变压器后备保护装置的设计.doc

1、摘 要 电力变压器是电力系统中使用相当普遍和重要的元件之一，它在整个电力系统中起着能量转换和电压转换的作用，它的正常运行直接关系到整个电力系统能否连续稳定的运行。特别是由于变压器本身构造复杂、价格不菲，一旦由于故障而受到损坏，其检修难度大、时间长，将造成巨大的经济损失。所以需要对变压器配备可靠有效的保护。近年来，随着电力变压器主保护技术的日益成熟，且电力变压器后备保护原理简单成熟，故其实现技术更为人们所关注。本论文根据电力变压器后备保护的要求，对电力变压器后备保护装置的设计进行了研究。本文首先介绍了变压器后备保护的意义，然后介绍了变压器主保护及后备保护的发展现状，并对后备保护的算法进行了介绍。

2、本文在总结了变压器后备保护原理应用的基础上，设计了一个基于DSP的变压器后备保护装置，装置设置了过电流保护、复合电压启动的过电流保护、低压过电流保护、过负荷保护、TV断线告警等保护功能。本文对信号采样/转换、信号处理与传输、人机接口（键盘/显示等）、通信接口进行了设计，软件方面给出了主程序、数据采集、故障诊断、键盘扫描的流程图，以此来实现对变压器的后备保护功能。关键词：变压器； 后备保护； DSP ； 微机保护；ABSTRACTPower transformer is used in power system is quite common and one of the important c

3、omponents，It plays an energy conversion in the whole power system and voltage conversion function，It is directly related to the normal operation of the whole power system can be continuous and stable operation. Especially because of the transformer itself complex structure, expensive due to a fault,

4、 once damaged, its maintenance is difficult, time is long, will cause huge economic losses. So need to be equipped with reliable and effective protection for transformer. In recent years, along with the technology of power transformer main protection and backup protection is increasingly mature, the

5、 power transformer is simple and mature, so the technology has been paid more and more attention.In this paper, according to the backup protection of transformer backup protection requirements, the design of power transformer device is studied. This paper first introduces the transformer mothball pr

6、otection significance, then introduces the development status of transformer main protection and backup protection, and the backup protection algorithms are introduced. In this paper, on the basis of the transformer backup protection principle and application, based on the design of a transformer ba

7、ckup protection device DSP, This device set up Over current protection, composite voltage starting over current protection, low-voltage over-current protection, over load protection, TV disconnection alarm protection function. In this paper, the signal sampling / conversion, signal processing and tr

8、ansmission, man-machine interface (keyboard / display), the communication interface is designed, In terms of software gives the flow diagram of the main program、flow diagram of the data acquisition, flow diagram of the fault diagnosis, flow diagram of the keyboard scan.The software gives the flow ch

9、art of main program, data acquisition, fault diagnosis, keyboard scan in order to achieve the function of backup protection for transformer.Keywords：transformer；Backup protection；DSP；Micro-Computer Protection；目 录1 绪论11.1电力变压器后备保护的意义11.2变压器保护的发展与现状21.2.1变压器主保护的发展21.2.2变压器后备保护的发展现状31.3论文的主要工作和章节安排42 变

10、压器后备保护的算法52.1算法的含义52.2微机保护算法的选择52.3变压器后备保护的主要算法52.3.3全波傅立叶算法62.3.2半波傅氏算法72.3.3序量计算72.3.4两点采样值乘积算法83 变压器后备保护装置的设计方案93.1设计的基本原则93.2变压器故障及后备保护配置93.2.1变压器故障类型93.2.2变压器的后备保护配置93.2.3监控功能配置104 变压器后备保护装置的硬件部分设计114.1硬件电路设计基本介绍114.1.1硬件电路设计的基本原则114.1.2硬件电路设计基本工作原理114.1.3硬件电路的设计组成部分114.2主系统部分124.2.1DSP芯片的选择124

11、.2.2TMS320F2812的硬件结构134.3模拟量输入部分154.3.1模拟量变换电路154.3.2滤波电路164.3.3采样及A/D转换电路174.4开关量的输入/输出回路184.4.1光电隔离器184.4.2开关量输入电路194.4.3开关量输出电路194.5人机接口部分204.5.1LCD显示204.5.2实时时钟214.5.3键盘接口设计224.6串行通讯接口部分234.6.1串行通讯介绍244.6.2 RS-485介绍244.7电源部分254.8看门狗电路255 变压器后备保护装置的软件部分275.1主程序275.2故障诊断程序275.3数据采集处理程序305.4按键扫描程序3

12、16 结论32参考文献33附 录35翻译部分39英文原文39中文译文45致 谢49 1 绪论1.1电力变压器后备保护的意义电力变压器是电力系统中使用非常广泛且十分重要的元件之一，它在电力系统中的作用是能量转换、电压转换，它的正常运行直接关系到一个电力系统能否连续稳定的运行，尤其是由于变压器本身价格不菲、构造复杂，一旦由于故障而受到损坏，其检修难度较大且时间较长，将造成巨大的经济损失。所以需要对变压器配备可靠且有效的保护。一般变压器的保护有差动保护、瓦斯保护以及后备保护。变压器的差动保护主要用来保护变压器绕组内部以及变压器绕组引出线上发生的各类相间短路故障，同时也能够用来保护变压器单相匝间短路故

13、障。变压器差动保护的范围为构成差动保护的电流互感器之间的电气设备、和与这些设备连接的导线。因为差动保护对保护区以外的故障不会动作，所以差动保护并不需要与保护区以外相邻元件保护在动作值及动作时限上互相配合，所以在区内故障时，差动保护可以瞬时动作。瓦斯保护指的是变压器在发生内部短路（包括匝间短路）并且短路电流不能达到电流保护定值时，使得被保护的变压器直接跳闸的保护，它属于变压器主保护，在正常运行时不能将其解除。变压器根据瓦斯继电器动作压力有轻重两种情况，轻瓦斯继电器根据情况即可动作于跳闸，也能动作于信号，重瓦斯继电器动作于跳闸。瓦斯保护可以用来反映油箱的内部短路故障和油面降低，并不能反映变压器的外

14、部故障，尤其是套管的故障。对于油浸式变压器来说瓦斯保护是有意义的，但对于干式变压器而言，由于不存在绝缘油，所以也就谈不上瓦斯保护。可对于干式变压器而言，需要对温度保护进行加强来确保变压器线圈的绝缘状况，所以一般干式变压器会设置双层次温度保护，包括低温报警和高温跳闸。后备保护是当被保护的电气设备以及输电线路的主保护或断路器失灵时所起作用的保护。变压器的后备保护不但可以作为变压器自身差动保护的后备保护，并且对于变压器外部故障所引起的过电流也起到保护作用，还可以作为变压器的各侧母线和部分出线的远后备保护其地位十分重要。后备保护的作用和特点是：（1）变压器的后备保护课分为远后备保护和近后备保护。（2）

15、远后备保护指在每一个被保护元件所配置的保护中包括起主保护和后备保护作用的两部分，起后备保护作用的部分不但可以作为该元件主保护拒动时的后备，最主要的是作为相邻下一元件的断路器拒动或保护拒动时的后备。即当主保护或断路器拒动时，由相邻的电力设备的保护或是线路的保护来实现的后备保护，像变压器的后备保护便是线路的远后备保护。（3）近后备保护就是在每一个被保护的元件上都装设起主保护作用和后备保护作用的独立的两套保护。近后备所实现的特点：先是“就近”实现，不依靠相邻上一元件处的保护；在是当主保护拒动，本处后备保护起作用。断路器拒动时则通过此站装设的断路器失灵保护（该保护属近后备）动作来切除掉连接在该段母线上的其余断路器。即当主保护拒动时，通过本电力设备或是线路的另一套保护实现的后备保护，像线路的零序保护及距离保护就互为后备。（4）对于远后备保护而言其功能比较完善，它对于相邻元件的断路器、保护装置、二次回路以及直流电源故障所引起的拒动都可以起到后备作用，并且较简单经济，宜优先选用。一般而言，只有在远后备保护不能够满足灵敏度的要求时，才会考虑采用近后备保护。后备保