1 绪论
随着电力系统的出现，继电保护技术就相伴而生。与当代新兴科学技术相比，电力系统继电保护是相当古老了，然而电力系统继电保护作为一门综合性科学又总是充满青春活力，处于蓬勃发展中。之所以如此，是因为它特别注重理论与实践并重，与基础理论、新理论、新技术的发展紧密联系在一起，同时也与电力系统的运行和发展息息相关。电力系统自身的发展是促进继电保护发展的内因，是继电保护发展的源泉和动力，而相关新理论、新技术、新材料的发展是促进继电保护发展的外因，是电力系统继电保护发展的客观条件和技术基础。
1.1 变压器差动保护的发展简述
电流差动保护原理是由C H Merz和B.Price在1904年提出的[1]，其理论基础是基尔霍夫电流定律，它是电力变压器的主保护，也是各种电气元件使用最广泛的一种保护方式。
自上世纪70年代微处理器的出现，元件保护进入到微机保护时代。
国外在70年代即对变压器个别保护的计算机实现开展研究。80年代国外开始研制发电机及变压器整套微机保护。1989年波兰Korbasiewcz发表了发电机变压器组微机保护系统。1990年印度Verma等也发表了变压器全套微机保护的研究成果。到90年代见到正式商业产品，如Siemens及ABB 公司均已有微机发变组全套保护。
我国微机元件保护的研制，是从80年代开始的[2]。1987年在我国首先研制成微机式发电机失磁保护系统，在此基础上于1989年开发研制成发电机全套微机保护，并于1994年研制成我国第一套适用60万KW及以下容量水、火发电机变压器组全套微机保护。随后，国内又研制成用于水轮机发电机变压器组的微机保护。1988年后有多家研制成了变压器微机保护。
电气主设备内部故障的主保护方案之一是差动保护，差动保护在发电
机上的应用比较简单。作为变压器主保护，对其要求有两方面，即防止外部短路时不平衡电流及防止励磁涌流所致的误动作。但是作为变压器内部故障的主保护，差动保护将有许多特点和困难，变压器具有两个及更多个电压等级，构成差动保护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的差动保护不平衡电流将比发电机的大得多。
变压器每相原副边电流之差(正常运行时的励磁电流)将作为变压器
差动保护不平衡电流的一种来源，特别是当变压器过励磁运行时，励磁电流可达变压器额定电流的水平，势必引起差动保护误动作。更有甚者，在空载变压器突然合闸时，或者变压器外部短路被切除而变压器端电压突然恢复时，暂态励磁电流(即励磁涌流)的大小可与短路电流相比拟，在这样大的不平衡电流下，要求差动保护不误动，是一个相当复杂困难的技术问题。
正常运行中的变压器，根据电力系统的要求，需要调节分接头，这又将增大变压器差动保护的不平衡电流;变压器差动保护应能反应高、低压绕组的匝间短路，而匝间短路时虽然短路环流中电流很大，但流入差动保护的电流可能不大:变压器差动保护还应能反应高压侧(中性点直接接地
系统)经高阻接地的单相短路，此时故障电流也较小;当变压器绕组匝间短路时，变压器仍带有负荷，这就是说变压器内部短路时被保护设备仍有流出电流，影响保护的灵敏动作。
综上所述，将差动保护用于变压器，一方面由于各种因素产生较大或很大的不平衡电流，另一方面又要求能反应具有流出电流性质的轻微内部短路，可见变压器差动保护要比发电机等其他元件差动保护复杂得多。
1.2 国内外变压器差动保护研究发展现状
1.2.1综述
随着超高压、远距离输电在电力系统中的应用越来越广泛，大容量变压器的应用日益增多，对变压器保护的可靠性、快速性提出了更高的要求。
电力变压器在空载合闸投入电网或外部故障切除后电压恢复时会产生数
值很大的励磁涌流，同时波形严重畸变，容易造成差动保护误动作，直接影响到变压器保护的可靠性。差动保护一直是电力变压器的主保护，其理论根据是基尔霍夫电流定律，对于纯电路设备，差动保护无懈可击。但是对于变压器而言，由于内部磁路的联系，本质上不再满足基尔霍夫电流定律，变压器励磁电流成了差动保护不平衡电流的一种来源[3]。
当前变压器差动保护的主要矛盾仍然集中在励磁涌流和内部故障电
流的鉴别上。近十多年来，国内外许多学者致力于变压器继电保护的研究，提出了不少判别励磁涌流的新原理和新方法。
1.2.2 励磁涌流判别原理的研究现状
(1)电流波形特征识别法
电流波形特征识别法一直是人们研究的热点，目前仍占据主流。该方法以励磁涌流和内部故障电流波形特征的差异为依据，文献[4-9]介绍了己运用于实践的几种方法：有二次谐波制动原理和间断角原理[4]，新近提出的有采样值差动原理[5]、波形对称原理[6]，波形叠加原理[7]、波形相关性分析法[8]和波形拟合法[9]。其中，采样值差动原理是间断角原理的衍生，波形对称原理是间断角原理的改进，而波形叠加原理、波形相关性分析法和波形拟合法则是波形对称原理的衍生或改进。另外，随着科学研究领域的逐步扩大，研究层次的逐渐加深，产生的若干新兴学科也为判别励磁涌流提供了新的手段，其中有代表性的是神经网络和小波变换。然而，就目前发表的文献看，这些新兴手段也只是局限于对电流波形进行一些简单的加工，所以仍属于电流波形特征识别法的范畴。
(2)谐波识别法
文献“[10][11]”详细介绍了谐波识别法的原理及运用，该方法是通过电流或电压中谐波含量的多少来区分内部故障和励磁涌流。主要有利用二次谐波电流和分析变压器端电压中的谐波分量两种鉴别励磁涌流的方
法即二次谐波制动和电压制动。大多数变压器差动继电器利用差动电流的谐波分量区分不同于励磁涌流和过励状况的内部故障，谐波分量可以用于制动或闭锁继电器动作。
(3)磁通特性识别法[12,13]
磁通特性识别法是考虑利用磁通量，综合运用变压器的电压和电流进行励磁涌流判别的方法。目前主要有三种磁制动方案: 是基于变压器在不
和变压器同工况下的励磁特性曲线建立故障判别区;二是建立差动电流i
d
的互感磁链ψ之间的关系曲线，通过比较ψ与
i的关系是否落在空载磁化
d
曲线附近来判断是否为励磁涌流;三是分析比较ψ-
i曲线上故障时或涌
d
流时的切线斜率与半周波前对应的切线斜率的值，相等则为故障。(4)等值电路法[14]
该方法是基于变压器导纳型等值电路的励磁涌流判别方法，通过检测对地导纳参数变化来鉴别变压器内外故障。
(5)功率法[10][11]
第一种:对故障状态下系统正负序网络模型进行分析，由变压器两端电流电压计算出两侧正负序功率，根据正负序功率方向的不同，快速、准确地区分变压器的内部故障、外部故障和励磁涌流。
第二种:先根据电流电压计算出变压器两端功率值，并计算出两者之差，用求得的有功功率差额W(r)来判别励磁涌流和变压器内部故障。该方法的优点是第一没有让励磁涌流成为动作的因素，故在励磁涌流判别方面有较大的优势。第二与以往的励磁涌流判据相比，功率差动保护的功能更为全面具有区分变压器内、外部故障的功能，可以作为独立保护使用。
(6)基于模糊逻辑的多判据法[15]
该方法弥补了严格依照精确定量判别涌流的不足，避免了“一票否决”，真正做到了“集思广益”，体现了智能化特点，提高识别励磁涌流的正确性和可靠性。
图1. 1 表示模糊多判据识别励磁涌流逻辑框图。
图1.1 模糊多判据识别励磁涌流逻辑框图
其中，从2,1μμ…n μ是各涌流识别方法的隶属函数，2,1γγ…n γ是各识别函数的权，通过模糊变换可得到一个总的隶属度来综合各判据，总的隶属度μ为
n n ...μγμγμγμ++=2211 （1-1）
其中， 121=++n ...γγγ （1-2） 文献[16]提出了二次谐波制动原理、波形对称原理、功率差动原理、低电压原理的模糊多判据励磁涌流识别算法。
这种方法只是变压器励磁涌流识别中的一个新探索，目前有很多问题难以解决，如模糊逻辑中隶属函数与权重应当如何选择。这个问题的回答建立在原有认识的基础上，而且需要技术人员对问题有较深入的认识。所以，该方法仍需要科研工作者进行深入而细致的研究。
(7)其它
文献[17]介绍了基于参数辨识的变压器差动保护：该方法无需鉴别励磁涌流，通过建立变压器的线性模型，而模型无需涉及变压器铁心的非线性关系和磁滞效应。当变压器绕组漏感和电阻在正常运行、外部故障及励磁涌流时不发生变化，而在变压器内部故障时要发生变化。根据这一特性，可把变压器绕组的漏感和电阻值是否发生变化作为区分变压器内部故障和正常、外部故障、励磁涌流情况的判据。
文献[18]介绍了基于励磁阻抗变化的变压器励磁涌流判别方法:在励
磁涌流出现时，变压器的励磁阻抗急剧变化，而在正常运行或故障时励磁阻抗基本不变这一特征来区分变压器励磁涌流和短路故障.因而不需要变压器参数和系统参数。
1.2.3 变压器保护发展趋势
电力系统飞速发展对继电保护不断提出新要求，电子技术、计算机技术与通信技术的迅猛发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新活力。随着数字技术的发展、微型计算机和微处理器的出现，为继电保护数字化开辟了广阔前景。20世纪90年代中后期人工智能以及网络技术的飞速发展，出现了以微机和光传输技术为特征的全数字控制智能保护系统，以此为标志，微机继电保护技术呈现出网络化，智能化，以及保护、控制、测量和数据通信一体化的发展趋势。
从上世纪80年代至今，国内外学者相继把模糊理论、人工神经网络、自适应理论、专家系统等智能理论应用到电力系统中，并取得了辉煌的成就。
1.2.3.1模糊理论在继电保护中的应用
模糊理论的核心思想是利用数学手段仿效人脑思维，对复杂事物进行模糊度量，模糊识别，模糊推理，模糊控制和模糊决策。在电力系统继电保护中，应用模糊数学不是要是使得输出的跳闸命令变得含含糊信息更加有效的进行综合决策，从而得出更加精确和符合实际情况的输出。
1.2.3.2专家系统在继电保护中的应用
专家系统是人工智能领域中的一个重要分支，它在各个学科中都得到广泛的应用，由于继电保护对实时性要求高，这限制了专家系统的应用范围。目前的专家系统主要应用于对实时性要求不高的场合，如继电保护整定、协调，高阻接地故障检测，故障定位，故障诊断。
1.2.3.3人工神经网络在继电保护中的应用
人工神经网络(ANN)的应用是目前继电保护领域文献发表最多的方
向之一。人工神经网络是由很多神经元广泛互连而成的网络，信息存储体现在神经元之间的连接权上，存储区与操作区合二为一，ANN具有高度并行计算能力以及相当强的自适应性、鲁棒性和容错性。利用ANN的并行计算能力，可以实时实现常规保护难以做到的最优算法;利用ANN的并行处理和近似推理，可以实现对电力系统运行方式和故障类型的准确诊断和识别:利用ANN的高度容错能力可以使得继电保护具有更高的可靠性。
1.2.3.4自适应技术在继电保护中的应用
自适应继电保护是一种根据电力系统运行方式和故障状态的变化而
实时改变保护性能、特性或整定值的保护。电力系统在运行过程中，其状态、参数和网络结构会经常随着运行方式的变化而变化。传统的继电保护为了达到这个要求，往往采用抬高整定值、增加闭锁判据等措施。另外实际上也有限地使用了一些自适应原理，例如反时限原理的过流、过热、过激磁保护措施。
1.3论文研究的背景、目的及意义
1.3.1论文的背景
近年来，我国的超高压、大容量电力变压器不断投产，远距离输电系统越来越多地建成、运行。电力变压器是电力系统中极其重要的电气设备，它的安全运行与否，直接关系到电力系统能否连续稳定地工作。特别是由于变压器本身造价昂贵，一旦因故障而遭到破坏，其检修难度大，检修时间较长，经济上的损失也很大。
相对于变压器保护的重要性而言，国内变压器保护的发展却远远落后，其保护正确动作率长期偏低。造成这一结果的原因有管理上的不足，有当前工作人员的素质问题(设计、制造、整定调试、运行维护诸方面的失误)，但最主要的是由于电力变压器继电保护技术上的缺陷。长期以来变压器主保护动作正确率相对偏低，变压器差动保护及其相应的辅助判据需要改善。
1.3.2存在的问题
众所周知，影响变压器差动保护动作正确与否的关键是保护装置能否正确区分励磁涌流和内部故障。有关励磁涌流的分析一直以来都是焦点，意义重大。主要应解决的主要问题有:
（1）正确识别励磁涌流和内部故障时的短路电流。变压器空载合闸或外部短路故障切除电压突然恢复时，变压器有很大的励磁电流即励磁涌流通过，因该励磁涌流仅在变压器的侧流通，故流入差动回路。变压器内部短路故障时，差动回路流入的是很大的短路电流。显然，作为纵差动保护，励磁涌流作用下不应动作，短路电流作用下保护应可靠动作。
（2）外部短路故障切除电压突然恢复的暂态过程中，应保证纵差动保护不发生误动作。应当注意在这个暂态过程中，一方面变压器存在励磁涌流，励磁涌流的非周期分量将使一侧电流互感器(励磁涌流仅在变压器一侧流通)的误差特别是角误差增大;另一方面变压器负荷电流的存在。这两方面的因素导致差动回路不平衡电流的增大，变压器微机差动保护这种情况下不应误动。
（3）应解决好区外短路故障时差动回路中的不平衡电流和保护灵敏度之间的矛盾。区外短路故障时，由于纵差动保护各侧电流互感器变比不匹配、有载调压变压器抽头的改变、电流互感器误差特别是暂态误差的影响，差动回路中流过数值不小的不平衡电流，为保证纵差动保护不误动，动作电流应高于区外短路故障时的最大不平衡电流，这势必要影响到内部故障时保护的灵敏度。作为纵差动保护，既要保证区外短路故障差动回路流过最大不平衡电流时不发生误动作，又要在内部短路故障时保证一定的灵敏度。
1.3.3论文研究的目的及意义
根据以上的分析及对目前应解决问题的研究，得到本课题所作研究的目的：运用小波原理，探求新的励磁涌流与内部故障判别方法。其意义在
于通过研究新判据，尝试以小波分析方案完善目前的励磁涌流判据，提高差动保护的可靠性。
1.3.4论文的主要工作
本文在认真总结、学习前人研究成果的基础上，介绍了电力变压器的继电保护，电力变压器的故障类型、异常工作情况；着重分析了电力变压的差动保护原理，励磁涌流对变压器的影响；最后，讨论了小波分析在差动保护中应用，重点在基于小波分析的变压器励磁涌流识别。
在对励磁涌流特性进行分析的基础上，针对目前的判据仅仅反映单一电气量的缺陷，探讨了运用小波变换奇异性分析法来区分励磁涌流与故障电流的新方法。将这个励磁涌流判据与电流差动保护相结合作为变压器主保护就可以提高变压器保护的正确动作率。
2 电力变压器的继电保护
2.1 变压器原理介绍
变压器主要是用来输变电的，变压器能量传递是通过电磁感应而实现的，所以分析变压器电磁关系要根据有关电和磁的规律。每台变压器必须有电路和磁路，而电路和磁路又是电场和磁场的简化，但是在遇到一些细致的问题时，我们还是必须要用场的方法来解决。一般变压器的电路是由绕组构成，而磁路是指定的磁通所通过的部分。
(1)电路分析:
对于普通电力变压器，就是指那些单相、三相、双绕组和三绕组电力变压器，由于他们绕组的联结方式不同，所以绕组电流，线电流，相电流的计算公式都是不一样的。但都可以用表达式φU KP I a =来表示。其中K 是比率系数，P 是额定容量，φU 是额定电压。而绕组的匝数取决于铁心心柱截面的大小。因为当铁心采用某一牌号硅钢片以后，磁密B 基本上是一个变化范围很小的量;而且在某一相电压作用下，绕组每匝电势e 与该绕组匝数W 的乘积也是一个常量，所以铁心柱截面A 大时，绕组每匝电势e 也大，则该绕组匝数减小。既然绕组的匝数完全取决于每匝电势e ，当f=50Hz 时，5110450?=BA e ，根据每匝电势和外加电压我们就可以计算出各绕组的匝数。当发生匝间短路时，绕组匝数ω将变小，电势E 也将变小，而电流分量将增大，引起变压器差动保护动作。
(2)磁路分析
铁心是变压器的磁路，变压器是由电能输入侧，即一次绕组侧励磁的。在一次与二次绕组间建立起交变磁通的电流，称为励磁电流或磁化电流。
具有磁性铁心的变压器，交变磁通大部分在铁心中流通，该磁通叫做主磁通。
双绕组变压器负载时的磁式方程为
M
F F F =+21 (2-1) 或 32211W I W I W I M =+ (2-2)
将上式改写为:
HT M M I I W W I I I 11221 +=???
? ??-= (2-3) 式中，HT
I 1 —次电流的负载分量。 由上式可以看出，一次电流乃是励磁电流m
I 与一次电流负载分量I AHT 的矢量和，HT I 1等于运用一二次匝数比折算的二次电流，并取负号，即
21
221I W W I I HT -=-= （2-4） 于是，变压器的磁场可以看作两个部分，一是由励磁磁势1
W I F M M =建立;二是由其和等于零的二次电流和一次电流负载分量的磁势
01122=+W I W I H T 所建立的。这个由合成磁势所建立的磁场，按照全电流定律，不可能包含与变压器的两个绕组都铰链的磁通，仅可能包含与一个绕组逐次或完全铰链的磁通。这个磁场，就叫做变压器的漏磁场。
如果变压器在空载和负载时，一次绕组端所施加的电压是相等的，则变压器的空载电流和负载时的励磁电流二者在大小、相位与波形上相差很小。
由公式 1111Z I E U +-= (2-5) 式中 1U —外加电压V;
1E —由主磁通产生的电势V;
21Z I —次绕组的阻抗压降V 。
2.2电力变压器的故障类型、异常工作情况
电力变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行，特别是大容量电力变压器一旦因故障而损坏，造成的损失就更大。因此必须针对电力变压器的故障和异常工作情况，根据其容量和重要程度，装设动作可靠、性能良好的继电保护装置。
2.2.1 变压器的故障类型
变压器故障包括变压器油箱内部故障和油箱外部故障。
变压器油箱内部故障包括绕组的相间短路、匝间短路和中性点接地系统侧的接地短路。这些故障由于短路电流产生的高温电弧不仅烧坏绕组绝缘和铁芯，而且将绝缘材料和变压器油分解产生大量气体，使变压器油箱局部变形，甚至引起爆炸。
变压器油箱外部故障主要是变压器绝缘套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。
2.2.2 变压器的异常工作情况
变压器的异常工作情况由外部短路引起的过电流、过负荷；油箱漏油造成的油面降低或冷却系统故障引起的油温升高；外部接地短路引起的中性点过电压；过电压或系统频率降低引起的过励磁等。
2.3变压器继电保护方式
变压器保护的任务就是反应上述故障和异常工作情况，通过断路器切除故障变压器或发出信号采取措施消除异常情况，并能作为相邻元件(如母线、线路)的后备保护。根据有关规定，变压器应该装设以下继电保护装置。
(1)反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。对容量在0.4MVA及以上油浸式变压器应该装设瓦斯保护。
(2)反应变压器绕组或引出线相间短路、中性点直接接地系统侧绕组或引出线的单相接地以及绕组匝间短路的纵差动保护。对6.3MVA及以上厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器以及2MVA及以上用电流速断保护灵敏系数不能满足要求的变压器，应装设纵差保护。对高压侧电压为330kV以上的变压器，可以装设双重差动保护。
(3)反应变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和纵差动保护后备的过电流保护。当过电流保护灵敏系数不满足要求时，可采用低电压和复合电压起动的过电流保护、复序电流保护、低阻抗保护等。
(4)反应中性点直接接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。该保护同时作为变压器内部接地的后备保护。对于中性点可接地或不接地运行地变压器需增设零序过电压保护。
(5)反应变压器对称过负荷地过负荷保护。
(6)反应高压测电压为500KV的变压器由于工作磁通量密度过高引起过励磁的过励磁保护。
2.4变压器保护的基本要求
对变压器保护的基本要求有三个方面:
(1)在变压器发生故障时应将它与所有的电源断开；
(2)在母线或其它变压器相连的元件发生故障，而故障元件由于某种原因(保护拒动或断路器失灵等)其本身短路器未能断开情况下，应使变压器与故障部分分开；
(3)当变压器过负荷、油面降低、油温过高时，应发出报警信号；
对于变压器本身和各侧引线、套管的故障，为了限制故障扩大，通常采用电流速断、差动及重气体保护，快速将变压器的电源切断。
3变压器差动保护
3.1国内外差动保护综述
迄今为止，差动保护己经广泛的应用于变压器保护当中，并且微机型保护已其巨大的优越性被广大用户所认可，所以微机变压器差动保护迎来一个快速发展的春天。根据有关文献本文大致将差动保护目前的情况叙述如下。
目前，各个继电器生产厂家都将二次谐波制动原理作为主要的涌流闭锁方案。其次是间断角原理以及近来兴起的模糊识别原理。特别是当电力部规程要求220KV以上电压等级的变压器保护都必须配备不同原理的差动保护之后，间断角原理和模糊识别原理发展较为迅速，并且在实践中得到较多的运用和改善。总之，这三种原理的差动保护己经可以称它们为主流，不管是国内还是国外的设备都可以提供这三种原理的保护。
这三种原理从本质上来看是相同的，都是基于波形识别的原理。随着计算机水平的发展，CPU等主要芯片运算速度和精度的提高，必将会使得这三种原理的保护日趋完善和可靠。
但是这三种原理都有其固有的瑕疵。因为它们都是基于对励磁涌流的一种基本认识:含有祸次谐波、存在波形间断、波形偏向时间的上半轴等等。而对于励磁涌流的这种认识虽然得到目前的公认，但精确的量化却很难做到，所以具体到保护的判据，则存在某种经验的数据，所以也带来误动的可能。同时，以上三种算法非常依赖于计算的精度，所以对计算的采样要求较高，特别是对于间断角原理。同时这种依赖于波形识别(特别是影响波形的不确定因素较多)的原理也存在灵敏度不满足要求的问题，例如对于匝间短路。
计算机技术以及数学学科的发展为新的保护原理的具体应用和实现
打下了坚实的物质基础。归纳起来主要有以下几种:
(1)变压器特殊运行状态及内部短路计算和数学仿真研究
(2)具有虚拟三次谐波励磁涌流判别技术
(3)基于回路方程算法的差动保护
(4)基于电感倒数等效电路的的差动保护
(5)基于励磁电抗(电感)数值大小的空载合闸涌流判据
(6)小波变换在差动保护中的应用
(7)基于参数辨识的差动保护
(8)基于磁制动方案
(9)等值电路参数鉴别法
目前，这几种保护的方法尚在理论研究阶段，它们的突破将为变压器的保护开创新的天地。
差动保护目前主要有如下几种方式:
(1)比率制动式差动保护
(2)标积制动式差动保护
(3)其它类型的差动保护:比如零序差动、分侧差动保护、不完全差动保护、差动速断保护等。
(4)基于比率制动式差动保护原理对于高电阻故障(即低故障电流)不灵敏，美国Mcclee:等提出新的△差动继电器方法，即将制动电流及差动电流中的故障前电流除出，这种保护在高阻故障时灵敏度较高。
3.2变压器的差动保护
3.2.1 变压器差动保护的基本原理
对于构成理想变压器模型，差动保护在原理上只能反映被保护设备内I，而不管外部有多严重。
部短路电流
K
(a) 两相变压器原理图
（b ）三相变压器原理图
图3-1 变压器差动保护的原理接线
由于变压器高压测和低压测的额定电流不同，因此，为了保证纵差动
n I I
保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变化，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等。例如图3-1(a)中，应使
211122l l n I n I I I ''='=''=' 或 B l l n I I n n ='''=1
112 （3-1） 式中 2l n —高压测电流互感器的变比；
1l n —低压测电流互感器的变比；
B n —变压器的变比(即高，低压测额定电压之比)。
当被保护设备发生短路(横向故障)时，有∑=∑=n
t K I t I 1 ,t I 为流向保护设备的端电流向量，如同图3-1图所示。差动保护就反应了这个内部短路
电流∑
K I ,保证此保护的明确选择性，快速性和高度灵敏性，当然也失去了对相邻元件的远后备保护功能。
3.2.2.变压器差动回路不平衡电流的分类
变压器的纵差动保护需要躲开差动回路中的不平衡电流。现对其不平衡电流产生进行分类讨论：
(1)由变压器励磁涌流LY I ,所产生的不平衡电流
变压器的励磁电流I ：仅流经变压器的某一侧，因此，通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡，在正常运行情况下，此电流很小，一般不超过额定电流的2～10%。在外部故障时，由于电压降低，励磁电流减小，它的影响更小。
但是当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁涌流。其数值最大可达额定电流的6～8倍，同时包含有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，与外加电压的相位、铁心中剩磁的大小和方向、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等有关系。
(2) 由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流
由于变压器常采用Y/△—11的接线方式，因此，其两侧电流相位差30°。
为了消除这种不平衡电流的影响，通常都是将变压器星形侧的三个电流互感器接成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器接成星形，并适当考虑联接方式后即可把二次电流的相位校正过来。
但是电路互感器采用上述联接方式后，在互感器接成△侧的差动一臂中，电流又增大3倍。此时为保证正常运行及外部故障情况下差动回路中应没有电流，就必须将该侧电流互感器的变比加大3倍，以减小二 次电流，使之与另一侧的电流相等，故此时选择变比的条件
B l n n n =Ω31 (3)由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流
由于两侧的电流互感器都是根据产品目录选择标准变比，而变压器 的变比是一定的，因此，三者的关系很难满足B l n n n =Ω
31的要求，此时
差动回路中将有电流流过。当采用具有速饱和铁心的差动继电器时，通常利用它的平衡线圈ph W 来消除此差动电流的影响。
(4)由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流
由于两侧电流互感器的型号不同，它的饱和特性、励磁电流也不同，因此，在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。此时应采用电流互感器的同型系数1=tx K 。
(5)由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流
带负荷调整变压器的分接头，是电力系统中采用带负荷调压的变压器来调整电压的方法，实际上改变分接头就是改变变压器的变比，如果差动保护已经按照某一变比调整号，则当分接头改换时，就会产生一个新的不平衡电流流入差动回路。此时不可能再重新选择平衡线线圈匝数的方法来消除这个不平衡电流，这是因为变压器的分接头经常在改变，而差动保护的电流回路在带电的情况下是不能进行操作的。因此，对由此产生的不平衡电流，应在纵差动保护的整定值中给予考虑。
总括看来，上述2,3项可以选择互感器二次线圈使其降到最低。但是
1,4，5各项不平衡电流，实际上是不可能消除的，因此，变压器的纵差动保护必须躲开这些不平衡电流的影响。由于在满足选择性的同时，还要求保护内部故障时有足够的灵敏性，这就是构成变压器差动保护的主要困难。
根据上述分析，在稳定情况下，为整定变压器纵差动保护所采用的最大不平衡电流
()l
max .d a lx max .hp n I f U %*K I 210?+?+= (3-2) 式中 10%—电流互感器容许的最大相对误差;
tx K ——电流互感器的同型系数，取为1;
U ?—由带负荷调压所引起的相对误差，如果电流互感器二次电
流在相当于被调节变压器额定抽头的情况下处于平衡时，
则△U 等于电压调整范围的一半;
a f 2?—由于所采用的互感器变比或平衡线圈的匝数与计算值不同
时，所引起的相对误差;
l
max .d n I —保护范围外部最大短路电流归算到二次侧的值。 3.3 各种变压器主保护的讨论
如前所述，在讨论变压器内部故障主保护的时候，应该首先注意变压器差动保护不平衡电流大，较易误动;同时注意流出电流对变压器小匝数匝间短路时差动保护灵敏度的影响。此外还应该注意空载合闸时励磁涌流对变压器差动保护的误动、带有匝间短路的变压器在空载合闸时差动保护的延缓动作以及过励磁情况下的变压器差动保护动作行为。
（1）比率制动式差动保护
采用这一原理的差动保护，既能在外部短路时有可靠的制动作用，又能在内部短路时有较高的灵敏度。但是它对内部短路时的流出电流适应能
力较差，对励磁涌流和过励磁也需采取特殊措施。
比率制动特性的原理在数字保护上的改进，主要体现在它的动作电流不是固定不变的，它随着外部短路电流的增大而增大，所以能保证区外故障不误动，同时对内部短路又有较高的灵敏度。
对于双绕组变压器，具有如图3-2中的折线，相应的动作判据为
图3-2 二折线比例制动特性
图3-3 三折线比例制动特性
d i 〉0.op i 当res i <0.res i (3-3)
d i >0.op i +()0.res res i i K - 当res i ≥0.res i (3-4)
式中res K 为比率制动纵差动保护制动系数。()212150i i .i ,i i i res d +=-=，i op.0为最小动作电流，0.res I 为最小制动电流。
它的动作特性如图3-3，它有三个部分组成：无制动区，比率制动区d i
.op i res
max .res Kd i 0.res 2
0.res i res max .res i op i
变压器故障检测系统 摘要 大型电力变压器是电力系统中重要的和昂贵的设备之一，其运行状态直接影响系统的安全性。目前，电力系统的检修体制正由定期检修向状态检修转变，而状态检修是以了解设备的运行状态为基础的。要了解设备状态，就需要对设备信息进行分析诊断。本文的工作就是在这一背景下开展的，其意义在于为电力变压器的检修提供技术支持。本文是从变压器的故障原因、类型以及分析入手，介绍了现今国外主要研究的基于变压器油中气体的故障诊断方法。 在系统的硬件部分，本文以ATmega8单片机为核心，将采集来的电压、电流、温度和气体等模拟量信号经过A/D转换器转换为数字量信号后送入单片机系统中进行处理，通过处理的结果来判断变压器是否含有故障以及故障的类型等。同时本系统也设置了电流保护、差动保护和气体保护等继电保护来防止因短路故障或不正常运行状态照成变压器的损坏，提高供电可靠性。在系统的软件部分，本文运用C语言编写软件程序，使之能够识别并处理从传感器传来的电信号，然后通过人机交互界面显示出来，近而使人能够很轻易判断故障类型。 关键词：变压器故障油气体分析单片机继电保护
Transformer malfunction detection system Abstract In the electrical power system, the large-scale power transformer is one of the important and expensive equipment, it’s running status direct influence system security. At present, the electrical power system overhaul system is transforming by the preventive maintenance to the condition overhaul, but the condition overhaul is take understands the equipment the running status as the foundation.Must understand the equipment condition, needs to carry on the analysis diagnosis to the equipment information. This article work is develops under this background, its significance lies in for the power transformer condition overhaul provides the technical support.This article is from the transformer breakdown reason, the type and the analysis obtains, introduced the nowadays domestic and foreign main research based on the transformer oil in the gas breakdown diagnosis method. Are partial in the system hardware, this article take the ATmega8 MCU as a core, use the gather simulation signal likes voltage, electric current, temperature, gas and so on, to transform after ADC for the digital quantity, and then signal sends in the MCU system to process,
摘要 变压器作为联系不同电压等级网络的设备，是电力系统中非常重要的元件。变压器的安全运行关系到整个电力系统供电的可靠性。随着变压器电压等级和容量的提高，变压器本身也越来越贵重。因此变压器保护显得尤为重要，如何能够快速准确的切除变压器故障，使损失降低到最小，同时又要保证有足够的可靠性，就成了变压器保护的主要问题。 本文就此问题对当前变压器出现的各种故障及相应的保护原理进行了简要分析，并在此基础上对变压器保护装置进行了简单设计。该设计的硬件部分以ATmega16为系统的核心，通过对温度、电压及电流进行数据采集并送入信号处理电路，从而准确地得到控制系统可以识别的数字信号。 该设计的软件部分介绍了三种A VR单片机的应用软件，并对系统的主要流程作出了说明，讲述了单片机如何对处理得到的数字信号进行监视、判断处理，及时对各种保护装置发出声光报警或跳闸信号，进而更好地提高变压器运行的安全性和可靠性，确实做好变压器保护工作。 关键字：变压器保护微机保护单片机差动保护
Applications of Single chip in Transformer Protection Abstract As the equipment contacts various voltage grade networks, the transformer is one of the important elements in the electrical power system. The transformer running whether in security has relation to the reliability of whole electrical power system. With transformer voltage grade and capacity increase year after year, the transformer more and more expensive. Thus transformer protects bulk more important. In order to reduce the losses to the minimum and ensure there is sufficient reliability, how to clear the transformer faults quickly and accurately becomes the main problem of transformer protection. On this issue, the paper gives a brief analysis to the faults of transformer and the corresponding protection principle. And on the basis of this, carry out a simple design of transformer protective device. The design of hardware takes ATmega16 as the core, collecting the temperature, voltage and current and sending to signal processing circuit to obtain the digital signal that control system can identify accurately. The design of software introduces three kinds of application software and shows the main flow chart of the system, explains how the SCM to monitor and judge the digital signals had handled, send sound and light alarm or tripping signal to the protective device promptly, which serves to improve the operation of the transformer safely and reliability better, really do a good job on transformer protection. Keywords:transformer protection microcomputer-based protection SCM differential protection
1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器，应使 8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 （1）励磁涌流：
在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 （2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。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+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。
（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。
②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。 表8-1 励磁涌流实验数据举例 （4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： 采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流
第二节变压器差动保护 1.概述 电气主设备内部故障的主保护方案之一是差动保护，差动保护在发电机上的应用是比较简单的，但是作为变压器内部故障的主保护，差动保护将有许多特点和困难。 变压器有两个和更多个电压等级，构成差动保护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的差动保护不平衡电流将比发电机大得多。 变压器每相原副边电流之差(正常运行时的励磁涌流)将作为变压器差动保护不平衡电流的一种来源，特别是当变压器过励磁运行时，励磁电流可达变压器额定电流的水平，势必引起差动保护误动作。更有甚者，在空载变压器突然合闸时，或者变压器外部短路被切除而变压器端电压突然恢复时，暂态励磁电流(即励磁涌流)的大小可与短路电流相比拟，在这样大的不平衡电流下，要求差动保护不误动，是一个相当复杂困难的技术问题。 正常运行中的变压器，根据电力系统的要求，需要调节分接头，这又将增大变压器差动保护的不平衡电流。 变压器差动保护能反应高、低压绕组的匝间短路，而匝间短路时虽然短路环中的电流很大，但流入差动保护的电流可能不大。 变压器差动保护还应能反应高压侧(中性点直接接地系统)经高阻接地的单相短路，此时故障电流也较小。 综上所述，差动保护用于变压器，一方面由于各种因素产生较大和很大的不平衡电流，另一方面又要求能反应具有流出电流的轻微匝间短路，可见变压器差动保护要比发电机差动保护复杂得多。 2.配置原则 对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定： (1) 10MVA及以上的单独运行变压器和6.3MVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动 保护。6.3MVA及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。 (2) 10MVA以下的变压器可装设电流速断保护和过电流保护。2MVA及以上的变压器，当电 流速断灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。 (3) 0.4MVA及以上，一次电压为10kV及以下，线圈为三角-星形连接的变压器，可采用两 相三继电器式的过流保护。 (4) 以上所述各相保护装置，应动作于断开变压器的各侧断路器。 3.要求达到的性能指标 (1) 具有防止区外故障误动的制动特性； (2) 具有防止励磁涌流引起误动的功能； (3) 宜具有TA断线判别功能，并能选择闭锁差动或报警，当电流超过额定电流的 1.5～2倍 时可自动解除闭锁； (4) 动作时间(2倍整定值时)不大于50ms； (5) 整定值允差±5%。 4.原理及其微机实现 4.1四方 4.1.1 保护原理 变压器差动包括主变差动、发变组差动、厂用变差动、起/备变差动、励磁变差动等，对于高压侧为500kV的一个半开关接线方式，发变组差动及主变差动保护应反应四侧的电流量。
错误！未找到引用源。 毕业设计 设计题目电力变压器保护设计 系（部）电力工程系 学科专业供用电技术 班级 姓名 学号 指导教师 二〇一四年四月二十三日
新疆工程学院毕业设计任务书 学生姓名杨志超专业班级供用电技术11-3班设计题目电力变压器保护设计 接受任务日期2014-3.1 完成任务日期2014-4.26 指导教师张尧指导教师单位新疆工程学院 设计目标利用计算机控制技术实现对电力变压器的保护，了解三相电力系统电力变压器的保护方法，并分析电力变压器微机保护的特点，设计出保护装置的总原理图及模拟信号到数字信号的转换过程。 设计要求2014年3月1日选题 2014年3月2日--16日查找资料与搜集数据2014年3月17日--4月14日设计报告 2014年4月15日--4月26日修改报告 教 师 指导 过程记录2014年3月1日讲解各报告大纲分组 2014年3月14日解答各组所遇到的问题 2014年3月27日学生教师会面查看进度 2014年4月12日查看所有人员报告，并提出修改建议。2014年4月26日答辩 参考资料【1】贺家李宋从距.电力系统继电保护原理.第三版【2】刘介才.工厂供电设计指导. 【3】刘笙.电气工程基础. 【4】何仰赞翁增银.电力系统分析.第三版
新疆工程学院毕业设计成绩表 学生姓名杨志超专业班级供用电技术11-3班设计题目电力变压器保护设计 考核项目考核内容 满 分 评 分 一、指导教师评分 1、工作态度与纪律10 2、基本理论、基本知识、基本技能和外文水平10 3、独立工作能力、分析和解决问题能力10 4、完成任务的情况与水平（论文与实物硬件质量）10 指导教师签字：年月日 二、评阅教师评分 1、论文质量（正确性、条理性、创造性和实用性）15 2、成果技术水平（理论分析、计算、实验和实物性能）15 评阅教师签字：年月日 三、答辩小组评分 1、完成任务书所规定的内容和要求 5 2、论文与实物的质量 5 3、课题设计内容的讲述10 4、回答问题的正确性10 答辩组长签字：年月日 四、答辩小组成绩评定： 负责人签字：年月日五、答辩委员会意见： 答辩委员会主任签字：年月日
摘要 XF 110KV变电所是地区重要变电所，是电力系统110KV电压等级的重要部分。其设计分为电气一次部分和电气二次部分设计。 一次部分由说明书，计算书与电气工程图组成，说明书和计算书包括变电所总体分析;负荷分析与主变选择;电气主接线设计;短路电流计算;电气设备选择;配电装置选择;变电所总平设计及防雷保护设计。 二次部分由说明书，计算书与电气工程图组成。说明书和计算书包括整体概述;线路保护的整定计算;主变压器的保护整定计算;电容器的保护整定计算;母线保护和所用变保护设计。 计算书和电气工程图为附录部分。其中一次部分电气AutoCAD制图六张；二次部分为四张手工制图。 本变电所设计为毕业设计课题，以巩固大学所学知识。通过本次设计，使我对电气工程及其自动化专业的主干课程有一个较为全面，系统的掌握，增强了理论联系实际的能力，提高了工程意识，锻炼了我独立分析和解决电力工程设计问题的能力，为未来的实际工作奠定了必要的基础。 关键词: Ⅰ、变电所Ⅱ、变压器Ⅲ、继电保护
Abstract XF county 110KV substation is an important station in this distract, which is one of the extremely necessary parts of the 110KV network in electric power system. The design of the substation can be separated in two parts: primary part and secondary part of the electric design. The first part consists of specifications, computation book and Electrical engineering drawings about the design. The specifications has several parts which are General analysis of the station, Load analysis, The selection of the main transformer, Layout of configuration, Computation of short circuit; Select of electric devices, Power distribution devices, General design of substation plane and the design of thunderbolt protection. The second part also consists of specifications, computation book and electrical drawings about the design。Specifications and computation book include following section: General, The evaluation and calculate of line protection, Transformer protection, capacitor protection, Bus protection and Self-using transformer protection. Computation book, Electrical engineering drawings and catalogue of drawings are attached in the end。There are nine drawings total, in which four are prepared by hand, others are prepared by computer in which installed the software electrical AutoCAD. From other view, it also can be classified as first part and second part. This is a design of substation for graduation design test. It can strengthen our specified knowledge. Key-words: Ⅰsubstation Ⅱtransformer Ⅲ Relay protection
变压器差动保护 一：这里讲的是差动保护的一种，即变压器比例制动式完全纵差保护（以下简称差动）； 二：差动保护的定义 由于在各种参考书中没有找到差动保护的具体定义，这里只根据自己所掌握的知识给差动保护下一个定义：当区内发生某些短路性故障的时候，在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时，跳开变压器各侧断路器的保护，就是变压器差动保护 三：下面我以两圈变变压器为例，针对以上所述变压器差动保护的定义，对差动保护进行阐述： 1、图一所示：为一两圈变变压器，具体参数如下：主变高压侧电压U高 =220KV,主变低压侧电压U低=110KV,变压器容量Sn=240000KV A, I1’：流过变压器高压侧的一次电流； I”：流过变压器低压侧的一次电流； I2’：流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； I2”：流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； nh：高压侧电流互感器CT1变比； nl：低压侧电流互感器CT2变比； nB：变压器的变比； 各参数之间的关系：I1’/ I2’= nh I”/ I2”= nl I2’= I2”I1’/ I”= nh/ nl=1/ nB 2、区内：CT1到CT2的范围之内； 3、反映故障类型：高压侧内部相间短路故障，高压侧（中性点直接接地） 单相接地故障以及匝间、层间短路故障；
四：差动的特性 1、比率制动：如图二所示，为差动保护比率特性的曲线图： 下面我们就以上图讲一下差动保护的比率特性： o：图二的坐标原点； f：差动保护的最小制动电流； d：差动保护的最小动作电流； p：比率制动斜线上的任一点； e：p点的纵坐标； b：p点的横坐标； 动作区：在of范围内，由于电流小于最小制动电流，因此在此范围内，只要电流大于最小动作电流Iopo，差动保护动作；当电流大于f点时， 由于电流大于最小制动电流，此时保护开始进行比率制动运算，曲 线抬高，此时只有当电流在比率制动曲线以上时保护动作；因此， 图中阴影部分，即差动保护的动作区； 制动区：当电流在落在曲线以下而大于最小动作电流的时候，由于受比率制动系数的制约，保护部动作，这个区域就是差动保护的制动区； 比率制动系数K：实际上比率制动系数，就是图二中斜线的斜率，因此我们只要计算出此斜线的斜率，就等于算出了比率制动系数。以p点为 例：计算出斜线pc的斜率K=pa/ac=(pb-ab)/(ob-of)；举例说明一下： 差动保护有关定值整定如下：最小动作电流Iopo=2,最小制动电流 Iopo=5,比率制动系数k=0.5；按照做差动保护比率制动系数的方法， 施加高压侧电流I1=6A,180度，低压侧电流I2=6A,0度，固定I1升 I2,当I2升到9.4A的时候保护动作，计算一下此时的比率制动系数。 由于两圈变差动的制动电流为（I1+I2）/2,因此，Izd=(9.4+6)/2=7.7, 所以K=(9.4-6-2)/(7.7-5)=1.4/2.7=0.52; 2、谐波制动：当差动电流中的谐波含量达到一定值的时候，我们的装置就 判此电流为非故障电流，进行谐波闭锁。500kv一下等级的变压器之
电力变压器差动保护技术的发展 及对提高可靠性的思考 董济生 一、引言 电力变压器是电网最主要的设备之一，对于电网的安全稳定运行具有极其重要的作用。由于其单体价值高，在电网中的数量多，一旦发生故障将对电网的运行造成严重后果。通常情况下，变压器保护正确动作率，远低于线路保护的正确动作率。所以历来人们对变压器保护装置的研究、配置、运行都非常重视。随着电网的飞速发展，超高压、大容量变压器的出现，对变压器的保护装置也提出了新的更高的要求。因此迫切需要对变压器保护进一步发展与完善。 本文试图通过对电力变压器差动保护技术的发展的回顾，谈提高其动作可靠性的思考。 二、变压器故障的类型及应配置的保护 变压器的运行故障主要有两类： （1）油箱内部故障 包括各相绕组之间的相间短路、单相绕组部分线匝之间的匝间短路、单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障、铁心烧损等； （2）油箱外部故障 包括引出线的相间短路、绝缘套管闪络或破碎引起的单相接地（通过外壳）短路等。 变压器故障会导致不正常工作状态，主要表现在：外部短路或过负荷产生过电流、油箱漏油造成油面降低、长时间油温过高、中性点过电压等。 根据变压器的故障状态，应装设下述保护： （1）瓦斯保护 防止变压器油箱内各种短路故障、油面降低以及长时间油温过高在壳内产生的气体，其中重瓦斯跳闸、轻瓦斯发信号；（2）纵联差动保护和电流速断保护 防止变压器绕组和引出线相间短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路； （3）相间短路的后备保护，包括过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序过电流保护 防止变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护的后备； （4）零序电流保护 防止大电流接地系统中变压器外部接地短路；、 （5）过负荷保护 防止变压器对称过负荷； （7）反应变压器油温过高的报警信号。 以上1和7是非电类参数的，其它是电类参数。其中，差动保护原理简单、易于实现，有很高的动作选择性和灵敏度，以其优越的保护性能不仅成为大容量、高电压变压器的主保护，而且在发电机、超短线路也被采用。但是由于变压器自身的特点，存在着容易误动的情况。 三、变压器差动保护误动的原因 变压器差动保护属于纵差保护，即将电气设备两端的保护装置纵向联接起来，并将两端电气量比较来判断保护是否动作，其基础是基尔霍夫定律。根据该定律，保护范围内流入与流出的电流应该相等（变压器归算到同侧），当保护范围内发生故障时，其流入与流出的电流不等，差动保护就是根据这个差电流作为动作判据。但是在实际应用中，由于变压器励磁涌流等原因的存在，导致了变压器差动保护的误动。 从理论上讲，变压器在正常运行和区外故障时，流经差动保护装置的电流应该为零。然而，由于变压器在结构和运行上的特点，实际运行中有很多因素使该电流不为零，从而产生不平衡电流。即当保护范围内无故障时也存在不平衡电流，这些不平衡电流有可能引起保护误动。以下，对不平衡电流产生的原因及消除方法予以分析。 1、稳态情况下不平衡电流产生的原因及消除方法： 在变压器稳态运行的状态下，影响差动保护误动的原因就是回路中的不平衡电流。其产生的原因大致有： （1）因各侧绕组的接线方式不同造成电流相位不同而产生不平衡电流 我国规定的五种变压器标准联结组中，Y/D-11双绕组变压器常被使用。这种联结方式的变压器两侧电流相差30°，要使差动保护不误动就要设法调整电流互感器二次回路的接线和变比以进行相位校正，使电源侧和负荷侧的电流互感器二次电流相差180°且大小相等，这样就能消除Y/D-11变压器接线对差动保护的影响。 （2）因电流互感器计算变比与实际变比不同而产生不平衡电流
1.摘要 继电保护在电力的生产、输送及使用过程中都起到了至关重要的作用，为保证供电的可靠性做出了极大的贡献。其中对变压器的保护是重要的一部分，在电力的传输中变压器是至关重要的设备，完成电压等级的变换。对变压器的保护是电力系统继电保护的重要组成部分。 继电保护是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。继电保护装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿成严重后果。因此，加强继电保护的设计和整定计算，是保证电网安全稳定运行的重要工作。实现继电保护功能的设备称为继电保护装置。本次设计是对某三绕组变压器继电保护的设计，气体保护和总差动保护组成了变压器的主保护，过电流保护是变压器的后备保护，另外还涉及了零序电流保护。设计的任务主要包括了六大部分，分别为运行方式的选择、短路电流计算、继电保护距离保护的整定计算和校验、继电保护零序电流保护的整定计算和校验、对所选择的保护装置进行综合评价。电网继电保护和安全自动装置应符合可靠性、安全性、灵敏性、速动性的要求。要结合具体条件和要求，从装置的选型、配置、整定、实验等方面采取综合措施，突出重点，统筹兼顾，妥善处理，以达到保证电网安全经济运行的目的。 关键词：继电保护变压器短路电流整定计算
2.设计基本资料 已知两台变压器均为三绕组、油浸式、强迫风冷、分级绝缘，其参数：MVA S N 5.31=，电压：kV 11/%5.225.38/%5.24110?±?±，接线：)1211//(//011--?y Y d y Y N 。短路 电压：5.10(%)=HM U ；6(%);17(%),==ML L H U U 。两台变压器同时运行，110kV 侧的中性点只有一台接地；若只有一台运行，则运行变压器中性点必须接地，其余参数如图所示。（图中的L1的参数改为L1=20km ） 电气主接线图 图2.1 电气主接线图 当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。 ～
电力变压器论文 集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]
福建电力职业技术学院 毕业论文 题目：浅谈变压器抗短路能力 提高的方法 专业：发电厂及电力系统 年级：2015级大专函授 学生姓名：王贵元 学号： 指导教师：黄朵 成人教育中心 2017年7月21日 目录 8 浅谈变压器抗短路能力提高的方法 摘要
2015年3月7日，石狮鸿山消防中队接到群众报警，称位于石狮锦尚工业区附近一室外变压器突然着火。接到报警后，该中队立即出动2辆消防车赶赴现场扑救，十几分钟后火灾被扑灭。目前，起火原因正在进一步调查中。2017年2月14日凌晨03时16分许，莆田荔城拱辰中队接到报警称：在荔城区拱辰街道幸福小区对面变压器着火，中队接到警后迅速赶赴现场。经侦查和询问得知变压器已断电，指挥员迅速下令警戒一组拉好警戒，防止无关人员进入；灭火一组利用干粉灭火器进行火势控制；灭火二组从大力车单干线出一把水枪对明火进行扑灭。为了防止复燃，消防官兵们又利用火钩、锄头等工具进行残火、余火的消灭。电力变压器是传输、分配电能的枢纽，是电力网的核心元件，其可靠运行不仅关系到广大用户的电能质量，也关系到整个系统的安全程度。电力变压器的可靠性由其健康状况决定，不仅取决于设计制造、结构材料，也与检修维护密切相关。本文就电力系统中变压器抗短路能力的提高的问题进行了探讨。 关键词：电力变压器短路电流策略 1 电力变压器概述 电子电力变压器主要是采用电力电子技术实现的，其实现过程所示。其基本原理为在原方将工频信号通过电力电子电路转化为高频信号，即升频，然后通过中间高频隔离变压器耦合到副方，再还原成工频信号，即降频。通过采用适当的控制方案来控制电力电子装置的工作，从而将一种频率、电压、波形的电能变换为另一种频率、电压、波形的电能。由于中间隔离变压器的体积取决于铁芯材质的饱和磁通密度以及铁芯和绕组的最大允许温升，而饱和磁通密度与工作频率成反比，这样提高其工作频率就可提高铁芯的利用率，从而减小变压器的体积并提高其整体效率。 2 变压器短路实验的分析 中国正在构建安全可靠、经济高效的电网，未来将形成由四个同步电网（“三华”电网、东北电网、西北电网和南方电网）异步联接构成的全国互联电网。特别是全国互
毕业设计 设计题目电力变压器保护设计系（部）电力工程系 学科专业供用电技术 班级 姓名 学号 指导教师 二〇一六年四月二十三日
工程学院毕业设计任务书
工程学院毕业设计成绩表
摘要 电力变压器是电力系统中不可缺少的重要设备，他的故障给供电可靠性和系统的正常运行带来严重的后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好的、动作可靠的保护元件。 本文是笔者在阅读了大量专业资料、咨询了很多的专家和老师的前提下，按照指导老师所给的原始资料，通过系统的原理分析、精确的整定计算。做出的一套电力变压器保护方案。 关键词电力系统故障，变压器，继电保护，整定计算
ABSTRACT The transformer is the essential equipment in the electrical power system．Its breakdown might bring the serious influence to the power supply reliability and the system safely operation．At the same time the large capacity power transformer is the extremely precious equipment．Therefore．We must install the reliable relay protection installment according to the transformer capacity rankand the important degree． The article is about the relay protection of the transformer.I had consulted many experts and teachers before I finished the article．At the same time the massive specialized materials was consulted by me． It is not diffcult to understand the logical organiztion of the article for readers．And the article will bring the usful help to the comrades who is working as a electrical engineer. Keywords Power System Fault Condition, Power Transformer, Relay
变压器保护差动保护毕业 设计 Prepared on 22 November 2020
目录
变压器主保护——差动保护设计 第一章：变压器保护概述 随着电力系统的出现，继电保护技术就相伴而生。与当代新兴科学技术相比，电力系统继电保护是相当古老了，然而电力系统继电保护作为一门综合性科学又总是充满青春活力，处于蓬勃发展中。之所以如此，是因为它特别注重理论与实践并重，与基础理论、新理论、新技术的发展紧密联系在一起，同时也与电力系统的运行和发展息息相关。电力系统自身的发展是促进继电保护发展的内因，是继电保护发展的源泉和动力，而相关新理论、新技术、新材料的发展是促进继电保护发展的外因，是电力系统继电保护发展的客观条件和技术基础。 国内外变压器差动保护研究发展现状 随着超高压、远距离输电在电力系统中的应用越来越广泛，大容量变压器的应用日益增多，对变压器保护的可靠性、快速性提出了更高的要求。电力变压器在空载合闸投入电网或外部故障切除后电压恢复时会产生数值很大的励磁涌流，同时波形严重畸变，容易造成差动保护误动作，直接影响到变压器保护的可靠性。差动保护一直是电力变压器的主保护，其理论根据是基尔霍夫电流定律，对于纯电路设备，差动保护无懈可击。但是对于变压器而言，由于内部磁路的联系，本质上不再满足基尔霍夫电流定律，变压器励磁电流成了差动保护不平衡电流的一种来源。 当前变压器差动保护的主要矛盾仍然集中在励磁涌流和内部故障电流的鉴别上。近十多年来，国内外许多学者致力于变压器继电保护的研究，提出了不少判别励磁涌流的新原理和新方法。 课题内容及意义 根据以上的分析及对目前应解决问题的研究，得到本课题所作研究的目的：运用小波原理，探求新的励磁涌流与内部故障判别方法。其意义在于通过研究新判据，尝试以小波分析方案完善目前的励磁涌流判据，提高差动保护的可靠性。 设计电站的原始资料（地区电网系统接线图） 第二章：变压器的继电保护介绍
1 继电保护相关理论知识 1.1 继电保护的概述 研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以沿称继电保护。 1.2.1 继电保护的任务 当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。 1.2.2继电保护基本原理和保护装置的组成 继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护：（1）反映电气量的保护 电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值(阻抗)和它们之间的相位角改变等现象。因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别．就可以构成各种不同原理的继电保护装置。 例如：反映电流增大构成过电流保护； 反映电压降低(或升高)构成低电压(或过电压)保护； 反映电流与电压间的相位角变化构成方向保护； 反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。 除此以外．还可根据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差别，分别构成差动保护、高频保护等。 同理，由于序分量保护灵敏度高，也得到广泛应用。 新出现的反映故障分量、突变量以及自适应原理的保护也在应用中。
以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。 宜宾职业技术学院 毕业论文（设计） 基于单片机的受控正弦信号发生器设计系部自动控制工程系 专业名称发电厂及其电力系统 班级电力1091 班 姓名刘超 学号 指导教师王瑞2011年9月1日
22万变电站主变压器保护 摘要：变压器是电力系统的重要组成部分。它的正常与否直接关系到电力系统的安全和经济运行。本次设计是变压器继电保护的初步设计。根据短路计算的结果，选择了短路器，隔离开关，母线电气设备。 为了保护变压器内部和引出线套管的故障，选择了纵联差动保护作为变压器的主保护。影响差动保护可靠性是电路中由于各种原因产生的不平衡电流。通过计算，选择躲过外部短路时产生的最大不平衡电流作为纵联差动保护的动作电流。本设计还选择了瓦斯保护作为变压器油箱内发生故障时的主保护。定时限过电流保护作为变压器纵联差动保护的后备保护。本设计要保护的变压器是处在中性点直接接地的电力系统中，所以采用零序过电流作为变压器接地的后备保护。在本次设计中，我还选择了过负荷保护作为变压器的后备保护并对以上保护进行了整定。目录 第1章绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.1 变压器保护的历史及现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.2变压器保护的发展趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 第2章220KV主变压器微机型保护的双重化的探讨．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2.1变压器保护双重化的意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 2.2双主双后主变压器保护电流回路接入方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
变压器差动保护的基本原理及逻辑图 1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器 8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 （1）励磁涌流： 在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 （2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。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+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。
（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。
②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。 表8-1 励磁涌流实验数据举例 （4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： ①采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流 ①变压器两侧电流相位不同 电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°，如下图所示，Y侧电流滞后△侧电流30°，若两侧的电流互感器采用相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流也相差30°左右，从而产生很大的不平衡电流。 ②电流互感器计算变比与实际变比不同 由于变比的标准化使得其实际变比与计算变比不一致，从而产生不平衡电流。
主变差动保护 一、主变差动保护简介 主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障 ，差动保护是输入的两端CT 电流矢量差，当两端CT 电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。 差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端CT 之间的设备上），正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。 二、纵联差动保护原理 (一)、纵联差动保护的构成 纵联差动保护是按比较被保护元件（1号主变）始端和末端电流的大小和相位的原理而工作的。为了实现这种比较，在被保护元件的两侧各设置一组电流互感器TA1、TA2，其二次侧按环流法接线，即若两端的电流互感器的正极性端子均置于靠近母线一侧，则将他们二次的同极性端子相连，再将差动继电器的线圈并入，构成差动保护。其中差动继电器线圈回路称为差动回路，而两侧的回路称为差动保护的两个臂。 (二)、纵联差动保护的工作原理 根据基尔霍夫第一定律，0 =∑ ? I ；式中∑? I 表示变压器各侧电流的向量和，其物理意义是：变 压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。因此，纵差保护不应动作。 当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。见变压器纵差保护原理接线。
（1）正常运行和区外故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（a）所示，则流入继电器的电流为 继电器不动作。 （2）区内故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（b）所示，则流入继电器的电流为 此时为两侧电源提供的短路电流之和，电流很大，故继电器动作，跳开两侧的断路器。 由上分析可知，纵联差动保护的范围就是两侧电流互感器所包围的全部区域，即被保护元件的全部，而在保护范围外故障时，保护不动作。因此，纵联差动保护不需要与相邻元件的保护在动作时间和动作值上进行配合，是全线快速保护，且具有不反应过负荷与系统震荡及灵敏度高等优点。 三、微机变压器纵差保护的主要元件介绍 主要元件有：1）比率差动保护元件，2）励磁涌流闭锁元件，3）TA饱和闭锁元件，4）TA断线闭锁（告警）元件，5）差动速断元件，6）过励磁闭锁元件 下面对各个元件的功能和原理作个简要的介绍：