单片机实现的电力变压器保护分析.doc

1 绪论 1.1电力系统故障和不正常运行状态 电力工业是国民经济的基础，是重要的支柱产业。它与国家的兴盛和人民的安康有密切的关系，因此，电力产品应该是安全、可靠、经济、优质的能源产品。 随着国民经济的飞速发展，电力系统的规模越来越大，结构越来越复杂。在整个电力生产过程中，由于人为因素或大自然的原因，会产生这样那样的故障和出现不正常的运行状态。电力变压器是整个电力系统的重要电气设备，关系整个电力系统的安全稳定运行。它的可靠运行对于保证安全供电具有十分重要的意义。随着超高压大容量变压器的广泛应用，对变压器保护的可靠性和灵敏性提出了更高的要求。因此，对于变压器的故障和不正常状态必须装设可靠的继电保护装置。 变压器的故障分为内部故障和外部故障两种。内部故障是指变压器油箱内所发生的故障，如线圈的相间短路、匝间短路、单相接地短路及铁芯烧坏等。这些故障如不迅速排除有很大的危险性，因为这些故障都伴随有电弧产生，电弧将会引起绝缘物的剧烈气化，从而可能导致油箱的爆炸。外部故障就是指油箱以外的故障，如套管以及引出线上的故障等。这种故障可能导致引出线的相间短路和接地（对变压器外壳）短路。 变压器不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流，外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷，以及由于漏油等原因而引起的油面降低。 此外，对大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度相当接近于铁心的饱和磁通密度，因此在过电压或低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。 1.2 继电保护的基本原理和保护装置组成 为完成继电保护的任务，首先需要正确区分电力系统运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，找出电力系统被保护范围内电器组件（输电线路、发电机、变压器等）发生故障或不正常运行时的特征，配置完善的保护以满足继电保护的要求。 电力系统不同电气组件故障或不正常运行的特征可能是不同的，但在一般情况下，发生短路故障之后总是伴随有电流增大、电压降低、电流，电压间的相位发生变化，测量阻抗发生变化等，利用正常运行时的这些基本参数与故障时的区别，可以构成不同原理的继电保护。例如反应电流增大的过流保护，反应电压降低的低电压保护，反应故障点到保护安装处之间距离（或阻抗）的距离保护，反应电流，电压间相位的方向保护及及反应故障瞬间特征量的瞬态保护等。构成各种继电保护装置时，可使它们反应每相中的某一个或几个基本电气参数（如相电流或相电压等），也可以使之反应这些基本参数的一个或几个对称分量（如负序，零序或正序量），例如利用零序构成接地保护，利用负序量构成相间保护等。 上述的基本故障是故障或不正常运行时的稳定参数，即故障发生且稳定后得到的，以这些故障量构成的继电保护称作稳态保护。 继电保护的种类虽然很多，但就一般而言其基本结构主要包括现场信号输入部分，测量部分、逻辑部分和执行部分。其原理图如1-1所示。 1.现场信号输入部分 现场信号送入继电保护装置一般要进行必要的前置处理，如电平转换，低通滤波等，使继电器能有效的检测各现场物理量。 2.测量部分 测量部分是检测经现场信号输入电路处理后的与保护对象有关的物理量测量。并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该启动。 3.逻辑部分 逻辑部分的作用是根据测量部分各输出量的大小、性质，逻辑状态、输出顺序等信息，按一定的逻辑关系组合、运算，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。 4.执行部分 执行部分的作用是根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作。 1.3 对继电保护的基本要求 对于跳闸的继电保护，在技术、经济上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、可靠性、灵敏性。现分别讨论如下: 选择性 继电保护动作的选择是指保护装置动作时，仅将故障组件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。 速动性 快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在低电压情况下的工作时间，减少故障组件的损坏程度。因此，在发生故障时，力求保护装置能迅速动作切除故障。 在一些情况下，电力系统允许保护装置在切除故障时带有一定的延时。因此，对继电保护速动 性的具体要求，应根据电力系统的接线以及被保护组件的具体情况来确定。下面列举一些必须切除的故障： 根据维持系统稳定性的要求，必须快速切除高压输电线路上发生的故障； 导致发电厂或重要用户的母线电压低于允许值（一般为额定电压的70%）的故障； 大容量的发电机、变压器及电动机内部所发生的故障； 1～10KV线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障； 可能危及人身安全，对通讯系统或铁道号志系统有强烈干扰的故障等； 故障切除的总时间等于保护装置和断