统侧绕组或引出线的单相接地以及绕组匝间短路的纵差动保护。对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏系数不能满足要求的变压器，应装设纵差保护。对高压侧电压为330kV以上的变压器，可以装设双重差动保护。(3)反应变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和纵差动保护后备的过电流保护。当过电流保护灵敏系数不满足要求时，可采用低电压和复合电压起动的过电流保护、复序电流保护、低阻抗保护等。(4)反应中性点直接接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。该保护同时作为变压器内部接地的后备保护。对于中性点可接地或不接地运行地变压器需增设零序过电压保护。(5)反应变压器对称过负荷地过负荷保护。(6)反应高压测电压为500KV的变压器由于工作磁通量密度过高引起过励磁的过励磁保护。2.4 变压器保护的基本要求对变压器保护的基本要求有三个方面:(1)在变压器发生故障时应将它与所有的电源断开；(2)在母线或其它变压器相连的元件发生故障，而故障元件由于某种原因(保护拒动或断路器失灵等)其本身短路器未能断开情况下，应使变压器与故障部分分开；(3)当变压器过负荷、油面降低、油温过高时，应发出报警信号；对于变压器本身和各侧引线、套管的故障，为了限制故障扩大，通常采用8电流速断、差动及重气体保护，快速将变压器的电源切断。第 3 章 变压器差动保护3.1 国内外差动保护综述迄今为止，差动保护己经广泛的应用于变压器保护当中，并且微机型保护已其巨大的优越性被广大用户所认可，所以微机变压器差动保护迎来一个快速发展的春天。根据有关文献本文大致将差动保护目前的情况叙述如下。目前，各个继电器生产厂家都将二次谐波制动原理作为主要的涌流闭锁方案。其次是间断角原理以及近来兴起的模糊识别原理。特别是当电力部规程要求220KV以上电压等级的变压器保护都必须配备不同原理的差动保护之后，间断角原理和模糊识别原理发展较为迅速，并且在实践中得到较多的运用和改善。总之，这三种原理的差动保护己经可以称它们为主流，不管是国内还是国外的设备都可以提供这三种原理的保护。这三种原理从本质上来看是相同的，都是基于波形识别的原理。随着计算机水平的发展，CPU等主要芯片运算速度和精度的提高，必将会使得这三种原理的保护日趋完善和可靠。但是这三种原理都有其固有的瑕疵。因为它们都是基于对励磁涌流的一种基本认识:含有祸次谐波、存在波形间断、波形偏向时间的上半轴等等。而对于励磁涌流的这种认识虽然得到目前的公认，但精确的量化却很难做到，所以具体到保护的判据，则存在某种经验的数据，所以也带来误动的可能。同时，以上三种算法非常依赖于计算的精度，所以对计算的采样要求较高，特别是对于间断角原理。同时这种依赖于波形识别(特别是影响波形的不确定因素较多)的原理也存在灵敏度不满足要求的问题，例如对于匝间短路。计算机技术以及数学学科的发展为新的保护原理的具体应用和实现打下了坚实的物质基础。归纳起来主要有以下几种:(1)变压器特殊运行状态及内部短路计算和数学仿真研究(2)具有虚拟三次谐波励磁涌流判别技术(3)基于回路方程算法的差动保护(4)基于电感倒数等效电路的的差动保护9(5)基于励磁电抗(电感)数值大小的空载合闸涌流判据(6)小波变换在差动保护中的应用(7)基于参数辨识的差动保护(8)基于磁制动方案(9)等值电路参数鉴别法目前，这几种保护的方法尚在理论研究阶段，它们的突破将为变压器的保护开创新的天地。差动保护目前主要有如下几种方式:(1)比率制动式差动保护(2)标积制动式差动保护(3)其它类型的差动保护:比如零序差动、分侧差动保护、不完全差动保护、差动速断保护等。(4)基于比率制动式差动保护原理对于高电阻故障(即低故障电流)不灵敏，美国Mcclee:等提出新的差动继电器方法，即将制动电流及差动电流中的故障前电流除出，这种保护在高阻故障时灵敏度较高。3.2 变压器的差动保护3.2.1 变压器差动保护的基本原理对于构成理想变压器模型，差动保护在原理上只能反映被保护设备内部短路电流 ，而不管外部有多严重。KII-I I-I(a) 两相变压器原理图 （b）三相变压器原理图图3-1 变压器差动保护的原理接线由于变压器高压测和低压测的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护10的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变化，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等。例如图3-1(a)中，应使或 （3-1）212llnII BlnI12式中 高压测电流互感器的变比；2ln低压测电流互感器的变比；1l变压器的变比 (即高，低压测额定电压之比)。B当被保护设备发生短路(横向故障)时，有 , tI为流向保护设备的ntKI1端电流向量，如同图3-1图所示。差动保护就反应了这个内部短路电流 ,保KI证此保护的明确选择性，快速性和高度灵敏性，当然也失去了对相邻元件的远后备保护功能。3.2.2.变压器差动回路不平衡电流的分类变压器的纵差动保护需要躲开差动回路中的不平衡电流。现对其不平衡电流产生进行分类讨论：(1)由变压器励磁涌流 ,所产生的不平衡电流LYI变压器的励磁电流 ：仅流经变压器的某一侧，因此，通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡，在正常运行情况下，此电流很小，一般不超过额定电流的210%。在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，它的影响更小。但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数