變壓器 開題報告

　　變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯(磁芯)，是利用電磁感應原理制成的靜止用電器。

　　1 、國內(nèi)外對變壓器差動保護的研究現(xiàn)狀

　　變壓器常有的保護有過電流保護、電流速斷保護、瓦斯保護等。但他們有一些不足之處，過電流保護動作時限比較長，切除故障不迅速;電流速斷保護由于“死區(qū)”的影響使保護范圍受到限制;瓦斯保護只反映變壓器的內(nèi)部故障，但不反映外部故障。而變壓器差動保護就是為了解決這問題的。

　　差動保護分為縱差動保護和橫差動保護，縱差動保護用于單回路，橫差動保護用于雙回路。變壓器差動保護是縱差保護。變壓器差動保護是根據(jù)基爾霍夫定律產(chǎn)生的，保護原理簡單，易實現(xiàn)，是變壓器的主保護之一。一般容量在6.3mva以上應裝設縱差動保護，差動保護是利用故障時產(chǎn)生的不平衡電流來動作，保護靈敏度很高，動作迅速。經(jīng)過許多人的研究，變壓器差動保護已經(jīng)得到很好的發(fā)展，保護的正確動作率有了很大的提高。

　　由于變壓器自身的原因、互感器的誤差、保護裝置等方面的因素，造成變壓器不平衡電流，它是引起差動保護誤動作的一個重要原因。為了解決這個問題，現(xiàn)在的差動保護裝置都采用比率動作曲線，傳統(tǒng)的基于ct變壓器比率制動曲線，由于ct飽和等因素，斜率一般都較大，曲線較高，改用ect后，由于ect不飽和且具有良好的線性，因此比率制動作曲線不需要制定太高，甚至可以指定成水平線。

　　另外，勵磁涌流也是在研究變壓器差動保護是不可避免的問題，這個問題通過加勵磁涌流閉鎖來消除，經(jīng)過大量研究，現(xiàn)在主要閉鎖原理有以下幾種：

　　二次諧波閉鎖原理，利用勵磁涌流時存在大量的二次諧波，而非勵磁涌流時二次諧波很小的原理，形成了二次諧波閉鎖，在實際中使用最多的方法之一。但是，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，這種方法出現(xiàn)了越來越大的問題，突出的表現(xiàn)就是由于電力系統(tǒng)各種電容的影響，變壓器內(nèi)部故障下二次諧波含量可能變得很高，但在勵磁涌流時二次諧波又可能變得很低(當變壓器飽和磁通較低時)，所以這種方法需要進一步改進。

　　間斷角原理和波形對稱原理，是觀察勵磁涌流波形，發(fā)現(xiàn)涌流存在很小波變化方法。此方法解決了傅里葉算法不能完全提出暫態(tài)信號的特征的缺點，適合于電力系統(tǒng)的暫態(tài)分析。由于需要較高的采樣率，裝置的硬件成本變高，同時，電力系統(tǒng)正常情況下也存在高次諧波可能影響判斷，所以此方法也需要發(fā)展完善。

　　神經(jīng)網(wǎng)絡方法以及模糊控制理論等識別方法是比較新興的方法。神經(jīng)網(wǎng)絡方法過程比較繁瑣，需要大量的數(shù)據(jù)，但它充分發(fā)揮了人腦計算能力強、自學能力強、容錯性、自適應性等優(yōu)點，

　　是研究和發(fā)展的一個重要方向。模糊控制理論是將多個輸入量及相關(guān)的保護判據(jù)給予不同的置信度，通過模糊理論得到最終的跳閘決策，提高了判斷的準確性。間斷角原理是一種清晰、直觀、抗過勵磁能力強的方法，但需配置相應的a/d芯片級cpu，提高了硬件成本，同時觀擦波形可以發(fā)現(xiàn)勵磁涌流還存在非對稱性，因此形成波形對稱原理。它比間斷角原理更易實現(xiàn)，但在對稱涌流時無法判別，因此，這兩種方法都需要大量實驗來確定，實現(xiàn)比較復雜。 差有功法、磁通判別法及基于變壓器模型的判別法，利用了電流信號和電壓信號，比只使用電流信號更有優(yōu)勢。差有功功率的理論基礎是：變壓器故障時主要增加有功功率，而其他情況下主要增加無功功率。磁通判別法的理論基礎是：非內(nèi)部故障時，變壓器運行在正常的磁化曲線上;而故障時偏離磁化曲線運行�；�于變壓器模型的判別方法是根據(jù)變壓器模型得出的變壓器恒等式，在故障時恒等式關(guān)系不成立，而判別故障與否，可利用電流、電壓信號計算出變壓器的漏感、電阻以及勵磁阻抗，利用他們的變化與否判斷是否涌流，這三種方法都是從物理機理出發(fā)，原理簡單，準確性高，但受多方面因素影響，整定較困難，還有待進一步研究。

　　目前，針對電力變壓器勵磁涌流的判別，國內(nèi)外學者提出了許多新原理和新方法，但這些方法都由不足之處且還處在實驗階段，需要進一步驗證才能采用。實際中最多的還是二次諧波檢測，這種檢測方法會在變壓器空載合閘時出現(xiàn)差動保護動作或是在發(fā)生內(nèi)部故障時出現(xiàn)保護拒動的情況。因此，需要進一步探索快速、準確的區(qū)分變壓器勵磁涌流和內(nèi)部故障電流的新方法，提高變壓器差動保護的性能。

　　國外早在1941年就有和應涌流現(xiàn)象的報導。當時在查找變壓器差動保護誤動原因過程中，發(fā)現(xiàn)較大暫態(tài)激勵電流不僅出現(xiàn)在剛合閘的變壓器中，也出現(xiàn)在已并網(wǎng)運行的變壓器中。通過現(xiàn)場波形記錄、實驗測試和電流表達式的數(shù)學推導對合應涌流現(xiàn)象進行了深入的分析，并討論了和應涌流對變壓器差動保護及過電流保護的影響。saied通過數(shù)值仿真一臺變壓器空投充電，另外一臺空載、負荷或有并聯(lián)電容器的變壓器正在并聯(lián)運行時，兩臺變壓器的電流、磁鏈和公共連接點的電壓變化，對影響和應涌流的部分因素進行分析。bronzeado h s等通過仿真分析并聯(lián)和串聯(lián)變壓器兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，指出空投一臺變壓器時，勵磁涌流在系統(tǒng)與變壓器間產(chǎn)生了一種暫態(tài)和應作用，不僅使空投變壓器的勵磁涌流的幅值和持續(xù)時間發(fā)生變化，而且在運行變壓器中將產(chǎn)生和應涌流，結(jié)果導致運行變壓器差動保護誤動和長時間的諧波過電壓。隨著變壓器線圈中的電阻值減小，和應涌流現(xiàn)象將增多。王懷智等通過對220kv系統(tǒng)中兩臺主變的空投試驗再次說明了和應涌流的存在，并指出了它對變壓器差動保護的影響。試驗記錄表明采用二次諧波“或”門制動可防止和應涌流導致差動保護誤動。

　　2 研究的背景、目的及意義電力變壓器是發(fā)電廠和變電站中的主要電氣設備，它的安全運行與否直接關(guān)系到系統(tǒng)能否穩(wěn)定正常地工作。隨著電力容量及電壓等級的增加，變壓器造價越來越昂貴，如果因故障遭到破壞，其檢修度大，檢修時間長，經(jīng)濟損失慘重。因此要有一個安全、可靠、靈敏的變壓器保護方案，這一直是國內(nèi)外電力系統(tǒng)學者們研究的熱點。變壓器差動保護的關(guān)鍵問題是如何鑒別勵磁涌流和內(nèi)部故障，國內(nèi)外許多專家和學者對此進行了大量的研究，也取得了很多有益的成果。

　　近些年來，在操作過程中引起的多次變壓器差動保護誤動情況引起廣泛注意。2003年11月7日華能井岡山電廠發(fā)生一起機組非計劃停運故障，在合#2主變出口斷路器的過程中，#2主變差動保護動作導致#1發(fā)電機與系統(tǒng)解列停運，后查明是由于和應涌流導致變壓器差動保護誤動引起的。目前由于電網(wǎng)分層分區(qū)級大容量變壓器的逐步投運，局部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化，電力系統(tǒng)中和應涌流引起變壓器差動保護誤動的事故不斷增加，因此和應涌流問題引起人們的關(guān)注。

　　和應涌流與合閘勵磁涌流特征不完全相同，運行變壓器本身沒有故障，方向與空投變壓器相反，和應涌流的峰值是先增大后減小，峰值出現(xiàn)的時刻與相鄰變壓器交相呼應，并且誤動發(fā)

　　生在相鄰變壓器空投完成一段時間后，持續(xù)很長時間都不衰減，易導致電流互感器暫態(tài)飽和，誤動原因更具有隱蔽性。前人的研究工作針對空載合閘或外部故障切除后電壓恢復時變壓器本身勵磁涌流的產(chǎn)生機理、波形特征與變化特點進行的，而對并聯(lián)或串聯(lián)運行中變壓器的和應涌流對變壓器差動保護的影響分析并不多。因此有必要對和應涌流的產(chǎn)生機理和特點進行深入研究，揭示其本質(zhì)，進而提出可行的措施，消除隱患，提高供電可靠性。

　　綜述資料

　　變壓器保護的發(fā)展歷史，1931年r·e·cordray提出出比率差動的變壓器保護標志著差動保護為變壓器主保護時代的到來，1941年，c·d·hayward首次提出了利用諧波制動的差動保護，1958年，r.l.sharp和w.e.glassburn提出了利用二次諧波鑒別變壓器勵磁涌流的方法，并在模擬式保護中加以實現(xiàn)，同時還提出差動加速的方案，以差動加速、比率差動、二次諧波制動來構(gòu)成整個諧波制動式保護的主體，延續(xù)至今。微機變壓器保護的研究開始于60年代末70年代初。1969年，rockerfeller首次提出數(shù)字式變壓器保護的概念，揭開了數(shù)字式變壓器保護研究的序幕，之后o.p.malik和degens研究了變壓器保護的數(shù)字處理和數(shù)字濾波分析;1972年，skyes發(fā)表了計算機變壓器諧波制動方案，使得微機變壓器保護的發(fā)展向前邁進。近年來，出現(xiàn)了數(shù)字信號處理器dsp，不僅提高了微機保護數(shù)據(jù)采樣與計算的速度和精度，甚至改變了微機保護裝置的設計方案，在保護裝置中實現(xiàn)復雜的算法。

　　電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的電氣主設備之一，作為電能的傳輸樞紐。大型變壓器結(jié)構(gòu)復雜、造價昂貴，一旦發(fā)生故障損壞，維修工作難度大，經(jīng)濟上損失重大。近年來，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電壓等級的升高，大容量變壓器的應用不斷增多。大容量變壓器采用糾結(jié)式繞組，易于產(chǎn)生匝間短路，因此，故障率相對較高。為了保障變壓器安全、可靠地運行，電力工作者不斷深入分析其運行特性，研究新原理與方法，提高變壓器保護的性能。針對差動保護中的勵磁涌流問題，國內(nèi)外積極研究各種方法予以解決，例如,二次諧波制動、間斷角、電壓制動、磁通特性原理和等值電路法等。還有一些新興學科和方法運用到變壓器的保護中進行研究。隨著計算機及網(wǎng)絡技術(shù)的迅速發(fā)展，高性能的微處理器芯片的不斷產(chǎn)生，微機變壓器保護裝置的性能不斷得到改善，整個微機保護系統(tǒng)正向集成化，人工智能化，網(wǎng)絡化，保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化，標準化方向發(fā)展。

　　3 論文的主要研究內(nèi)容

　　1 對變壓器差動保護的基本原理進行闡述，分析了可能引起差動保護繼電器誤動作的原因，并簡單介紹了一些防范措施。

　　2 對變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機理及其性質(zhì)進行分析和研究，綜述了變壓器差動保護的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。研究了變壓器勵磁涌流的各種鑒別方法，并對其進行分析和評價。提出了消除產(chǎn)生勵磁涌流，實現(xiàn)對勵磁涌流的抑制方法。

　　3 利用勵磁涌流偏向時間軸一側(cè)的特點，解釋了和應涌流的產(chǎn)生機理及其變化特點，指出和應涌流產(chǎn)生的本質(zhì)原因是由于合閘變壓器勵磁涌流流過系統(tǒng)電阻使得其他變壓器工作母線電壓偏移，導致鐵芯飽和造成的。討論了和應涌流對變壓器差動保護的危害并提出相應的一些防范措施。

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