摘 要

在电力系统中电力变压器是十分重要的电气设备，被广泛地应用于不同电压等级的变电站中。它是用来变换交流电压、电流而传输交流电能的一种静止的电器设备。如今的电力系统，大容量变压器的使用越来越普遍，那些高电压等级变压器，由于它昂贵、复杂的结构，使得一旦变压器因故障而损坏，将造成巨大的经济损失。不仅如此，在整个电网系统中，不管是发电站，输配电站还是终端的电力用户对供电的持续可靠性有着严格的要求，一旦电网中变压器出现故障了，不管是哪个部分、什么原因，都会对供电的可靠性产生巨大的负面影响，甚至可能引起整个电网的波动，造成不可挽回的巨额损失。因此，对变压器保护的研究具有十分重要意义。

本文基于工程应用的思路，主要针对110KV及以下电力变压器的继电保护进行研究，以CSD-326GF变压器保护装置为媒介，阐述变压器保护中一些基本保护的原理的和运行流程。根据自己对保护的理解，做了保护装置硬件的一个整体设计，并对其中一些模块做了具体的设计。对于常见的保护做了运行参数定值的整定，并根据实际运行情况，加入了一些防误动作的测控装置。介绍了一些变压器保护常用的算法，最后在装置上进行了模拟试验。

关键字：变压器；硬件；保护原理；励磁涌流；算法

Abstract

Power transformer is a very important electrical device in the power system, which is widely used in substations of different voltage grades. It is a stationary electrical device used to transform ac voltage, current and transmit electricity. Today's power system, the use of large capacity transformer is becoming more common, the high voltage transformer, because it is expensive, complex structure, make once the transformer damage due to failure, will cause huge economic losses. Not only that, in the whole grid system, power station, power distribution station or terminal user has strict requirements on power supply reliability of continuous, once the transformer in the power grid failure, whether what part, what reason, will create a huge negative impact on the reliability of power supply, even may cause fluctuations in the power grid, cause irreparable losses. Therefore, the study of transformer protection is very important.

This article is based on the thinking of engineering application, mainly for the 110KV and below power transformer relay protection, CSD - 326GF transformer protection device as media, expounds some basic protection in transformer protection principle and operation process. According to the understanding of protection, the design of the hardware of the protection device was made, and some of the modules were designed. For the common protection, the parameter setting is set up, and the measuring device of some anti-error actions is added according to the actual operation condition. In this paper, some transformer protection algorithms are introduced, and the simulation test is carried out on the device.

Key words: Transformer；Hardware design；Protection principle；Magnetizing inrush current

；Algorithm

目 录

第1章 绪论 1

1.1国内电力系统发展历史及现状 1

1.2继电保护装置的重要作用 2

1.2.1电力系统中常见的故障以及危害 2

1.2.2继电保护装置的性能要求 3

1.3本文的主要工作 3

第2章 保护装置硬件构成及设计 5

2.1保护装置的硬件系统设计 5

2.2模数转化电路的设计 6

2.3开关量输入输出模块的设计 7

第3章 变压器差动保护基本原理 8

3.1纵联差动保护原理 8

3.2变压器励磁涌流 9

3.2.1励磁涌流产生原因 9

3.2.2励磁涌流的危害 9

3.2.3常见的解决方法 9

3.3不平衡电流 10

3.3.1不平衡的电流的产生原因 10

3.3.2不平衡电流的克服方法 11

3.4变压器比率差动保护 11

3.4.1电流相位差和计算平衡系数 12

3.4.2动作判据 12

3.5差动保护动作逻辑框图 13

第4章 变压器其他常用保护 14

4.1定时限速断保护、过流保护原理 14

4.2零序过流保护原理 14

4.3非电量保护原理 15

4.3.1瓦斯保护 15

4.3.2温度保护 16

4.3.3压力保护 16

4.3.4冷却器全停保护 16

4.4复压闭锁原理 16

4.4.1过流元件 17

4.4.2方向元件 17

4.4.3复合电压元件 17

4.4.4PT断线检测 18

4.4.5复压闭锁过流（方向）保护动作逻辑框图 18

第5章 主要保护算法 20

5.1继电保护算法概述 20

5.2两采样值乘积算法 20

5.3差分滤波算法 21

5.4全周傅氏算法 22

5.5移相算法 23

第6章 保护装置的测试及分析 24

6.1实验装置简介 24

6.2差动速断保护测试 25

6.3比率差动测试 27

6.4复压闭锁测试 29

6.4.1复压闭锁过流I段——纯过流测试 29

6.4.2复压闭锁过流I段——过流经方向测试 30

总结 32

参考文献 33

致谢 35

附录 36

第1章 绪论

1.1国内电力系统发展历史及现状

电是世界上最伟大的发明之一，是第二次工业革命的重要产物，它标志着人类由蒸汽时代进入了电气时代。在人类社会的整个科学发展史中，电气技术的发展占有着极其重要的位置，不断推动着人类社会经济的发展和文明进步。作为国民经济的基础产业，电力工业对经济健康稳定地发展有着不可或缺的作用，它不仅关系着每个国家的经济安全，而且也关系着工业能源安全。

我国的电力行业始于1882年，1882年7月26日上海第一台12机组发电。到1936年抗日战争爆发前夕，全国共有461个发电厂，发电装机总容量为630MW,年发电量为17亿 kW•h。在新中国成立的1949年，容量为1.85亿瓦，总装机容量为4.3万千瓦，居世界第25位。 不过当时的电力电力系统主要以东北发电为主。1972年，建立了首批330kV输电线路，并建立了跨省电网——西北地区电网。1996年中国大陆部分的发电装机容量达2.5 亿 千 瓦，年发电量为11350亿kW•h，居世界第2位。到1999年底，总装机容量达到294亿瓦，总发电数达到1230TWh^[1]。