毕业设计指导书

           设计题目：变压器微机保护整定及调试                            

系  （院）：电力工程系                           

专     业：08供电2                                                     

指  导  教  师: 高爱云    

广东水利电力职业技术学院

一、原始资料

1、主变参数（见下表）

1、对设计用变压器的主保护和后备保护进行整定计算；

2、对设计用变压器的主保护和后备保护进行调试；

3、故障录波

三、设计成果

1、设计说明书一份。

四、时间安排

1、第1～2周     巩固学习变压器微机保护的原理，并对设计用变压器的主保护和后备保护进行整定计算；

2、第3～4周     熟悉ONLY的功能及使用，并对变压器保护进行调试；

3、第5～6周     整理设计说明书，准备答辩

五、组织安排

1、分成三组进行设计，每组成果不得雷同；

2、每组成员分工有所不同，如负责查找资料、整定、调试等，但都应熟悉设计过程，且应多讨论，同时进步。

第一节概述

          随着电子技术和计算机技术的发展，电力系统的继电保护也突破了传统的继电保护形式，出现了以微处理器为核心的电力系统继电保护形式。我们把以微处理器为核心组成的电力系统继电保护称为电力系统微机保护。

微机继电保护装置具有以下特点：

1、调试工作量小；

2、可靠性高；

3、能够记录和输出故障时的有关信息量，方便事故分析和处理；

4、在不改变硬件条件下，只改变程序就可以改变保护的特性和功能，可灵活地适应电力系统运行方式的变化；

5、提供了一些解决问题的新方法和新原理。

电力变压器是电力系统的重要组成元件之一，它的安全运行是电力系统工作可靠性的必要条件。由于电力变压器的重要性，特别是大型变压器在电力系统中的重要地位及本身的贵重价值，一旦发生故障，将造成严重后果，其保护也得到较大的关注。目前，微机变压器保护的研究成果主要集中在差动保护方面。

计算机具有的长记忆功能和高智能的信息处理能力，使微机变压器保护具有以下特点：

1、  变压器各侧绕组中因连接组关系而引起的电流相位差可由TA副边Y/d补偿改为数字计算补偿。

2、可通过采用灵活的算法来获得高速度和高灵敏度。

计算机差动保护除可继续延用传统的差动速断和低电压加速措施外，还可通过长短数据窗算法的配合提高严重故障时的动作速度。利用计算机长记忆功能还可方便地获取故障分量，进一步提高内部故障时的动作灵敏度。

3、采用复杂的运算和逻辑判断可实现TA和TV断线报警和闭锁。

4、由TA变比标准化带来的误差可用数字计算进行补偿。较之常规继电器差动保护的补偿方法更准确，从而进一步减小了不平衡电流。

第二节    数字信号处理

一、采样定理

  计算机是对数字量进行运算处理的设备。TA、TV的二次电流和电压为模拟量，计算机不能直接运算处理，而首先以一定的时间间隔采样这些模拟量，然后通过A/D转换成数字量。

采样定理给出了对TA、TV二次值进行采样过程中不丢失并能不失真地反映原信号的最低采样频率，从而解决了采样周期选择的理论依据。该最低采样频率为

式中，为采样频率；为TA、TV二次值的最高频率。

则采样周期为     。

二、数字滤波算法

电力系统在故障起始瞬间，电压和电流信号中含有衰减的直流分量和复杂的谐波分量。目前，绝大多数保护装置的原理是建立在反映正弦基波或某些整数次谐波基础上的，需要对采样信号首先进行滤波。滤波方式有模拟滤波和数字滤波两种。因数字滤波与模拟滤波比较具有滤波精度高、性能稳定、灵活性高、便于分时复用等优点，在微机保护中主要采用数字滤波，只有不满足采样定理的高次谐波才用模拟滤波。一次数字滤波时间约为3ms .

为满足继电保护快速性要求，数字滤波一般尽量用加减运算、少用乘除运算，使数据窗（采样周期个数）尽可能得短。

1、减法滤波器（差分滤波器）

差分方程为

若消除m次谐波，则         

若已知k值，便可求出滤除谐波的次数为    

式中，；为每基频周期采样点数。

可见，时必然有，所以无论、取何值，直流分量总能被滤除。另外，的整数倍谐波都将被滤除。

2、加法滤波器

方程为

若要消除次谐波，则

若已知，则

以一工频周期采样12点为例，各次谐波滤波算法如下表所示。

将两种滤波器串联即可，即将故障信号先经m次谐波滤波器，再经n次谐波滤波器。

提取2次谐波的数字滤波器（变压器2次谐波制动原理）：应用模拟滤波器滤除6次以上高频谐波，则故障信号中只包含6次以下谐波，分别滤除1、3、5次谐波和0、4、6次谐波，即提取2次谐波。

                         滤除1，3，5次谐波

                         滤除0，4，6次谐波

第三节 微机保护的算法

微机保护是采用计算机对电力系统的各种电气量进行采样，通过软件程序对采样数据进行运算、分析和判断，以实现各种保护功能的一种保护形式，因此微机保护是用数算方法实现故障测量、分析和判断的。

微机保护的算法分为两类。一类是把输入量的若干点采样值按照一定的数学式进行计算，得到某些电参数的量值，然后与定值进行比较、判断的算法。该算法能充分利用微机的数值计算特点，可实现许多常规继电保护无法实现的功能。另一类是直接模仿模拟型保护的实现方法，根据继电保护的功能或继电器的动作特性拟定的算法。这类算法的计算量略有减少，但由于计算机所特有的数字处理和逻辑运算功能，可以使保护的性能有明显提高。

保护算法是微机保护研究的重点，不同功能的微机保护，主要是因其软件算法而异。分析和评价各种不同算法优劣的标准是精度和速度。精度即保护根据输入量判断电力系统故障或不正常运行状态的准确程度。而速度包括两个方面：一是算法所要求的采样点数（或称数据窗长度）；二是算法的计算工作量。精度和速度又总是矛盾的，若要计算精度则往往要利用更多的采样点和进行更多的计算工作量。所以研究算法的实质是如何在速度和精度两方面进行权衡。有些算法本身具有数字滤波功能，有些算法则需对输入量先滤波后再计算。因此，评价算法时，还要考虑它对数字滤波的要求。

       实际的电力系统故障信号含有大量的谐波和直流分量，不是纯正弦函数。因此，选用傅氏算法更贴近实际情况。

       根据傅氏积分，任一周期函数可分解为一系列正弦函数之和：

取其中基频分量：

以上积分可通过求和计算：

这样中得基频分量为：

，和差化积：

，     

以上计算中，取，可计算二次、三次等各次谐波。

该算法的优点是计算精度高 ，有滤波功能；缺点是计算时间较长，需要一个正弦周期20ms。

第四节 微机差动保护原理

一、接线方式的调整

对于Y，d11变压器微机保护相位补偿是由软件实现的。设相位补偿前的电流为、、，补偿后电流为、、，补偿方法如下：

通过上式看出软件相位补偿后各相电流只改变了相位角，而模值并没有改变。

二、差动平衡系数的计算

由于变压器两侧一次额定电流不等及各侧TA变比不等，须对各侧计算电流进行平衡调整，才能消除不平衡电流对差动保护的影响。

变压器两侧一次电流为： 

两侧流入保护的二次电流为：

为接线系数，三角形接线取，星形接线取1。

计算平衡系数均以主变高压侧二次电流为基准，低压侧平衡系数为

例：110/10kV变压器原边TA变比为400/5，副边TA变比为2000/5，若TA原边（110kV）为接，副边TA为星形接时，

三、比率制动式差动保护原理

由于比率制动差动保护是分相设置的，以单相为例说明双绕组变压器比率制动的差动保护原理。

外部故障时差动回路电流                             内部故障时差动回路电流

以表示高压侧电流，以表示低压侧电流，则内部故障时，差动电流为

为使区外故障时获得最大制动作用，区内故障时制动作用最小或等于零，制动电流可表示为

假设和已由软件变换相位和电流补偿，则在区外故障时，制动电流最大，差动电流最小，并等于TA饱和时产生的不平衡电流。相反区内故障时，制动电流最小，差动电流最大，所以保护灵敏度较高。虽然制动电流最小，但不等于零，即区内故障时仍有制动量。

两段式比率制动特性曲线如下图所示：

动作判据为：

制动系数按下式计算

式中，为TA变比不平衡所产生的相对误差，一般取0.05；

为变压器相对于额定电压抽头向上（或向下）的调压范围；

为可靠系数取1.3～1.5。

最小动作电流应大于最大负荷时差动回路的不平衡电流。

四、二次谐波制动

理论分析和试验研究证明，励磁涌流中存在着大量的二次谐波分量，其与基波分量比值一般会超过40％，而在区内、区外的短路电中所含二次谐波分量却很小，因而将二次谐波分量算出，作为制动量，与基波分量进行比较，符合闭锁条件的，即使比率差动符合动作条件，也使差动保护可靠闭锁，从而躲过励磁涌流。动作判据为

式中，和分别为基波和二次谐波电流幅值；为二次谐波制动比。

五、变压器严重故障差动保护的加速方法

差动速断是当差动电流大于最大可能励磁涌流时立即出口跳闸。其判据为

六、TA断线监视

其判据为

检测方法如下：

①有一相电流小于判别TA断线的低门槛值（0.25A）

②该相另一侧电流大于判别TA断线的高门槛值（0.5A）

③并且其它两相两侧电流都得大于0.5A.

④一侧最大电流小于 1.2倍二侧额定电流IE1。

⑤一侧最大电流小于 1.2倍二侧额定电流IE2。

满足以上五个条件则判TA断线。

七、差动保护整定值

1、差动速断取3－10倍额定电流二次；整定级差0.1A；在2倍整定值的动作电流下，动作时间不超过25ms。

2、二次谐波制动比率差动保护

差动门槛：取0.2－1.6倍额定电流；整定级差0.01A。

制动门槛：取额定电流；

制动系数：取0.2－0.6；

二次谐波制动系数：取0.1－0.3。

在2倍整定值的动作电流下，动作时间不超过40ms；

第五节 微机差动保护程序框图

变压器差动保护程序框图如下所示

二次谐波电流制动差动保护的逻辑框图

第六节   变压器后备保护之复合电压启动的过流保护

1、复合电压闭锁组件

复合电压闭锁组件是利用正序低电压和负序过电压反映系统故障防止保护误动作的对称序电压测量组件。逻辑框图如下所示。低电压组件的整定值为变压器额定电压UN的0.7倍，负序电压按UN的0.06～0.12倍整定。低电压和负序电压均可解除闭锁，启动过电流保护，它们之间是“或”的关系。

2、复合电压闭锁过电流保护

复合电压闭锁过电流保护的逻辑框图如下所示。复合电压闭锁过电流保护根据需要可设Ⅰ段式、Ⅱ段式或Ⅲ段式，为了缩小故障范围，通常Ⅰ段动作跳开本侧分段断路器，Ⅱ段动作跳开本侧断路器，Ⅲ段动作跳开三侧断路器。

PT断线判据如下：负序电压大于8伏，并且持续时间超过10秒。满足PT断线条件

后发信号报母线PT断线。

第七节  ONLY测试仪的功能及使用见产品说明书下载本文