1、目 錄TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc20220 摘 要 PAGEREF _Toc20220 2 HYPERLINK l _Toc2449 緒 論 PAGEREF _Toc2449 3 HYPERLINK l _Toc5194 一、電力變壓器的故障及異常運行狀態 PAGEREF _Toc5194 5 HYPERLINK l _Toc22761 （一）電力變壓器的故障 PAGEREF _Toc22761 5 HYPERLINK l _Toc24606 （二）電力變壓器的不正常運行狀態 PAGEREF _Toc24606 5 HYPERLINK l _Toc249 （三

2、）變壓器出現故障的原因 PAGEREF _Toc249 5 HYPERLINK l _Toc6629 （四）電力變壓器故障的預防措施 PAGEREF _Toc6629 6 HYPERLINK l _Toc16341 二、三相電力系統電力變壓器的保護方式 PAGEREF _Toc16341 7 HYPERLINK l _Toc4699 （一）瓦斯保護原理分析 PAGEREF _Toc4699 7 HYPERLINK l _Toc19059 （二）差動保護 PAGEREF _Toc19059 7 HYPERLINK l _Toc23839 （三）電流速斷保護 PAGEREF _Toc23839 1

3、1 HYPERLINK l _Toc22131 （四）過電流保護 PAGEREF _Toc22131 12 HYPERLINK l _Toc28640 （五）零序過電流保護 PAGEREF _Toc28640 15 HYPERLINK l _Toc1805 （六）變壓器過負荷保護 PAGEREF _Toc1805 18 HYPERLINK l _Toc31767 三、微機保護裝置的硬件電路原理 PAGEREF _Toc31767 19 HYPERLINK l _Toc32370 （一）微機保護裝置 PAGEREF _Toc32370 19 HYPERLINK l _Toc24425 （二）微機

4、保護裝置的硬件結構 PAGEREF _Toc24425 21 HYPERLINK l _Toc7967 （三）提高微機保護裝置可靠性的措施 PAGEREF _Toc7967 23 HYPERLINK l _Toc10267 四、保護配置與整定計算 PAGEREF _Toc10267 25 HYPERLINK l _Toc9467 （一）電力變壓器保護配置 PAGEREF _Toc9467 25 HYPERLINK l _Toc22092 （二）保護參數分析與設備配置選擇 PAGEREF _Toc22092 26 HYPERLINK l _Toc15416 （三）接線配置圖 PAGEREF _T

5、oc15416 27 HYPERLINK l _Toc1993 （四）整定計算 PAGEREF _Toc1993 27 HYPERLINK l _Toc11333 結 論 PAGEREF _Toc11333 1 HYPERLINK l _Toc27577 致 謝 PAGEREF _Toc27577 2 HYPERLINK l _Toc8024 參考文獻 PAGEREF _Toc8024 3 HYPERLINK l _Toc1140 附錄：總原理圖 PAGEREF _Toc1140 4摘 要電力變壓器是電力系統中極其重要的電氣設備,它在整個電力系統中起著能量和電壓轉換的作用。它的運行是否安全,直

6、接關系到電力系統能否連續穩定地運行。鑒于電力變壓器在系統中的重要性,電力變壓器的保護一直受到世人的重視和關注。現如今,隨著電力系統規模的不斷擴大和它在國民經濟中地位的不斷提升,對其保護也提出了更高的要求,尤其在可靠性和快速性方面。本論文針對變壓器保護的要求,圍繞著變壓器微機保護系統的研究展開設計工作。 論文首先介紹了微機繼電保護的基本要求、微機保護技術和電力變壓器接地保護。接下來在三相電力變壓器的保護方式以瓦斯保護、差動保護、電流速斷保護、變壓器過負荷保護和過勵磁保護中詳細分析了電力電壓器的保護。并在遙測量的測量中對變壓器、采集模擬量測量值和模數轉換對A/D轉換器進行分析和改進。在保護配置與整

7、定計算詳細分析、研究帶時限的過電流保護整定計算及電流速斷保護整定計算的具體算法；從實際運行中變壓器的各種故障和不正常狀態出發,介紹了變壓器保護的基本要求和配置,在此基礎上確定了本電力變壓器微機保護系統的保護配置,并講述了所配置的變壓器保護的基本原理和具體參數。關鍵詞：微機保護 電力變壓器 變送器緒 論繼電保護技術隨著電力系統的發展而發展。同時也隨著通信、信息、電子、計算機等相關技術的發展而不斷創新。為了保護電機免受短路電流的破壞，首先出現了反應電流超過一預定值的過電流保護。熔斷器就是最早的、最簡單的的過電流保護方式，這種保護方式至今仍廣泛應用于低版線路和用電設備。熔斷器的特點是融保護裝置與切斷

8、電流的裝置于一體，其結構最為簡單。由于用電設備的功率、發電機的容量雖不斷增大，發電廠、變電站和供電網的結線不斷復雜化，電力系統中正常工作電流和短路電流都不斷增大，熔斷器己不能滿足選擇性和快速性的要求，于是出現了作用于斷路器的過電流繼電器。19世紀80年代出現了用于斷路器上直接反應一次短路電流的電磁型過電流繼電器。1901年出現了感應型過電流繼電器。1908年提出了比較被保護組件兩端電流的電流差動保護原理。1910年方向性電流保護開始得到應用，20世紀20年代初距離保護裝置出現。隨著電力系統載波通訊的發展，在1927年前后，出現了利用高壓輸電線卜高頻載波電流傳送和比較輸電線兩端功率方向或電流相位

9、的高頻保護裝置。20世紀50年代，微波中繼通訊開始應用于電力系統，從而出現了利用微波傳送和比較輸電線兩端故障電氣量的微波保護。并提出了利用故障點產生的行波實現快速繼電保護的設想,70年代終于誕生了行波保護裝置。隨著光纖通訊的出現便有了光纖保護的廣泛應用，如光纖差動保護、光纖距離保護等。以上是繼電保護原理的發展過程。與此同時,構成繼電保護裝置的組件、材料、保護裝置的結構型式和制造工藝也發生了巨大的變革。20世紀50年代以前的繼電保護裝置都是由電磁型、感應型或電動型繼電器組成的。這些繼電器都具有機械轉動部件，統稱為機電式繼電器。由機電式繼電器組成的繼電保護裝置稱為機電式保護裝置這種保護裝置體積大，

10、消耗功率大，動作速度慢，機械轉動部分和觸點容易損壞或粘連，調試維護比較復雜，不能滿足超高壓、大容量電力系統的要求。目前正逐漸被淘汰。20世紀50年代，開始出現了晶體管式繼電保護裝置。這種保護功率消耗小，動作速度快無機械轉動部分，稱之為電子式靜態保護裝置。隨著大規模集成電路的發展，80年代后期，集成電路繼電保護裝置很快取代了晶體管繼電保護裝置，成為靜態繼電保護裝置的主要型式。在60年代末，電子計算機一問世，便進行了對繼電保護計算機算法的大量研究，為今天微型計算機式繼電保護(以下簡稱微機繼電保護)的發展奠定了理論基礎。隨著微處理器技術的迅速發展及其價格急劇下降，在70年代后期，出現了比較完善的微機

11、保護樣機，并投人到電力系統中試運行。80年代微機保護在硬件結構和軟件技術方面已趨成熟。微機保護具有巨大的計算、分析和邏輯判斷能力，有存儲記憶功能，因而可用以實現任何性能完善巨復雜的保護原理。微機繼電保護可連續不斷地對本身的工作情況進行自檢，其工作可靠性很高。此外，微機繼電保護可用同一硬件實現不同的保護原理，這使保護裝置的制造大為簡化，也容易實行保護裝置的標準化。微機繼電保護除了具有保護功能外，還有故障錄波、故障測距、事件順序記錄，以及與調度計算機交換信息等輔助功能，這對于簡化保護的調試、故分析和事故后的處理等都有重大意義。進人20世紀90年代以來，在我國得到大量應用，已成為繼電保護裝置的主要型

12、式，是當今電力系統保護、控制、運行調度及事故處理的綜合自動化系統的重要組成部分。隨著計算機技術、微電子技術、網絡通信技術、信息技術的不斷發展，最新研制的微機繼電保護的體積更小，功能更強，性能更優，如硬件結構方面，采用具有強大數據處理功能的ASP微處理芯片，低功耗可編程邏輯芯片(CPLD)和高集成度專用芯片(ASIC)后，使裝置的體積，功耗，可靠性等方面得到很大提升。我國微機繼電保護正向微型化、網絡化、智能化和人性化方面高速發展。2.3 微機保護發展前景繼電保護技術是隨著電力系統的發展而發展起來的。電力系統的短路是不可避免的。由于電力系統的發展，用電設備的功率、發電機的容量不斷增大，發電廠、變電

13、站、和供電網的結線不斷復雜化，電力系統中正常工作電流和短路電流都不斷增大，熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求，于是出現了作用于專門的斷流裝置的繼電器。本世紀初隨著電力系統的發展，繼電器才開始廣泛應用于電力系統的保護。這個時期可認為是繼電保護技術發展的開端。本世紀20年代初，距離保護裝置出現，50年代，微波中繼通訊開始應用于電力系統繼電保護。經過20余年的研究，誕生了行波保護裝置。在繼電保護原理的發展過程中，與此容是，構成繼電保護裝置的元件、材料等也發生了巨大的變革。從機電式保護裝置，到晶體管式繼電保護裝置，再到集成電路繼電保護裝置。在60年代末，微型計算機應用到微機保護被提上日程，擁有巨大的

14、潛力。繼電保護技術的發展現狀繼電保護技術是隨著電力系統的發展而發展的，它與電力系統對運行可靠性要求的不斷提高密切相關。熔斷器就是最初出現的簡單過電流保護，時至今日仍廣泛應用于低壓線路和用電設備。由于電力系統的發展，用電設備的功率、發電機的容量不斷增大，發電廠、變電站和供電網的結線不斷復雜化，電力系統中正常工作電流和短路電流都不斷增大，熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求，于是出現了作用于專門的斷流裝置的過電流繼電器。本世紀初隨著電力系統的發展，繼電器才開始廣泛應用于電力系統的保護。這個時期可認為是微機保護技術發展的開端。微機繼電保護技術的成熟與發展是近三十年來繼電保護領域最顯著的進展。經過長期

15、的研究和實踐，現在人們已普遍認可了微機保護在電網中無可替代的優勢。微機保護具有自檢功能，有強大的邏輯處理能力、數值計算能力和記憶能力，并且具備很強的數字通信能力，這一切都是電磁繼電器、晶體管繼電器所難以匹敵的。計算機技術的進步，更高性能、更高精度的數字外圍器件的采用，一直是微機繼電保護不斷發展的強大動力。一、電力變壓器的故障及異常運行狀態（一）電力變壓器的故障電力變壓器的故障分為內部和外部兩種故障。內部故障指變壓器油箱里面發生的各種故障，主要靠瓦斯和差動保護動作切除變壓器；外部故障指油箱外部絕緣套管及其引出線上發生的各種故障，一般情況下由差動保護動作切除變壓器。速動保護（瓦斯和差動）無延時動作

16、切除故障變壓器，設備是否損壞主要取決于變壓器的動穩定性。而在變壓器各側母線及其相連間隔的引出設備故障時，若故障設備未配保護（如低壓側母線保護）或保護拒動時，則只能靠變壓器后備保護動作跳開相應開關使變壓器脫離故障。因后備保護帶延時動作，所以變壓器必然要承受一定時間段內的區外故障造成的過電流，在此時間段內變壓器是否損壞主要取決于變壓器的熱穩定性。因此，變壓器后備保護的定值整定與變壓器自身的熱穩定要求之間存在著必然的聯系。（二）電力變壓器的不正常運行狀態變壓器外部短路引起短路的過電流，負荷長時間超過額定容量引起的過負荷，風扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等，這些不正常運行狀態會使繞組和鐵芯過熱。

17、此外，對于中性點不接地運行的星形接線變壓器，外部接地短路時有可能造成變壓器中性點過電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運行工況下會使變壓器過電勵磁，引起鐵芯和其他金屬構件的過熱。變壓器處于不正常運行狀態時，繼電保護應該根據其嚴重程度，發出告警信號，使運行人員及時發現并采取相應的措施，以確保變壓器的安全。（三）變壓器出現故障的原因1.避雷器接地電阻高由于避雷器接地電阻高，所以雷電流流過接地電阻時導致變壓器外殼電位增高。當其超過一定數值時，就會引起變壓器絕緣擊穿損壞。2.避雷器接地引下線截面太小或長度太長截面太小在雷擊時易被燒斷，起不到保護作用，長度太長在某一陡度電流通過時，

18、接地引下線上的壓降與避雷器的殘壓疊加在一起，作用到變壓器繞組上有可能破壞變壓器絕緣。3.變壓器本身缺陷根據原北京電力建設科學技術研究所調查、分析，14800臺年配電變壓器的運行經驗表明：在雷擊損壞事故中，大約有37%是因絕緣存在缺陷而引起的。4.過載由于電流的增加，變壓器線圈溫度迅速增加，造成絕緣材料變脆弱，加速老化，形成大量裂紋甚至脫落，嚴重時使線體裸露，而造成匝間短路。或者由于外部故障沖擊力導致絕緣破損，進而發生故障。5.線路涌流現在，除非明確屬于雷擊事故，一般的沖擊故障均被列為“線路涌流”。線路涌流（或稱線路干擾）在導致變壓器故障的所有因素中被列為首位。這一類中包括合閘過電壓、電壓峰值、

19、線路故障/閃絡以及其他輸配方面的異常現象。其中以變壓器出口突發性短路危害最大，當變壓器二次側發生短路接地等故障時，一次側將產生高于額定電流20-30倍的短路電流，而在一次側必然要產生很大的電流來抵消二次側短路電流的消磁作用，如此大的電流作用于高電壓繞組上，線圈內部將產生很大的機械應力，致使線圈壓縮，其絕緣襯墊、墊板就會松動脫落，鐵芯夾板螺絲松馳，高壓線圈畸變或崩裂，變壓器極易發生故障。6.分接開關故障（1）變壓器漏油使分接開關裸露在空氣中，裸露的分接開關絕緣受潮一段時間后性能下降，導致放電短路，損壞變壓器。（2）變壓器分接開關在頻繁的調動中會造成觸頭之間的機械磨損、電腐蝕和觸頭污染，電流的熱效

20、應會使彈簧的彈性變弱，從而使動、靜觸頭之間的接觸壓力下降。7.引線接頭過熱引線接頭過熱是常見的故障之一，一旦發生將造成導電桿與接線端子間打火，甚至損壞導電桿絲扣，燒斷接頭，同時發熱會造成樁頭密封圈老化滲油，油溢至套管，沾粘吸附上導電性的金屬塵埃，當遇到潮濕天氣、系統諧磁、雷擊過電壓等就可能發生套管閃絡放電或爆炸。8.其他原因（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：出線端松動或無支撐，墊塊松動，焊接不良，鐵芯絕緣不良，抗短路強度不足等。（2）維護不良變壓器保護裝置不正確，冷卻劑泄漏，污垢淤積以及腐蝕受潮，連接松動等都屬于維護不良范疇。保養不夠被有關統計列為第四位導致變壓器

21、故障的因素。（四）電力變壓器故障的預防措施變壓器故障有相當部分是完全可以避免的，還有一些只要加強設備巡視嚴格按章操作，隨時可以把事故消除在萌芽狀態，這樣不但將顯著地減少變壓器故障的發生以及不可預計的電力中斷，而且可大量節約經費和時間。1.嚴格按照有關檢修技術標準做好變壓器運行前的檢查和試驗，防患于未燃。2.運行維護（1）保持瓷套管及絕緣子的清潔。定期清理變壓器上的污垢，檢查套管有無閃絡放電，接地是否良好，有無斷線、脫焊、斷裂現象，定期遙測接地電阻不大于4，或者采取防污措施，安裝套管防污帽。（2）在油冷卻系統中，檢查散熱器有無滲漏、生銹、污垢淤積以及任何限制油自由流動的機械損傷。同時，應經常檢查

22、變壓器的油位、油色，有無滲漏，發現缺陷及時消除。（3）保證電氣連接的緊固可靠。（4）定期檢查分接開關。并檢驗觸頭的緊固、灼傷、疤痕、轉動靈活性及接觸的定位。（5）每三年應對變壓器線圈、套管以及避雷器進行介損的檢測。（6）每年檢驗避雷器接地的可靠性。接地必須可靠，而引線應盡可能短。引線應符合規定，無斷股現象，旱季應檢測接地電阻，其值不應超過5。應堅持每年一度的預防試驗，將不合格的避雷器更換，減少因雷擊過電壓損壞變壓器。（7）變壓器應定時大、小修，在運行中或發生異常情況時，可及時大修。（8）應考慮將在線檢測系統用于最關鍵的變壓器上。大型變壓器在線監測系統（氫氣、局部放電及絕緣在線監測）能預先發現運

23、行中變壓器的異常狀態。在線監測與專家系統結合起來對變壓器絕緣進行預測，把變壓器的異常發現于萌芽之初。二、三相電力系統電力變壓器的保護方式（一）瓦斯保護原理分析瓦斯保護是反應變壓器油箱內部氣體的數量和流動的速度而動作的保護，保護變壓器油箱內部各種短路故障，特別是對繞組的相間和匝間短路。由于短路點電弧的作用，將使變壓器和其他絕緣材料分解，產生氣體。氣體從油箱經連通管流向油枕，利用氣體數量及流速構成瓦斯保護。圖2-1上面的觸點表示“輕瓦斯保護”，動作后經延時發出報警信號。下面的觸點表示“重瓦斯保護”，動作后啟動變壓器保護的總出口繼電器，使斷路器跳閘。當油箱內部發生嚴重事故時，由于油流不穩定，可能造成

24、干簧觸點的抖動，此時為使斷路器能可靠跳閘，應選用具有電流自保持線圈的出口中間繼電器KM，動作后由斷路器的輔助觸點來解除出口回路的自保持。此外，為防止變壓器換油或進行試驗時引起重瓦斯保護誤動作跳閘，可利用切換片XB將跳閘回路切換到信號回路。圖2-1 瓦斯保護的原理接線圖（二）差動保護1.變壓器差動保護的工作原理差動保護是利用基爾霍夫電流定理工作的，當變壓器正常工作或區外故障時，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，差動繼電器不動作。當變壓器內部故障時，兩側（或三側）向故障點提供短路電流，差動保護感受到的二次電流和的正比于故障點電流，差動繼電器動作。 差動保護原理簡

25、單、使用電氣量單純、保護范圍明確、動作不需延時，一直用于變壓器做主保護。另外差動保護還有線路差動保護、母線差動保護等等。 2.構成變壓器差動保護的基本原則圖2-2 變壓器縱差保護原理接線圖正常運行或外部故障時 （2-1）所以兩側的CT變比應不同，且應使 即： （2-2） 或： （2-3）即：按相實現的縱差動保護，其電流互感器變比的選擇原則是兩側CT變比的比值等于變壓器的變比。3.不平衡電流產生的原因和消除方法理論上，正常運行和區外故障時， =I1-I2=0 。實際上，很多因素使= Ibp0 。（為不平衡電流）下面討論不平衡電流產生的原因和消除方法：（1）由變壓器兩側電流相位不同而產生的不平衡電

26、流：（/-11）Y.d11 接線方式兩側電流的相位差30圖2-3電流關系圖消除方法：相位校正。變壓器Y側CT（二次側）：形。 Y.d11變壓器側CT（二次側）：Y形。 Y.Y12圖2-4三相差動保護原理圖（a） 圖2-4電流矢量圖(b) 圖2-4電流相量圖(c)可見,差動臂中的 同相位了,但。為使正常運行或區外故障時, =0,則應使。 （2-4）即高壓側電流互感變比應加大倍. 該項不平衡電流已清除.（2）由計算變比與實際變比不同而產生的不平衡電流:CT的變比是標準化的,如:600/5,800/5,1 000/5,1 200/5.所以,很難完全滿足或。 即0,產生.消除方法:利用差動繼電器的平衡

27、線圈進行磁補償。圖2-5差動繼電器磁補償原理圖假設正常運行和區外故障時, 那么I2I2。 Wph接電流小的一側, I2. - I2 (- I2) I2I2調整,使 (- I2)= I2.磁勢抵消.鐵芯中,= =0. 所以W2中無感應電勢,J不動作.實際上, 可能不是整數. 應是整數.故仍有一殘余的不平衡電流. （2-5）其中 =()/ (+) （2-6） 外部故障時,流過變壓器高壓側的最大短路電流.此不平衡電流在整定計算中應予以考慮.（3）由兩側電流互感器型號不同而產生的不平衡電流:(CT變換誤差) （2-7）其中=1此不平衡電流在整定計算中應予以考慮.（4）由變壓器帶負荷調整分接頭而產生的不

28、平衡電流:改變分接頭改變破壞=或 的關系.從而產生新的不平衡電流.(CT二次側不允許開路,即,不能改變),.U=U./ （2-8）無法消除.所以此不平衡電流在整定計算中應予以考慮.由以上分析可知,穩態情況下, 由三部分組成. = + +.U （2-9）（5）暫態情況下的不平衡電流:非周期分量的影響: 比穩態大,且含有很大的非周期分量,持續時間比較長(幾十周波). 圖2-6暫態電流圖最大值出現在短路后幾個周波. 引入非周期分量函數 （2-10）措施:快速飽和中間變流器,抑制非周期分量. 由產生的不平衡電流:當變壓器電壓突然增加的情況下(如:空載投入,區外短路切除后)。 勵磁涌流.這是因為在穩態各

29、種情況下，鐵心的磁通滯后于外加電壓。如果空載合閘時，正好在電壓瞬時值 時接通電路則鐵心中具有磁通為 。但由于鐵心中的磁通不能突變。因此將出現一個非周期分量的磁通，其幅值為，這樣經過半個周期以后，鐵心中的磁通就達到。如果鐵心中還有剩磁，則總磁通將為。此時變壓器的鐵心嚴重飽和，磁電流將劇烈增大，此電流就稱為變壓器的勵磁涌流。其數值最大可達到額定電流的68倍。同時包含了大量的非周期分量和高次諧波分量，勵磁涌流的大小和衰減時間，與外電壓的相位、鐵心剩磁的大小和方向、電源容量的大小、回路的阻抗以及變壓器容量的大小和鐵心性質有關系。其涌流的特點有:很大的直流分量(80%基波)。很大的諧波分量,尤以二次諧波

30、為主(20%基波)。形間出現間斷(削去負波后)。措施:采用具有速飽和鐵芯的差動繼電器。間斷角原理的差動保護。利用二次諧波制動。利用波形對稱原理的差動保護。（三）電流速斷保護變壓器的電流速斷保護是反應于大電流增大而瞬間動作的保護。裝于變壓器的電源測，對于變壓器用引出線上各種形式的短路電流進行保護。為證明選擇性，速斷保護只能保護變壓器的一部分，一般能保護變壓器的原繞組，它適合用于容量在10MVA以下小容量的變壓器，當電流保護時限大于0.5S時，可在電源側裝設電流速斷保護，其接線原理如圖2-7所示：圖2-7電流速斷保護接線圖1.電流速斷保護的整定計算按躲開變壓器負荷側出口d3點的短路最大電流來整定，

31、 即 （2-11）公式（2-11）中可參考系數，取1.31.4；外部短路的最大三相短路電流。2.躲過勵磁涌流根據實際經驗及實驗數據，一般為： （2-12）公式中（2-12）為變壓器的額定電流。按照上面的條件計算，選擇其較大值作為變壓器電流速斷保護的啟動電流。3.靈敏度的校驗 按變壓器原邊d2短路時，流過保護的最小短路電流校驗， （2-13）變壓器電流速斷保護的優點是接線簡單，動作迅速。缺點是只保護變壓器一部分。（四）過電流保護變壓器相間短路的保護既是變壓器主保護的后備保護，又是相鄰母線或線路的后備保護。根據變壓器容量大小和系統短路電流的大小，變壓器相間短路的后備保護可采用過電流保護、低電壓起動

32、的過電流保護和復合電壓起動的過電流保護等。1.過電流保護過電流宜用于降壓變壓器，過電流保護采用三相式接線，且保護應該裝設在電源側。保護的動作電流應按躲過變壓器可能出現的最大負荷電流來整定，即 （2-14）公式（2-14）中可靠系數，一般為1.21.3；為返回系數。確定時，應該考慮下面兩種情況：（1）并列運行的變壓器，應該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，可按下計算 （2-15）公式（2-15）中并列變壓器的臺數；變壓器的額定電流。圖2-8 過電流保護單相接線原理圖（2）降壓變壓器，應該考慮負荷中電動機自啟動時的最大電流，則 （2-16）公式（2-16）中 自啟動系數，

33、其值與負荷性質及用戶與電源尖的電氣隔離開關。對110KV降壓變電站，610KV側，=1.52.5；35KV側，=1.52.0 。為正常運行時的最大負荷電流。同時保護的動作時限應該與下級保護配合，即比下級保護中最大動作時限大一個階梯時限。保護的靈敏度為 （2-17）公式（2-17）中 最小運行方式下，其靈敏度校驗點發生兩相短路時，流過保護裝置的最小短路電流。最小短路電流應該根據變壓器連接組別、保護的接線方式確定。在被保護變壓器受電側母線上短路時，要求=1.52；在后備保護范圍末端短路時，要求=1.2。若靈敏度不滿足要求時，則選用靈敏度較高的其他后備保護。2.復合電壓起動的過電流保護（1）線原理符

34、合電壓起動的過電流保護原理接線如圖2-9所示。負序電壓繼電器KVN和低電壓繼電器組成復合電壓元件。發生不對稱短路時，負序電壓濾過器KUG有輸出，繼電器KVN動作，其常閉接點打開，KV失電，其常閉接點閉合，起動中間繼電器KAM，其接點閉合，電流繼電器KA的常開接點因短路而閉合，則時間繼電器KT的線圈回路接通。經KT的整定延時后，KT的接點延時閉合，起動出口中間繼電器KCO，動作于斷開變壓器兩側短路器。當發生三相短路時，低電壓繼電器動作，其常閉接點閉合，與電流繼電器一起，按低電壓起動過電流保護的動作方式，作用與跳閘。圖 2-9復合電壓起動過電流保護原理接線圖（2）整定計算電流元件動作電流 （2-1

35、8）為變壓器額定電流動作電壓為 （2-19）為變壓器的額定電壓。低壓元件靈敏度為 （2-20）公式中（2-20）相鄰元件末端三相金屬性短路故障時，保護安裝處的最大線電壓；低壓元件的返回系數。負序電壓元件動作電壓為 （2-21）負序電壓元件靈敏度為 （2-22）公式（2-22）為相鄰元件末端不對稱短路故障時，最小負序電壓。3.負序電流和單相式低壓過電流保護對于大容量的發電機變壓器組，由于額定電流大，電流元件往往不能滿足遠后備靈敏度的要求，可采用負序電流保護，它是由反應不對稱故障的負序電流元件和反應對稱短路故障的單相式低壓過電流保護組成。負序電流保護靈敏度較高，且在Y，d接線的變壓器另一側發生不對

36、稱短路故障時，靈敏度不受影響，接線也較簡單。（五）零序過電流保護在大電流接地的系統中，一般在變壓器上裝設接地保護。作為便宜變壓器本身主保護的后備保護和相鄰元件接地短路的后備保護。當系統接地短路時，零序電流的大小和分布是與系統中變壓器中性點接地的數目和位置有關。對于有一臺變壓器的升壓變電站，變壓器都采用中性點接地運行方式。對于若干臺變壓器并聯運行的變電站，則采用一部分變壓器中性點接地運行，而另一部分變壓器中性點不接地運行。1.中性點直接接地變壓器的零序電流保護圖2-10為中性點直接接地雙繞組變壓器的零序電流保護原理接線圖。保護用電流互感器接于中性點引出線上。其額定電壓可選擇低一級，其變比根據接地

37、短路電流的熱穩定和動態穩定條件來選擇。保護的靈敏系數按后備保護范圍末端接地短路校驗，靈敏系數應不小于1.2。保護的動作時限應比引出線零序電流后備段的最大動作時限大一個階梯時限。為了縮小接地故障的影響范圍及提高后備保護動作的快速性 ，通常配置為兩段式零序電流保護，每段各帶兩級時限。零序段作為變壓器及母線的接地故障后備保護，其動作電流以與引出線零序電流保護段在靈敏系數上配合整定，以較短延時（通常為0.5S）作用于斷開母聯斷路器或分段斷路器；以較長延時（0.5+）作用與斷開變壓器的斷路器。零序段作為引出線接地故障的后備保護，其動作電流按上式選擇，第一級延時與引出線零序后備段動作延時配合，第二級延時比

38、第一級延時長一個階梯時限。圖2-10中性點直接接地零序電流保護原理接線圖 （2-23）公式（2-23）中 變壓器零序過電流保護的動作電流； 配合系數，取1.11.2； 零序電流分支系數； 引出線零序電流保護后備段的動作電流。2.中性點可能接地或不接地變壓器的保護當變電站部分變壓器中性點接地運行時，如圖2-11所示，當兩臺變壓器并列運行時，其中T1中性點接地運行，T2中性點不接地運行。當線路上發生單相接地時，有零序電流流過QF1、QF3、QF4和QF5的四套零序過電流保護。按選擇性要求應滿足t1t3，即應由QF3和QF4的兩套保護動作于QF3和QF4跳閘。若因某種原因造成QF3拒絕跳閘，則應由Q

39、F1的保護動作跳閘。當QF1和QF4跳閘后，系統成為中性點不接地系統，而且T2仍帶著接地故障繼續運行。T2的中性點對地電壓將升高為相電壓，兩非接地相的對地電壓將升高倍，如果在接地故障點出現間歇性電弧過電壓，則對變壓器T2的絕緣危害更大。如果T2為全絕緣變壓器，可利用在其中性點不接地運行時出現的零序電壓，實現零序過電壓保護，作用于斷開QF2。如果T2是分級絕緣變壓器，則不允許上述出現情況，必須在切除T1之前，先將T2切除。圖 2-11中性點接地運行圖因此，對于中性點有兩種運行方式的變壓器，需要裝設兩套相互配合的接地保護裝置：零序過電流保護用于中性點接地運行方式；零序過電壓保護用于中性點不接地運行

40、方式。并且還要按下面的原則進行保護：對于分級絕緣變壓器應先切除中性點不接地運行的變壓器，后切除中性點接地運行的變壓器；對于全絕緣變壓器應先切除中性點接地運行變壓器，后切除中性點不接地運行變壓器。（1）分級絕緣變壓器圖2-12為分級絕緣變壓器的零序過電流和零序過電壓保護原理接線圖。當系統發生接地故障時，中性點不接地運行變壓器的TAN無零序電流，報告裝置中的KA不動作，零序過電流保護動作，KV因有零序電壓3U0而動作。這時，與之并列運行的中性點接地運行變壓器的零序過電流保護則因TAN有零序電流，KA動作并經其時間繼電器1KT的瞬時閉合常開接地將正電源加到小母線WB上。此正電源經中性點不接地運行變壓

41、器的KV接點和KA的常閉接點使KT2起動零序過電壓保護。在主保護拒絕動作的情況下，經過較短時限使KCO動作，先動作于中性點不接地運行變壓器的兩側斷路器跳閘。與之并列運行的中性點接地運行變壓器的KV雖然也已動作，但由于KA已處于動作狀態，其常閉接點已斷開，故小母線上的正電源不能使KT2動作，其零序過電壓保護不能起動，要等到整定時限較長的KT1延時接點閉合時，才動作于中性點接地運行變壓器的兩側斷路器跳閘。圖2-12 分級絕緣變壓器的接地保護原理圖（2）全絕緣變壓器圖2-13為全絕緣變壓器的零序過電流和零序過電壓保護原理圖。當系統發生接地故障時，中性點接地運行變壓器的零序過電流保護和零序過電壓保護都

42、會起動。因KT1的整定時限較短，故在主保護拒絕動作的情況下先動作于中性點接地運行變壓器的兩側斷路器跳閘。與之并列運行的中性點不接地運行變壓器，則只有零序過電壓保護動作，其零序過電流保護并不起動作。因KT2的整定時限較長，故后切除中性點不接地運行變壓器的兩側短路器。圖2-13全絕緣變壓器的接地保護裝置原理接線圖（六）變壓器過負荷保護當變壓器過負荷電流三相對稱，過負荷保護裝置只采用一個電流繼電器接于一相電流回路中，經過較長的延時后發出信號。對于三繞組變壓器，三側都裝有過負荷啟動元件；對于雙繞組變壓器，過負荷保護應裝設在電源側。其原理如圖所示。圖2-14變壓器過負荷保護接線圖過負荷保護的整定計算：過

43、負荷保護的動作電流按躲過變壓器的額定電流進行整定 （2-24）公式（2-24）中 可靠系數，一般取1.05； 繼電器的返回系數，一般取0.85； 保護安裝側變壓器的額定電流。過負荷保護的延時應比變壓器的過電流保護時限延長一個階段，一般取10s。 三、微機保護裝置的硬件電路原理（一）微機保護裝置 微機保護裝置是一個計算機系統。當然應包括硬件和軟件兩部分。微機保護的硬件電路隨所采用的單片機不同而有很大差別。另外，隨保護對象的不同在硬件上也有所不同例如微機高壓輸電線路保護裝置的硬件與微機型發電機變壓器保護的硬件在模擬量輸人信號的數量和性質、開關量輸人、輸出的數量上就有很大的差別。由于單片機及其相關的

44、集成電路芯片發展速度很快，因此，微機保護裝置的硬件也在不斷發展變化。從最初的單八位 CPU構成一個系統，到由多個8位單片機、16位單片機構成微機保護系統。目前，有些微機保護裝置的硬件采用了32位的數字信號處理器(DSP),也有的采用嵌人式系統 (POWER PC)組成微機保護硬件系統的。接口芯片的容量在不斷增大、存取速度越來越快。有些芯片從并行接口方式變為串行接口方式。例如存放定值的EEPROM芯片、硬件時鐘芯片等。這些都為微機保護裝置硬件的設計提供了方便和靈活性。在硬件的制造技術上也發生了很大的變化。采用多層印刷電路板、表貼芯片、自動焊接技術、抗干擾技術極大地提高了微機保護的硬件水平。 在我

45、們介紹的微機保護裝置硬件構成的基本框圖中。對于一個具體的微機保護裝置，通常將這些硬件電路按功能分別布置在幾個插件上，各插件安裝于一個機箱中，采用總線把各擂件聯系在一起，構成一套完整的保護裝置。插件一般包括模擬變換器擂件、電壓一頻率(VF)變換插件(具有VFC數據采集系統的裝置)、A/D轉換部分可與保護微機系統布置在一起，保護微機系統插件、管理微機系統插件、出口、邏輯、信號及告替繼電器擂件、逆變穩壓電源插件。開關量輸人、開關量輸出電路根據情況可與保護或理微機系統布置在同一插件上，也可單設開關量輸人、輸出插件。 1.機箱目前，微機保護裝置所采用的機箱主要有以下幾種規格寬度為19英寸、高度為4U (

46、180-)的機箱；寬度為19/2英寸、高度為4U (18。二)的機箱；寬度為19英寸高度為6U (270-)的機箱。 2.擂件每個擂件為一塊印刷電路板。對4U的機箱，印刷電路板的大小一般為144-X190mm。對于6U的機箱，印刷電路板的大小一般為162-m X 230-。印刷電路板為多層，一般為四層或六層。為提高微機保護的抗干擾水平，通常將不同電壓等級的電路布置在不同層，以減少相互之間的干擾。插件有兩種插拔方式，一種為前部擂拔方式；另一種為后部擂拔方式。 3.面板微機保護裝置的面板有兩種形式。整面板形式和按插件的分面版形式。目前，絕大多數微機保護裝置采用整面板形式。在面板上布置有LCD液晶顯

47、示模塊、觸摸按鍵、調接口和有關的信號燈。 4.總線各插件之間的聯系采用總線連接。對于前插拔方式，在每塊插件的后部設有插頭，與固定在機箱后部的插座依靠壓力接觸，各插件之間通過后背插針繞線連接，與微機保護裝置外部的連接通過端子排。也可采用總線板將各插件相互聯系。 5.保護屏在微機保護應用于電力系統后，出現了保護裝置下放安裝的方式。對于集中安裝在控制室的微機保護屏其要求與以往的保護屏相同。對于安裝于開關場的微機保護屏必須設有保護柜，將微機保護屏安裝于柜內。柜內應設有溫度調節系統。在高壓、超高壓變電站，保護下放到開關場，由于強大的電磁干擾會影響保護裝置的正常工作，通常要在現場建設具有屏蔽作用的保護小間

48、，將微機保護屏安裝TIR護小間內。微機保護裝置的數字核心一般由CPU、存儲器、定時器/計數器等組成。目前數字核心的主流為嵌入式微控制器（MCU），即通常所說的單片機;輸入輸出通道包括模擬量輸入通道（模擬量輸入變換回路將CT、PT所測量的量轉換成更低的適合內部A/D轉換的電壓量，2.5V、5V或10V）、低通濾波器及采樣、A/D轉換）和數字量輸入輸出通道（人機接口和各種告警信號、跳閘信號及電度脈沖等）。測量部分是測量被保護元件工作狀態（正常工作、非正常工作或故障狀態）的一個或幾個物理量。并和已給的整定值進行比較，從而判斷保護是否應該啟動。 邏輯部分的作用是根據測量部分各輸出量的大小、性質、出現的

49、順序或它門的組合，使保護裝置按一定的邏輯程序工作，最后傳到執行部分。 執行部分的作用是根據邏輯部分送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務。如發出信號，跳閘或不動作。對于同一類型的保護對象，微機保護裝置可采用相同的硬件結構，不同的保護功能體現在軟件上，縮短了新產品的研制和開發周期。微機保護裝置本身消耗功率低，降低了對電流互感器和電壓互感器的要求。另外，正在研究的數字式電壓、電流傳感器更便于與微機保護實現接口微機保護裝置的硬件構成框圖微機保護裝置的基本硬件構成如圖3-1所示。3-1管理微機系統的硬件電路原理 以SOC196KB構成的16位單片機系統：圖3-1是由80C196KB構成的16位單片機系

50、統。80C196KB為英特爾公司MCS-196系列16位單片機中的一員。采用CHMOS工藝，耗電少，除正常工作方式外還可工作于兩種節電方式，即待機方式和掉電方式。其封裝形式有三種PLCC, PGA (Pin GridArray)和QFP (Quad Flat Pack)。其中PLCC封裝形式和PGA封裝形式均為68個引腳，QFf，封裝形式為80個引腳。80C196KB的存儲器結構為普林斯頓結構，即程序存儲器空間和數據存儲器空間總共為64K。在片內有24字節的專用寄存器和232字節的寄存器陣列，即片內RAM, 5個8位并行口。PO口是輸人口，可作為A/D轉換的輸人口使用;P1口是準雙向口，可作為

51、通用油人輸出口使用；P2口是一個多功能口，P3口和P4口bhtiF3wr狠的復用口。其中P3口為低8位地址數據總線，P4口為高8位地址數據總線。類似于8031單片機系統，用80C196單片機構成一個微機系統時，必須用P3口和P4口進行擴展。為將地址數據分離，同樣可采用74LS373地址鎖存器芯片實現。80C196KB提供地址鎖存允許信號ALE。為增加數據總線的驅動能力，電路中采用了74LS245數據總線緩沖器芯片。由于程序存儲器和數據存儲器的數據線均為8位，所以在利用HOC196KB擴展成16位數據總線的系統時，程序存儲器與數據存儲器芯片應成對配置其中一片分配為偶地址空間，另一片分配為奇地址空

52、間。圖3-2由8OC196KB構成的16位單片機擴展系統。 圖3-2 由80C196KB構成的16位單片機擴展系統HOC196KB的系統總線配里方式靈活。可配置為8位總線方式，16位總線方式，或配置為在運行中動態可變的總線方式。具體配里為哪種方式由芯片上的總線寬度(BISWIDSH)信號的電位和芯片配置寄存器CCR中的位1決定。見下表CCR.1BUSWTDSH總線寬度CCR.1BUSWTDSH總線寬度008位108位018位1116位可見，當BUSWIDSH引腳位低電位時，無論CCR. 1寫0或1,總線寬度始終為8位，當BUSWB)SH引腳為高電位時，總線寬度取決于CCR. 1的狀態，當CCR

53、. 1=0,總線寬度為8位。當CCR. 1=1，總線寬度位16位。單片機提供的控制信號有讀信號(RD/,高位地址允許/寫高地址信號(BHE/WRH)，寫/寫低地址信號(WR/ WRL)，地址鎖存允許/地址有效信號(ALE/ADV/,讀信號可直接連接到程序存儲器的輸出允許(OE/引腳和數據存儲器的讀信號引腳.而在16位數據總線的系統中，當有可能對字節進行寫操作時，寫信號必須分成寫偶數地址的信號和寫奇數地為信號。這可以用鎖存后的地址A0, BHE和WR信號經譯碼產生。（二）微機保護裝置的硬件結構微機保護裝置的典型結構 1.微機保護硬件系統如圖所示，一般包括以下三大部分。（1）模擬量輸入系統(或稱數

54、據采樣系統)模擬量輸入系統包括：電壓形成、模擬濾波(ALF)、采樣保持(SH)、多路轉換(MPX)以及模數轉換(AD)等功能塊。該系統將完成將模擬輸入量準確地轉換為所需的數據量。（2）CPU系統CPU系統包括：微處理器(MPU)、只讀存儲器(一般用EPROM)、隨機存取存儲器(RAM)以及定時器等。MPU執行存放在EPROM中的程序，將數據采集系統得到信息輸入至RAM區的原始數據進行分析處理，以完成各種繼電保護的功能。（3）開關量(或數據量)輸入輸出系統開關量輸入輸出系統包括：若干個并行接口適配器、光電隔離器件及有接點的中間繼電器等。該系統完成各種保護的出口跳閘、信號警報、外部接點輸入及人機對

55、話等功能。2.信號輸入電路微機保護裝置輸入信號主要有兩類，即開關量和模擬量信號。信號輸入部分就是妥善處理這二類信號，完成單片微機輸入信號接口功能。通常輸入的開關量信號不滿足單片微機系統輸入信號電平要求，因此需要信號電平轉換。為了提高保護裝置的抗干擾性能，通常還需要經整形、延時、光電隔離等處理。 輸入的電壓和電流信號，是模擬量信號。由于微機是一種數字電路設備，只能接受數字脈沖信號，所以就需要將這一類模擬信號轉換為數字信號，稱為模數變換，輸人模擬量信號的模數變換電路也稱作輸入信號調理電路。3.單片機微機系統微機保護裝置的核心是單片機系統，它是由單片微機和擴展芯片構成的一臺小型工業控制微機系統，除了

56、硬件之外，還有存儲在存儲器里的軟件系統。這些硬件和軟件構成的整個單片微機系統主要任務是完成數值測量、邏輯運算及控制和記錄等智能化任務。除此之外，現代的微機保護應具備各種遠方功能，它包括發送保護信息并上傳給變電站微機監控系統，接收集控站、調度所的控制和管理信息。這種單片微機系統可以是單CPU或采用多CPU系統。一般為了提高保護裝置的容錯水平，目前大多數保護裝置已采用多CPU系統，尤其是較復雜的保護裝置，其主要保護和后備保護都是相互獨立的微機保護系統。它們的CPU是相互獨立的，任何一個保護的CPU或芯片損壞均不影響其他保護。除此之外，各保護的CPU總線均不引出，輸入及輸出的回路均經光隔離處理，能將

57、故障定位到插件或芯片，從而大大地提高了保護裝置運行的可靠性。但是對于比較簡單的微機保護，由于保護功能較少，為了簡化保護結構，多數還是采用單CPU系統。4.人機接口在許多情況下，單片微機系統必須接受操作人員的干預，如整定值輸入、工作方式的變更，對單片機微機系統狀態的檢查等都需要人機對話。這部分工作在CPU控制之下完成，通常可以通過鍵盤、漢化液晶顯示、打印機及信號燈、音響或語言告警等來實現人機對話。5.輸出通道輸出通道部分是對控制對象實現控制操作的出口通道。通常這種通道主要任務是將小信號轉換為大功率輸出，滿足驅動輸出的要求。在出口通道里還要防止控制對象對微機系統的反饋干擾，因此出口通道也需要光隔離

58、。顯然輸出通道仍然是一種被控對象與微機系統之間的接口電路。6.電源微機保護系統對電源要求較高，通常這種電源是逆變電源，即將直流逆變為交流，再把交流整流為微機系統所需要的直流電壓。它把變電所的強電系統的直流電源與微機的弱電系統電源完全隔離開。通過逆變后的直流電源具有極強的抗干擾水平，對來自變電所中的因斷路器跳合閘等原因產生的強干擾可以完全消除掉。目前微機保護裝置均按模塊化設計，也就是說對于成套的微機保護、各種線路和元件的保護，都是用上述五個部分的模塊電路組成的。所不同的是軟件系統及硬件模塊化的組合與數量不同。不同的保護用不同的軟件來實現，不同的使用場合按不同的模塊化組合方式構成，這樣的微機成套保

59、護裝置，對于設計、運行及維護、調試人員都帶來極大方便。（三）提高微機保護裝置可靠性的措施在常規保護的教材中，我們已經知道，對電力系統繼電保護的基本要求是選擇性、快速性、靈敏性和可靠性。當然，以微型計算機實現的保護裝置也應滿足這些基本要求，提出提高微機保護可靠性的措施，旨在更加強調微機保護裝置的可靠性。這是由于微機保護裝置有許多不同于常規保護的特點所致。1.微機保護裝置的硬件電路采用了大量的大規模和超大規模集成電路，雖然這些芯片本身的質量毋庸置疑，但由于它們長期工作在強電磁場環境下，因此其整體工作的可靠性依然是十分重要的問題，一旦某一元件受到損壞，將造成嚴重后果。2.微機保護裝置的硬件電路中，大

60、部分工作在低電壓(3-5v),高頻率的信號下，因此，與常規保護相比更易受到干擾信號的侵害。3.微機保護裝置的正確工作不僅依賴與硬件電路的正確性，還依賴于軟件的正確性。而軟件的正確工作不僅依靠程序的嚴格考驗，證明是正確無誤的，還必須依靠總線信號的正確性。一旦總線信號受到干擾，也將破壞保護裝置的正確工作。綜上所述，運行中的微機保護裝置的可靠性主要面臨兩個方而的問題。一是微機保護裝置硬件的可靠性及干擾信號對硬件可靠性的影響，二是軟件的可靠性及干擾信號對軟件可靠性的影響。據KE001年全國電網繼電保護與安全自動裝置運行情況統計分析資料介紹，2001年220kV及以上系統保護不正確動作責任分析指出，20