某工厂主变压器继电保护设计

河南理工大学毕业设计（论文）说明书I摘要电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，是发电厂、变电所的重要组成设备，它的故障对电力系统供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。由于绝大部分的电力变压器安装在户外，受自然条件影响较大，同时受所连接负荷的影响和电力系统短路故障的威胁，变压器在运行中有可能出现各种类型的故障和不正常运行状态，因此必须根据变压器的容量和重要程度来考虑装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。本文按照工厂的原始数据，通过分析主变压器可能发生的各种故障类型及其特点，主要研究电力变压器的瓦斯保护、纵联差动保护、相间短路的后备保护等基本保护措施，论文阐述了保护的工作原理和接线方式，对动作电压和电流进行整定计算，设计微机保护的硬件系统，包括CPU主机系统设计、开关量输入/输出回路设计等。关键词：变压器；电力系统故障；继电保护；整定计算；微机保护河南理工大学毕业设计（论文）说明书IIAbstractPowertransformerispowersystemisveryimportantinthepowersupplyelement,isanimportantcomponentofelectricpowerplantsandsubstations,thefaultofpowersystemandthereliabilityofpowersupplysystemofnormaloperationbringseriousinfluence.Becausethevastmajorityofpowertransformerinstalledintheoutdoor,naturalconditions,agreaterimpact,atthesametimebythethreatoftheconnectedloadandpowersystemshortcircuitfault,transformerinoperationhasappearedvarioustypesoffaultandabnormaloperatingconditionsmayandmustthereforeberootaccordingtotransformercapacityanddegreeofimportancetoconsiderinstallingperformanceisgood,thereliabilityofrelayprotectiondevice.Theaccordingtothefactoryoftheoriginaldata,throughthevariousfaulttypesandcharacteristicsoftheanalysisofmaintransformermayoccur,mainlystudiesthepowertransformergasprotection,longitudinaldifferentialprotection,phasetophaseshortcircuitandreservebasicprotectionmeasuresisdiscussedinthethesis.Protectionprincipleofworkandtheconnectionmode,settingcalculationonthevoltageandcurrentoftheaction,hardwaresystemdesignofmicrocomputerprotection,includingthehostCPUsystemdesign,switchinput/outputcircuitdesign.Keywords:Transformer;Powersystemfault;Relayprotection;Settingcalculation;Microcomputerprotection河南理工大学毕业设计（论文）说明书i目录1绪论………………………………………………………………………………11.1电力系统继电保护的主要任务……………………………………………11.2电力系统继电保护的基本要求……………………………………………11.3电力系统继电保护的基本原理……………………………………………31.3.1继电保护的基本原理…………………………………………………31.3.2继电保护装置的基本结构……………………………………………31.3.3继电保护装置的分类…………………………………………………42电力变压器的保护………………………………………………………………52.1变压器故障类型……………………………………………………………52.2变压器保护装设的一般原则………………………………………………62.3变压器的保护类型…………………………………………………………63短路电流计算……………………………………………………………………83.1短路的种类…………………………………………………………………83.2短路电流的危害……………………………………………………………83.3短路电流计算目的…………………………………………………………83.4短路计算的步骤……………………………………………………………93.5短路电流计算………………………………………………………………94输电线路上的TV、TA的选择…………………………………………………134.1电流互感器的选择与校验………………………………………………134.2电压互感器的选择………………………………………………………165变压器保护配置及整定计算……………………………………………………185.1继电保护整定计算的概述………………………………………………185.1.1继电保护整定计算的目的…………………………………………185.1.2继电保护整定计算的基本任务……………………………………185.1.3整定计算运行方式的选择原则……………………………………185.2继电保护整定计算………………………………………………………205.2.1变压器纵联差动保护………………………………………………205.2.2变压器瓦斯保护……………………………………………………255.2.3电力变压器电流速断保护…………………………………………275.2.4电力变压器的后备保护……………………………………………28河南理工大学毕业设计（论文）说明书ii6变压器的微机保护………………………………………………………………316.1概述………………………………………………………………………316.1.1电力系统微机保护的应用和发展概况……………………………316.1.2电力系统微机保护装置的特点……………………………………326.1.3电力系统微机保护的基本组成……………………………………336.2微机保护的硬件设计……………………………………………………336.2.1比较式数据采集系统设计…………………………………………356.2.2CPU主机系统设计…………………………………………………396.2.3开关量输入/输出回路……………………………………………406.3变压器保护程序设计……………………………………………………436.3.1主程序设计…………………………………………………………436.3.2中断服务程序设计…………………………………………………45致谢……………………………………………………………………………48参考文献………………………………………………………………………49附录……………………………………………………………………………50河南理工大学毕业设计（论文）说明书11绪论电力系统继电保护是一种反应电力系统故障和不正常状态，并及时动作于断路器跳闸或发出信号的自动化设备。1.1电力系统继电保护的主要任务（1）当电力系统的被保护元件发生故障时，继电保护装置应该能自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，以保证无故障部分迅速恢复到正常运行，并使故障元件免于继续遭受损坏。（2）当电力系统的被保护元件发生异常运行状态时，继电保护应能及时反应，并根据运行维护条件，而动作于发信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。1.2电力系统继电保护的基本要求由继电保护的任务可知，它要具有实时检测判断、实时选择性动作和发出信号的功能，才能及时发现和处理系统故障和不正常运行状态，发挥其保护电力系统安全运行的作用。因此，要求继电保护快速、准确、灵敏又可靠地动作，即在技术上必须满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。（1）选择性继电保护装置的选择性是指，当电力系统发生故障时，首先应由保护装置将故障设备或线路从电力系统中切除；如果保护和断路器拒动，应由相邻设备或断路器失灵保护来切除故障。也就是说，保护装置的动作应只切除故障设备，或使故障的影响限制在最小范围，保证非故障元器件仍能继续正常运行。（2）速动性继电保护装置的速动性是指，快速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，减少故障器件的损坏程度。在考虑继电保护装置的速动性时，应注意以下两个问题：1）切除故障时间为继电保护的动作时间和断路器的跳闸时间之和。因此，要缩短故障切除时间，不仅要求保护动作要快，而且与之配合使用的断路器跳闸时间应尽可能短。2）保护的速动性是相对的，不同电压等级的电网要求不同。例如，同样的保护动作时间0.5s,在110V及以上电压等级的电网中是迅速的，而在220V及以河南理工大学毕业设计（论文）说明书2上电压等级的电网中则认为是不够迅速的。（3）灵敏性继电保护装置的灵敏性是指，电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。能满足灵敏性要求的继电保护装置，在规定的保护范围内出现故障时，不论短路点的位置和短路的性质如何，继电保护装置都能正确反映。继电保护装置的灵敏性用灵敏系数来衡量。灵敏系数表示为1）对于反映故障参数增加（如过电流）的保护装置：定值保护装置动作参数的整小计算值性短路时故障参数的最保护范围末端发生金属Ksen2）对于反映故障参数降低（如欠电压）的保护装置：大计算值性短路时故障参数的最保护范围末端发生金属定值保护装置动作参数的整Ksen故障参数如电流、电压和阻抗等的计算，应根据实际可能的最不利的运行方式和故障类型来进行。对不同作用的保护装置及被保护的设备和线路的不同，所要求的灵敏系数不同，它们的数值在《继电保护和安全自动装置技术规程》中都有规定。一般主保护装置要求灵敏系数不小于1.5～2；对后备保护装置则要求不小于1.2～1.5.（4）可靠性继电保护装置的可靠性是指，在所规定的保护范围内，发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作；而在该保护不应该动作的情况下，则不误动作。因此可靠性包括两方面的内容：可靠不拒动和可靠不误动。保护装置的可靠性主要取决于装置本身的制造、安装质量，保护回路的连接和运行维护的水平。一般来说，保护装置组成元器件的质量好、接线越简单、元器件的数量和触点越少并有必要的抗干扰措施，保护的可靠性就越高。此外，正确地整定计算、安装、调试及良好的运行维护，对提高保护可靠性也起着重要作用。为了保证继电保护的可靠性，必须考虑继电保护或断路器拒绝动作的可能性，因此，除主保护（满足系统稳定性要求的时限内切除保护区内故障的保护）外，还需要考虑后备保护（当主保护拒时用以切除该故障的另一套保护）和辅助保护（补充主保护、后备保护不足的保护）。后备保护分为近后备保护（主保护河南理工大学毕业设计（论文）说明书3拒绝动作时，由本元件的另一套保护实现后备保护）和远后备保护（当主保护或其断路器拒绝动作时，由相邻元件或线路的保护实现后备保护）。以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的依据，四个基本要求之间既紧密联系，又相互矛盾。为了保证选择性，有时就要保