(最新)电力变压器微机保护系统设计.doc

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1、目 录摘 要2绪 论3一、电力变压器的故障及异常运行状态5（一）电力变压器的故障5（二）电力变压器的不正常运行状态5（三）变压器出现故障的原因5（四）电力变压器故障的预防措施6二、三相电力系统电力变压器的保护方式7（一）瓦斯保护原理分析7（二）差动保护7（三）电流速断保护11（四）过电流保护12（五）零序过电流保护15（六）变压器过负荷保护18三、微机保护装置的硬件电路原理19（一）微机保护装置19（二）微机保护装置的硬件结构21（三）提高微机保护装置可靠性的措施23四、保护配置与整定计算25（一）电力变压器保护配置25（二）保护参数分析与设备配置选择26（三）接线配置图27（四）整定计算27

2、结 论1致 谢2参考文献3附录：总原理图4摘 要电力变压器是电力系统中极其重要的电气设备,它在整个电力系统中起着能量和电压转换的作用。它的运行是否安全,直接关系到电力系统能否连续稳定地运行。鉴于电力变压器在系统中的重要性,电力变压器的保护一直受到世人的重视和关注。现如今,随着电力系统规模的不断扩大和它在国民经济中地位的不断提升,对其保护也提出了更高的要求,尤其在可靠性和快速性方面。本论文针对变压器保护的要求,围绕着变压器微机保护系统的研究展开设计工作。 论文首先介绍了微机继电保护的基本要求、微机保护技术和电力变压器接地保护。接下来在三相电力变压器的保护方式以瓦斯保护、差动保护、电流速断保护、变

3、压器过负荷保护和过励磁保护中详细分析了电力电压器的保护。并在遥测量的测量中对变压器、采集模拟量测量值和模数转换对A/D转换器进行分析和改进。在保护配置与整定计算详细分析、研究带时限的过电流保护整定计算及电流速断保护整定计算的具体算法；从实际运行中变压器的各种故障和不正常状态出发,介绍了变压器保护的基本要求和配置,在此基础上确定了本电力变压器微机保护系统的保护配置,并讲述了所配置的变压器保护的基本原理和具体参数。关键词：微机保护 电力变压器 变送器绪 论继电保护技术随着电力系统的发展而发展。同时也随着通信、信息、电子、计算机等相关技术的发展而不断创新。为了保护电机免受短路电流的破坏，首先出现了反

4、应电流超过一预定值的过电流保护。熔断器就是最早的、最简单的的过电流保护方式，这种保护方式至今仍广泛应用于低版线路和用电设备。熔断器的特点是融保护装置与切断电流的装置于一体，其结构最为简单。由于用电设备的功率、发电机的容量虽不断增大，发电厂、变电站和供电网的结线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，熔断器己不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于断路器的过电流继电器。19世纪80年代出现了用于断路器上直接反应一次短路电流的电磁型过电流继电器。1901年出现了感应型过电流继电器。1908年提出了比较被保护组件两端电流的电流差动保护原理。1910年方向性电流保护开始得到应用，

5、20世纪20年代初距离保护装置出现。随着电力系统载波通讯的发展，在1927年前后，出现了利用高压输电线卜高频载波电流传送和比较输电线两端功率方向或电流相位的高频保护装置。20世纪50年代，微波中继通讯开始应用于电力系统，从而出现了利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的微波保护。并提出了利用故障点产生的行波实现快速继电保护的设想,70年代终于诞生了行波保护装置。随着光纤通讯的出现便有了光纤保护的广泛应用，如光纤差动保护、光纤距离保护等。以上是继电保护原理的发展过程。与此同时,构成继电保护装置的组件、材料、保护装置的结构型式和制造工艺也发生了巨大的变革。20世纪50年代以前的继电保护装置都是由电

6、磁型、感应型或电动型继电器组成的。这些继电器都具有机械转动部件，统称为机电式继电器。由机电式继电器组成的继电保护装置称为机电式保护装置这种保护装置体积大，消耗功率大，动作速度慢，机械转动部分和触点容易损坏或粘连，调试维护比较复杂，不能满足超高压、大容量电力系统的要求。目前正逐渐被淘汰。20世纪50年代，开始出现了晶体管式继电保护装置。这种保护功率消耗小，动作速度快无机械转动部分，称之为电子式静态保护装置。随着大规模集成电路的发展，80年代后期，集成电路继电保护装置很快取代了晶体管继电保护装置，成为静态继电保护装置的主要型式。在60年代末，电子计算机一问世，便进行了对继电保护计算机算法的大量研究

7、，为今天微型计算机式继电保护(以下简称微机继电保护)的发展奠定了理论基础。随着微处理器技术的迅速发展及其价格急剧下降，在70年代后期，出现了比较完善的微机保护样机，并投人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已趋成熟。微机保护具有巨大的计算、分析和逻辑判断能力，有存储记忆功能，因而可用以实现任何性能完善巨复杂的保护原理。微机继电保护可连续不断地对本身的工作情况进行自检，其工作可靠性很高。此外，微机继电保护可用同一硬件实现不同的保护原理，这使保护装置的制造大为简化，也容易实行保护装置的标准化。微机继电保护除了具有保护功能外，还有故障录波、故障测距、事件顺序记录，以及与调度计

8、算机交换信息等辅助功能，这对于简化保护的调试、故分析和事故后的处理等都有重大意义。进人20世纪90年代以来，在我国得到大量应用，已成为继电保护装置的主要型式，是当今电力系统保护、控制、运行调度及事故处理的综合自动化系统的重要组成部分。随着计算机技术、微电子技术、网络通信技术、信息技术的不断发展，最新研制的微机继电保护的体积更小，功能更强，性能更优，如硬件结构方面，采用具有强大数据处理功能的ASP微处理芯片，低功耗可编程逻辑芯片(CPLD)和高集成度专用芯片(ASIC)后，使装置的体积，功耗，可靠性等方面得到很大提升。我国微机继电保护正向微型化、网络化、智能化和人性化方面高速发展。2.3 微机保

9、护发展前景继电保护技术是随着电力系统的发展而发展起来的。电力系统的短路是不可避免的。由于电力系统的发展，用电设备的功率、发电机的容量不断增大，发电厂、变电站、和供电网的结线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置的继电器。本世纪初随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。本世纪20年代初，距离保护装置出现，50年代，微波中继通讯开始应用于电力系统继电保护。经过20余年的研究，诞生了行波保护装置。在继电保护原理的发展过程中，与此容是，构成继电保护装置的元件、

10、材料等也发生了巨大的变革。从机电式保护装置，到晶体管式继电保护装置，再到集成电路继电保护装置。在60年代末，微型计算机应用到微机保护被提上日程，拥有巨大的潜力。继电保护技术的发展现状继电保护技术是随着电力系统的发展而发展的，它与电力系统对运行可靠性要求的不断提高密切相关。熔断器就是最初出现的简单过电流保护，时至今日仍广泛应用于低压线路和用电设备。由于电力系统的发展，用电设备的功率、发电机的容量不断增大，发电厂、变电站和供电网的结线不断复杂化，电力系统中正常工作电流和短路电流都不断增大，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置的过电流继电器。本世纪初随着电力系统的发展

11、，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是微机保护技术发展的开端。微机继电保护技术的成熟与发展是近三十年来继电保护领域最显著的进展。经过长期的研究和实践，现在人们已普遍认可了微机保护在电网中无可替代的优势。微机保护具有自检功能，有强大的逻辑处理能力、数值计算能力和记忆能力，并且具备很强的数字通信能力，这一切都是电磁继电器、晶体管继电器所难以匹敌的。计算机技术的进步，更高性能、更高精度的数字外围器件的采用，一直是微机继电保护不断发展的强大动力。一、电力变压器的故障及异常运行状态（一）电力变压器的故障电力变压器的故障分为内部和外部两种故障。内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障，主要

12、靠瓦斯和差动保护动作切除变压器；外部故障指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，一般情况下由差动保护动作切除变压器。速动保护（瓦斯和差动）无延时动作切除故障变压器，设备是否损坏主要取决于变压器的动稳定性。而在变压器各侧母线及其相连间隔的引出设备故障时，若故障设备未配保护（如低压侧母线保护）或保护拒动时，则只能靠变压器后备保护动作跳开相应开关使变压器脱离故障。因后备保护带延时动作，所以变压器必然要承受一定时间段内的区外故障造成的过电流，在此时间段内变压器是否损坏主要取决于变压器的热稳定性。因此，变压器后备保护的定值整定与变压器自身的热稳定要求之间存在着必然的联系。（二）电力变压器的不正常运

13、行状态变压器外部短路引起短路的过电流，负荷长时间超过额定容量引起的过负荷，风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等，这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行工况下会使变压器过电励磁，引起铁芯和其他金属构件的过热。变压器处于不正常运行状态时，继电保护应该根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。（三）变压器出现故障的原因1.避雷器接地电阻高由于避雷器接地电阻高，所以雷电流流过接地电阻时导致变压器外壳电位增高。当其

14、超过一定数值时，就会引起变压器绝缘击穿损坏。2.避雷器接地引下线截面太小或长度太长截面太小在雷击时易被烧断，起不到保护作用，长度太长在某一陡度电流通过时，接地引下线上的压降与避雷器的残压叠加在一起，作用到变压器绕组上有可能破坏变压器绝缘。3.变压器本身缺陷根据原北京电力建设科学技术研究所调查、分析，14800台年配电变压器的运行经验表明：在雷击损坏事故中，大约有37%是因绝缘存在缺陷而引起的。4.过载由于电流的增加，变压器线圈温度迅速增加，造成绝缘材料变脆弱，加速老化，形成大量裂纹甚至脱落，严重时使线体裸露，而造成匝间短路。或者由于外部故障冲击力导致绝缘破损，进而发生故障。5.线路涌流现在，除

15、非明确属于雷击事故，一般的冲击故障均被列为“线路涌流”。线路涌流（或称线路干扰）在导致变压器故障的所有因素中被列为首位。这一类中包括合闸过电压、电压峰值、线路故障/闪络以及其他输配方面的异常现象。其中以变压器出口突发性短路危害最大，当变压器二次侧发生短路接地等故障时，一次侧将产生高于额定电流20-30倍的短路电流，而在一次侧必然要产生很大的电流来抵消二次侧短路电流的消磁作用，如此大的电流作用于高电压绕组上，线圈内部将产生很大的机械应力，致使线圈压缩，其绝缘衬垫、垫板就会松动脱落，铁芯夹板螺丝松驰，高压线圈畸变或崩裂，变压器极易发生故障。6.分接开关故障（1）变压器漏油使分接开关裸露在空气中，裸

16、露的分接开关绝缘受潮一段时间后性能下降，导致放电短路，损坏变压器。（2）变压器分接开关在频繁的调动中会造成触头之间的机械磨损、电腐蚀和触头污染，电流的热效应会使弹簧的弹性变弱，从而使动、静触头之间的接触压力下降。7.引线接头过热引线接头过热是常见的故障之一，一旦发生将造成导电杆与接线端子间打火，甚至损坏导电杆丝扣，烧断接头，同时发热会造成桩头密封圈老化渗油，油溢至套管，沾粘吸附上导电性的金属尘埃，当遇到潮湿天气、系统谐磁、雷击过电压等就可能发生套管闪络放电或爆炸。8.其他原因（1）工艺、制造不良有少部分变压器故障是由于本身存在故障，例如：出线端松动或无支撑，垫块松动，焊接不良，铁芯绝缘不良，抗

17、短路强度不足等。（2）维护不良变压器保护装置不正确，冷却剂泄漏，污垢淤积以及腐蚀受潮，连接松动等都属于维护不良范畴。保养不够被有关统计列为第四位导致变压器故障的因素。（四）电力变压器故障的预防措施变压器故障有相当部分是完全可以避免的，还有一些只要加强设备巡视严格按章操作，随时可以把事故消除在萌芽状态，这样不但将显著地减少变压器故障的发生以及不可预计的电力中断，而且可大量节约经费和时间。1.严格按照有关检修技术标准做好变压器运行前的检查和试验，防患于未燃。2.运行维护（1）保持瓷套管及绝缘子的清洁。定期清理变压器上的污垢，检查套管有无闪络放电，接地是否良好，有无断线、脱焊、断裂现象，定期遥测接地

18、电阻不大于4，或者采取防污措施，安装套管防污帽。（2）在油冷却系统中，检查散热器有无渗漏、生锈、污垢淤积以及任何限制油自由流动的机械损伤。同时，应经常检查变压器的油位、油色，有无渗漏，发现缺陷及时消除。（3）保证电气连接的紧固可靠。（4）定期检查分接开关。并检验触头的紧固、灼伤、疤痕、转动灵活性及接触的定位。（5）每三年应对变压器线圈、套管以及避雷器进行介损的检测。（6）每年检验避雷器接地的可靠性。接地必须可靠，而引线应尽可能短。引线应符合规定，无断股现象，旱季应检测接地电阻，其值不应超过5。应坚持每年一度的预防试验，将不合格的避雷器更换，减少因雷击过电压损坏变压器。（7）变压器应定时大、小修

19、，在运行中或发生异常情况时，可及时大修。（8）应考虑将在线检测系统用于最关键的变压器上。大型变压器在线监测系统（氢气、局部放电及绝缘在线监测）能预先发现运行中变压器的异常状态。在线监测与专家系统结合起来对变压器绝缘进行预测，把变压器的异常发现于萌芽之初。二、三相电力系统电力变压器的保护方式（一）瓦斯保护原理分析瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内部各种短路故障，特别是对绕组的相间和匝间短路。由于短路点电弧的作用，将使变压器和其他绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体数量及流速构成瓦斯保护。图2-1上面的触点表示“轻瓦斯保护”，动

20、作后经延时发出报警信号。下面的触点表示“重瓦斯保护”，动作后启动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳闸。当油箱内部发生严重事故时，由于油流不稳定，可能造成干簧触点的抖动，此时为使断路器能可靠跳闸，应选用具有电流自保持线圈的出口中间继电器KM，动作后由断路器的辅助触点来解除出口回路的自保持。此外，为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸，可利用切换片XB将跳闸回路切换到信号回路。图2-1 瓦斯保护的原理接线图（二）差动保护1.变压器差动保护的工作原理差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流（折算后的电流）相等

21、，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧（或三侧）向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流，差动继电器动作。 差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护。另外差动保护还有线路差动保护、母线差动保护等等。 2.构成变压器差动保护的基本原则图2-2 变压器纵差保护原理接线图正常运行或外部故障时 （2-1）所以两侧的CT变比应不同，且应使 即： （2-2） 或： （2-3）即：按相实现的纵差动保护，其电流互感器变比的选择原则是两侧CT变比的比值等于变压器的变比。3.不平衡电流产生的原因和消除方法理论上，正常运行和区外故障时， =

22、I1-I2=0 。实际上，很多因素使= Ibp0 。（为不平衡电流）下面讨论不平衡电流产生的原因和消除方法：（1）由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流：（/-11）Y.d11 接线方式两侧电流的相位差30图2-3电流关系图消除方法：相位校正。变压器Y侧CT（二次侧）：形。 Y.d11变压器侧CT（二次侧）：Y形。 Y.Y12图2-4三相差动保护原理图（a） 图2-4电流矢量图(b) 图2-4电流相量图(c)可见,差动臂中的 同相位了,但。为使正常运行或区外故障时, =0,则应使。 （2-4）即高压侧电流互感变比应加大倍. 该项不平衡电流已清除.（2）由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡

23、电流:CT的变比是标准化的,如:600/5,800/5,1 000/5,1 200/5.所以,很难完全满足或。 即0,产生.消除方法:利用差动继电器的平衡线圈进行磁补偿。图2-5差动继电器磁补偿原理图假设正常运行和区外故障时, 那么I2I2。 Wph接电流小的一侧, I2. - I2 (- I2) I2I2调整,使 (- I2)= I2.磁势抵消.铁芯中,= =0. 所以W2中无感应电势,J不动作.实际上, 可能不是整数. 应是整数.故仍有一残余的不平衡电流. （2-5）其中 =()/ (+) （2-6） 外部故障时,流过变压器高压侧的最大短路电流.此不平衡电流在整定计算中应予以考虑.（3）由

24、两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流:(CT变换误差) （2-7）其中=1此不平衡电流在整定计算中应予以考虑.（4）由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流:改变分接头改变破坏=或 的关系.从而产生新的不平衡电流.(CT二次侧不允许开路,即,不能改变),.U=U./ （2-8）无法消除.所以此不平衡电流在整定计算中应予以考虑.由以上分析可知,稳态情况下, 由三部分组成. = + +.U （2-9）（5）暂态情况下的不平衡电流:非周期分量的影响: 比稳态大,且含有很大的非周期分量,持续时间比较长(几十周波). 图2-6暂态电流图最大值出现在短路后几个周波. 引入非周期分量函数 （2-10）

25、措施:快速饱和中间变流器,抑制非周期分量. 由产生的不平衡电流:当变压器电压突然增加的情况下(如:空载投入,区外短路切除后)。 励磁涌流.这是因为在稳态各种情况下，铁心的磁通滞后于外加电压。如果空载合闸时，正好在电压瞬时值 时接通电路则铁心中具有磁通为 。但由于铁心中的磁通不能突变。因此将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为，这样经过半个周期以后，铁心中的磁通就达到。如果铁心中还有剩磁，则总磁通将为。此时变压器的铁心严重饱和，磁电流将剧烈增大，此电流就称为变压器的励磁涌流。其数值最大可达到额定电流的68倍。同时包含了大量的非周期分量和高次谐波分量，励磁涌流的大小和衰减时间，与外电压的相位、铁心剩

26、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有关系。其涌流的特点有:很大的直流分量(80%基波)。很大的谐波分量,尤以二次谐波为主(20%基波)。形间出现间断(削去负波后)。措施:采用具有速饱和铁芯的差动继电器。间断角原理的差动保护。利用二次谐波制动。利用波形对称原理的差动保护。（三）电流速断保护变压器的电流速断保护是反应于大电流增大而瞬间动作的保护。装于变压器的电源测，对于变压器用引出线上各种形式的短路电流进行保护。为证明选择性，速断保护只能保护变压器的一部分，一般能保护变压器的原绕组，它适合用于容量在10MVA以下小容量的变压器，当电流保护时限大于0.5S时，可

27、在电源侧装设电流速断保护，其接线原理如图2-7所示：图2-7电流速断保护接线图1.电流速断保护的整定计算按躲开变压器负荷侧出口d3点的短路最大电流来整定， 即 （2-11）公式（2-11）中可参考系数，取1.31.4；外部短路的最大三相短路电流。2.躲过励磁涌流根据实际经验及实验数据，一般为： （2-12）公式中（2-12）为变压器的额定电流。按照上面的条件计算，选择其较大值作为变压器电流速断保护的启动电流。3.灵敏度的校验 按变压器原边d2短路时，流过保护的最小短路电流校验， （2-13）变压器电流速断保护的优点是接线简单，动作迅速。缺点是只保护变压器一部分。（四）过电流保护变压器相间短路的

28、保护既是变压器主保护的后备保护，又是相邻母线或线路的后备保护。根据变压器容量大小和系统短路电流的大小，变压器相间短路的后备保护可采用过电流保护、低电压起动的过电流保护和复合电压起动的过电流保护等。1.过电流保护过电流宜用于降压变压器，过电流保护采用三相式接线，且保护应该装设在电源侧。保护的动作电流应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即 （2-14）公式（2-14）中可靠系数，一般为1.21.3；为返回系数。确定时，应该考虑下面两种情况：（1）并列运行的变压器，应该考虑切除一台变压器以后所产生的过负荷。若各变压器的容量相等，可按下计算 （2-15）公式（2-15）中并列变压器的台数；变压

29、器的额定电流。图2-8 过电流保护单相接线原理图（2）降压变压器，应该考虑负荷中电动机自启动时的最大电流，则 （2-16）公式（2-16）中 自启动系数，其值与负荷性质及用户与电源尖的电气隔离开关。对110KV降压变电站，610KV侧，=1.52.5；35KV侧，=1.52.0 。为正常运行时的最大负荷电流。同时保护的动作时限应该与下级保护配合，即比下级保护中最大动作时限大一个阶梯时限。保护的灵敏度为 （2-17）公式（2-17）中 最小运行方式下，其灵敏度校验点发生两相短路时，流过保护装置的最小短路电流。最小短路电流应该根据变压器连接组别、保护的接线方式确定。在被保护变压器受电侧母线上短路时

30、，要求=1.52；在后备保护范围末端短路时，要求=1.2。若灵敏度不满足要求时，则选用灵敏度较高的其他后备保护。2.复合电压起动的过电流保护（1）线原理符合电压起动的过电流保护原理接线如图2-9所示。负序电压继电器KVN和低电压继电器组成复合电压元件。发生不对称短路时，负序电压滤过器KUG有输出，继电器KVN动作，其常闭接点打开，KV失电，其常闭接点闭合，起动中间继电器KAM，其接点闭合，电流继电器KA的常开接点因短路而闭合，则时间继电器KT的线圈回路接通。经KT的整定延时后，KT的接点延时闭合，起动出口中间继电器KCO，动作于断开变压器两侧短路器。当发生三相短路时，低电压继电器动作，其常闭接

31、点闭合，与电流继电器一起，按低电压起动过电流保护的动作方式，作用与跳闸。图 2-9复合电压起动过电流保护原理接线图（2）整定计算电流元件动作电流 （2-18）为变压器额定电流动作电压为 （2-19）为变压器的额定电压。低压元件灵敏度为 （2-20）公式中（2-20）相邻元件末端三相金属性短路故障时，保护安装处的最大线电压；低压元件的返回系数。负序电压元件动作电压为 （2-21）负序电压元件灵敏度为 （2-22）公式（2-22）为相邻元件末端不对称短路故障时，最小负序电压。3.负序电流和单相式低压过电流保护对于大容量的发电机变压器组，由于额定电流大，电流元件往往不能满足远后备灵敏度的要求，可采用

32、负序电流保护，它是由反应不对称故障的负序电流元件和反应对称短路故障的单相式低压过电流保护组成。负序电流保护灵敏度较高，且在Y，d接线的变压器另一侧发生不对称短路故障时，灵敏度不受影响，接线也较简单。（五）零序过电流保护在大电流接地的系统中，一般在变压器上装设接地保护。作为便宜变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。当系统接地短路时，零序电流的大小和分布是与系统中变压器中性点接地的数目和位置有关。对于有一台变压器的升压变电站，变压器都采用中性点接地运行方式。对于若干台变压器并联运行的变电站，则采用一部分变压器中性点接地运行，而另一部分变压器中性点不接地运行。1.中性点直接接地变压

33、器的零序电流保护图2-10为中性点直接接地双绕组变压器的零序电流保护原理接线图。保护用电流互感器接于中性点引出线上。其额定电压可选择低一级，其变比根据接地短路电流的热稳定和动态稳定条件来选择。保护的灵敏系数按后备保护范围末端接地短路校验，灵敏系数应不小于1.2。保护的动作时限应比引出线零序电流后备段的最大动作时限大一个阶梯时限。为了缩小接地故障的影响范围及提高后备保护动作的快速性 ，通常配置为两段式零序电流保护，每段各带两级时限。零序段作为变压器及母线的接地故障后备保护，其动作电流以与引出线零序电流保护段在灵敏系数上配合整定，以较短延时（通常为0.5S）作用于断开母联断路器或分段断路器；以较长

34、延时（0.5+）作用与断开变压器的断路器。零序段作为引出线接地故障的后备保护，其动作电流按上式选择，第一级延时与引出线零序后备段动作延时配合，第二级延时比第一级延时长一个阶梯时限。图2-10中性点直接接地零序电流保护原理接线图 （2-23）公式（2-23）中 变压器零序过电流保护的动作电流； 配合系数，取1.11.2； 零序电流分支系数； 引出线零序电流保护后备段的动作电流。2.中性点可能接地或不接地变压器的保护当变电站部分变压器中性点接地运行时，如图2-11所示，当两台变压器并列运行时，其中T1中性点接地运行，T2中性点不接地运行。当线路上发生单相接地时，有零序电流流过QF1、QF3、QF4

35、和QF5的四套零序过电流保护。按选择性要求应满足t1t3，即应由QF3和QF4的两套保护动作于QF3和QF4跳闸。若因某种原因造成QF3拒绝跳闸，则应由QF1的保护动作跳闸。当QF1和QF4跳闸后，系统成为中性点不接地系统，而且T2仍带着接地故障继续运行。T2的中性点对地电压将升高为相电压，两非接地相的对地电压将升高倍，如果在接地故障点出现间歇性电弧过电压，则对变压器T2的绝缘危害更大。如果T2为全绝缘变压器，可利用在其中性点不接地运行时出现的零序电压，实现零序过电压保护，作用于断开QF2。如果T2是分级绝缘变压器，则不允许上述出现情况，必须在切除T1之前，先将T2切除。图 2-11中性点接地

36、运行图因此，对于中性点有两种运行方式的变压器，需要装设两套相互配合的接地保护装置：零序过电流保护用于中性点接地运行方式；零序过电压保护用于中性点不接地运行方式。并且还要按下面的原则进行保护：对于分级绝缘变压器应先切除中性点不接地运行的变压器，后切除中性点接地运行的变压器；对于全绝缘变压器应先切除中性点接地运行变压器，后切除中性点不接地运行变压器。（1）分级绝缘变压器图2-12为分级绝缘变压器的零序过电流和零序过电压保护原理接线图。当系统发生接地故障时，中性点不接地运行变压器的TAN无零序电流，报告装置中的KA不动作，零序过电流保护动作，KV因有零序电压3U0而动作。这时，与之并列运行的中性点接

37、地运行变压器的零序过电流保护则因TAN有零序电流，KA动作并经其时间继电器1KT的瞬时闭合常开接地将正电源加到小母线WB上。此正电源经中性点不接地运行变压器的KV接点和KA的常闭接点使KT2起动零序过电压保护。在主保护拒绝动作的情况下，经过较短时限使KCO动作，先动作于中性点不接地运行变压器的两侧断路器跳闸。与之并列运行的中性点接地运行变压器的KV虽然也已动作，但由于KA已处于动作状态，其常闭接点已断开，故小母线上的正电源不能使KT2动作，其零序过电压保护不能起动，要等到整定时限较长的KT1延时接点闭合时，才动作于中性点接地运行变压器的两侧断路器跳闸。图2-12 分级绝缘变压器的接地保护原理图

38、（2）全绝缘变压器图2-13为全绝缘变压器的零序过电流和零序过电压保护原理图。当系统发生接地故障时，中性点接地运行变压器的零序过电流保护和零序过电压保护都会起动。因KT1的整定时限较短，故在主保护拒绝动作的情况下先动作于中性点接地运行变压器的两侧断路器跳闸。与之并列运行的中性点不接地运行变压器，则只有零序过电压保护动作，其零序过电流保护并不起动作。因KT2的整定时限较长，故后切除中性点不接地运行变压器的两侧短路器。图2-13全绝缘变压器的接地保护装置原理接线图（六）变压器过负荷保护当变压器过负荷电流三相对称，过负荷保护装置只采用一个电流继电器接于一相电流回路中，经过较长的延时后发出信号。对于三

39、绕组变压器，三侧都装有过负荷启动元件；对于双绕组变压器，过负荷保护应装设在电源侧。其原理如图所示。图2-14变压器过负荷保护接线图过负荷保护的整定计算：过负荷保护的动作电流按躲过变压器的额定电流进行整定 （2-24）公式（2-24）中 可靠系数，一般取1.05； 继电器的返回系数，一般取0.85； 保护安装侧变压器的额定电流。过负荷保护的延时应比变压器的过电流保护时限延长一个阶段，一般取10s。 三、微机保护装置的硬件电路原理（一）微机保护装置 微机保护装置是一个计算机系统。当然应包括硬件和软件两部分。微机保护的硬件电路随所采用的单片机不同而有很大差别。另外，随保护对象的不同在硬件上也有所不同

40、例如微机高压输电线路保护装置的硬件与微机型发电机变压器保护的硬件在模拟量输人信号的数量和性质、开关量输人、输出的数量上就有很大的差别。由于单片机及其相关的集成电路芯片发展速度很快，因此，微机保护装置的硬件也在不断发展变化。从最初的单八位 CPU构成一个系统，到由多个8位单片机、16位单片机构成微机保护系统。目前，有些微机保护装置的硬件采用了32位的数字信号处理器(DSP),也有的采用嵌人式系统 (POWER PC)组成微机保护硬件系统的。接口芯片的容量在不断增大、存取速度越来越快。有些芯片从并行接口方式变为串行接口方式。例如存放定值的EEPROM芯片、硬件时钟芯片等。这些都为微机保护装置硬件的

41、设计提供了方便和灵活性。在硬件的制造技术上也发生了很大的变化。采用多层印刷电路板、表贴芯片、自动焊接技术、抗干扰技术极大地提高了微机保护的硬件水平。 在我们介绍的微机保护装置硬件构成的基本框图中。对于一个具体的微机保护装置，通常将这些硬件电路按功能分别布置在几个插件上，各插件安装于一个机箱中，采用总线把各擂件联系在一起，构成一套完整的保护装置。插件一般包括模拟变换器擂件、电压一频率(VF)变换插件(具有VFC数据采集系统的装置)、A/D转换部分可与保护微机系统布置在一起，保护微机系统插件、管理微机系统插件、出口、逻辑、信号及告替继电器擂件、逆变稳压电源插件。开关量输人、开关量输出电路根据情况可

42、与保护或理微机系统布置在同一插件上，也可单设开关量输人、输出插件。 1.机箱目前，微机保护装置所采用的机箱主要有以下几种规格宽度为19英寸、高度为4U (180-)的机箱；宽度为19/2英寸、高度为4U (18。二)的机箱；宽度为19英寸高度为6U (270-)的机箱。 2.擂件每个擂件为一块印刷电路板。对4U的机箱，印刷电路板的大小一般为144-X190mm。对于6U的机箱，印刷电路板的大小一般为162-m X 230-。印刷电路板为多层，一般为四层或六层。为提高微机保护的抗干扰水平，通常将不同电压等级的电路布置在不同层，以减少相互之间的干扰。插件有两种插拔方式，一种为前部擂拔方式；另一种为

43、后部擂拔方式。 3.面板微机保护装置的面板有两种形式。整面板形式和按插件的分面版形式。目前，绝大多数微机保护装置采用整面板形式。在面板上布置有LCD液晶显示模块、触摸按键、调接口和有关的信号灯。 4.总线各插件之间的联系采用总线连接。对于前插拔方式，在每块插件的后部设有插头，与固定在机箱后部的插座依靠压力接触，各插件之间通过后背插针绕线连接，与微机保护装置外部的连接通过端子排。也可采用总线板将各插件相互联系。 5.保护屏在微机保护应用于电力系统后，出现了保护装置下放安装的方式。对于集中安装在控制室的微机保护屏其要求与以往的保护屏相同。对于安装于开关场的微机保护屏必须设有保护柜，将微机保护屏安装

44、于柜内。柜内应设有温度调节系统。在高压、超高压变电站，保护下放到开关场，由于强大的电磁干扰会影响保护装置的正常工作，通常要在现场建设具有屏蔽作用的保护小间，将微机保护屏安装TIR护小间内。微机保护装置的数字核心一般由CPU、存储器、定时器/计数器等组成。目前数字核心的主流为嵌入式微控制器（MCU），即通常所说的单片机;输入输出通道包括模拟量输入通道（模拟量输入变换回路将CT、PT所测量的量转换成更低的适合内部A/D转换的电压量，2.5V、5V或10V）、低通滤波器及采样、A/D转换）和数字量输入输出通道（人机接口和各种告警信号、跳闸信号及电度脉冲等）。测量部分是测量被保护元件工作状态（正常工作、非正常工作或故障状态）的一个或几个物理量。并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该启动。 逻辑部分的作用是根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它门的组合，使保护装置按一定的逻辑程序工作，最后传到执行部分。 执行部分的作用是根据逻辑部分送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如发出信号，跳闸或不动作。对于同一类型的保护对象，微机保护装置可采用相同的硬件结构，不同的保护功能体现在软件上，缩短了新产品的研制和开发周期。微机保护装置本身消耗功率低，降低了对电流互感器和电压互感器的要求。另外，正在研究的数字式电压、电流传感器更