第六节 变压器的零序电流保护

二、变电所多台变压器的零序电流保护每台变压器都装有同样的零序电流保护，它是由电流元件和电压元件两部分组成。

正常时零序电流及零序电压很小，零序电流继电器及零序电压继电器皆不动作，不会发出跳闸脉冲。

发生接地故障时，出现零序电流及零序电压，当它们大于起动值后，零序电流继电器及零序电压继电器皆动作。

电流继电器起动后，常开触点闭合，起动时间继电器KT1。

时间继电器的瞬动触点闭合，给小母线A接通正电源，将正电源送至中性点不接地变压器的零序电流保护。

不接地的变压器零序电流保护的零序电流继电器不会动作，常闭触点闭合。

小母线A的正电源经零序电压继电器的常开触点、零序电流继电器的常闭触点起动有较短延时的时间继电器KT2经较短时限首先切除中性点不接地的变压器。

若接地故障消失，零序电流消失，则接地变压器的零序电流保护的零序电流继电器返回，保护复归。

若接地故障没有消失，接地点在接地变压器处，零序电流继电器不返回，时间继电器KT1一直在起动状态，经过较长的延时KT1跳开中性点接地的变压器。

零序电流保护的整定计算：动作电流：(1)与被保护侧母线引出线零序电流第三段保护在灵敏度上相配合，所以(2)与中性点不接地变压器零序电压元件在灵敏度上相配合，以保证零序电压元件的灵敏度高于零序电流元件的灵敏度。

设零序电压元件的动作电压为U dz.0，则U dz.0=3I0X0.T零序电流元件的动作电流为动作电压整定：按躲开正常运行时的最大不平衡零序电压进行整定。

根据经验，零序电压继电器的动作电压一般为5V。

当电压互感器的变比为nTV时，电压继电器的一次动作电压为U dz.0=5n TV变压器零序电流保护作为后备保护，其动作时限应比线路零序电流保护第三段动作时限长一个时限阶段。

即灵敏度校验：按保证远后备灵敏度满足要求进行校验返回第二节微机保护的硬件框图简介微机保护硬件示意框图如下图所示。

一、电压形成回路微机保护要从被保护的电力线路或设备的电流互感器、电压互感器或其他变换器上取得信息，但这些互感器的二次数值、输入范围对典型的微机电路却不适用，故需要降低和变换。

在微机保护中通常要求输入信号为±5V或±10V的电压信号，具体决定于所用的模数转换器。

电压变换常采用小型中间变压器。

电流变换有两种方式，一种是采用小型中间变流器，其二次侧并电阻以取得所需电压的方式，另一种是采用电抗变压器。

这些中间变换器还起到屏蔽和隔离的作用，以提高保护的可靠性。

二、采样保持电路与模拟低通滤波器1．采样保持器（S/H）采样就是将连续变化的模拟量通过采样器加以离散化。

其过程如下图所示。

2．模拟低通滤波器（ALF）按照奈奎斯特（Nyquist）采样定理：“如果被采样信号频率（或信号中要保留的最高次谐波频率）为ƒ0，则采样频率ƒs（每秒钟采样次数）必须大于2ƒ0，否则，由采样值就不可能拟合还原成原来的曲线。

”对微机保护系统来说，在故障初瞬，电压、电流中可能含有相当高的频率分量，在采样前用一个低通模拟滤波器(ALF)将高频分量滤掉，这样就可以降低ƒs ，以防混叠。

微机保护是一个实时系统，数据采集系统以采样频率不断地向CPU输入数据，CPU必须要来得及在两个相邻采样间隔时间T s内处理完对每一组采样值所必须作的各种操作和运算，否则CPU将跟不上实时节拍而无法工作。

而采样频率过低将不能真实地反映被采样信号的情况。

三、多路转换开关(MUX)多路转换开关又称多路转换器。

在实际的数据采集系统中，被模数转换的模拟量可能是几路或十几路，利用多路开关MUX轮流切换各被测量与A/D转换电路的通路，达到分时转换的目的。

在微机保护中，各个通道的模拟电压是在同一瞬间采样并保持记忆的，在保持期间各路被采样的模拟电压依次取出并进行模数转换，但微机所得到的仍可认为是同一时刻的信息，这样按保护算法由微机计算得出正确结果。

四、模数转换器(A/D)模数转换器A/D是数据采集系统的核心，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机进行处理、存储、控制和显示。

逐位比较（逐位逼近）型积分型以及计数型A/D转换器主要有并行比较型电压频率（即V/F）型等就微机保护而言，选择A/D转换芯片时主要考虑两个指标：一是转换时间，二是数字输出的位数。

对于转换时间，由于各通道共用一个A/D，至少要求所有的通道轮流转换所需的时间总和小于采样间隔Ts。

微机保护对A/D转换芯片的位数要求较苛刻，因为保护在工作时输入电压和电流的动态范围很大。

返回第三节微机保护的算法一、数字滤波数字滤波器不同于模拟滤波器，它不是一种纯硬件构成的滤波器，而是由软件编程去实现，改变算法或某些系数即可改变滤波性能，即滤波器的幅频特性和相频特性。

在微机保护中广泛使用的简单的数字滤波器，是一类用加减运算构成的线性滤波单元。

差分滤波它们的基本形式 加法滤波 积分滤波等以差分滤波为例做简单介绍。

差分滤波器输出信号的差分方程形式为)()()(k n x n x n y --= (8—1)式中，x (n )、y (n )分别是滤波器在采样时刻n (或n )的输入与输出；x (n -k )是n 时刻以前第k 个采样时刻的输入，k ≥1。

对式(8-1)进行Ｚ变换，可得传递函数H (z))1)(()(k z z x z y --=kz z X z Y z H --==1)()()( （8—2）将 ST j ez ω=代入式(8-2)中，即得差分滤波器的幅频特性和相频特性分别为式(8-3)及式(8-4)2sin2sin )cos 1()(22SS S T j T k T k T k e H S ωωωω=+-= （8—3）（8—4）由式(8-3)可知，设需滤除谐波次数为m ，差分步长为k (k 次采样)，则此时ω=m ω1=m ·2ƒ1，应使)(ST j e H ω=0。

令 0sin21=sf kmf π则有ππl f kmf s=1 )3,2,1,0(⋅⋅⋅⋅⋅⋅=l 01lm K N l kf f l m s ===；k N m =0 （8—5） 当N （即ƒs 和ƒ1）取值已定时，采用不同的l 和k 值，便可滤除m 次谐波。

二、正弦函数模型算法1．半周积分算法半周积分算法的依据是mm T mT m U TU tU tdt U S πωωωω==-==⎰2cos sin 2020（8—6）即正弦函数半周积分与其幅值成正比。

式(8-6)的积分可以用梯形法则近似求出：sN N k k T u u u S ]2121[2/1210++≈∑-= （8—7）式中k u ——第K 次采样值; N ——一周期T 内的采样点数; k u ——k ＝0时的采样值;2Nu ——k ＝N /2时的采样值。

求出积分值S 后，应用式(8-6)可求得幅值。

2．导数算法导数算法是利用正弦函数的导数为余弦函数这一特点求出采样值的幅值和相位的一种算法。

设 t U u m ωsin =()θω-=t I i m sin 则tU u m ωωcos =' （8—8）()θωω-='t I i m cos t U u m ωωsin 2-=''()θωω--=''t I i m sin 2很容易得出或m 222U )u (u =ω'+2222)()mU u u =''+'ωω（ （8—9）2m22"22m 2'2I )i ()i I )i (i =ω+ω'=ω+或（ （8—10）和 222222222i i u u I U z m m '+'+==ωω （8—11）根据式(8-8)，我们也可推导出R I U i i i i u i u m m=='-''''-''θcos 2（8—12）L XI U i i i i u i u m m ==='-'''-'ωθωsin 2（8—13）式(8-9)～式(8-13)中，u 、i 对应t k 时为u k 、i k ，均为已知数，而对应t k-1和t k+1的u 、i 为u k-1、u k +1、i k -1、i k +1，也为已知数，此时sk k kT u u u 211-+-=' （8—14）sk k kT i i i 211-+-=' （8—15） )2()(1)(111211-+-++-=---=''k k k s s k k s k k s ku u u T T u u T u u T u （8—16）)2()(1)(111211-+-++-=---=''k k k s s k k s k k s k i i i T T i i T i i T i （8—17）导数算法最大的优点是它的“数据窗”即算法所需要的相邻采样数据是三个，即计算速度快。

导数算法的缺点是当采样频率较低时，计算误差较大。

3．两采样值积算法两采样值积算法是利用2个采样值以推算出正弦曲线波形，即用采样值的乘积来计算电流、电压、阻抗的幅值和相角等电气参数的方法，属于正弦曲线拟合法。

这种算法的特点是计算的判定时间较短。

设有正弦电压、电流波形在任意二个连续采样时刻t k 、t k+1（＝t k ＋s T）进行采样，并设被采样电流滞后电压的相位角为θ，则t k 和t k ＋1时刻的采样值分别表示为式(8-18)和式(8-19)。

)sin(sin 11θωω-==k m km t I i t U u （8—18）])(sin[)sin()(sin sin 1212θωθωωω-+=-=+==++s k m k m s k m k m T t I t I i T t U t U u （8—19）式中，T S 为两采样值的时间间隔，即T S ＝t k+1－t k 。

由式(8-18)和式(8-19)，取两采样值乘积，则有)]2cos([cos 2111θωθ--=k m m t I U i u （8—20） )]22cos([cos 2122θωωθ-+-=s k m m T t I U i u （8—21） )]2cos()[cos(2121θωωωθ-+--=s k s m m T t T I U i u （8—22） )]2cos()[cos(2112θωωωθ-+-+=s k s m m T t T I U i u （8—23）式(8-20)和式(8-21)相加，得)]2cos(cos 2cos 2[212211θωωωθ-+-=+s k s m m T t T I U i u i u （8—24）式(8-22)和(8-23)相加，得)]2cos(2cos cos 2[211221θωωθω-+-=+s k s m m T t T I U i u i u （8—25）将式(8-25)乘以cos ωT S 再与式(8-24)相减，可消去ωt k 项，得ssm m T T i u i u i u i u I U ωωθ212212211sin cos )(cos +-+=（8—26） 同理，由式(8-22)与式(8-23)相减消去ωt k 项，得s 1221m m T sin i u i u sin I U ϖ-=θ （8—27）在式(8-26)中，如用同一电压的采样值相乘，或用同一电流的采样值相乘，则θ ＝0︒，此时可得s2s 2122212mT sin T cos u u 2u u U ϖω-+= （8—28）ssmT T i i i i I ωω22122212sin cos 2-+=（8—29） 由于T S 、sin ωT S 、cos ωT S 均为常数，只要送入时间间隔T S 的两次采样值，便可按式(8-28)和式(8-29)计算出U m 、I m 。