微机型差动保护的研究及虚拟保护装置平台的设计与运行仿真

下载后可任意编辑 第一章 绪论 1.1 引言 变压器在电力系统中的地位十分重要，同时大容量的电力变压器也是十分昂贵，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的保护装置。差动保护就是变压器最为重要的主保护，而微机型变压器差动保护在减小变压器励磁涌流影响、提高变压器保护的灵敏度及可靠性等方面有着较大优势。 本课题对变压器的故障特点进行分析，采纳目前较为流行的比例制动及二次谐波制动的变压器差动保护，并对微机型变压器差动保护原理及特点进行详细分析、讨论，用MATLAB仿真软件针对各种故障情况进行仿真分析并输出仿真结果。 编制微机型变压器差动保护程序的流程框图，并对流程框图进行较详细的说明。流程框图包括主程序模块、采样中断服务程序模块、故障处理程序模块。其中主程序部分包括定值及开关输入量数据文件的读取、故障数据文件预处理等。采样中断服务程序部分包括从故障数据文件中采样、故障启动判别等；故障处理程序部分包括二次谐波制动、比例制动型差动判别、差动速断判别、跳闸出口处理等。 根据程序框图的基本流程用Visual Basic语言编制出变压器差动保护装置的虚拟开发平台软件。其中保护的软件部分包括主程序、采样中断服务程序及故障处理程序，并对各程序段进行了适当的程序注释。利用微机保护虚拟开发平台对微机变压器差动保护程序的运行进行仿真调试。 通过本课题的讨论，我进一步了解了变压器短路的特点和变压器差动保护的原理及特性，熟悉了微机保护的基本算法和应用算法，并使用MATLAB软件对电力系统故障进行仿真，掌握了利用虚拟现实技术设计并开发虚拟微机保护装置的步骤及过程。通过本课题的讨论设计，使我们对所学专业知识进行了综合的应用，也使我们的分析问题和解决问题的能力得到了提高。 1.2 微机继电保护的进展史和新技术 微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。它起源于20世纪60年代中后期，是在英国、澳大利亚和美国的一些学者提倡下开始进行讨论的。60年代中期，有人提出用小型计算机实现继电保护的设想，但是由于当时计算机的价格昂贵，同时也无法满足高速继电保护的技术要求，因此没有在保护方面取得实际应用，但由此开始了对计算机继电保护理论计算方法和程序结构的大量讨论，为后来的继电保护进展奠定了理论基础。计算机技术在70年代初期和中期出现了重大突破，大规模集成电路技术的飞速进展，使得微型处理器和微型计算机进入了有用阶段。价格的大幅度下降，可靠性、运算速度的大幅度提高，促使计算机继电保护的讨论出现了高潮。在70年代后期，出现了比较完善的微机保护样机，并投入到电力系统中试运行。80年代，微机保护在硬件结构和软件技术方面日趋成熟，并已在一些国家推广应用。90年代，电力系统继电保护技术进展到了微机保护时代，它是继电保护技术进展历史过程中的第四代。 我国的微机保护讨论起步于20世纪70年代末期、80年代初期，尽管起步晚，但是由于我国继电保护工作者的努力，进展却很快。经过10年左右的奋斗，到了80年代末，计算机继电保护，特别是输电线路微机保护已达到了大量有用的程度。 继电保护技术趋势向着计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化进展。随着计算机技术的飞速进展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的讨论向更高的层次进展，出现了一些引人注目的新趋势。 第二章 变压器差动保护原理介绍 2.1 变压器差动保护 2.1.1 变压器纵差动保护的基本原则 对于双绕组和三绕组变压器实现纵差动保护的原理接线如图所示。 图2-1 图2-2 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等。如图2-1中，应使 2-1 或 2-2 式中， 高压侧电流互感器的变比； 低压侧电流互感器的变比； 变压器的变比（即高、低压侧额定电压之比）。 由此可知，要实现变压器的纵差动保护，就必须适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比 [1]。 2.1.2 励磁涌流的产生与特点 图2-3 当变压器的空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能产生数值很大的励磁电流（又称为励磁涌流）。这是因为在稳定工作情况下，铁心中的磁通应滞后于外加电压，如图2-3所示。假如空载合闸时，正好在电压瞬时值电压ｕ＝0时接通电路，则铁心中应该具有磁通。但由于铁心中的磁通不能突变，因此，将出现一个非周期重量的磁通，其幅值为。这样在经过半个周期以后，铁心中的磁通就达到，如图2-4所示。此时变压器的铁心严重饱和，励磁电流将剧烈增大，如图2-5所示,此电流就称为变压器的励磁涌流，其数值最大可达额定电流的68倍，同时包含有大量的非周期重量和高次谐波重量，如图2-6所示。励磁涌流的大小和衰减时间，与外加电压的相位、铁心中剩磁的大小和方向、电源容量的大小、回路的阻抗以及变压器容量的大小和铁心性质等都有关系。例如，正好在电压瞬时值为最大时合闸，就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。对三相变压器而言，无论在任何瞬时合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流[1]。 图2-4 图2-5 图2-6 另外，励磁涌流具有以下特点 （1）包含有很大成分的非周期重量，往往使涌流偏于时间轴的一侧； （2）包含有大量高次谐波，而以二次谐波为主； （3）波形之间出现间断[4]。 2.2 计算机变压器保护 2.2.1 计算机变压器保护的特点 现代大型变压器的特点是容量大，电压等级高，而且价格比较昂贵和修理困难。大型变压器在电力系统中的地位非常重要，一旦发生故障，影响范围很大。为了保证系统和变压器安全运行，减少事故损失，对变压器继电保护提出了更苛刻的要求。 1. 提高灵敏度 要求差动保护能灵敏动作于匝间短路故障，同时亦要求灵敏动作于内部高电阻接地故障。 2. 保证高速度 对于接于超高压远距离输电线路的变压器，当发生内部故障时，由于谐振亦会产生谐波电流，可能引起谐波制动的差动保护延缓动作，需要实行有效的加速措施或寻求新原理的励磁涌流鉴别方法。 3. 有效地应付过励磁 大型变压器的工作磁密通常取得较高，短时过压或频率降低，励磁电流会激增。一方面要求此时差动保护不能误动，另一方面为防止变压器流过很大的励磁涌流而发热烧损，需要设置满足过励磁倍数要求和具有反时限特性，并能及时累积效应的过励磁保护[2]。 2.2.2 计算机变压器差动保护的原理和算法 1. 变压器差动保护的要求 ① 在任何情况下，当变压器内部发生短路性质的故障包括高阻接地及匝间短路时应