论文总字数：24998字

摘 要

作为电网中重要的电气设备之一，变压器在系统的各个环节中都扮演了非常重要的角色，因此，变压器的安全运行，是供电、输配电、用电系统连续安全稳定工作的重要保障。因此，必须依据变压器的容量大小、重要水平以及可能存在的各种故障和不正常工作状态，为其装设功能良好、工作稳定的继电保护装置。其中，微机继电保护装置凭借着灵活的软件设计来分析判断各种故障这一优点,被普遍应用。

本文将首先介绍国内国外针对电力变压器的保护设备的发展现状和不足之处，其次先对励磁涌流形成的原因以及它的特点进行总结，再对差动保护进行深刻论述，并且对保护的算法进行细致介绍，为本次毕业设计的实践奠定基础。

本文在总结现代变压器微机保护技术的基础上，设计了一款基于DSP的变压器微机保护装置的硬件部分。DSP接口方便，便于编程，稳定性好，可靠性高，资源完善，功能种类多，研发平台先进，处理速度快，便于大规模集成，处理数字信号的功能极强，能够极大的满足现代继电保护专业的要求。因此，为适应当代变压器保护的基本要求，本文的设计中选择DSP芯片作为本次微机装置的主CPU，围绕以差动保护为核心部分来设计一款变压器微机保护装置。

关键字：变压器；微机保护；DSP；差动保护

Abstract

As one of the important electrical equipment in power system, the transformer plays an important role in each link of the electric power system , therefore, the safe operation of the transformer is an important guarantee for power system security and stability of continuous work. Therefore, it must be based on the capacity of the transformer, the level of importance, as well as the existence of a variety of faults and abnormal working conditions, for the installation of good function, stable operation of the relay protection device. Among them, the microcomputer relay protection device with flexible software design to analyze and judge the advantages of various faults, is widely used.

This paper first introduces the domestic and foreign power transformer protection equipment for the development of the situation and shortage of second reason of inrush current and its characteristics were summarized, and then discusses the differential protection, and protection of the algorithm are detailed introduction, lay the foundation for the practice of the graduation design.

In this paper, based on the summary of the modern transformer microcomputer protection technology, the hardware part of the transformer microcomputer protection device based on DSP is designed. The DSP interface is convenient, easy programming, good stability, high reliability, perfect function of hardware resources, many kinds of advanced development platform, fast processing speed, easy large-scale integration, digital signal processing function is very strong, can greatly meet the requirements of modern relay protection professional. Therefore, in order to meet the basic requirements of modern transformer protection, the design of DSP chip is selected as the main CPU of the computer device, based on differential protection is the core part of the design of a microcomputer based transformer protection device.

Key words: transformer; microcomputer protection; DSP; differential protection

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 电力系统继电保护概述 1

1.2 变压器继电保护概述 1

1.3 变压器继电保护的发展与应用概述 2

1.4 本文主要研究内容 3

第二章 变压器保护基本原理 4

2.1 变压器的差动保护 4

2.1.1 变压器差动保护基本原理 4

2.1.2 变压器的励磁涌流及其特点 5

2.1.3 变压器差动保护中的不平衡电流 7

2.1.4 变压器差动保护逻辑框图 10

2.2 变压器的后备保护 12

第三章 微机继电保护算法研究 13

3.1 概述 13

3.2 递推最小二乘算法的推导 13

3.3 全波傅里叶算法 15

3.4 半波傅里叶算法 17

第四章 变压器微机保护装置硬件设计 19

4.1 概述 19

4.2 芯片的选择 19

4.3 A/D转换器的选择 22

4.4数据采集处理模块 23

4.4.1 信号调理 23

4.4.2 数据采集 24

4.5开关量输入电路 27

4.6开关量输出电路 28

第五章 变压器微机保护装置软件设计 29

5.1系统工作流程 29

5.2 数据采集模块程序流程 30

总结与展望 40

致谢 41

参考文献 42

附录 43

第一章 绪论

1.1 电力系统继电保护概述

当整个发电、输配电、用电系统在工作时，由于很多缘故，系统中存在几率会发生很多类型的故障以及不正常的运行状态。其中各类短路最常见，并且对整个系统最为致命，包括接地短路、匝间短路和相间短路等。当电力系统出现故障时，可能会产生的严重后果有：（1）当故障点通过很大的短路电流时，燃起电弧，损坏或烧毁故障设备；（2）短路电流通过故障和非故障设备时，会发热并产生电动力的作用，损坏设备绝缘性或者使设备的使用年限缩短；（3）在电网中部分区域电压大幅下降，将影响电力系统的正常供电和电能质量；（4）破坏了电力系统中各发电厂之间的并联运行稳定性，导致事故扩大，甚至使整个电力系统崩溃、瓦解^[1]。

在发电、输配电、用电系统中，一些电气设施没有故障，但正常工作却受到了一定的损害，该状况就属于不正常运行状态。其中比较常见的有过负荷和过负荷导致的过热现象，很短时间内升高的温度对内部元件、绝缘材料都是一个很大的考验与危害，甚至可能导致故障。另外，频率下降，过电压，还有电力系统振荡等，都位于不正常运行状态的范围内。

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