1、宜賓職業技術學院宜賓職業技術學院 畢業論文（設計）基于單片機的受控正弦信號發生器設計系 部 自動控制工程系 專 業 名 稱 發電廠及其電力系統 班 級 電力 1091 班 姓 名 劉 超 學 號 200912463 指 導 教 師 王瑞 2011 年 9 月 1 日2 方案論證與設計222 萬變電站主變壓器保護摘要：變壓器是電力系統的重要組成部分。它的正常與否直接關系到電力系統的安全和經濟運行。本次設計是變壓器繼電保護的初步設計。根據短路計算的結果，選擇了短路器，隔離開關，母線電氣設備。為了保護變壓器內部和引出線套管的故障，選擇了縱聯差動保護作為變壓器的主保護。影響差動保護可靠性是電路中由于各

2、種原因產生的不平衡電流。通過計算，選擇躲過外部短路時產生的最大不平衡電流作為縱聯差動保護的動作電流。本設計還選擇了瓦斯保護作為變壓器油箱內發生故障時的主保護。定時限過電流保護作為變壓器縱聯差動保護的后備保護。本設計要保護的變壓器是處在中性點直接接地的電力系統中，所以采用零序過電流作為變壓器接地的后備保護。在本次設計中，我還選擇了過負荷保護作為變壓器的后備保護并對以上保護進行了整定。2 方案論證與設計3目 錄第 1 章 緒論 21.1 變壓器保護的歷史及現狀 2 1.2 變壓器保護的發展趨勢 3第 2 章 220kv 主變壓器微機型保護的雙重化的探討 4 2.1 變壓器保護雙重化的意義 5 2.

3、2 雙主雙后主變壓器保護電流回路接入方式 6第 3 章 3.1 電力變壓器的繼電保護 7 3.11 3.12 3.2 3.21 3.22 3.3 3.31 3.32 3.4 3.41 3.42 3.43 3.44 3.5第 4 章4.1 4.2 2 方案論證與設計42 方案論證與設計5第 1 章 緒論1. 1 變壓器保護的歷史及現狀追溯變壓器保護的發展歷史，以 1931 年 r.e.cordray 提出比率差動的變壓器保護標志著差動保護作為變壓器主保護時代的到來。電流差動保護也以其原理簡單、選擇性好、可靠性高的特點在變壓器保護中獲得了極其成功的應用。但由此帶來的技術難題是如何將變壓器的勵磁涌流

4、與內部故障區分開來。變壓器保護的發展史也自此成為一部變壓器勵磁涌流鑒別技術發展史。1941 年，c.d.hayward 首次提出了利用諧波制動的差動保護，將諧波分析引入到變壓器差動保護中，并逐漸成為國外研究勵磁涌流制動方法的主要方向。1958 年，r.l.sharp 和 w.e.glassburn 提出了利用二次諧波鑒別變壓器勵磁涌流的方法，并在模擬式保護中加以實現，同時，還提出了差動加速的方案，以差動加速、比率差動、二次諧波制動來構成整個諧波制動式保護的主體，并一直延續至今。微機變壓器保護的研究開始于 60 年代末 70 年代初。1969 年，rockerfelter首次提出數字式變壓器保護

5、的概念，揭開了數字式變壓器保護研究的序幕，之后，o.p.malik9和 degens 對變壓器保護的數字處理和數字濾波做出了研究；1972 年，skyes 發表了計算機變壓器諧波制動保護方案，使得微機式變壓器保護的發展向實用化方向邁進。變壓器保護在進入數字微機時代后，利用微機強大的運算和處理能力，不斷提出新的勵磁涌流鑒別方法，在國內外形成研究熱潮。間斷角原理從分析勵磁涌流波形本質出發，為勵磁涌流的鑒別提供了新思路，沿著這個思路，波形比較法、波形對稱法和積分型波形對稱法相繼被提出?，F在實用的微機變壓器保護中識別勵磁通流的方法也主要是：二次諧波閉鎖、間斷角閉鎖、波形對稱原理等。實踐表明，在過去幾十

6、年間，上述原理基本上能達到繼電保護要求。然而，隨著電力系統以及變壓器制造技術的日益發展，利用涌流特征的各種判據在實用中均遇到了一些無法協調的矛盾。在高壓電力系統中，由于 ta 飽和、補償電容或長線分布電容等因素的影響，內部故障時差流中的二次諧波分量顯著增大，造成保護誤閉鎖和延時動作。另一方面，現代大型變壓器多采用冷軋硅鋼片，飽和磁密較低而剩磁可能較小，使得變壓器2 方案論證與設計6勵磁涌流中的二次諧波和間斷角均明顯變小。不斷出現的問題推動了研究的不斷深入，文獻13提出的“虛擬三次諧波制動法”從理論上可在半周的時間使保護動作，而且采用奇次諧波鑒別使其對對稱性勵磁涌流的鑒別能力大大強于二次諧波制動

7、。文獻14提出的采樣值差動原理與勵磁涌流波形無關，減少了計算量，提高了保護速度。近年來，新器件、新技術的應用為變壓器保護的研究與發展提供了一個廣闊的天地。數字信號處理器 dsp（digital signal processor）的出現，不但可以提高微機保護數據采樣與計算的速度和精度，甚至可能改變往常微機保護裝置的設計思想，使得復雜的算法得以在保護裝置中實現?，F代數學工具如：模糊控制，神經網絡專家系統，小波分析等開始越來越多的融入到變壓器保護的研究領域，一方面為傳統的變壓器保護方法提供了更有效的工具，另一方面，采用多個信息量，可提高變壓器保護的“智能化”程度，改善可靠性和適應性。隨著新的傳感元件

8、和測量元件的出現，故障診斷及預測充分利用各種現代數學分析手段對變壓器的各個運行狀態量進行監測與分析，越來越融入到變壓器保護中。它實質上是傳統變壓器保護中電量與非電量保護的一個擴展，它的研究與發展，為變壓器保護的研究與發展提供了一個新的思路。對于變壓器后備保護，以前的觀點是認為其原理相對簡單、應用比較成熟，因此學者更為關注其在實現技術方面的研究。但是近年來，隨著越來越多的電力變壓器投入使用以及電網電壓等級的不斷提高，實際運行中由變壓器后備保護配置不合理引起的事故已不少見。目前，已經有部分學者對變壓器相間后備保護配置的合理性以及變壓器零序過流保護整定計算中的特殊問題進行了分析和探討，并提出了相應的

9、改進方法。變壓器后備保護作為主保護的有益補充，為有效地保護變壓器設備及電網運行安全發揮了巨大的作用，對變壓器后備保護的進一步研究已經引起了人們的重視。1.2 變壓器保護的發展趨勢隨著計算機技術的飛速發展，新的保護原理和方案不斷被應用到計算機繼電保護中。不少學者把以模糊理論、人工神經網絡、專家系統等非線性科學為主導的智能技術引入到電力系統中，在電力變壓器的繼電保護中得到應用。智能技術發展迅速，分支眾多，除了模糊邏輯、人工神經網絡、專家系統2 方案論證與設計7等技術被應用于繼電保護中，更有吸引力的研究是將具有不同特性的智能技術結合起來應用到繼電保護中，例如：模糊神經網絡、小波神經網絡、模糊專家系統

10、等，這些結合使得保護的性能得到了有意義的提高。大型電力變壓器的繼電保護已經從電磁型、整流型、晶體管型、集成電路型發展到了微機時代。計算機技術的飛速發展，通訊技術、計算機網絡的功能日益加強，為微機保護的進一步發展提供了廣闊的空間。信號處理、人工智能等相關科學的不斷進步、新的測試手段、測量技術的應用，將不斷提高電力變壓器的保護水平。國內的變壓器保護領域應當及時加強新原理和新技術的吸收和應用，并在實踐中不斷總結和發展變壓器保護的實用技術，以提高防范變壓器事故的能力。1.3 本文所做的工作 本文通較研究，得出一種較為合理的保護方案。完成保護的整定計算內容。具體過對 220kv 主變壓器的保護在實際應用

11、中所起到的重要作用的研究，闡述變壓器保護的基本原理 ，變壓器保護應用范圍，各種變壓器的保護應用現狀和發展趨勢。通過對 220kv 主變壓器的保護方案進行比應包括以下幾個方面：（1） 繼電保護的綜述以及變壓器保護在實際應用中的作用。（2）220kv 主變壓器微機型保護的雙重化的探討。 。（3）電力變壓器保護原理分析：包括瓦斯保護，差動保護，電流速斷保護，過電流保護，零序過電流保護，過負荷保護及過勵磁保護。 （4）主變壓器保護裝置的配置：電力變壓器的保護配置與方案確定以及接線配置圖。（5）整定計算：整定計算的原則和整定計算的過程。第 2 章 220kv 主變壓器微機型保護的雙重化的探討。 由于變壓

12、器是個電元建，也是個磁元件，具有非線性特點和復雜的暫態。因此，其動作正確率還很低。隨著計算機技術的發展，變壓器微機型保護越來越多，性能越來越好，使提高變壓器保護的運行水平成為可能。對主變壓器保2 方案論證與設計8護的雙重化是其中的一個方面，下面談談主變壓器保護雙重化在實踐中遇到的一些問題。 21 主變壓器保護雙重化的意義 根據繼電保護和安全自動裝置技術規程要求，不同容量及不同電壓等級的電力變壓器配置不同的保護。大型變壓器將瓦斯保護及縱聯差動保護作為主保護，各側安裝不同的復壓過流、方向零序或阻抗保護作為后備保護。規程中除對 330 kv 及以上變壓器可裝設雙重差動保護外，一般均按單主(一套主保護

13、)單后(一套后備保護)配置。 防止電力生產重大事故的二十五項重點要求中提出，220 kv 主變壓器的微機保護必須雙重化。主變壓器保護微機化以前，使用分立電磁型元件組成主保護及后備保護時，一套 220 kv 主變壓器保護需 3或 4 面屏，實現雙重化將使屏位達 67 面。采用晶體管及集成電路型的主變壓器保護，繼電器的性能提高，但回路組成及接線仍是脫胎于電磁型保護，一主(一套主保護)一后(一套后備保護)最少要 2 面屏，雙重化后回路也很復雜。早期的主變壓器微機型保護，由于采用的還是主保護與后備保護分開的設計方案，一套主保護加各側后備保護、操作箱、失靈及非電量保護等，需 7 或 8 層機箱。由于高性

14、能的計算機芯片出現，在一套裝置中包含主保護、各側全部后備保護的新一代主變壓器微機型保護已開發，并得到廣泛應用。該保護裝置除非電量保護及開關操作箱外，全套主保護與后備保護只需 1 層機箱，實現雙重化后，一般 4 或 5 層機箱，2 面屏。由于一套保護的功能集中在一個機箱內，雙套保護采用相同的輸入輸出設計，所以外圍接線簡潔，其外圍回路比主保護與后備保護分開的單套配置還簡單。主變壓器保護的雙重化理由： 計算機技術的發展，高性能計算機芯片的出現，主保護與后備保護合一的設計，在技術上使保護配置雙重化成為可能；有多年來線路保護雙重化的成功運行經驗；對供電可靠性要求提高；雙重化的保護可采用不同廠家的產品、不

15、同原理設計，對變壓器發生各類復雜故障時可靠地切除故障更有利。 2.2 雙主雙后主變壓器保護電流回路接入方式 2 方案論證與設計9 采用雙主保護與雙后備保護的主變壓器保護后，如何接入電流互感器的二次回路，這將是需要考慮的問題。對于主保護與后備保護分開的保護，常常主保護與后備保護分別接一組電流互感器的次級，差動保護接獨立電流互感器，后備保護接主變壓器套管電流互感器的次級，如圖 1 所示。在雙母帶旁路主接線方式下，旁路開關代主變壓器開關時，差動保護的電流回路進行相應切換，后備保護的電流回路不用切換。 圖 1-1 單套主變壓器保護電流互感器次級配置圖圖 1-1 中看出，差動保護的保護范圍包括主變壓器的

16、獨立電流互感器至套管的引線，當旁代時則包括旁路母線。采用雙主保護與雙后備保護的主變壓器保護一般將第一套保護接原差動保護電流互感器次級，即接獨立電流互感器，旁代時需切換；第二套保護接原后備保護電流互感器次級，即接套管電流互感器，旁代時不需切換，但對降壓變壓器的高壓側來說，無論是差動保護還是該側的后備保護，其保護范圍不包括開關電流互感器到變壓器套管的引線；對低2 方案論證與設計10壓側來說，其后備保護的保護范圍指向非電源側，所以引線故障將由后備保護切除。電流具體接入見圖 1-2。 在獨立電流互感器次級足夠時，可將第二套保護也接入獨立電流互感器，旁代時切套管電流互感器，這可確保正常運行時兩套保護均有

17、足夠的保護范圍，當第一套保護因故退出時，不至于因第二套保護存在死區而影響主變壓器的正常運行。但電流二次回路的切換較麻煩，因操作不當會引起差動保護誤動的情況時有發生，故保護方式滿足要求時，不建議過多進行電流回路的切換。因此，該回路在設計及施工時可接好，運行時旁代只切第一套，當第一套保護因故退出時，將第二套保護的電流回路切至獨立電流互感器。為避免電流回路的切換，可兩套保護均使用套管電流互感器，在降壓變壓器的高壓側增設簡單電流保護，接獨立電流互感器作引線的保護，當旁代時停用該保護，啟用旁路保護作引線及旁路母線的保護，這樣保護配置較復雜，該電流保護或旁路保護整定時要考慮勵磁涌流的影響。如何取舍取決于各

18、地的運行習慣。圖 1-2 雙重化主變壓器保護電流互感器次級配置圖2 方案論證與設計11第 3 章 電力變壓器的繼電保護圖 1-5 中、分別表示變壓器星形側的三個線電流，和它們對應的ayi.byi.cyi.電流互感器二次電流為、.由于電流互感器的二次繞組為三角形接ayi.byi.cyi.線。3.1 電力變壓器的故障類型及保護措施3.1.1 電力變壓器故障及不正常運行狀態 電力變壓器是電力系統中非常重要的電力設備之一，它的安全運行對于保證電力系統的正常運行和對供電的可靠性，以及電能質量起著決定性的作用，同時大容量電力變壓器的造價也是十分昂貴。因此本節針對電力變壓器可能發生的故障和不正常的運行狀態進

19、行分析，然后重點研究應裝設的繼電保護裝置，以及保護裝置的整定計算。變壓器的內部故障可分為油箱內故障和油箱外故障兩類，油箱內故障主要包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路及經鐵芯燒毀等。變壓器油箱內的故障十分危險，由于變壓器內充滿了變壓器油，故障時的短路電流使變壓器油急劇的分解氣化，可能產生大量的可燃性氣體，很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出線上發生的相間短路和接地短路。電力變壓器不正常和2 方案論證與設計12運行狀態主要有外部相間短路、接地短路引起的相間過電流和零序過電流，負荷超過其額定容量引起的過負荷、油箱漏油引起的油面降低，以及過電壓、過礪磁等。3.1.2 電力變壓器繼電保護的

20、配置為了保證電力變壓器的安全運行，根據繼電保護與安全自動裝置的運行條例 ，針對變壓器的上述故障和不正常運行狀態，電力變壓器應裝設以下保護：(1)瓦斯保護。800kva 及以上的油浸式變壓器的 400kva 以上的車間內油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。瓦斯保護用來反映變壓器油箱內部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保護動作于跳開變壓器各電源側斷路器輕瓦斯動作于發出信號。(2)縱差保護或電流速斷保護。6300kva 及以上并列運行的變壓器，10000kva及以上單獨運行的變壓器，發電廠廠用工作變壓器和工業企業中 6300kva 及以上重要的變壓器，應裝設縱差保護。10000kva 及以下的電力變壓

21、器，應裝設電流速斷保護，其過電流保護的動作時限應大于 0.5對于 2000kva 以上的變壓器,當電流速斷保護靈敏度不能滿足要求時,也應裝設縱差保護。縱差保護或電流速斷保護用于反映電力變壓器繞組、套管及引出線發生的故障，其保護動作于跳開變壓器各電源側斷路器相間短路的后備保護。相間短路的后備保護用于反映外部相間短路引起的變壓器過電流，同時作為瓦斯保護和縱差保護的后備保護，其動作時限按電流保護的階梯形原則來整定，延時動作于跳開變壓器各電源側斷路器。(3)相間短路的后備保護的形式較多，過電流保護和低電壓起動的過電流保護，宜用于中、小容量的降壓變壓器；復合電壓起動的過電流保護，宜用于升壓變壓器和系統聯

22、絡變壓器，以及過電流保護靈敏度不能滿足要求的降壓變壓器；6300kva 及以上的升壓變壓器，應采用負序電流保護及單相式低電壓起動的過電流保護；對大容量升壓變壓器或系統聯絡變壓器，為了滿足靈敏度要求，還可以采用阻抗保護。(4)過負荷保護。對于 400kva 以上的變壓器，當數臺并列運行或單獨運行并作為其他負荷的備用電源時，應裝高過負荷保護。過負荷保護通常只裝設在一相其動作進限較長。延時動作于發出信號。2 方案論證與設計13(5)其他保護。高壓側電壓為 500kv 及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器礪磁電流升高，應裝設變壓器過礪磁保護。對變壓器溫度和油箱內壓力升高，以及冷卻系統故障

23、，按變壓器現行標準要求，應裝設相應的保護裝置。3.2 電力變壓器的瓦斯保護在變壓器油箱內常見的故障有繞組匝間或層間絕緣破壞造成的短路，或高壓繞組對地絕緣破壞引起的單相接地。變壓器油箱內發生的任何一個故障時，由于短路電流和短路點電弧的作用，將使變壓器油及其他絕緣材料因受熱而分解產生氣體，因氣體比較輕，它們就要從油箱里流向油枕的上部，當故障嚴重時，油會迅速膨脹并有大量的氣體產生，此時，回游強烈的油流和氣體沖向油枕的上部。利用油箱內部的故障時的這一特點，可以構成反映氣體變化的保護裝置，稱之為瓦斯保護。3.2.1 氣體繼電器構成和動作原理 瓦斯保護是利用安裝在變壓器油箱與油枕之間的連接管道中的氣體繼電

24、器構成的，如圖 3-2 所示。為了不妨礙氣體的流動，在安裝具有氣體繼電器的變壓器時，變壓器頂蓋與水平面應具有 1%1.5%的坡度，通往氣體繼電器的連接管具有 2%4%的坡度，安裝油枕一側方向向上傾斜。這樣，當變壓器發生內部故障時，可使氣流容易進入油枕，并能防止氣泡積聚在變壓器的頂蓋內。 在瓦斯保護繼電器內，上部是一個密封的浮筒，下部是一塊金屬檔板,兩者都裝有密封的水銀接點。浮筒和檔板可以圍繞各自的軸旋轉。在正常運行時，繼電器內充滿油，浮筒浸在油內，處于上浮位置，水銀接點斷開；檔板則由于本身重量而下垂，其水銀接點也是斷開的。當變壓器內部發生輕微故障時，氣體產生的速度較緩慢，氣體上升至儲油柜途中首

25、先積存于瓦斯繼電器的上部空間，使油面下降，浮筒隨之下降而使水銀接點閉合，接通延時信號，這就是所謂的“輕瓦斯”；當變壓器內部發生嚴重故障時，則產生強烈的瓦斯氣體，油箱內壓力瞬時突增，產生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖擊檔板，檔板克服彈簧的阻力，帶動磁鐵向干簧觸點方向移動，使水銀觸點閉合，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是所謂的“重瓦斯”。重瓦斯動作，立即切斷與變壓器連接的所有電源，從而避免事故擴大，起到保護變壓器的作用。2 方案論證與設計14瓦斯繼電器有浮筒式、檔板式、開口杯式等不同型號。目前大多采用 qj-80 型繼電器，其信號回路接上開口杯，跳閘回路接下檔板。所謂瓦斯保護信號動作，即指因

26、各種原因造成繼電器內上開口杯的信號回路接點閉合，光字牌燈亮。qj180 型氣體繼電器分輕瓦斯和重瓦斯兩部分。輕瓦斯部分主要是由開口杯、固定在開口杯上的永磁鐵、干簧觸點構成的。重瓦斯部分主要有擋板、固定在擋板的磁鐵、重瓦斯干簧觸點及流速整定螺桿構成。當變壓器正常工作時，氣體繼電器內充滿了油，開口杯內也充滿了油，由于開口杯在游內重力所產生的力矩比平衡重錘產生的力矩小，因此開口杯處于向上翹起狀態。與開口杯固定在一起的永磁鐵處于遠離輕瓦斯干簧位置，所以該干簧觸點處于斷開狀態。當變壓器內部繁盛輕微故障時，產生不少氣體，逐漸集聚在氣體繼電器的上部，使繼電器內的油面緩慢下降，當油面降到低于開口杯時，開口杯在

27、空氣中重力加上杯內油的重力所產生的力矩，大于平衡重錘所產生的力矩，于是開口杯落下來，使固定在開口杯上的永磁鐵接近干簧觸點。當氣體積聚到一定容積時，干簧觸點接通，發出輕瓦斯信號?？赏ㄟ^改變輕瓦斯觸點動作的氣體容積在 250300cm3 的范圍內調整。正常情況下，重瓦斯擋板在彈簧的作用下垂直位置，固定在擋板的永久磁鐵遠離重瓦斯干簧觸點。當變壓器油箱內發生嚴重事故時，油 氣流沖擊擋板的2 方案論證與設計15力量大于彈簧的彈力時，擋板傾斜了一個角度，使固定在擋板上的永久磁鐵靠近重瓦斯的干簧觸點，干簧觸點接通，發出跳閘脈沖。重瓦斯動作的油流速度可利用流速整定螺桿，在 0.71.5m/s 的范圍內調整。值

28、得注意是，變壓器初次投入運行時，或由于換油等工作，油中混入少量的氣體，經過一斷時間后，這些氣體又從油中分離出來，逐漸集聚在氣體繼電器的上部，迫使開口杯下降，使輕瓦斯動作。此時，可以通過氣體繼電器頂部放氣閥圖 3-3 瓦斯保護原理接線圖將氣體放出。在故障發生后，為了便于分析故障原因及其性質，可以通過放氣閥收集氣體，以便化驗分析瓦斯氣體的成分。3.2.2 瓦斯保護的原理及接線瓦斯保護的原理接線如圖 3-3 所示。氣體繼電器的輕瓦斯觸點 kg1 由開口杯控制，構成輕瓦斯保護，其動作后發出警報信號，重瓦斯觸點 kg2 由擋板控制，構成重瓦斯保護，其動作或經信號發生器 ks 啟動出口中間繼電器kco，k

29、co 的兩端觸點分別使斷路器 1qf、2qf 跳閘，從而切斷故障電流。為了防止變壓器內嚴重故障時因油速不穩定，造成重瓦斯觸點時通時斷的不可靠動作，必須選用帶自保持電流線圈的出口中間繼電器 kco。在保護動作后，借助于斷路器的輔助觸點 1qf1 和 2qf1 來接觸出口回路的自保持。在變壓器加油或換油后及氣體繼電器試驗時，為了防止重瓦斯誤動作，可以利用切片xb，使重瓦斯暫時改接到信號位置，只發信號。瓦斯保護具有靈敏度高，動作迅速，接線簡單等優點。但由于瓦斯保護不2 方案論證與設計16能單獨作為變壓器的主保護，所以通常是將瓦斯保護與縱聯差動保護配合作為變壓器的主保護。3.3 電力變壓器的縱差保護原

30、理變壓器的縱聯差動保護用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護故障，是變壓器的主保護。圖 3-4 變壓器差動保護單項原理接線圖縱聯差動保護是按比較被保護的變壓器兩側電流的大小和相位的原理實現的。為了實現這種比較，在變壓器兩側各裝設一組電流互感 ta1、ta2，其二次側按環流法連接，即若變壓器兩端的電流互感器一次側的正極性端子均置于靠近母線的一側，則將它們二次側的同極性端子相連接，再將差動繼電器的線圈按環流法接入，構成縱聯差動保護，見圖 2-3。變壓器的縱差保護與輸電線的縱聯差動相似，工作原理相同，但由于變壓器高壓側和低壓側的額定電流不同，為了保證變壓器縱差保護的正常運行，必須選擇好適應

31、變壓器兩側電流互感器的變比和接線方式，保證變壓器在正常運行和外部短路時兩側的二次電流不同。其保護范圍為兩側電流互感 ta1、ta2 之間的全部區域，包括變壓器的高、低壓繞組、套管及引出線等。從圖 3-4 可見，正常運行和外部短路時，流過差動繼電器的電流為2 方案論證與設計17，在理想的情況下，其值等于零。但實際上由于電流互感器特性、2212iiir變比等因素，流過繼電器的電流為不平穩電流。變壓器內部故障時，流入差動繼電器的電流為，即為短路點的短路電流。當該電流大于 kd 的動2212iiir作電流時，kd 動作。由于變壓器各側額定電壓和額定電流不同，因此，為了保護其縱聯差動保護正確動作，必須適

32、當選擇各側電流互感器的變比，使得正常運行和外部短路時，差動回路內沒有電流。如圖 3-4 中，應使 （1-22112212tataniniii1） 式中高壓側電流互感器的變比；1tan 低壓側電流互感器的變比。2tan 式（1-1）說明，要實現雙繞組變壓器的縱聯差動保護，必須適當選擇兩側電流互感器的變比。因此，在變壓器縱聯差動保護中，要實現兩側電流的正確比較，必須先考慮變壓器變比的影響。實際上，由于電流互感器的誤差、變壓器的接線方式及勵磁涌流等因素的影響，即使滿足式（1-1）條件，差動回路中仍回流過一定的不平衡電流 , unbi.越大，差動繼電器的動作電流也越大，差動保護靈敏度就越低。因此，要u

33、nbi.提高變壓器縱聯差動保護的靈敏度，關鍵問題是減小或消除不平衡電流的影響。3.4 電力變壓器相間短路的后備保護和過負荷保護電力變壓器相間短路的后備保護可根據變壓器容量的大小和保護裝置對靈敏度的要求，采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護等方式。對于單側電源的變壓器保護裝置安裝在變壓器電源側，即作為變壓器本身故障的后備保護，又反映變壓器外部短路引起的過電流。3.4.1 過電流保護2 方案論證與設計18 過電流保護一般用于容量較小的降壓變壓器上，其單相原理接線如圖 所示。保護裝置的動作電流應按躲過變壓器可能出現的最大負荷電流 il。max來整定，即 op=l.maxi

34、krekreli式中 krel可靠系數，一般采用 1.21.3； kre返回系數，一般采用 0.85； l.max變壓器的最大負荷電流。i l.max 可按下述兩種情況來考慮：i(1)對并列運行的變壓器，應考慮切除一臺變壓器以后所產生的過負荷。若各變壓器的容量相等時，可按下式計算為 l.max =n。bi1mmi式中 m并列運行的變壓器的臺數；2 方案論證與設計19n。b變壓器的額定電流。i(2) 對降壓變壓器，應考慮負荷中電動機起動時的最大電流，即 l.maxssi l。maxi式中 kss自起動系數，其值與負荷性質及用戶與電源間的電氣距離有關，在 110kv 降壓變電站，對 6 10kv

35、側，kss=1.5 2.5；35kv 側，kss=1.5 2.0。il,max正常運行時的最大負荷電流。 保護裝置的靈敏校驗 ksen=opiik.min式中 ik.min最小運行方式下，在靈敏度校驗發生兩相短路時，流過保護裝置的最小短路電流。在被保護變壓器受電側母線上短路時，要求 =1.5-2.0；在后備保護范圍senk末端短路時，要求 2 . 1senk保護裝置的動作時限應與下一級過電流保護配合，要比下一級保護中最大動作時限大一個時限級差 t 3.4.2 低電壓起動的過電流保護低電壓起動的過電流保護單相原理接線如圖 3-6 所示。保護的起動元件包括電流繼電器和低電壓繼電器。電流繼電器的動作

36、電流按躲過變壓器的額定電流整定。即2 方案論證與設計20op=n。b （1-8）ikrekreli故其動作電流比過電流保護的起動電流小，提高了保護的靈敏性。 低電壓繼電器的動作電壓 uop=0.7un.b電流元件的靈敏系數按式（ 1-8 ）校驗，電壓元件的靈敏系數按下式校驗，即ksen= max. kopuu式中 uk.max最大運行方式下，靈敏系數校驗點短路時，保護安裝處的最大電壓。對裝設在變壓器低壓側的低電壓繼電器，若在變壓器高壓側短路，其靈敏系數不能滿足要求時，可在變壓器高壓側再裝一套低電壓繼電器，兩套低電壓繼電器的接點并聯。3.4.3 復合電壓起動的過電流保護若低電壓起動的過電流保護的

37、低電壓繼電器靈敏系數不滿足要求，可采用復合電壓起動的過電流保護。電壓起動的過電流保護的過電流保護的原理圖與低電壓起動的過電流保護基本相同，不同的是用一個低電壓繼電器和一個負序電壓繼電器代替了低電壓起動的過電流保護中的三個低電壓繼電器，使得保護的靈敏度提高了很多。負2 方案論證與設計21序電壓繼電器由負序電壓濾過器和一個低電壓繼電器構成。(1)負序電壓濾過器負序電壓濾過器從三相電壓中取出負序電壓分量。由電阻、電容構成的單相式負序電壓濾過器應用廣泛，其原理接線如圖所示。濾過器的輸入端接uaby 與 ubc。由于線電壓不包含零序分量，所以，從輸入端即避免了零序分量電壓進入濾過器，為了避免正序電壓通過

38、濾過器，兩個阻抗臂的參數應取為,clxr312231cxr 21cxr 濾過器的輸出電壓為 2.1.crmnuuu當輸入正序電壓時，濾過器的相量圖。因為，電流超前clxr31abi。因為，電流超前。滯后，01 .30abu2231cxr bci.01 .60bcu2.cu0.90bci與同相。因，故1.ruabi.2.1.cruu02.1.1 .crmnuuu當輸入負序電壓時，滯后，由圖可見，,故2 .abu02 .120bcu0601.2.jrceuu （1-)1 (0601.2.1.2 .jrcrmneuuuu9） 由于，且，因此，2.1.2 .crabuuu0901.1.3jcruu，以

39、此代入（1-9）得03002 .1.30cosjabreuu 00306002 .2 .)1 (30cosjjabmneeuu （1-00302.602 .35 . 15 . 1jajabeueu10）由式（1-10）可見，濾過器的輸出電壓與輸入的負序電壓成正比，相位超前輸入 a 相負序電壓。02.30au2 方案論證與設計22實際上，當系統正常運行時，負序電壓濾過器仍有一個不平衡電壓輸unbu.出。產生不平衡電壓的原因主要是各阻抗元件參數的誤差及輸入電壓中有諧波分量。由于 5 次諧波屬負序性質，它可以通過濾過器。通常在濾過器的輸出端加設 5 次諧波濾過器，消除 5 次諧波的影響。(2) 復合

40、電壓起動的過電流保護的工作原理在正常運行時，由于電壓沒有負序分量，所以負序電壓繼電器 kvz 的動斷觸點閉合，將線電壓加入低電壓繼電器 kv 的線圈上，kv 動斷觸點斷開，保護裝置不動作。當外部發生不對稱短路時，故障相電流起動元件 ka 動作，負序電壓繼電器中的負序電壓濾過器 kug 輸出負序電壓，負序電壓繼電器 kvz 動作，其動斷觸點斷開，低電壓繼電器 kv 線圈失磁，其動斷觸點閉合，起動中間繼電器kc 的線圈，其動合觸點閉合，使時間繼電器 kt 動作，經過其整定時限后，kt 的延時觸點閉合，起動出口中間繼電器 kco，將變壓器兩側斷路器1qf、2qf 跳閘，切斷故障電流。當發生三相短路時

41、，低電壓繼電器 kv 線圈失磁而返回，其動斷觸點閉合，同時，電流繼電器 ka 動作，按低電壓起動的過電流保護的方式，作用于1qf、2qf 跳閘。(3) 復合電壓起動的過電流保護的整定計算2 方案論證與設計23電流元件的動作電流與低壓起動的過電流保護中的電流元件的動作整定值相同。低電壓元件的動作電流為 bnopuu.7 . 0式中變壓器額定電壓。bnu.低壓元件的靈敏度為： 2 . 1max.kreopsenukuk式中相鄰元件末端三相金屬性短路時，保護安裝處的最大線電壓；max. ku 低壓元件的返回系數。rek負序電壓元件的動作元件的動作電壓按避開正常運行的不平衡負序電壓整定。其起動電壓 u

42、2op 取為 bnopuu. 212. 006. 0負序電壓元件靈敏度： 2 方案論證與設計24 opksenuuk. 2min. 2式中 uk2.min相鄰元件末端不對稱短路故障時的最小負序電壓。方向元件的整定：a 三側有電源的三繞組生壓變壓器，在高壓側和中壓側加功率方向元件，其方向可指向該側母線；b 高壓及中壓側有電源或三側均有電源的三繞組降壓變壓器的聯絡變壓器，在高壓側和中壓側加功率方向元件，其方向宜指向變壓器。動作時限按大于相鄰主變壓器后備保護的動作時限整定。相間方向元件的電壓可取本側或對側的，取對側的，兩側繞組接線方式應一樣。復合電壓元件可取本側的，也可取變壓器各側“或”的方式。3.

43、4.4 過負荷保護變壓器的過負荷，在大多數情況下是三相對稱的。所以過負荷保護只須用一個電流繼電器接于一相電流即可。為了防止外部短路時不誤發過負荷信號，保護經延時動作于信號。過負荷保護的動作電流，按躲過變壓器的額定電流整定，即 bnrelopikkire.2 方案論證與設計25式中可靠系數，取 1.05relk返回系數；取 0.85rek變壓器過負荷保護的動作時限比變壓器的后備保護動作時限大一個 t。3.5 電力變壓器的溫度保護當變壓器的冷卻系統發生故障或發生外部短路和過負荷時，變壓器的油溫將升高。變壓器的油溫越高，油的劣化速度越快，使用年限減少。當油溫達115150時劣化更明顯，以致不能使用。

44、油溫越高將促使變壓器繞組絕緣加速老化影香其壽命。因此， 變壓器運行規程規定：上層油溫最高允許值為95，正常情況下不應超過 85，所以運行中對變壓器的上層油溫要進行監視。凡是容量在 1000kva 及以上的油侵式變壓器均要裝設溫度保護，監視上層油溫的情況；對于變電所，凡是容量在 315kva 及以上的變壓器，通常都要裝設溫度保護；對于少數用戶變電站，凡是容量在 800kva 左右的變壓器，都應裝設溫度保護，但溫度保護只作用于信號。溫度繼電器的工作原理：當變壓器油溫升高時，受熱元件發熱升高使連接管中的液體膨脹，溫度計中的壓力增大，可動指針向指示溫度升高的方向轉動。當可動指針與事先定位的黃色指針接觸

45、時，發出預告信號并開啟變壓器冷卻風扇。如經強風冷后變壓器的油溫降低，則可動指針逆時針轉動，信號和電風扇工作停止；反之，如變壓器油溫繼續升高，可動指針順時針轉動到與紅色定位指針接觸，這是未避免事故發生而接通短路器跳閘線圈回路，使短路器跳閘，切除變壓器，并發出聲響燈光信號。溫度繼電器的結構：變壓器油溫的監視采用溫度繼電器 k，它由變壓器生產廠成套提供。它是一種非電量繼電器。常用的電觸頭壓力式溫度繼電器的結構圖，它由受熱元件、溫度計及附件組成，是按流體壓力原理工作的。溫度計是一只靈敏的流體壓力表，他有一支可動指針和兩支定位指針分別為黃色和紅色。銅質連接管內充有乙醚液體或氯甲烷、丙酮等：受熱元件插在變

46、壓器油箱定蓋的溫度測孔內。2 方案論證與設計263.5.1 變壓器的冷卻系統 大型電力變壓器常用的冷卻方式一般分為 3 種：油浸自冷式、油浸風冷式、強迫油循環。油浸自冷式就是以油的自然對流作用將熱量帶到油箱壁和散熱管，然后依靠空氣的對流傳導將熱量散發，它沒有特制的冷卻設備。而油浸風冷式是在油浸自冷式的基礎上，在油箱壁或散熱管上加裝風扇，利用吹風機幫助冷卻。加裝風機后可使變壓器的容量增加 30%35%。強迫油循環冷卻方式，又分強油風冷和強油水冷 2 種，它是把變壓器中的油，利用油泵打入油冷卻器后再復回油箱，油冷卻器做成容易散熱的特殊形狀，利用風扇吹風或循環水作冷卻介質，把熱量帶走。這種方式若將油

47、的循環速度比自然對流時提高3 倍，則變壓器可增加容量 30%。風冷變壓器又分為 2 種冷卻方式，即冷卻器冷卻和片式散熱器冷卻，其原理基本相同。目前我國大型電力變壓器的冷卻裝置配置情況是：根據變壓器容量的大小，配置數組風冷油循環冷卻裝置，每組風冷油循環冷卻裝置由 1 臺油泵和 34 臺風扇組成。運行)、其余所有冷卻器全部投入運行。此配置有其不盡人意的地方。在夏季高運行中為滿足變壓器的各種運行工況，一般要求冷卻器 1 臺備用(運行冷卻器故障時可自動投入運行)、1 臺輔助(變壓器負荷電流大于 70% i e 或上層油溫高于某一定值時自動投入溫季節，機組滿負荷運行，變壓器冷卻裝置全部投入，但其上層油溫

48、仍高達 70左右(有時變壓器油枕油位因氣溫變化而高出指示范圍)。但在夜間尤其是在暴雨過后的夜間，因負荷和氣溫驟降，雖然已將變壓器輔助冷卻器停運，但變壓器油溫仍降至 30以下，也就是油溫的變化幅度超過了環境溫度的變化。在冬季負荷較低或特別寒冷的季節，變壓器因油溫過低，不得不對其進行加油，這對變壓器的安全運行和壽命將是十分不利的。即使日常負荷變化和氣溫變化沒有如此之大，但變壓器的溫度變化是實際存在的。 第 4 章 針對 220kv 主變壓器保護的配置4.1 220kv 變壓器保護配置的原則4.1.1 主保護2 方案論證與設計27(1)差電流速斷保護；（2）比例制動保護差動采用二次諧波制動原理；（3

49、）比例制動保護差動采用間斷角閉鎖原理；（4）設有 ct 二次回路斷線檢查告警信號或閉鎖差動保護（不包括差流速斷）的功能。主保護瞬時啟動跳 3 側開關。4.1.2 后備保護a 220kv 側a 復合電壓閉鎖方向電流保護（方向原件可指向母線，也可指向變壓器，方向原件的改變可用控制字實現） ，i 段 2 級時限，第 1 級時限動作跳本側母聯斷路器，第 2 級時限動作跳本側斷路器；b 復合電壓閉鎖過流保護，i 段 1 級時限，動作后跳 3 側斷路器；c 零序電壓閉鎖零序方向電流保護（方向原件可指向母線，也可指向變壓器，方向原件的改變可用控制字實現）分 2 段，每段 2 級時限，1、2 段第 1 級時限

50、動作跳本側母聯斷路器，1、2 段第 2 級時限動作跳本側斷路器；d 零序電壓閉鎖零序過流保護，1 段 2 級時限，第 1 時限動作跳 3 側斷路器，第 2 級時限留作備用；e 間隙過流保護，1 段 1 級時限，跳 3 側斷路器；f 間隙過電壓保護，1 段 1 級時限，跳 3 側斷路器；g 過負荷保護，發信號；h 設置過負荷聯切 110kv 以及 35kv 線路啟動回路；i 設斷路器失靈啟動回路；j 設置非全相保護。b 110kv 側a 復合電壓閉鎖方向電流保護（方向原件可指向母線，也可指向變壓器，方向原件的改變可用控制字實現） ，1 段 2 級時限，第 1 級時限動作跳本側母聯斷路器，第 2

51、級時限動作跳本側斷路器；b 復合電壓閉鎖過流保護，1 段 1 級時限，動作后跳 3 側斷路器；c 零序電壓閉鎖零序方向電流保護（方向原件可指向母線，也可指向變壓2 方案論證與設計28器，方向原件的改變可用控制字實現） ，分 2 段，每段 2 級時限，1、2 段第 1級時限動作跳本側母聯斷路器，1、2 段第 2 級時限動作跳本側斷路器；d 零序電壓閉鎖零序過流保護，1 段 2 級時限，第 1 級時限動作跳 3 側斷路器，第 2 級時限留作備用；e 間隙過流保護，1 段 1 級時限，跳 3 側斷路器；f 間隙過電壓保護，1 段 1 級時限，跳 3 側斷路器；g 過負荷保護，發信號。c 10kv 側

52、a 復合電壓閉鎖過電流保護，1 段 2 級時限，第 1 級時限動作跳本側母聯斷路器，第 2 級時限動作跳本側斷路器； b 過負荷保護，撫仙湖；c 設低周減載保護電流啟動回路。4.1.3 非電量保護（1）重瓦斯引入接點，發出信號并順時跳 3 側斷路器；（2）輕瓦斯引入接點，瞬時動作于信號；（3）溫度引入接點，瞬時動作于信號；（4）風冷消失引入接點，動作于信號且經常延時動作于跳閘；（5）壓力釋放保護引入接點，動作于信號且延時動作跳 3 側斷路器；（6）非電量保護引入接點均為強電 220v 開關量空接點。4.1.4 電源（1）差動保護裝置均獨立設置電源。（2）后備保護裝置均獨立設置電源。4.1.5

53、其他技術要求（1）高、中、低 3 側的復合電壓并聯，以保證高、中壓側靈敏度，并可采用連接片投退其中任何一側復合電壓。（2）高（中）壓側的復合電壓閉鎖方向過流保護中方向元件電壓交叉引線，方向元件投退靠控制字實現。（3）根據“反措” ，要求裝置各保護段時限都可用硬壓板控制投退。（4）本保護直流工作電源為 220v，當工作電源消失、保護裝置應閉鎖跳2 方案論證與設計29閘出口，并發出報警信號。（5）保護裝置的主、后備保護應分別經熔斷器接入獨立電源。（6）保護裝置應有足夠的輸出接點用于跳閘、遠東、故錄、報警等回路，并備用接點。（7）裝置的跳閘出口繼電器應有自保持，并有監視手段，使用人工復歸，出口繼電器

54、應為強電 220v.(8)本體非電量保護引入本裝置的接點可以再擴充，引入接點均為強電220v 開關量空接點。4.2 兩套主保護裝置的特點a、 wbz-1201 型（二次諧波原理）差動主保護（含主、后備保護）特點（1）該保護的最大特點是在變壓器空投內部故障時，保護動作可以不受非故障相勵磁涌流影響；（2）裝置整體配置采用多 cpu 分層式結構，主保護、后備保護以及監控管理都由獨立 cpu 的模件完成，每個模件都可獨立完成一種或多種功能。（3）監控管理與各保護模件聯系采用串行通訊模式。（4）監控管理單元完成人機對話、信息收集、事件記錄、時鐘校對、對各保護單元巡檢等功能，同時設有一個 rs-232c

55、接口，與監控系統或其他就地管理系統相聯，可實現保護的就地或異地管理。（5）設有 ct 二次回路斷線檢查告警信號或閉鎖差動保護功能。b、wbz-04 型（間斷角原理）差動主保護特點（1）采用間斷角原理，對于主變各種狀況下發生的內部故障均能快速可靠切除。（2）采用高性能模數轉換器，采樣頻率高達 2400hz（每周 48 點） ，保證其具有很高間斷角測量精度。（3）采用多微處理器并行工作結構，有 3 個相互獨立的微處理器系統分別完成三相保護，靈一微處理系統完成人機界面、監控管理等功能。（4）裝置提供 2 個串行通訊接口，第 1 串口按 eisasrs-232c 或rs422/485 標準接口方式，用

56、于和綜合化系統或 rtu 通訊。第 2 串口按eisars-232c 標準接口，可使用 pc 機進行定制整定、調試和故障分析。2 方案論證與設計30（5）設有 ct 二次回路斷線檢查告警信號或閉鎖差動保護的功能。4.3 變壓器保護的二次接線4.3.1 兩套保護采用獨立的交流電流和電壓回路220kv 主變保護雙主、雙后配置是基于任何一套保護退出運行，均不影響主變的正常工作而設置的。因此 25 項中明確規定，兩套保護的交流電流回路應相互獨立，目前對采用不同的電流互感器二次繞組是沒有任何異議的，但對電壓回路的相互獨立性卻存在不同的意見。（1）是否取自不同的電壓互感器二次繞組由于變壓器過電流保護的復合

57、電壓閉鎖原件均取自各側復合電壓的“或”邏輯，因此保護要求兩套完全獨立的交流電壓輸入似乎不是非常必要，即使設置，可能對變壓器而言提供兩套完全獨立的 10kv 交流電壓回路，應該還稍重要些。這是由于其他側母線電壓對 10kv 故障的反應靈敏度較差。由于 220kv 線路保護均為雙主、雙后的配置，因此在同樣的交流電壓相互獨立的要求下，對 220kv 母線電壓互感器可選用帶四個二次繞組的設備，即：三個星型繞組，一個開口三角繞組。對 220kv 變壓器保護而言，三個星型繞組中除一個專供計量外，一個供保護一，一個經不同的空氣開關后供保護二和測量回路。舊有母線電壓互感器，由于只有兩個星型繞組，因此兩套保護的

58、交流電壓均取自同一個繞組，此時應注意兩組電壓需經不同的分支開關。（2）電壓切換箱是否雙配置過去工程設計中變壓器各側一般均采用單套電壓配置的方法，這樣當切換箱故障時，變壓器后被保護功能將不再完整。因此對于目前從源頭上已有兩套交流電壓提供的前提下，可通過增加分相操作箱中電壓切換插件的方式使變壓器 220kv 側具備雙電壓切換回路。但對于 220kv 側有旁路的接線形式，我認為需在保護屏已有的三套電壓切換回路的情況下再增加一套，且旁路代路方式不是經常出現，因此可以不考慮。4.3.2 電流互感器二次繞組的保護配置a 雙母線接線方式對于目前普遍采用的高、中壓側雙母接線形式，在變壓器的電流互感器二次繞組保

59、護配置中應注意一下幾個問題：2 方案論證與設計31（1）220kv 側斷路器失靈保護于母線保護的范圍應交叉，這主要是考慮對任意點故障均能保證快速切除；（2）高、中壓側間隙保護和零序保護的電流互感器二次繞組均采用雙配置，這樣做不僅可以滿足兩套保護交流電流回路完全獨立的要求，且工程實際中也較易實現；（3）主保護范圍應將 10kv 斷路器包括在內，既：10kv 電流互感器應安裝在斷路器和母線側刀閘之間。這點在過去的工程中暢飲開關柜結構的問題或選型時沒注意而未實現，從而造成當 10kv 斷路器與電流互感器間故障或10kv 開關失靈時，故障切除時間太長，嚴重損害變壓器。（4）兩套保護的 10kv 側的電

60、流回路接開關柜內的電流互感器，從而盡量擴大差動保護范圍。b 雙母線帶旁路接線方式 對于高、中壓側為雙母帶旁路的界限形式，為了在不切換電流互感器的前提下，仍保證旁路代主變時留有一套主保護，保戶一，二的電流回路分別取獨立電流互感器的二次繞組。由于二次諧波制動原理較為成熟，運用經驗較多，因此主變壓器兩套差動保護統一采用二次諧波制動原理。其余注意事項同雙母線接線形式。4.3.3 失靈啟動回路雖然繼電保護和安全自動裝置技術規程中規定：“一般不考慮由變壓器保護啟動斷路器失靈保護。如變壓器保護戶啟動斷路器失靈保護時，也必須設有相電流原件，并不允許由瓦斯保護動作啟動失靈保護。 ”但考慮到目前變壓器高壓側斷路器