變壓器保護(hù)差動保護(hù)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1目錄第一章 ：變壓器保護(hù)概述 .21.1 國內(nèi)外變壓器差動保護(hù)研究發(fā)展現(xiàn)狀 .21.2 課題內(nèi)容及意義 .21.3 設(shè)計(jì)電站的原始資料（地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)接線圖） .3第二章 ：變壓器的繼電保護(hù)介紹 .42.1 變壓器原理介紹 .42.2 電力變壓器的故障類型、異常工作情況 .52.2.1 變壓器的故障類型 .52.2.2 變壓器的異常工作情況 .52.3 變壓器繼電保護(hù)方式 .62.4 變壓器保護(hù)的基本要求 .6第三章 變壓器差動保護(hù) .73.1 國內(nèi)外差動保護(hù)綜述 .73.2 變壓器的差動保護(hù) .83.2.1 變壓器差動保護(hù)的基本原理 .83.2.2.變壓器差動回路不平衡電流的分類 .93.3 各種變壓器主保護(hù)的討論 .11第四章 短路電流的計(jì)算 .154.1 短路計(jì)算基本說明及步驟 .154.1.1 短路計(jì)算程序運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作 .154.1.2 短路計(jì)算程序運(yùn)行步驟 .164.2 短路計(jì)算結(jié)果 .17第五章 主變差動保護(hù)整定計(jì)算過程及計(jì)算結(jié)果表 .185.1 主變差動保護(hù)基本原理說明 .185.2 主變差動保護(hù)整定計(jì)算過程 .195.2.1 計(jì)算各側(cè)一次額定電流、差動保護(hù) TA 變比、二次額定電流及平衡系數(shù) .195.3 整定計(jì)算結(jié)果一覽表 .21第六章 集成電路型過電流繼電器電子電路設(shè)計(jì) .226.1 構(gòu)成方框圖及其說明 .226.1.1 構(gòu)成方框圖 .226.2 典型模塊電路及其仿真 .226.2.1 全波整流電路及其仿真 .226.2.2 濾波電路及其仿真 .246.2.3 延時(shí)電路及其仿真 .276.2.4 展寬電路及其仿真 .286.3 整體過電流繼電器電子電路及其仿真 .306.3.1 過電流繼電器整體電子電路 .306.3.2 整體電子電路仿真步驟及仿真結(jié)果 .30第七章 總結(jié) .31參 考 文 獻(xiàn) .322變壓器主保護(hù) 差動保護(hù)設(shè)計(jì)第 1 章：變壓器保護(hù)概述隨著電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，繼電保護(hù)技術(shù)就相伴而生。與當(dāng)代新興科學(xué)技術(shù)相比，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是相當(dāng)古老了，然而電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為一門綜合性科學(xué)又總是充滿青春活力，處于蓬勃發(fā)展中。之所以如此，是因?yàn)樗貏e注重理論與實(shí)踐并重，與基礎(chǔ)理論、新理論、新技術(shù)的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起，同時(shí)也與電力系統(tǒng)的運(yùn)行和發(fā)展息息相關(guān)。電力系統(tǒng)自身的發(fā)展是促進(jìn)繼電保護(hù)發(fā)展的內(nèi)因，是繼電保護(hù)發(fā)展的源泉和動力，而相關(guān)新理論、新技術(shù)、新材料的發(fā)展是促進(jìn)繼電保護(hù)發(fā)展的外因，是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)發(fā)展的客觀條件和技術(shù)基礎(chǔ)。1.1 國內(nèi)外變壓器差動保護(hù)研究發(fā)展現(xiàn)狀隨著超高壓、遠(yuǎn)距離輸電在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，大容量變壓器的應(yīng)用日益增多，對變壓器保護(hù)的可靠性、快速性提出了更高的要求。電力變壓器在空載合閘投入電網(wǎng)或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)會產(chǎn)生數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流，同時(shí)波形嚴(yán)重畸變，容易造成差動保護(hù)誤動作，直接影響到變壓器保護(hù)的可靠性。差動保護(hù)一直是電力變壓器的主保護(hù)，其理論根據(jù)是基爾霍夫電流定律，對于純電路設(shè)備，差動保護(hù)無懈可擊。但是對于變壓器而言，由于內(nèi)部磁路的聯(lián)系，本質(zhì)上不再滿足基爾霍夫電流定律，變壓器勵(lì)磁電流成了差動保護(hù)不平衡電流的一種來源。當(dāng)前變壓器差動保護(hù)的主要矛盾仍然集中在勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流的鑒別上。近十多年來，國內(nèi)外許多學(xué)者致力于變壓器繼電保護(hù)的研究，提出了不少判別勵(lì)磁涌流的新原理和新方法。1.2 課題內(nèi)容及意義根據(jù)以上的分析及對目前應(yīng)解決問題的研究，得到本課題所作研究的目的：運(yùn)用小波原理，探求新的勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障判別方法。其意義在于通過研究新判據(jù)，嘗試以小波分析方案完善目前的勵(lì)磁涌流判據(jù)，提高差動保護(hù)的可靠3性。1.3 設(shè)計(jì)電站的原始資料（地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)接線圖）4第 2 章：變壓器的繼電保護(hù)介紹52.1 變壓器原理介紹變壓器主要是用來輸變電的，變壓器能量傳遞是通過電磁感應(yīng)而實(shí)現(xiàn)的，所以分析變壓器電磁關(guān)系要根據(jù)有關(guān)電和磁的規(guī)律。每臺變壓器必須有電路和磁路，而電路和磁路又是電場和磁場的簡化，但是在遇到一些細(xì)致的問題時(shí)，我們還是必須要用場的方法來解決。一般變壓器的電路是由繞組構(gòu)成，而磁路是指定的磁通所通過的部分。(1)電路分析:對于普通電力變壓器，就是指那些單相、三相、雙繞組和三繞組電力變壓器，由于他們繞組的聯(lián)結(jié)方式不同，所以繞組電流，線電流，相電流的計(jì)算公式都是不一樣的。但都可以用表達(dá)式 來表示。其中K是比率系數(shù)，PUIa是額定容量， 是額定電壓。而繞組的匝數(shù)取決于鐵心心柱截面的大小。因?yàn)閁當(dāng)鐵心采用某一牌號硅鋼片以后，磁密B基本上是一個(gè)變化范圍很小的量;而且在某一相電壓作用下，繞組每匝電勢 與該繞組匝數(shù)W的乘積也是一個(gè)常量，所e以鐵心柱截面A大時(shí)，繞組每匝電勢 也大，則該繞組匝數(shù)減小。既然繞組的匝數(shù)完全取決于每匝電勢 ，當(dāng)f=50Hz時(shí)， ，根據(jù)每匝電勢和外e 51104BA加電壓我們就可以計(jì)算出各繞組的匝數(shù)。當(dāng)發(fā)生匝間短路時(shí)，繞組匝數(shù) 將變小，電勢E也將變小，而電流分量將增大，引起變壓器差動保護(hù)動作。(2)磁路分析鐵心是變壓器的磁路，變壓器是由電能輸入側(cè)，即一次繞組側(cè)勵(lì)磁的。在一次與二次繞組間建立起交變磁通的電流，稱為勵(lì)磁電流或磁化電流。具有磁性鐵心的變壓器，交變磁通大部分在鐵心中流通，該磁通叫做主磁通。雙繞組變壓器負(fù)載時(shí)的磁式方程為(2-1)MF21或 (2-2)3WII將上式改寫為:(2-3)HTMMIII1121 式中， 次電流的負(fù)載分量。HTI1由上式可以看出，一次電流乃是勵(lì)磁電流 與一次電流負(fù)載分量I AHT的矢m量和， 等于運(yùn)用一二次匝數(shù)比折算的二次電流，并取負(fù)號，即TI16（2-4）2121IWIHT于是，變壓器的磁場可以看作兩個(gè)部分，一是由勵(lì)磁磁勢 建立;1WIFM二是由其和等于零的二次電流和一次電流負(fù)載分量的磁勢 所建02IHT立的。這個(gè)由合成磁勢所建立的磁場，按照全電流定律，不可能包含與變壓器的兩個(gè)繞組都鉸鏈的磁通，僅可能包含與一個(gè)繞組逐次或完全鉸鏈的磁通。這個(gè)磁場，就叫做變壓器的漏磁場。如果變壓器在空載和負(fù)載時(shí)，一次繞組端所施加的電壓是相等的，則變壓器的空載電流和負(fù)載時(shí)的勵(lì)磁電流二者在大小、相位與波形上相差很小。由公式 (2-5)11ZIEU式中 外加電壓V;1U由主磁通產(chǎn)生的電勢 V;E次繞組的阻抗壓降V。21ZI2.2 電力變壓器的故障類型、異常工作情況電力變壓器是電力系統(tǒng)普遍使用的重要電氣設(shè)備。它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)供電和穩(wěn)定運(yùn)行，特別是大容量電力變壓器一旦因故障而損壞，造成的損失就更大。因此必須針對電力變壓器的故障和異常工作情況，根據(jù)其容量和重要程度，裝設(shè)動作可靠、性能良好的繼電保護(hù)裝置。2.2.1 變壓器的故障類型變壓器故障包括變壓器油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障。變壓器油箱內(nèi)部故障包括繞組的相間短路、匝間短路和中性點(diǎn)接地系統(tǒng)側(cè)的接地短路。這些故障由于短路電流產(chǎn)生的高溫電弧不僅燒壞繞組絕緣和鐵芯，而且將絕緣材料和變壓器油分解產(chǎn)生大量氣體，使變壓器油箱局部變形，甚至引起爆炸。變壓器油箱外部故障主要是變壓器絕緣套管和引出線上發(fā)生的相間短路和接地短路。2.2.2 變壓器的異常工作情況變壓器的異常工作情況由外部短路引起的過電流、過負(fù)荷；油箱漏油造成7的油面降低或冷卻系統(tǒng)故障引起的油溫升高；外部接地短路引起的中性點(diǎn)過電壓；過電壓或系統(tǒng)頻率降低引起的過勵(lì)磁等。2.3 變壓器繼電保護(hù)方式變壓器保護(hù)的任務(wù)就是反應(yīng)上述故障和異常工作情況，通過斷路器切除故障變壓器或發(fā)出信號采取措施消除異常情況，并能作為相鄰元件(如母線、線路)的后備保護(hù)。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，變壓器應(yīng)該裝設(shè)以下繼電保護(hù)裝置。(1)反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低的瓦斯保護(hù)。對容量在0.4MVA及以上油浸式變壓器應(yīng)該裝設(shè)瓦斯保護(hù)。(2)反應(yīng)變壓器繞組或引出線相間短路、中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)側(cè)繞組或引出線的單相接地以及繞組匝間短路的縱差動保護(hù)。對6.3MVA及以上廠用工作變壓器和并列運(yùn)行的變壓器，10MVA及以上廠用備用變壓器和單獨(dú)運(yùn)行的變壓器以及2MVA及以上用電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)不能滿足要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。對高壓側(cè)電壓為330kV以上的變壓器，可以裝設(shè)雙重差動保護(hù)。(3)反應(yīng)變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和縱差動保護(hù)后備的過電流保護(hù)。當(dāng)過電流保護(hù)靈敏系數(shù)不滿足要求時(shí)，可采用低電壓和復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)、復(fù)序電流保護(hù)、低阻抗保護(hù)等。(4)反應(yīng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的零序電流保護(hù)。該保護(hù)同時(shí)作為變壓器內(nèi)部接地的后備保護(hù)。對于中性點(diǎn)可接地或不接地運(yùn)行地變壓器需增設(shè)零序過電壓保護(hù)。(5)反應(yīng)變壓器對稱過負(fù)荷地過負(fù)荷保護(hù)。(6)反應(yīng)高壓測電壓為500KV的變壓器由于工作磁通量密度過高引起過勵(lì)磁的過勵(lì)磁保護(hù)。2.4 變壓器保護(hù)的基本要求對變壓器保護(hù)的基本要求有三個(gè)方面:(1)在變壓器發(fā)生故障時(shí)應(yīng)將它與所有的電源斷開；(2)在母線或其它變壓器相連的元件發(fā)生故障，而故障元件由于某種原因(保護(hù)拒動或斷路器失靈等)其本身短路器未能斷開情況下，應(yīng)使變壓器與故障部分分開；(3)當(dāng)變壓器過負(fù)荷、油面降低、油溫過高時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號；對于變壓器本身和各側(cè)引線、套管的故障，為了限制故障擴(kuò)大，通常采用8電流速斷、差動及重氣體保護(hù)，快速將變壓器的電源切斷。第 3 章 變壓器差動保護(hù)3.1 國內(nèi)外差動保護(hù)綜述迄今為止，差動保護(hù)己經(jīng)廣泛的應(yīng)用于變壓器保護(hù)當(dāng)中，并且微機(jī)型保護(hù)已其巨大的優(yōu)越性被廣大用戶所認(rèn)可，所以微機(jī)變壓器差動保護(hù)迎來一個(gè)快速發(fā)展的春天。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)本文大致將差動保護(hù)目前的情況敘述如下。目前，各個(gè)繼電器生產(chǎn)廠家都將二次諧波制動原理作為主要的涌流閉鎖方案。其次是間斷角原理以及近來興起的模糊識別原理。特別是當(dāng)電力部規(guī)程要求220KV以上電壓等級的變壓器保護(hù)都必須配備不同原理的差動保護(hù)之后，間斷角原理和模糊識別原理發(fā)展較為迅速，并且在實(shí)踐中得到較多的運(yùn)用和改善。總之，這三種原理的差動保護(hù)己經(jīng)可以稱它們?yōu)橹髁?，不管是國?nèi)還是國外的設(shè)備都可以提供這三種原理的保護(hù)。這三種原理從本質(zhì)上來看是相同的，都是基于波形識別的原理。隨著計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展，CPU等主要芯片運(yùn)算速度和精度的提高，必將會使得這三種原理的保護(hù)日趨完善和可靠。但是這三種原理都有其固有的瑕疵。因?yàn)樗鼈兌际腔趯?lì)磁涌流的一種基本認(rèn)識:含有禍次諧波、存在波形間斷、波形偏向時(shí)間的上半軸等等。而對于勵(lì)磁涌流的這種認(rèn)識雖然得到目前的公認(rèn)，但精確的量化卻很難做到，所以具體到保護(hù)的判據(jù)，則存在某種經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，所以也帶來誤動的可能。同時(shí)，以上三種算法非常依賴于計(jì)算的精度，所以對計(jì)算的采樣要求較高，特別是對于間斷角原理。同時(shí)這種依賴于波形識別(特別是影響波形的不確定因素較多)的原理也存在靈敏度不滿足要求的問題，例如對于匝間短路。計(jì)算機(jī)技術(shù)以及數(shù)學(xué)學(xué)科的發(fā)展為新的保護(hù)原理的具體應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。歸納起來主要有以下幾種:(1)變壓器特殊運(yùn)行狀態(tài)及內(nèi)部短路計(jì)算和數(shù)學(xué)仿真研究(2)具有虛擬三次諧波勵(lì)磁涌流判別技術(shù)(3)基于回路方程算法的差動保護(hù)(4)基于電感倒數(shù)等效電路的的差動保護(hù)9(5)基于勵(lì)磁電抗(電感)數(shù)值大小的空載合閘涌流判據(jù)(6)小波變換在差動保護(hù)中的應(yīng)用(7)基于參數(shù)辨識的差動保護(hù)(8)基于磁制動方案(9)等值電路參數(shù)鑒別法目前，這幾種保護(hù)的方法尚在理論研究階段，它們的突破將為變壓器的保護(hù)開創(chuàng)新的天地。差動保護(hù)目前主要有如下幾種方式:(1)比率制動式差動保護(hù)(2)標(biāo)積制動式差動保護(hù)(3)其它類型的差動保護(hù):比如零序差動、分側(cè)差動保護(hù)、不完全差動保護(hù)、差動速斷保護(hù)等。(4)基于比率制動式差動保護(hù)原理對于高電阻故障(即低故障電流)不靈敏，美國Mcclee:等提出新的差動繼電器方法，即將制動電流及差動電流中的故障前電流除出，這種保護(hù)在高阻故障時(shí)靈敏度較高。3.2 變壓器的差動保護(hù)3.2.1 變壓器差動保護(hù)的基本原理對于構(gòu)成理想變壓器模型，差動保護(hù)在原理上只能反映被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部短路電流 ，而不管外部有多嚴(yán)重。KII-I I-I(a) 兩相變壓器原理圖 （b）三相變壓器原理圖圖3-1 變壓器差動保護(hù)的原理接線由于變壓器高壓測和低壓測的額定電流不同，因此，為了保證縱差動保護(hù)10的正確工作，就必須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變化，使得在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個(gè)二次電流相等。例如圖3-1(a)中，應(yīng)使或 （3-1）212llnII BlnI12式中 高壓測電流互感器的變比；2ln低壓測電流互感器的變比；1l變壓器的變比 (即高，低壓測額定電壓之比)。B當(dāng)被保護(hù)設(shè)備發(fā)生短路(橫向故障)時(shí)，有 , tI為流向保護(hù)設(shè)備的ntKI1端電流向量，如同圖3-1圖所示。差動保護(hù)就反應(yīng)了這個(gè)內(nèi)部短路電流 ,保KI證此保護(hù)的明確選擇性，快速性和高度靈敏性，當(dāng)然也失去了對相鄰元件的遠(yuǎn)后備保護(hù)功能。3.2.2.變壓器差動回路不平衡電流的分類變壓器的縱差動保護(hù)需要躲開差動回路中的不平衡電流。現(xiàn)對其不平衡電流產(chǎn)生進(jìn)行分類討論：(1)由變壓器勵(lì)磁涌流 ,所產(chǎn)生的不平衡電流LYI變壓器的勵(lì)磁電流 ：僅流經(jīng)變壓器的某一側(cè)，因此，通過電流互感器反應(yīng)到差動回路中不能被平衡，在正常運(yùn)行情況下，此電流很小，一般不超過額定電流的210%。在外部故障時(shí)，由于電壓降低，勵(lì)磁電流減小，它的影響更小。但是當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，則可能出現(xiàn)數(shù)