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变压器论文
摘要
电力变压器是电力系统中十分重要的电器设备,它工作正常与否,直接影响着变电站的安全供电,因此必须对变压器各种故障及不正常运行状态装设相应的继电保护装置。
作为电力系统自动化设备重要组成部分的变压器保护装置能否准确、及时、可靠地动作,直接关系到电力系统能否连续稳定地工作。
目前的微机继电保护大都选用早期性能较低的16位单片机或51系列单片机作为CPU,且外围元件的集成度不高,造成元件数量多,结构复杂,抗干扰能力差,功能不全等缺点。
为了满足我国电力工业的迅速发展,采用高性能大规模集成电路已成为继电保护设备发展的必然趋势。
采用CHMOS高性能16位单片机80C196KC作为保护单片机,配以高集成度外围元件,依据国标GB/T14285-2006的有关规定,设计了变压器后备保护装置。
该装置采用双CPU硬件结构,即主保护系统的80C196KC单片机和人机对话模块的8031单片机进行通讯。
主机系统由80C196KC单片机、高性能的现场可编程外围芯片DSP311和数据存储器62256组成,确保GB/T14285-2006规定的“可靠性”和“速动性”,提高了系统的抗干扰能力。
由X25045芯片实现定值保存和看门狗功能,有助于提高系统的可靠性和稳定性。
模拟采样部分由16通道多路模拟开关MAX306、模数转换芯片AD1674等电路组成,准确采集模拟信号供CPU处理。
人机对话模块采用了16点阵OCM12864液晶显示模块显示有关信息,可利用5个多功能键进行各种操作。
并充分利用80C196KC单片机的软、硬件资源,在保证实现各种后备保护功能的基础上,扩展外部事件记录、故障录波等多种辅助功能。
该变压器后备保护装置结构简单、性能稳定、功能完善、工作可靠、维护方便、抗干扰能力强,具有广阔的应用前景。
关键词:
变压器;过流;保护;设计;CPU;看门狗
Abstract
Beingaveryimportantelectricalequipmentinthepowersystem,theelectricpowertransformerinterferesdirectlywiththeregularpowersupplyofelectricitysubstationinaccordancewithitsoperatingcondition.Thusrelevantrelaydevicesshouldbeattachedtoittomeetvariousstoppagesandabnormaloperatingcondition.Asanimportantcomponentofautomationequipmentinelectricpowersystem,thetransformerprotectiondevices,determinesdirectlythestabilityoftheelectricpowersystemonconditionthatwhetheritcanactaccurately,promptlyandreliably.Mostofthecurrentcomputerizedrelayprotection,equippedwithearlierCPUof16-bitSCMor51SCM,bearingpoorerintergrationofitsperipheralcomponents,hasdrawbacksasnumerouscomponents,complicatedstructure,pooranti-interferenceability,andincompletefunction,etc.Hence,high-performancelarge-scaleintegratedcircuithasbecometheinevitabletrendofthedevelopmentofrelayequipmentstosatisfytherapiddevelopmentofChina'spowerindustry.
ThispaperillustratesadesignoftransformerbackupprotectiondeviceassembledwithaprotectionSCMofhighly-performanced16-bitSCMCHMOS80C196KCandaccompaniedwithhighly-intergratedperipheralcomponentsinaccordancewithrelevantprovisionsofNationalStandardsGB/T14285-2006.Supplementedwithdual-CPUhardwarestructure,thedeviceenablesthecommunicationbetweenthemainprotectionsystem(80C196KCSCM)andtheinteractivemodule(8031SCM).Themainframesystem,consitsof80C196KCSCM,highly-performancedfieldprogrammableperipherychipDSP311,anddatamemorychip62256,garanteesthe"Reliability"and“Fastmobility”requiredbyGB/T14285-2006provisions.Hence,theanti-interferenceabilityispromoted.ThefunctionsofConstantvaluepreservationaccomplishedbyX25045chipandoftheWatchdoghelpsimprovethereliabilityandstabilityofthesystem.Simulationsamplingpartismadeupofthe16-channelmulti-channelanalogswitchMAX306,analog-digitalconversionchipAD1674,andothercircuitcomponents,collectingaccuratelyanalogsignalsforCPU.Interactivemodule,constitutedby16dot-matrixLCDmodulesOCM12864,displaysrelevantinformationthatcanbechangedinsequencebyusingthefivemulti-functionkeys.Onbasisoftheproperactionofvariousback-upprotectionguaranteedbythesoftwareandhardwareresourcesofthe80C196KCSCM,anumberofassistantfunctionsasexternaleventsrecordsandstoppagewave-recordingcanbedeveloped.Thistransformerbackupprotectiondevicescarriesthecharacteristicsassimplestructure,stronganti-jammingability,stableperformance,perfectfunctions,beingreliable,andeasymaintenance,thusmakingithasabroadapplicationprospects.
KeyWords:
Transformer;Overcurrentprotection;Design;CPU;Watchdog
1绪论1
1.1主变压器保护概述1
1.1.1变压器的故障及异常运行方式1
1.1.2电力变压器保护装置的构成2
1.1.3对电力变压器保护装置的要求2
1.2我国变压器保护装置的发展及现状3
1.3采用微机保护的优越性3
1.4本项目研究的目的和意义4
1.5设计任务4
2方案论证比较5
2.1CPU的选择5
2.2单片机外围元件的选取5
2.3模/数转换芯片的选择5
2.4显示器的选择6
2.5看门狗电路的选择6
3双绕组变压器后保护装置硬件设计7
3.1操作回路7
3.2主机系统9
3.3看门狗电路10
3.4取样电路11
3.5A/D转换电路12
3.6开关量输入、输出电路13
3.6.1开关量输入13
3.6.2开关量输出13
3.7人机对话电路结构14
4双绕组变压器后保护装置主要软件设计16
4.1复合电压闭锁的过电流保护16
4.2零序过电流保护17
4.3其它功能简述18
4.3.1非电量保护18
4.3.2控制回路断线报警19
4.3.3断路器机卡保护19
4.3.4重合闸及后加速19
4.3.5故障录波功能19
5装置性能测试与结果20
5.1装置技术参数20
5.2装置性能测试结果20
5.2.1标准电流测量20
5.2.2标准电压测量20
5.2.3电流保护定值实验21
5.2.4电流保护延时实验22
6结论23
致谢24
参考文献25
附录26
1绪论
变压器在电力系统中广泛地用来升高或降低电压,是电力系统不可缺少的重要电气设备。
现代生产的变压器,虽然在设计和材料方面有所改进,结构上比较可靠,相对于输电线路和发电机来说,变压器故障机会也比较少。
但在实际运行中,仍有可能发生各种类型的故障和异常运行情况。
为了保证电力系统安全连续地供电,并将故障和异常运行情况对电力系统的影响限制到最小范围,应根据变压器的容量等级和重要程度的不同,装设必要的、性能良好的、动作可靠的继电保护装置。
1.1主变压器保护概述
1.1.1变压器的故障及异常运行方式
双圈变压器的主接线联接方式如图1.1所示(以110KV/10KV变压器为例)。
图中DL为双侧断路器(即高压开关),1G、2G为隔离刀闸,各LH分别为高、低压侧不同作用的CT(电流互感器),LH0为零序CT。
变压器在实际运行中,有可能发生的故障和异常运行状态主要表现为以下几种类型[1]:
(1)变压器绕组及引出线的相间短路,和在中性点直接接地侧的单相接地短路或套管对地闪络(如图1.1的星形侧),这种故障因短路电流很大,往往会由于电弧而烧毁绝缘和铁芯,并将引起系统的波动。
(2)变压器线圈的匝间短路,往往也会导致绝缘和铁芯的破坏。
(3)外部相间短路引起的过电流。
(4)中性点直接接地电力网中,外部接地短路引起的过电流及中性
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