基于单片机的受控正弦信号发生器设计.doc

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1、技术学院 毕业论文（设计）基于单片机的受控正弦信号发生器设计系 部 自动控制工程系 专 业 名 称 发电厂及其电力系统 班 级 电力1091班 姓 名 学 号 指 导 教 师 2011年9月1日22万变电站主变压器保护摘要：变压器是电力系统的重要组成部分。它的正常与否直接关系到电力系统的安全和经济运行。本次设计是变压器继电保护的初步设计。根据短路计算的结果，选择了短路器，隔离开关，母线电气设备。为了保护变压器内部和引出线套管的故障，选择了纵联差动保护作为变压器的主保护。影响差动保护可靠性是电路中由于各种原因产生的不平衡电流。通过计算，选择躲过外部短路时产生的最大不平衡电流作为纵联差动保护的动作

2、电流。本设计还选择了瓦斯保护作为变压器油箱内发生故障时的主保护。定时限过电流保护作为变压器纵联差动保护的后备保护。本设计要保护的变压器是处在中性点直接接地的电力系统中，所以采用零序过电流作为变压器接地的后备保护。在本次设计中，我还选择了过负荷保护作为变压器的后备保护并对以上保护进行了整定。目 录第1章 绪论21.1 变压器保护的历史及现状2 1.2变压器保护的发展趋势3第2章 220KV主变压器微机型保护的双重化的探讨4 2.1变压器保护双重化的意义5 2.2双主双后主变压器保护电流回路接入方式6第3章 3.1电力变压器的继电保护7 3.11 3.12 3.2 3.21 3.22 3.3 3.

3、31 3.32 3.4 3.41 3.42 3.43 3.44 3.5第4章4.1 4.2 第1章 绪论1. 1 变压器保护的历史及现状追溯变压器保护的发展历史，以1931年 R.E.Cordray提出比率差动的变压器保护标志着差动保护作为变压器主保护时代的到来。电流差动保护也以其原理简单、选择性好、可靠性高的特点在变压器保护中获得了极其成功的应用。但由此带来的技术难题是如何将变压器的励磁涌流与内部故障区分开来。变压器保护的发展史也自此成为一部变压器励磁涌流鉴别技术发展史。1941年，C.D.Hayward 首次提出了利用谐波制动的差动保护，将谐波分析引入到变压器差动保护中，并逐渐成为国外研究

4、励磁涌流制动方法的主要方向。1958 年，R.L.Sharp 和 W.E.GlassBurn 提出了利用二次谐波鉴别变压器励磁涌流的方法，并在模拟式保护中加以实现，同时，还提出了差动加速的方案，以差动加速、比率差动、二次谐波制动来构成整个谐波制动式保护的主体，并一直延续至今。微机变压器保护的研究开始于60年代末70年代初。1969年，Rockerfelter首次提出数字式变压器保护的概念，揭开了数字式变压器保护研究的序幕，之后，O.P.Malik9和 Degens对变压器保护的数字处理和数字滤波做出了研究；1972年，Skyes 发表了计算机变压器谐波制动保护方案，使得微机式变压器保护的发展向

5、实用化方向迈进。变压器保护在进入数字微机时代后，利用微机强大的运算和处理能力，不断提出新的励磁涌流鉴别方法，在国内外形成研究热潮。间断角原理从分析励磁涌流波形本质出发，为励磁涌流的鉴别提供了新思路，沿着这个思路，波形比较法、波形对称法和积分型波形对称法相继被提出。现在实用的微机变压器保护中识别励磁通流的方法也主要是：二次谐波闭锁、间断角闭锁、波形对称原理等。实践表明，在过去几十年间，上述原理基本上能达到继电保护要求。然而，随着电力系统以及变压器制造技术的日益发展，利用涌流特征的各种判据在实用中均遇到了一些无法协调的矛盾。在高压电力系统中，由于 TA 饱和、补偿电容或长线分布电容等因素的影响，内

6、部故障时差流中的二次谐波分量显著增大，造成保护误闭锁和延时动作。另一方面，现代大型变压器多采用冷轧硅钢片，饱和磁密较低而剩磁可能较小，使得变压器励磁涌流中的二次谐波和间断角均明显变小。不断出现的问题推动了研究的不断深入，文献13提出的“虚拟三次谐波制动法”从理论上可在半周的时间使保护动作，而且采用奇次谐波鉴别使其对对称性励磁涌流的鉴别能力大大强于二次谐波制动。文献14提出的采样值差动原理与励磁涌流波形无关，减少了计算量，提高了保护速度。近年来，新器件、新技术的应用为变压器保护的研究与发展提供了一个广阔的天地。数字信号处理器 DSP（Digital Signal Processor）的出现，不但

7、可以提高微机保护数据采样与计算的速度和精度，甚至可能改变往常微机保护装置的设计思想，使得复杂的算法得以在保护装置中实现。现代数学工具如：模糊控制，神经网络专家系统，小波分析等开始越来越多的融入到变压器保护的研究领域，一方面为传统的变压器保护方法提供了更有效的工具，另一方面，采用多个信息量，可提高变压器保护的“智能化”程度，改善可靠性和适应性。随着新的传感元件和测量元件的出现，故障诊断及预测充分利用各种现代数学分析手段对变压器的各个运行状态量进行监测与分析，越来越融入到变压器保护中。它实质上是传统变压器保护中电量与非电量保护的一个扩展，它的研究与发展，为变压器保护的研究与发展提供了一个新的思路。

8、对于变压器后备保护，以前的观点是认为其原理相对简单、应用比较成熟，因此学者更为关注其在实现技术方面的研究。但是近年来，随着越来越多的电力变压器投入使用以及电网电压等级的不断提高，实际运行中由变压器后备保护配置不合理引起的事故已不少见。目前，已经有部分学者对变压器相间后备保护配置的合理性以及变压器零序过流保护整定计算中的特殊问题进行了分析和探讨，并提出了相应的改进方法。变压器后备保护作为主保护的有益补充，为有效地保护变压器设备及电网运行安全发挥了巨大的作用，对变压器后备保护的进一步研究已经引起了人们的重视。1.2 变压器保护的发展趋势随着计算机技术的飞速发展，新的保护原理和方案不断被应用到计算机

9、继电保护中。不少学者把以模糊理论、人工神经网络、专家系统等非线性科学为主导的智能技术引入到电力系统中，在电力变压器的继电保护中得到应用。智能技术发展迅速，分支众多，除了模糊逻辑、人工神经网络、专家系统等技术被应用于继电保护中，更有吸引力的研究是将具有不同特性的智能技术结合起来应用到继电保护中，例如：模糊神经网络、小波神经网络、模糊专家系统等，这些结合使得保护的性能得到了有意义的提高。大型电力变压器的继电保护已经从电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型发展到了微机时代。计算机技术的飞速发展，通讯技术、计算机网络的功能日益加强，为微机保护的进一步发展提供了广阔的空间。信号处理、人工智能等相关科学的不

10、断进步、新的测试手段、测量技术的应用，将不断提高电力变压器的保护水平。国内的变压器保护领域应当及时加强新原理和新技术的吸收和应用，并在实践中不断总结和发展变压器保护的实用技术，以提高防范变压器事故的能力。1.3 本文所做的工作 本文通较研究，得出一种较为合理的保护方案。完成保护的整定计算内容。具体过对220KV主变压器的保护在实际应用中所起到的重要作用的研究，阐述变压器保护的基本原理 ，变压器保护应用范围，各种变压器的保护应用现状和发展趋势。通过对220KV主变压器的保护方案进行比应包括以下几个方面：（1） 继电保护的综述以及变压器保护在实际应用中的作用。（2）220KV主变压器微机型保护的双

11、重化的探讨。（3）电力变压器保护原理分析：包括瓦斯保护，差动保护，电流速断保护，过电流保护，零序过电流保护，过负荷保护及过励磁保护。 （4）主变压器保护装置的配置：电力变压器的保护配置与方案确定以及接线配置图。（5）整定计算：整定计算的原则和整定计算的过程。第2章 220KV主变压器微机型保护的双重化的探讨。 由于变压器是个电元建，也是个磁元件，具有非线性特点和复杂的暂态。因此，其动作正确率还很低。随着计算机技术的发展，变压器微机型保护越来越多，性能越来越好，使提高变压器保护的运行水平成为可能。对主变压器保护的双重化是其中的一个方面，下面谈谈主变压器保护双重化在实践中遇到的一些问题。 21 主

12、变压器保护双重化的意义 根据继电保护和安全自动装置技术规程要求，不同容量及不同电压等级的电力变压器配置不同的保护。大型变压器将瓦斯保护及纵联差动保护作为主保护，各侧安装不同的复压过流、方向零序或阻抗保护作为后备保护。规程中除对330 kV及以上变压器可装设双重差动保护外，一般均按单主(一套主保护)单后(一套后备保护)配置。防止电力生产重大事故的二十五项重点要求中提出，220 kV主变压器的微机保护必须双重化。主变压器保护微机化以前，使用分立电磁型元件组成主保护及后备保护时，一套220 kV主变压器保护需3或4面屏，实现双重化将使屏位达67面。采用晶体管及集成电路型的主变压器保护，继电器的性能提

13、高，但回路组成及接线仍是脱胎于电磁型保护，一主(一套主保护)一后(一套后备保护)最少要2面屏，双重化后回路也很复杂。早期的主变压器微机型保护，由于采用的还是主保护与后备保护分开的设计方案，一套主保护加各侧后备保护、操作箱、失灵及非电量保护等，需7或8层机箱。由于高性能的计算机芯片出现，在一套装置中包含主保护、各侧全部后备保护的新一代主变压器微机型保护已开发，并得到广泛应用。该保护装置除非电量保护及开关操作箱外，全套主保护与后备保护只需1层机箱，实现双重化后，一般4或5层机箱，2面屏。由于一套保护的功能集中在一个机箱内，双套保护采用相同的输入输出设计，所以外围接线简洁，其外围回路比主保护与后备保

14、护分开的单套配置还简单。主变压器保护的双重化理由： 计算机技术的发展，高性能计算机芯片的出现，主保护与后备保护合一的设计，在技术上使保护配置双重化成为可能；有多年来线路保护双重化的成功运行经验；对供电可靠性要求提高；双重化的保护可采用不同厂家的产品、不同原理设计，对变压器发生各类复杂故障时可靠地切除故障更有利。 2.2 双主双后主变压器保护电流回路接入方式 采用双主保护与双后备保护的主变压器保护后，如何接入电流互感器的二次回路，这将是需要考虑的问题。对于主保护与后备保护分开的保护，常常主保护与后备保护分别接一组电流互感器的次级，差动保护接独立电流互感器，后备保护接主变压器套管电流互感器的次级，

15、如图1所示。在双母带旁路主接线方式下，旁路开关代主变压器开关时，差动保护的电流回路进行相应切换，后备保护的电流回路不用切换。 图1-1 单套主变压器保护电流互感器次级配置图图1-1中看出，差动保护的保护范围包括主变压器的独立电流互感器至套管的引线，当旁代时则包括旁路母线。采用双主保护与双后备保护的主变压器保护一般将第一套保护接原差动保护电流互感器次级，即接独立电流互感器，旁代时需切换；第二套保护接原后备保护电流互感器次级，即接套管电流互感器，旁代时不需切换，但对降压变压器的高压侧来说，无论是差动保护还是该侧的后备保护，其保护范围不包括开关电流互感器到变压器套管的引线；对低压侧来说，其后备保护的

16、保护范围指向非电源侧，所以引线故障将由后备保护切除。电流具体接入见图1-2。 在独立电流互感器次级足够时，可将第二套保护也接入独立电流互感器，旁代时切套管电流互感器，这可确保正常运行时两套保护均有足够的保护范围，当第一套保护因故退出时，不至于因第二套保护存在死区而影响主变压器的正常运行。但电流二次回路的切换较麻烦，因操作不当会引起差动保护误动的情况时有发生，故保护方式满足要求时，不建议过多进行电流回路的切换。因此，该回路在设计及施工时可接好，运行时旁代只切第一套，当第一套保护因故退出时，将第二套保护的电流回路切至独立电流互感器。为避免电流回路的切换，可两套保护均使用套管电流互感器，在降压变压器

17、的高压侧增设简单电流保护，接独立电流互感器作引线的保护，当旁代时停用该保护，启用旁路保护作引线及旁路母线的保护，这样保护配置较复杂，该电流保护或旁路保护整定时要考虑励磁涌流的影响。如何取舍取决于各地的运行习惯。图1-2 双重化主变压器保护电流互感器次级配置图第3章 电力变压器的继电保护图1-5中、分别表示变压器星形侧的三个线电流，和它们对应的电流互感器二次电流为、.由于电流互感器的二次绕组为三角形接线。3.1 电力变压器的故障类型及保护措施3.1.1 电力变压器故障及不正常运行状态 电力变压器是电力系统中非常重要的电力设备之一，它的安全运行对于保证电力系统的正常运行和对供电的可靠性，以及电能质

18、量起着决定性的作用，同时大容量电力变压器的造价也是十分昂贵。因此本节针对电力变压器可能发生的故障和不正常的运行状态进行分析，然后重点研究应装设的继电保护装置，以及保护装置的整定计算。变压器的内部故障可分为油箱内故障和油箱外故障两类，油箱内故障主要包括绕组的相间短路、匝间短路、接地短路及经铁芯烧毁等。变压器油箱内的故障十分危险，由于变压器内充满了变压器油，故障时的短路电流使变压器油急剧的分解气化，可能产生大量的可燃性气体，很容易引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。电力变压器不正常和运行状态主要有外部相间短路、接地短路引起的相间过电流和零序过电流，负荷超过其额定容

19、量引起的过负荷、油箱漏油引起的油面降低，以及过电压、过砺磁等。3.1.2 电力变压器继电保护的配置为了保证电力变压器的安全运行，根据继电保护与安全自动装置的运行条例，针对变压器的上述故障和不正常运行状态，电力变压器应装设以下保护：(1)瓦斯保护。800KVA及以上的油浸式变压器的400KVA以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯保护用来反映变压器油箱内部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器轻瓦斯动作于发出信号。(2)纵差保护或电流速断保护。6300KVA及以上并列运行的变压器，10000KVA及以上单独运行的变压器，发电厂厂用工作变压器和工业企业中63

20、00KVA及以上重要的变压器，应装设纵差保护。10000KVA及以下的电力变压器，应装设电流速断保护，其过电流保护的动作时限应大于0.5对于2000KVA以上的变压器,当电流速断保护灵敏度不能满足要求时,也应装设纵差保护。纵差保护或电流速断保护用于反映电力变压器绕组、套管及引出线发生的故障，其保护动作于跳开变压器各电源侧断路器相间短路的后备保护。相间短路的后备保护用于反映外部相间短路引起的变压器过电流，同时作为瓦斯保护和纵差保护的后备保护，其动作时限按电流保护的阶梯形原则来整定，延时动作于跳开变压器各电源侧断路器。(3)相间短路的后备保护的形式较多，过电流保护和低电压起动的过电流保护，宜用于中

21、、小容量的降压变压器；复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器和系统联络变压器，以及过电流保护灵敏度不能满足要求的降压变压器；6300KVA及以上的升压变压器，应采用负序电流保护及单相式低电压起动的过电流保护；对大容量升压变压器或系统联络变压器，为了满足灵敏度要求，还可以采用阻抗保护。(4)过负荷保护。对于400KVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应装高过负荷保护。过负荷保护通常只装设在一相其动作进限较长。延时动作于发出信号。(5)其他保护。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砺磁电流升高，应装设变压器过砺磁保护。对变压

22、器温度和油箱内压力升高，以及冷却系统故障，按变压器现行标准要求，应装设相应的保护装置。3.2 电力变压器的瓦斯保护在变压器油箱内常见的故障有绕组匝间或层间绝缘破坏造成的短路，或高压绕组对地绝缘破坏引起的单相接地。变压器油箱内发生的任何一个故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们就要从油箱里流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并有大量的气体产生，此时，回游强烈的油流和气体冲向油枕的上部。利用油箱内部的故障时的这一特点，可以构成反映气体变化的保护装置，称之为瓦斯保护。3.2.1 气体继电器构成和动作原理 瓦斯保护是利用安装在变

23、压器油箱与油枕之间的连接管道中的气体继电器构成的，如图3-2所示。为了不妨碍气体的流动，在安装具有气体继电器的变压器时，变压器顶盖与水平面应具有1%1.5%的坡度，通往气体继电器的连接管具有2%4%的坡度，安装油枕一侧方向向上倾斜。这样，当变压器发生内部故障时，可使气流容易进入油枕，并能防止气泡积聚在变压器的顶盖内。 在瓦斯保护继电器内，上部是一个密封的浮筒，下部是一块金属档板,两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银接点断开；档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，气体产生的速

24、度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于瓦斯继电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，接通延时信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移动，使水银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。重瓦斯动作，立即切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩大，起到保护变压器的作用。瓦斯继电器有浮筒式、档板式、开口杯式等不同型号。目前大多采用QJ-80型继电器，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下档板。所谓瓦斯保护信号动作，

25、即指因各种原因造成继电器内上开口杯的信号回路接点闭合，光字牌灯亮。QJ180型气体继电器分轻瓦斯和重瓦斯两部分。轻瓦斯部分主要是由开口杯、固定在开口杯上的永磁铁、干簧触点构成的。重瓦斯部分主要有挡板、固定在挡板的磁铁、重瓦斯干簧触点及流速整定螺杆构成。当变压器正常工作时，气体继电器内充满了油，开口杯内也充满了油，由于开口杯在游内重力所产生的力矩比平衡重锤产生的力矩小，因此开口杯处于向上翘起状态。与开口杯固定在一起的永磁铁处于远离轻瓦斯干簧位置，所以该干簧触点处于断开状态。当变压器内部繁盛轻微故障时，产生不少气体，逐渐集聚在气体继电器的上部，使继电器内的油面缓慢下降，当油面降到低于开口杯时，开口

26、杯在空气中重力加上杯内油的重力所产生的力矩，大于平衡重锤所产生的力矩，于是开口杯落下来，使固定在开口杯上的永磁铁接近干簧触点。当气体积聚到一定容积时，干簧触点接通，发出轻瓦斯信号。可通过改变轻瓦斯触点动作的气体容积在250300cm3的范围内调整。正常情况下，重瓦斯挡板在弹簧的作用下垂直位置，固定在挡板的永久磁铁远离重瓦斯干簧触点。当变压器油箱内发生严重事故时，油 气流冲击挡板的力量大于弹簧的弹力时，挡板倾斜了一个角度，使固定在挡板上的永久磁铁靠近重瓦斯的干簧触点，干簧触点接通，发出跳闸脉冲。重瓦斯动作的油流速度可利用流速整定螺杆，在0.71.5m/s的范围内调整。值得注意是，变压器初次投入运

27、行时，或由于换油等工作，油中混入少量的气体，经过一断时间后，这些气体又从油中分离出来，逐渐集聚在气体继电器的上部，迫使开口杯下降，使轻瓦斯动作。此时，可以通过气体继电器顶部放气阀图3-3瓦斯保护原理接线图将气体放出。在故障发生后，为了便于分析故障原因及其性质，可以通过放气阀收集气体，以便化验分析瓦斯气体的成分。3.2.2 瓦斯保护的原理及接线瓦斯保护的原理接线如图3-3所示。气体继电器的轻瓦斯触点KG1由开口杯控制，构成轻瓦斯保护，其动作后发出警报信号，重瓦斯触点KG2由挡板控制，构成重瓦斯保护，其动作或经信号发生器KS启动出口中间继电器KCO，KCO的两端触点分别使断路器1QF、2QF跳闸，

28、从而切断故障电流。为了防止变压器内严重故障时因油速不稳定，造成重瓦斯触点时通时断的不可靠动作，必须选用带自保持电流线圈的出口中间继电器KCO。在保护动作后，借助于断路器的辅助触点1QF1和2QF1来接触出口回路的自保持。在变压器加油或换油后及气体继电器试验时，为了防止重瓦斯误动作，可以利用切片XB，使重瓦斯暂时改接到信号位置，只发信号。瓦斯保护具有灵敏度高，动作迅速，接线简单等优点。但由于瓦斯保护不能单独作为变压器的主保护，所以通常是将瓦斯保护与纵联差动保护配合作为变压器的主保护。3.3 电力变压器的纵差保护原理变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路保护故障，是变压器

29、的主保护。图3-4变压器差动保护单项原理接线图纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。为了实现这种比较，在变压器两侧各装设一组电流互感TA1、TA2，其二次侧按环流法连接，即若变压器两端的电流互感器一次侧的正极性端子均置于靠近母线的一侧，则将它们二次侧的同极性端子相连接，再将差动继电器的线圈按环流法接入，构成纵联差动保护，见图2-3。变压器的纵差保护与输电线的纵联差动相似，工作原理相同，但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为了保证变压器纵差保护的正常运行，必须选择好适应变压器两侧电流互感器的变比和接线方式，保证变压器在正常运行和外部短路时两侧的二次电流不同。其

30、保护范围为两侧电流互感TA1、TA2之间的全部区域，包括变压器的高、低压绕组、套管及引出线等。从图3-4可见，正常运行和外部短路时，流过差动继电器的电流为，在理想的情况下，其值等于零。但实际上由于电流互感器特性、变比等因素，流过继电器的电流为不平稳电流。变压器内部故障时，流入差动继电器的电流为，即为短路点的短路电流。当该电流大于KD的动作电流时，KD动作。由于变压器各侧额定电压和额定电流不同，因此，为了保护其纵联差动保护正确动作，必须适当选择各侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部短路时，差动回路内没有电流。如图3-4中，应使 （1-1） 式中高压侧电流互感器的变比； 低压侧电流互感器的变比。

31、 式（1-1）说明，要实现双绕组变压器的纵联差动保护，必须适当选择两侧电流互感器的变比。因此，在变压器纵联差动保护中，要实现两侧电流的正确比较，必须先考虑变压器变比的影响。实际上，由于电流互感器的误差、变压器的接线方式及励磁涌流等因素的影响，即使满足式（1-1）条件，差动回路中仍回流过一定的不平衡电流 , 越大，差动继电器的动作电流也越大，差动保护灵敏度就越低。因此，要提高变压器纵联差动保护的灵敏度，关键问题是减小或消除不平衡电流的影响。3.4 电力变压器相间短路的后备保护和过负荷保护电力变压器相间短路的后备保护可根据变压器容量的大小和保护装置对灵敏度的要求，采用过电流保护、低电压起动的过电流

32、保护、复合电压起动的过电流保护等方式。对于单侧电源的变压器保护装置安装在变压器电源侧，即作为变压器本身故障的后备保护，又反映变压器外部短路引起的过电流。3.4.1 过电流保护 过电流保护一般用于容量较小的降压变压器上，其单相原理接线如图 所示。保护装置的动作电流应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流IL。max来整定，即 op=L.max式中 Krel可靠系数，一般采用1.21.3； Kre返回系数，一般采用0.85； L.max变压器的最大负荷电流。 L.max可按下述两种情况来考虑：(1)对并列运行的变压器，应考虑切除一台变压器以后所产生的过负荷。若各变压器的容量相等时，可按下式计算为 L.

33、max =N。B式中 m并列运行的变压器的台数；N。B变压器的额定电流。(2) 对降压变压器，应考虑负荷中电动机起动时的最大电流，即 L.maxssI L。max式中Kss自起动系数，其值与负荷性质及用户与电源间的电气距离有关，在110KV降压变电站，对6 10KV侧，KSS=1.5 2.5；35KV侧，KSS=1.5 2.0。IL,max正常运行时的最大负荷电流。 保护装置的灵敏校验 Ksen=式中Ik.min最小运行方式下，在灵敏度校验发生两相短路时，流过保护装置的最小短路电流。在被保护变压器受电侧母线上短路时，要求 =1.5-2.0；在后备保护范围末端短路时，要求 保护装置的动作时限应与

34、下一级过电流保护配合，要比下一级保护中最大动作时限大一个时限级差 t 3.4.2 低电压起动的过电流保护低电压起动的过电流保护单相原理接线如图3-6 所示。保护的起动元件包括电流继电器和低电压继电器。电流继电器的动作电流按躲过变压器的额定电流整定。即op=N。B （1-8）故其动作电流比过电流保护的起动电流小，提高了保护的灵敏性。 低电压继电器的动作电压Uop=0.7UN.B电流元件的灵敏系数按式（ 1-8 ）校验，电压元件的灵敏系数按下式校验，即Ksen= 式中Uk.max最大运行方式下，灵敏系数校验点短路时，保护安装处的最大电压。对装设在变压器低压侧的低电压继电器，若在变压器高压侧短路，其

35、灵敏系数不能满足要求时，可在变压器高压侧再装一套低电压继电器，两套低电压继电器的接点并联。3.4.3 复合电压起动的过电流保护若低电压起动的过电流保护的低电压继电器灵敏系数不满足要求，可采用复合电压起动的过电流保护。电压起动的过电流保护的过电流保护的原理图与低电压起动的过电流保护基本相同，不同的是用一个低电压继电器和一个负序电压继电器代替了低电压起动的过电流保护中的三个低电压继电器，使得保护的灵敏度提高了很多。负序电压继电器由负序电压滤过器和一个低电压继电器构成。(1)负序电压滤过器负序电压滤过器从三相电压中取出负序电压分量。由电阻、电容构成的单相式负序电压滤过器应用广泛，其原理接线如图所示。

36、滤过器的输入端接UABY与UBC。由于线电压不包含零序分量，所以，从输入端即避免了零序分量电压进入滤过器，为了避免正序电压通过滤过器，两个阻抗臂的参数应取为,滤过器的输出电压为 当输入正序电压时，滤过器的相量图。因为，电流超前。因为，电流超前。滞后，与同相。因，故当输入负序电压时，滞后，由图可见，,故 （1-9） 由于，且，因此，以此代入（1-9）得 （1-10）由式（1-10）可见，滤过器的输出电压与输入的负序电压成正比，相位超前输入A相负序电压。实际上，当系统正常运行时，负序电压滤过器仍有一个不平衡电压输出。产生不平衡电压的原因主要是各阻抗元件参数的误差及输入电压中有谐波分量。由于5次谐波

37、属负序性质，它可以通过滤过器。通常在滤过器的输出端加设5次谐波滤过器，消除5次谐波的影响。(2) 复合电压起动的过电流保护的工作原理在正常运行时，由于电压没有负序分量，所以负序电压继电器KVZ的动断触点闭合，将线电压加入低电压继电器KV的线圈上，KV动断触点断开，保护装置不动作。当外部发生不对称短路时，故障相电流起动元件KA动作，负序电压继电器中的负序电压滤过器KUG输出负序电压，负序电压继电器KVZ动作，其动断触点断开，低电压继电器KV线圈失磁，其动断触点闭合，起动中间继电器KC的线圈，其动合触点闭合，使时间继电器KT动作，经过其整定时限后，KT的延时触点闭合，起动出口中间继电器KCO，将变

38、压器两侧断路器1QF、2QF跳闸，切断故障电流。当发生三相短路时，低电压继电器KV线圈失磁而返回，其动断触点闭合，同时，电流继电器KA动作，按低电压起动的过电流保护的方式，作用于1QF、2QF跳闸。(3) 复合电压起动的过电流保护的整定计算电流元件的动作电流与低压起动的过电流保护中的电流元件的动作整定值相同。低电压元件的动作电流为 式中变压器额定电压。低压元件的灵敏度为： 式中相邻元件末端三相金属性短路时，保护安装处的最大线电压； 低压元件的返回系数。负序电压元件的动作元件的动作电压按避开正常运行的不平衡负序电压整定。其起动电压U2op取为 负序电压元件灵敏度： 式中 Uk2.min相邻元件末

39、端不对称短路故障时的最小负序电压。方向元件的整定：a 三侧有电源的三绕组生压变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件，其方向可指向该侧母线；b 高压及中压侧有电源或三侧均有电源的三绕组降压变压器的联络变压器，在高压侧和中压侧加功率方向元件，其方向宜指向变压器。动作时限按大于相邻主变压器后备保护的动作时限整定。相间方向元件的电压可取本侧或对侧的，取对侧的，两侧绕组接线方式应一样。复合电压元件可取本侧的，也可取变压器各侧“或”的方式。3.4.4 过负荷保护变压器的过负荷，在大多数情况下是三相对称的。所以过负荷保护只须用一个电流继电器接于一相电流即可。为了防止外部短路时不误发过负荷信号，保护经延时动作

40、于信号。过负荷保护的动作电流，按躲过变压器的额定电流整定，即 式中可靠系数，取1.05返回系数；取0.85变压器过负荷保护的动作时限比变压器的后备保护动作时限大一个t。3.5 电力变压器的温度保护当变压器的冷却系统发生故障或发生外部短路和过负荷时，变压器的油温将升高。变压器的油温越高，油的劣化速度越快，使用年限减少。当油温达115150时劣化更明显，以致不能使用。油温越高将促使变压器绕组绝缘加速老化影香其寿命。因此，变压器运行规程规定：上层油温最高允许值为95，正常情况下不应超过85，所以运行中对变压器的上层油温要进行监视。凡是容量在1000KVA及以上的油侵式变压器均要装设温度保护，监视上层

41、油温的情况；对于变电所，凡是容量在315KVA及以上的变压器，通常都要装设温度保护；对于少数用户变电站，凡是容量在800KVA左右的变压器，都应装设温度保护，但温度保护只作用于信号。温度继电器的工作原理：当变压器油温升高时，受热元件发热升高使连接管中的液体膨胀，温度计中的压力增大，可动指针向指示温度升高的方向转动。当可动指针与事先定位的黄色指针接触时，发出预告信号并开启变压器冷却风扇。如经强风冷后变压器的油温降低，则可动指针逆时针转动，信号和电风扇工作停止；反之，如变压器油温继续升高，可动指针顺时针转动到与红色定位指针接触，这是未避免事故发生而接通短路器跳闸线圈回路，使短路器跳闸，切除变压器，

42、并发出声响灯光信号。温度继电器的结构：变压器油温的监视采用温度继电器K，它由变压器生产厂成套提供。它是一种非电量继电器。常用的电触头压力式温度继电器的结构图，它由受热元件、温度计及附件组成，是按流体压力原理工作的。温度计是一只灵敏的流体压力表，他有一支可动指针和两支定位指针分别为黄色和红色。铜质连接管内充有乙醚液体或氯甲烷、丙酮等：受热元件插在变压器油箱定盖的温度测孔内。3.5.1 变压器的冷却系统 大型电力变压器常用的冷却方式一般分为3种：油浸自冷式、油浸风冷式、强迫油循环。油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。而油

43、浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风机后可使变压器的容量增加30%35%。强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷2种，它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱，油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。这种方式若将油的循环速度比自然对流时提高3倍，则变压器可增加容量30%。风冷变压器又分为2种冷却方式，即冷却器冷却和片式散热器冷却，其原理基本相同。目前我国大型电力变压器的冷却装置配置情况是：根据变压器容量的大小，配置数组风冷油循环冷却装置，每组风冷油循环冷却装置由1台油泵和34台风扇组成。运行)

44、、其余所有冷却器全部投入运行。此配置有其不尽人意的地方。在夏季高运行中为满足变压器的各种运行工况，一般要求冷却器1台备用(运行冷却器故障时可自动投入运行)、1台辅助(变压器负荷电流大于70% i e或上层油温高于某一定值时自动投入温季节，机组满负荷运行，变压器冷却装置全部投入，但其上层油温仍高达70左右(有时变压器油枕油位因气温变化而高出指示范围)。但在夜间尤其是在暴雨过后的夜间，因负荷和气温骤降，虽然已将变压器辅助冷却器停运，但变压器油温仍降至30以下，也就是油温的变化幅度超过了环境温度的变化。在冬季负荷较低或特别寒冷的季节，变压器因油温过低，不得不对其进行加油，这对变压器的安全运行和寿命将

45、是十分不利的。即使日常负荷变化和气温变化没有如此之大，但变压器的温度变化是实际存在的。 第4章 针对220KV主变压器保护的配置4.1 220KV变压器保护配置的原则4.1.1主保护(1)差电流速断保护；（2）比例制动保护差动采用二次谐波制动原理；（3）比例制动保护差动采用间断角闭锁原理；（4）设有CT二次回路断线检查告警信号或闭锁差动保护（不包括差流速断）的功能。主保护瞬时启动跳3侧开关。4.1.2后备保护A 220KV侧a复合电压闭锁方向电流保护（方向原件可指向母线，也可指向变压器，方向原件的改变可用控制字实现），I段2级时限，第1级时限动作跳本侧母联断路器，第2级时限动作跳本侧断路器；b复合电压闭锁过流保护，I段1级时限，动作后跳3侧断路器；c零序电压闭锁零序方向电流保护（方向原件可指向母线，也可指向变压器，方向原件的改变可用控制字实现）分2段，每段2级时限，1