變壓器 開題報(bào)告

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

　　1 、國(guó)內(nèi)外對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的研究現(xiàn)狀

　　變壓器常有的保護(hù)有過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、瓦斯保護(hù)等。但他們有一些不足之處，過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限比較長(zhǎng)，切除故障不迅速;電流速斷保護(hù)由于“死區(qū)”的影響使保護(hù)范圍受到限制;瓦斯保護(hù)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(dòng)保護(hù)就是為了解決這問題的。

　　差動(dòng)保護(hù)分為縱差動(dòng)保護(hù)和橫差動(dòng)保護(hù)，縱差動(dòng)保護(hù)用于單回路，橫差動(dòng)保護(hù)用于雙回路。變壓器差動(dòng)保護(hù)是縱差保護(hù)。變壓器差動(dòng)保護(hù)是根據(jù)基爾霍夫定律產(chǎn)生的，保護(hù)原理簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，是變壓器的主保護(hù)之一。一般容量在6.3mva以上應(yīng)裝設(shè)縱差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)是利用故障時(shí)產(chǎn)生的不平衡電流來動(dòng)作，保護(hù)靈敏度很高，動(dòng)作迅速。經(jīng)過許多人的研究，變壓器差動(dòng)保護(hù)已經(jīng)得到很好的發(fā)展，保護(hù)的正確動(dòng)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(hù)裝置等方面的因素，造成變壓器不平衡電流，它是引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的一個(gè)重要原因。為了解決這個(gè)問題，現(xiàn)在的差動(dòng)保護(hù)裝置都采用比率動(dòng)作曲線，傳統(tǒng)的基于ct變壓器比率制動(dòng)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(dòng)作曲線不需要制定太高，甚至可以指定成水平線。

　　另外，勵(lì)磁涌流也是在研究變壓器差動(dòng)保護(hù)是不可避免的問題，這個(gè)問題通過加勵(lì)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(lì)磁涌流時(shí)存在大量的二次諧波，而非勵(lì)磁涌流時(shí)二次諧波很小的原理，形成了二次諧波閉鎖，在實(shí)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(lì)磁涌流時(shí)二次諧波又可能變得很低(當(dāng)變壓器飽和磁通較低時(shí))，所以這種方法需要進(jìn)一步改進(jìn)。

　　間斷角原理和波形對(duì)稱原理，是觀察勵(lì)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(hào)的特征的缺點(diǎn)，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(shí)，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(luò)方法以及模糊控制理論等識(shí)別方法是比較新興的方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jì)算能力強(qiáng)、自學(xué)能力強(qiáng)、容錯(cuò)性、自適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，

　　是研究和發(fā)展的一個(gè)重要方向。模糊控制理論是將多個(gè)輸入量及相關(guān)的保護(hù)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(zhǔn)確性。間斷角原理是一種清晰、直觀、抗過勵(lì)磁能力強(qiáng)的方法，但需配置相應(yīng)的a/d芯片級(jí)cpu，提高了硬件成本，同時(shí)觀擦波形可以發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁涌流還存在非對(duì)稱性，因此形成波形對(duì)稱原理。它比間斷角原理更易實(shí)現(xiàn)，但在對(duì)稱涌流時(shí)無法判別，因此，這兩種方法都需要大量實(shí)驗(yàn)來確定，實(shí)現(xiàn)比較復(fù)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(hào)和電壓信號(hào)，比只使用電流信號(hào)更有優(yōu)勢(shì)。差有功功率的理論基礎(chǔ)是：變壓器故障時(shí)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(chǔ)是：非內(nèi)部故障時(shí)，變壓器運(yùn)行在正常的磁化曲線上;而故障時(shí)偏離磁化曲線運(yùn)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(shí)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(hào)計(jì)算出變壓器的漏感、電阻以及勵(lì)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(jī)理出發(fā)，原理簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確性高，但受多方面因素影響，整定較困難，還有待進(jìn)一步研究。

　　目前，針對(duì)電力變壓器勵(lì)磁涌流的判別，國(guó)內(nèi)外學(xué)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(shí)驗(yàn)階段，需要進(jìn)一步驗(yàn)證才能采用。實(shí)際中最多的還是二次諧波檢測(cè)，這種檢測(cè)方法會(huì)在變壓器空載合閘時(shí)出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作或是在發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)的情況。因此，需要進(jìn)一步探索快速、準(zhǔn)確的區(qū)分變壓器勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流的新方法，提高變壓器差動(dòng)保護(hù)的性能。

　　國(guó)外早在1941年就有和應(yīng)涌流現(xiàn)象的報(bào)導(dǎo)。當(dāng)時(shí)在查找變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因過程中，發(fā)現(xiàn)較大暫態(tài)激勵(lì)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(yùn)行的變壓器中。通過現(xiàn)場(chǎng)波形記錄、實(shí)驗(yàn)測(cè)試和電流表達(dá)式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)對(duì)合應(yīng)涌流現(xiàn)象進(jìn)行了深入的分析，并討論了和應(yīng)涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)及過電流保護(hù)的影響。saied通過數(shù)值仿真一臺(tái)變壓器空投充電，另外一臺(tái)空載、負(fù)荷或有并聯(lián)電容器的變壓器正在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)變壓器的電流、磁鏈和公共連接點(diǎn)的電壓變化，對(duì)影響和應(yīng)涌流的部分因素進(jìn)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(tái)變壓器時(shí)，勵(lì)磁涌流在系統(tǒng)與變壓器間產(chǎn)生了一種暫態(tài)和應(yīng)作用，不僅使空投變壓器的勵(lì)磁涌流的幅值和持續(xù)時(shí)間發(fā)生變化，而且在運(yùn)行變壓器中將產(chǎn)生和應(yīng)涌流，結(jié)果導(dǎo)致運(yùn)行變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)和長(zhǎng)時(shí)間的諧波過電壓。隨著變壓器線圈中的電阻值減小，和應(yīng)涌流現(xiàn)象將增多。王懷智等通過對(duì)220kv系統(tǒng)中兩臺(tái)主變的空投試驗(yàn)再次說明了和應(yīng)涌流的存在，并指出了它對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響。試驗(yàn)記錄表明采用二次諧波“或”門制動(dòng)可防止和應(yīng)涌流導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

　　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(shè)備，它的安全運(yùn)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(jí)的增加，變壓器造價(jià)越來越昂貴，如果因故障遭到破壞，其檢修度大，檢修時(shí)間長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)損失慘重。因此要有一個(gè)安全、可靠、靈敏的變壓器保護(hù)方案，這一直是國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。變壓器差動(dòng)保護(hù)的關(guān)鍵問題是如何鑒別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障，國(guó)內(nèi)外許多專家和學(xué)者對(duì)此進(jìn)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(dòng)保護(hù)誤動(dòng)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(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)故障，在合#2主變出口斷路器的過程中，#2主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致#1發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列停運(yùn)，后查明是由于和應(yīng)涌流導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)引起的。目前由于電網(wǎng)分層分區(qū)級(jí)大容量變壓器的逐步投運(yùn)，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(yīng)涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的事故不斷增加，因此和應(yīng)涌流問題引起人們的關(guān)注。

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

　　生在相鄰變壓器空投完成一段時(shí)間后，持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間都不衰減，易導(dǎo)致電流互感器暫態(tài)飽和，誤動(dòng)原因更具有隱蔽性。前人的研究工作針對(duì)空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)變壓器本身勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理、波形特征與變化特點(diǎn)進(jìn)行的，而對(duì)并聯(lián)或串聯(lián)運(yùn)行中變壓器的和應(yīng)涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響分析并不多。因此有必要對(duì)和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理和特點(diǎn)進(jìn)行深入研究，揭示其本質(zhì)，進(jìn)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(hù)的發(fā)展歷史，1931年r·e·cordray提出出比率差動(dòng)的變壓器保護(hù)標(biāo)志著差動(dòng)保護(hù)為變壓器主保護(hù)時(shí)代的到來，1941年，c·d·hayward首次提出了利用諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)，1958年，r.l.sharp和w.e.glassburn提出了利用二次諧波鑒別變壓器勵(lì)磁涌流的方法，并在模擬式保護(hù)中加以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還提出差動(dòng)加速的方案，以差動(dòng)加速、比率差動(dòng)、二次諧波制動(dòng)來構(gòu)成整個(gè)諧波制動(dòng)式保護(hù)的主體，延續(xù)至今。微機(jī)變壓器保護(hù)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(hù)的概念，揭開了數(shù)字式變壓器保護(hù)研究的序幕，之后o.p.malik和degens研究了變壓器保護(hù)的數(shù)字處理和數(shù)字濾波分析;1972年，skyes發(fā)表了計(jì)算機(jī)變壓器諧波制動(dòng)方案，使得微機(jī)變壓器保護(hù)的發(fā)展向前邁進(jìn)。近年來，出現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理器dsp，不僅提高了微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采樣與計(jì)算的速度和精度，甚至改變了微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)方案，在保護(hù)裝置中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的算法。

　　電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的電氣主設(shè)備之一，作為電能的傳輸樞紐。大型變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，一旦發(fā)生故障損壞，維修工作難度大，經(jīng)濟(jì)上損失重大。近年來，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電壓等級(jí)的升高，大容量變壓器的應(yīng)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(duì)較高。為了保障變壓器安全、可靠地運(yùn)行，電力工作者不斷深入分析其運(yùn)行特性，研究新原理與方法，提高變壓器保護(hù)的性能。針對(duì)差動(dòng)保護(hù)中的勵(lì)磁涌流問題，國(guó)內(nèi)外積極研究各種方法予以解決，例如,二次諧波制動(dòng)、間斷角、電壓制動(dòng)、磁通特性原理和等值電路法等。還有一些新興學(xué)科和方法運(yùn)用到變壓器的保護(hù)中進(jìn)行研究。隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)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(jī)變壓器保護(hù)裝置的性能不斷得到改善，整個(gè)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)正向集成化，人工智能化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化，標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。

　　3 論文的主要研究?jī)?nèi)容

　　1 對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的基本原理進(jìn)行闡述，分析了可能引起差動(dòng)保護(hù)繼電器誤動(dòng)作的原因，并簡(jiǎn)單介紹了一些防范措施。

　　2 對(duì)變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理及其性質(zhì)進(jìn)行分析和研究，綜述了變壓器差動(dòng)保護(hù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。研究了變壓器勵(lì)磁涌流的各種鑒別方法，并對(duì)其進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。提出了消除產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁涌流的抑制方法。

　　3 利用勵(lì)磁涌流偏向時(shí)間軸一側(cè)的特點(diǎn)，解釋了和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理及其變化特點(diǎn)，指出和應(yīng)涌流產(chǎn)生的本質(zhì)原因是由于合閘變壓器勵(lì)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(dǎo)致鐵芯飽和造成的。討論了和應(yīng)涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的危害并提出相應(yīng)的一些防范措施。

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