电力系统微机继电保护论文作业

1、电力系统变压器微机保护的研究杨合乾（专业：电气工程及其自动化本科 班级：08级6班 学号：0612080453(30)）摘要 :电力变压器是电力系统中及其重要的设备，因此，变压器微机保护自从出现以来，不断经过人们的改进和发展，现以其独特的优势在电力系统中被广泛应用。而当微机保护理论与实际应用相结合时，依然存在着各式各样的问题。本文针对变压器微机保护现存的一些问题，主要对以下几个方面进行了研究分析。首先，在深入了解变压器差动保护原理的基础上，对不平衡电流产生的原因和解决方法，以及电流互感器(CT)饱和对差动保护的影响进行理论和仿真分析，尤其是对剩磁对CT饱和的影响做了进一步的研究，得出剩磁的大小

2、与CT的饱和时间成反比，而饱和时间的增大对变压器保护是有利的，应采取措施减少剩磁的影响，并进行了仿真验证。其次，综合分析比较了目前励磁涌流与内部故障电流鉴别原理的优点和不足，在参考相关文献的基础上，提出一种新的基于瞬时无功功率理论的励磁涌流鉴别方法，该方法与以往基于仅D0坐标系的瞬时无功功率鉴别方法不同，采用基于dq0坐标系下的广义瞬时无功功率理论来进行判断，更具有实用性。并通过MATLAB建立了仿真系统模型，对变压器发生励磁涌流时与发生内部故障时，以及空投于内部故障时做了大量的仿真分析，仿真结果证明，该方法可有效区分励磁涌流与内部故障，但对轻微匝间短路的区分不是很明显，成为下一步研究的重点。

3、另外，针对目前傅氏改进算法中实虚部混乱问题，在给出了输入信号不同时正确的傅氏表达式的基础上，对几种典型的改进算法进行修正，并通过仿真算例验证对这几种改进算法做综合性能比较，指出了它们的优缺点和使用范围，为在不同场合的应用提供了理论依据。最后，顺应目前微机保护发展对软、硬件系统要求的主流趋势，给出一种基于双DSP结构的微机保护软、硬件系统结构方案，并对其中主要的硬件电路和软 件程序流程图进行了设计和详细的分析介绍。 关键词：变压器；微机保护；电流互感器饱和；励磁涌流；傅氏算法The power system of transformer computer protection systemYan

4、g he qian(Major：Electric Engineering and Automation graduateGrade and Class: Grade 08 Class 6Student Number: 0612080453)Abstract：The power transformer is a very important equipment in power system，SO，ever since the microcomputer protection of transformer came along，it has been improved and developed

5、 continuously by people，and now it has been widely used in the power system with its unique advantageBut when the theory of microcomputer protection is combined with practice，there are questions and questions still existThe article concentrates on these questions，mainly analyze and study the followi

6、ng aspectsIn the first place，on the basis of the theory of transformer differential protectionindepth understanding，emulate and analyze the cause of unbalance current and solutions。as well as the current transformer(CT)saturation influence on the transformer differential protection，especially study

7、further about the remnant magnetism influence on the CT saturationThe result shows that the remnant magnetism is directly proportional to the time of CT saturation，and increase of the time of CT saturation is good for transformer differential protectionSo it should take measures to reduce the influe

8、nce of the remnant magnetism，besides，emulate and In the next place，comprehensive analyze and compare the currently in rushent and internal fault current identification principle is strengths and weaknesseshe basis of some correlated reference，propose a new inrush current identification hold based on

9、 the theory of instantaneous reactive power，it is not same as thrational identification method which adopt the theory of instantaneous reactiveer based on the ado coordinate system，but adopt the theory of instantaneoustive power based on the dq0 coordinate system to identify it is much moreticabilit

10、yThe emulate system model is builded by the use of MATLAB，and make of simulation and analysis when the transformer in different circumstances，such rush currentinternal fault current，and the internal fault of transformer when singThe result of simulation shows that this method Call make a valid rimin

11、ation between the currently inrush current and internal fault currentBut it is conspicuous to identify when the transformer occur slight turntoturn fault，SO it comes the most important study point in the next workIn addition，there are some questions about fourier improved algorithm confuse real part

12、 with the imaginary partSo，in the article，on the basis of deduce the right verify itfourier expression，to amend some typical improved fourier algorithm，and compare these algorithm performance comprehensively through the simulation，point out their strengths and weaknesses and the scope of application

13、，it can offer some theore ticalin struction for the distinct occasionsAt last，in order to catch up with the trend of the microcomputer protection，meet its requirement for software and hardware，there gives a software and hardware of microcomputer protection program based on the dual DSP structure，des

14、ign and introduce the main hardware circuit and software flow diagram in detailKey words：Transformer；Microcomputer protection；Inrush current；Current transformer saturation；Fourier algorithm 引言电力变压器作为联系不同电压等级网络的设备，是电力系统中极其重要的组成部分，它在电力系统的发电、输电、配电等各个环节中被广泛使用。随着近些年来，电力系统规模的不断扩大，电压等级的提高，增加了很多大容量的变压器，因而它的

15、安全运行与否，是整个电力系统能否连续稳定工作的关键，也是电力系统可靠工作的必要条件。而且电力变压器本身造价昂贵，一旦发生故障而遭到破坏，将给维修带来很大困难，造成大的经济损失。因此，必须根据变压器的容量和重要程度，并考虑到可能发生的各种故障类型和不正常运行状态，来装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。分析电力变压器的故障，可分为短路故障和不正常运行状态两种，而变压器的短路故障，又可按发生在变压器的内外部情况分为内部故障和外部故障。变压器的内部故障主要是指各相绕组之间发生的相间短路、绕组的线匝之间发生的匝间短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地短路故障等。变压器的外部故障主要是指外部绝缘套管和引出

16、线上发生相间短路和直接接地短路故障。变压器的不正常运行状态主要有：由于外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油造成的油面降低；由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁；变压器油温升高和冷却系统故障等。根据上述故障类型和不正常运行状态，依DL40091继电保护和安全自动装置技术规范的规定，变压器应装设以下保护：1瓦斯保护对于变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作，同时也能反映绕组的开焊故障。2纵联差动保护或电流速断保护为反应变压器绕组和引出线的相间短路故障、中性点直接接地侧

17、绕组和引出线的接地短路故障以及绕组匝间短路故障，应装设纵联差动保护或电流速断保护。保护动作后，跳开变压器各电源侧的断路器。3反映外部相间短路的后备保护动作于变压器的外部故障和作为主保护的后备保护，根据变压器的容量和应用情况，可分别采用过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流及单相式低电压起动的过电流保护、阻抗保护。4反映外部接地短路的接地保护对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，应装设零序电流保护。当电力网中部分变压器中性点接地运行，应根据具体情况，装设专用的保护装置，如零序过电压保护，中性点装放电间隙加零序电流保护等。5过负荷保护对04MVA以上的变压器，当数台并列运行

18、，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。6过励磁保护高压侧电压为500kV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。7非电量保护对变压器本体和有载调压部分的温度、油箱内压力升高以及冷却系统的故障，应按现行变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。为实现上述保护内容的功能，适应当今大容量变压器应用的日益增多以及电力系统网络日益复杂化的趋势，并伴随着计算机技术的迅速发展，微机继电保护装置在高压电网中得到了广泛的应用，成为目前继电保护中最重要的保护形式。微机保护相

19、比与传统的保护装置，具有更高的可靠性、快速性和灵敏度，可更大限度的保证电力系统和变压器的安全运行，减少事故的损失。变压器纵联研究差动保护分析纵联差动保护作为变压器的主保护，从问世至今已有近百年的历史，在继电保护的发展过程中有着独特的地位，至今仍广泛应用于电气主设备和线路保护中。而在变压器中的应用主要用来反映变压器绕组的相间短路故障、绕组的匝间短路故障、中性点接地侧绕组的接地故障以及引出线的相间短路故障、中性点接地侧引出线的接地故障。下面将对变压器纵联差动保护原理和在应用中存在的问题进行研究分析。纵联差动保护原理纵联差动保护的基本工作原理是在绕组变压器的两侧均装设电流互感器(current tr

20、ansformer，简称CT)，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧CT的同极性端都朝向母线侧，则将同级性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器，通过比较差动回路中两侧CT二次电流的大小和相位而做出相应的动作，其中流入差动回路的电流为被保护变压器两侧电流互感器的二次电流。以YIA双绕组变压器为例，其差动保护单相原理接线图如图2所示。I图2I双绕组变压器差动保护单相原理接线图其中，变压器T两侧电流I1、I2流入变压器为其电流正方向。当变压器正常运行或发生外部短路故障时，有I1+i2=0，若CT变比合理选择，调整CT二次回路接线，使变压器的电源侧和负荷侧的CT二次线电流相位相差1800，则在理

21、想状态下有id=i1+i2=0，也就是不平衡电流，此时差动继电器不动作，i1与i2反相。而当变压器发生内部短路故障时，则有i1+i2=ik(短路电流)，于是id流过相应的短路电流，当电流值达到保护装置的动作值时，保护装置将动作，启动继电器KD跳闸动作，此时的i1与i2同相位，将故障变压器从电网中切除，起到保护的作用。由上述分析可以看出，纵联差动保护的范围是电源侧和负荷侧电流互感器之间的电气部分，即在原理上是只反应被保护设备的内部短路电流，对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，所以在区内故障时，可以瞬时动作。长期的运行经验表明差动保护是能灵

22、敏地区分区内和区外故障的。而在实际应用当中，为了使纵联差动保护充分发挥其应有的性能，在接线上应注意如下几个方面：(1)由于变压器接线的原因，变压器两侧电流之间存在相位移动，为保证正常运行或外部短路故障时i1与i2有反相关系，所以必须进行相位角矫正。(2)即使满足了外部短路故障时i1与i2的反相关系，考虑到变压器两侧电流互感器变比的不同，为保证外部短路故障时差动继电器电流尽量小，|i1|应与|i2|相等，为此要进行幅值矫正。(3)YN侧保护区外接地故障时，如图21中K点接地，零序电流仅在变压器一侧流通，流过电流互感器CTl，因此，为保证差动保护不动作，i1电流中应扣除相应的零序电流分量。以上是对

23、双绕组变压器差动保护原理的分析，在图22中示出了三绕组变压器的差动保护接线图，对三绕组变压器来说，差动保护原理与双绕组差动保护原理相似，在此不再赘述。励磁涌流鉴别原理变压器为能量传输设备，通过一次、二次绕组间的磁势平衡和电磁感应关系来实现能量的传递。当变压器正常运行时，有功损耗总和为铁损、铜损及一些杂散损耗，都比较小，对于大型变压器来说，这个数值会更小，且基本为姆欧损耗。而在励磁绕组电抗分量的无功部分，则随着磁通的变化而波动。当变压器空载投入电网或外部故障切除后电压恢复时，由于铁心磁通的饱和及铁心材料的非线性特征，将产生很大的由无功磁化电流和有功铁耗电流两部分组成的励磁涌流，此时无功电流占主要

24、成分，它对应于变压器与系统之间能量交换的部分，所以积蓄在电抗分量的能量变化很大，而除去铜耗后，流入变压器的有功功率的增加就相当小了。且这一有功功率损耗从物理本质上来说是由铁芯的反复磁化过程所造成的，其值相对较小，因而三相变压器发生励磁涌流时，两侧三相差无功功率与三相差有功功率的比值应较大。当变压器发生内部短路故障时，诸如匝间短路、相间短路、匝地短路等，短路故障电流很大，故障点的弧光电阻加上短路部分的绕组电阻可与短路部分的绕组等效电抗相比拟，功率因数提高，变压器有功功率消耗增大，无功损耗有所减小，因而此时两侧三相差无功功率与三相差有功功率的比值应较小。为方便讨论，令P1、Q1为变压器一次侧的三相

25、瞬时有功功率和无功功率，P2、Q2为二次侧的三相瞬时有功功率和无功功率，P3、Q3为两侧瞬时有功功率和无功功率的差值，P0、Q0为两侧瞬时有功功率和无功功率差值的直流分量，由上述分析可得，P0、Q0可对应于变压器运行在不同状态下的内部的有功损耗和无功损耗。因此，可通过分析Q0P0的值K，结合变压器参数及运行方式来整定值Kpq，使得在Q0Po=K>Kpq时，判断为励磁涌流，反之则为内部故障。仿真分析验证为验证上述理论分析的正确性，本文利用MATLAB，结合实际变压器设计参数，进行了相关的仿真实验，构建的仿真系统如图所示。变压器空载合闸产生励磁涌流时的仿真分析变压器型侧空载合闸，合闸角为零，

26、合闸时间为002s时，产生的励磁涌流波形如图39所示，图310为变压器空载合闸产生励磁涌流时，三相差瞬时有功功率和无功功率的波形。为了分析变压器在不同合闸角情况下空载合闸时，内部功耗的变化情况。本文对此做了大量的仿真，如在表31中示出了在不同合闸角情况下，采样周期为一周期内的三相差瞬时无功功率和有功功率的直流分量比值的变化关系。由上述仿真分析结果可以看出，当变压器空载合闸发生励磁涌流时，三相差有功功率波形单周期内关于时间轴对称，而三相差无功功率波形偏于时间轴一侧为正，瞬时有功功率的直流分量远小于瞬时无功功率的直流分量，经不同合闸角的情况下，多次仿真实验数据表明，Q0P0最值较大，与前述理论分析

27、相符合。微机保护算法的分析研究全波傅氏算法傅里叶算法的基本思路来自傅里叶级数，假设被采样的模拟信号是一个周期性时间函数y(t)，它可以是正弦函数，也可以是含有多种谐波成分的非正弦函数。根据傅里叶级数的概念，可将此周期函数分解为恒定的直流分量和各种高次谐波分量。表示为：式中刀为谐波次数，n=0，1，2，；Xo为恒定的直流分量；w为基频分量的角频率。An、Bn分别为：而在微机计算An和Bn时，通常都采用有限项方法算得，即将y(t)用各采样点数值代入，通过梯形法求和代替积分法。求得：这种可以计算整个采样周期的算法就叫做全波傅氏算法。全波傅氏算法的优点就是具有很强的滤波能力，可以完全消除直流分量和各整

28、次谐波分量的影响，而且稳定性好。缺点就是不能消除衰减直流分量和非整次谐波分量的影响。当采样信号中存在衰减直流分量时，傅氏算法会带来较大的计算误差；而且算法的数据窗需要一个周期，若再计及微机保护判断和保护出口的延时，将会造成响应速度较慢。微机保护装置的软件系统本保护装置采用双CPU结构，一个作为主保护用，另一个作为辅助保护用。因此可根据他们各自的不同功能将变压器微机保护装置的软件分为两大部分：保护程序软件和辅助程序软件。其中保护程序软件包括系统主程序、采样中断服务程序和故障处理程序。辅助程序软件主要包括键盘输入、显示、通讯和故障报警等。本装置的软件编写主要使用C语言，方便程序的维护修改。系统主程

29、序本系统的主程序主要包括上电初始化、自检、开中断(数据采集)、故障检测与报警显示和循环自检等。系统上电或者手动复位后首先要进行初始化，在初始化过程中要关全局中断，中断使能，还有中断标志都要置0，接着初始化PIE，初始化PIE中断矢量表，还有外设，以及所需配置到的资源，它主要包括各编译量的初始化、寄存器初始化、各种标志位清零等，初始化程序如图511所示。初始化结束后进入自检，包括RAM区读写检查、定值检查、输入输出回路自检等。如果自检没有错误，下一步就需要开中断，以便实现采样和串行通讯等功能。这里就包括数据采样程序、双DSP通讯程序和与上位机通讯程序等几个子程序。然后需要判断有无故障，如果有就通

30、过开关量输出进行保护，同时报警，并通过液晶显示故障信息，若没有就循环自检，继续前面的工作。主程序流程如图512所示。结 论本文在参阅大量电力变压器微机保护的相关资料，充分分析变压器差动保护原理、CT饱和原理、励磁涌流原理等的基础上，针对目前变压器微机保护在实际应用当中存在的问题，如不平衡电流和CT饱和对差动保护灵敏度、可靠性影响的问题、正确识别励磁涌流与内部故障电流的问题以及算法改进应用中存在的问题等，做了深入的研究分析，总结得出的结论和下一步工作内容如下：深入研究分析了影响变压器差动保护的不平衡电流产生的原因，指出传统消除不平衡电流措施的不足，并给出了结合微机保护自身的特点，通过软件对不平衡电流进行补偿调整的方法。这些方法相对以往的来讲，具有方便、简单、精确的特点，对实际的工程应用有一