变电站35KV变压器微机保护技术

工业仪表与自动化装置　　　　　　　　　　　　　　　　2000年第4期

变电站35KV变压器微机保护技术

千　博,徐文龙,王浩宇

(西安电子科技大学,西安710071)

　　[摘　要]　本文根据变电站变压器故障特点,提出了微机在电力保护自动化方面的应用方法,对微机变电站主变压器保护模块的总体设计、实现和保护方法进行了阐述。

[关键词]　电力保护;微机变电站;主变压器保护

[中图分类号]TP399　[文献标识码]B　[文章编号]1000-0682(2000)04-0054-04

Amicrocomputerizedprotectivetechniqueforusewiththe35KVtransformerinasubstation

QIANBo,XUWen-long,WANGHao-yu

(XI'anUniversityofElectronicScienceandTechnology,Xi'an710071)

　　Abstract:Thispaperpresentsthemethodofapplyingamicrocomputertotheautomaticelectricpowerprotectionaccordingtothecharacteristicoffaultsinatransformerstation.Thepaperalsogiveanaccountofthegeneraldesign,performanceandtheprotectivemethodofamaintransformerprotectionmoduleusedinthecomputerizingtransformerstation.

　　Keywords:Electricpowerprotection;Microcomputer-protectivetransformerstation;Maintransformerprotection

变压器出现故障或处于不正常工作状态时,其高压侧电流中谐波分量与基波分量的比例关系发生变化,其保护功能就是对故障电流进行快速分析,判明变压器故障原因和种类,并进行相对应的快速保护。

1　35KV变压器故障特点

　　变压器的故障是指变压器本身发生故障,其不正常工作状态是指负载线路发生故障引起变压器不能正常工作,后者可导致前者发生。

变压器的故障种类可分为内部和外部两种。内部故障是指在变压器油箱里面所发生的故障,它包括:线圈的多相短路、单相层间短路、单相接地短路以及铁芯的烧毁等,对变压器来讲,这些都是很危险的故障,因为内部故障时存有电弧,它可以引起绝缘物的猛烈气化,从而招致变压器油箱的爆炸,形成严重后果。所谓外部故障,是指油箱以外的套管以及引出线的故障,这种故障不致引起油箱的爆炸。

变压器的不正常工作状态有:由负载线路短路或超负荷引起的电流变大和油液升温以及不能容许的油面降低。电流变大,油液升温使绝缘材料迅速老化,绝缘强度降低,从而可能引起变压器的内部故障或缩短其寿命。

　　收稿日期:2000-02-22

　　作者简介:千博(1959-),男,硕士,工程师;主要研究方向:自动控制和计算机应用。2　主变压器保护模块的总体结构及原理

　　该模块的传感部件是变压器高压侧的PT(电压互感器)和CT(电流互感器),低压侧的CT及高压侧油开关、刀闸联动机构的位置信号,该模块的基本结构如图2-1所示。

图2-1　主变压器保护模块的总体结构框图

　　整个模块的输入量为:模拟信号有变压器高压侧CT的三相电流i1a,i1b,i1c,低压侧CT的三相电2000年第4期　　　　　　　　　　　　　　　工业仪表与自动化装置・55・

流i2a,i2b,i2c;高压侧PT的三相电压u1a,u1b,u1c;开关信号有变压器高压侧油开关状态(合或分),低压侧油开关状态,变压器高低压侧油开关的上下刀闸状态,人工合分变压器高低压侧油开关信号,重瓦斯信号。输出量为开关信号:控制继电器分合变压器高低压侧油开关,同时通过计算判定各种故障,进行输出显示,并进入常规保护控制回路。2.1　输入通道

输入通道的框图如图2-2所示

F1=K0・K1・K4(K6+K12)・K11(2-1)F2=K4・(K7+K6・K16+K10+K14+K15)

(2-2)F3=K2・K3・K5・(K8+K13)・K11(2-3)F4=K5・(K9+K8・K16+K10+K14+K15)

(2-4)合闸方程F1和F3是由油开关的上下刀闸状态,高低压侧油开关状态以及是人工合闸还是计算机合闸来确定,而跳闸方程中则体现了人工跳闸、故障跳闸以及后加速跳闸(带故障合闸时不产生延时的跳闸)功能。

图2-2　主变压器保护模拟信号输入通道框图

　　输入通道的信号来自于变电站CT、PT互感器的二次侧和人工输入。互感器二次侧的电流值为0

～100A,电压值为100V左右,输入通道的功能是放大,滤波及多路转换。

放大电路采用差分方式输入,并对信号中的直流偏移量进行滤除。每个模拟量均有一个采样保持器,其采样保持信号由50周的12倍频电路提供,采样保持器输出接到了多路转换器,最后到CPU的A/D通道口。

除此,手动信号,如:人工合1(合变压器高压侧油开关),人工分1(分变压器高压侧油开关),人工合2(合变压器低压侧油开关),人工分2(分变压器低压侧油开关),作为在紧急情况下的一种备用人机接口是必须的。

2.2　输出通道

输出通道由两部分构成:一是由保护逻辑电路和直流固态继电器组构成的微机保护控制电路,如图2-3所示;二是由CPU发出的各种故障信号通过信号控制装置送入常规继电保护回路并进行显示,如图2-4所示。

图2-3的开关信号:上下刀闸1,2,油开关1,2,重瓦斯开关等是由高压开关柜上的刀闸开关辅助接点提供信号,人工分,人工合是由人工提供信号。而闭锁、合闸1、合闸2、差动、过流、速断过流信号均由CPU根据输入通道采集来的数据与定值计算机送来的定值进行判断后,发出的保护控制信号。当设备因故障而跳闸后,若人工合闸,则产生后加速跳闸即过流信号和闭锁信号同时有效,以封闭人工再次合闸,闭锁信号的解除由设备人员用定值计算机实现。

保护逻辑电路的输入、输出控制关系为:图2-3　主变压器保护输出通道1

图2-4　主变压器保护输出通道2

　　图2-4中的输出接口由74LS373和74LS244组成,信号装置主要由故障信号继电器和指示灯组成,用于各种故障显示,并接入备用的常规保护回路

中进行保护。

2.3　双CPU控制电路

由双CPU组成主控制电路,每片CPU均有自・56・

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己的ROM和RAM并各自独立运行,它们同时接收输入通道的模拟信号和开关信号,并同时接受由定值计算机下发的定值命令,而输出到保护逻辑单元以及向定值计算机发送数据则由CPUA完成,当CPUA出现故障时,则自动切换到CPUB发送数据。正常工作时,CPU每隔500ms发一次触发信号,CPUA输出的保护控制信号接通到输出通道,同时向定值计算机通过232口发送数据,当CPUA出现故障而在500ms以内没有恢复其正常运行时,CPUB接收到信号后把保护控制信号接通到输出通道,并向定值计算机发送数据。

是正常运行还是内部故障或外部故障。3.2　主变压器的后备保护

所谓变压器的后备保护是指除了变压器主要保护以外所附设的保护。其特征是带时限动作切除故障。主保护则不带时限或时限很短。　　a.零序过流保护

变压器正常运行时,其三相电的瞬时值的和值为零,所谓零序过流保护是指当和值不为零且超过某一限值时进行的保护。

I0(t)=i1a+i1b+i1c

(3-6)

如I0(t)大于某一限值时变压器的油开关跳闸。

3　主变压器保护方法及计算

3.1　35KV变压器的主保护—差动保护

变压器差动保护原理如图3-1所示。该电路的传感部件是变压器高压侧的CT和低压侧CT,及串接在该回路中的采样电阻。

图3-1　差动保护原理

　　由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同,因此两侧电流互感器CT的变流比也不同,为了保证保护动作的选择性,就必须在正常运行及外部故障时满足下列要求,即:

I1′=I2′I2/nT2,亦即

nT1/nT2=I2/I1=nT

(3-2)

nT——变压器高压侧电压与低压侧的比值

由此可知,变压器差动保护,就是适当选择高低压两侧CT的变流比nT1和nT2,使其比值等于变压器变压比nT,这时差电流I1′-I2′=0

差电流的计算:

变压器差动保护采样电路如图3-2所示。R1a

……R2c为采样电阻。高压侧CT接成△形,低压侧CT接成Y形,在这种接法下,差电流:

i差a(t)=i1a(t)-i2a(t)i差b(t)=i1b(t)-i2b(t)

(3-3)(3-4)(3-1)

设两侧CT的变比为nT1和nT2,则必须I1/nT1=

图3-2　差动保护采样电路

　　b.负序过流保护

变压器正常运行时,其三相电中的两相瞬时值减去第三相的瞬时值,其最大值为单相最大值的二倍,所谓负序过流保护是指该值大于二倍且超过某一限值时进行的保护。

I负(t)=i1a-i1b+i1cc.过负荷保护

当i1大于某一给定负荷时启动报警。3.3　变压器的瓦斯保护

变电站通常采用的变压器都是充油式且具有油枕的变压器,变压器的内部故障之一就是油箱发生故障,对此故障,利用差动保护和过电流保护往往不能反应,这时可利用对变压器油箱内所有故障都有作用的瓦斯保护。

瓦斯继电器(一般随变压器生产厂家作为变压器的一个部件随机配备)安装于变压器油箱与油枕的连接道中间,其中含有两个带水银接点的浮筒,两(3-7)

如I负(t)大于某一限值时变压器的油开关跳闸。

(3-5)i差c(t)=i1c(t)-i2c(t)

根据差电流的大小就可判定变压器的工作情况2000年第4期　　　　　　　　　　　　　　　工业仪表与自动化装置・57・

个浮筒分别位于继电器的上部和下部并分别绕一固定的轴转动。

在正常运行时,继电器里被油充满,两浮筒浮起,故继电器的两个接点处于常开状态,当变压器内油箱发生各种故障时,由电弧或其他因素使油和其他绝缘材料分解而形成瓦斯气体。

故障不大时,瓦斯气体较小,气体上升到油面后聚积在继电器里,使油面下降。继电器上浮筒随油面降低而降低,其接点即闭合。但气体充满继电器上部后即上升到油枕,不致使继电器内的油面继续下降。此即轻瓦斯情况。

在发生严重故障时,产生大量瓦斯气体,其冲击力将继电器的浮筒转动,因而闭合其接点,此即重瓦斯状态。

变压器保护电路将这两个开关信号通过光电隔离引入到保护逻辑单元和CPU中,CPU检测到轻瓦斯信号时,并不输出到保护逻辑单元,而仅仅送给信号装置进行显示报警,以便检修人员准备在一定时间内检修。CPU检测到重瓦斯信号时,一面进行显示报警,同时将此信号送给逻辑保护单元,根据分闸方程:

F分1=K4・(K7+K6・K16+K10+K14+K15)

(上接第62页)

准确测量的铑铁电阻温度传感器的电阻值,程序可以自动生成相应的分度表,并转化为仪器指定格式,通过PC机串行口与仪器串行口进行通讯,便可以对EEPROM进行在线修改,从而可以保证仪器的测量精度和控制精度。

表3-1　模拟测温结果

电阻值(󰀁)3.74.75.76.79.71420304050

温度值(K)4.810.219.031.957.686116167219273

分度值(K)4.75510.15619.01831.93259.73985.284116.148167.108219.760273.220

误　差(K)+0.045+0.044-0.018-0.032-0.039+0.716-0.148-0.108-0.760-0.220

F分2=K5・(K9+K8・K16+K10+K14+K15)

(3-9)

这时,油开关立刻跳闸,达到保护变压器油箱的

目的。

4　结束语

　　该系统经过多次改进后,现场运行稳定可靠。并通过了鉴定。该系统虽实现了微机变电站的一些高级功能,但还有许多后续工作,如建立故障检测及分析的专家系统;提高采样速率,使电气量中的频率和相位幅度信息更加准确,以便实现精度更高速度更快的保护。

[参考文献]

[1]　王士政.电力系统运行控制与调度自动化[M].河海

大学出版社,1990

[2]　杨奇逊.微型机断电保护基础[M].水利电力出版

社,1988

[3]　许敬贤,张道民.电力系统继电保护[M].中国工业

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[4]　ASimplifiedalgorithmfordigitaldistanceprotection

basedonFouriertechniques[J].IEEETRAN.ON

POWERELECTRONICSVOL.4,NO.1,1989

(3-8)

3　测试结果

　　由于缺乏低温校准装置,我们根据传感器分度表,利用实验室精密直流电阻箱进行了温度模拟测量[6],测试结果表明,该温度计能够满足低温泵测温需要,该温度计也可应用于一些需要较准确测量低温的场合。

4　结束语

　　我们研制的该仪器由于采用了串行总线结构和一些性价比较高的元器件,从而具有体积小,性价比高,使用方便等优点,能够很好的满足低温泵使用过程中的测温和控温需要。该温度计也可用于其它一些低温测量场合。

[参考文献]

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