三峡电站大型发变组变压器保护的研制

摘要

三峡电站发电机组容量巨大，其安全、稳定运行直接关系到三峡电站，乃至整个电力系统的运行安全。迄今，我国大型多分支发电机－变压器组主要采用国外的保护产品，虽然总体运行性能良好，但仍存在一些问题有待改进和完善。与此同时，随着我国一批大型水电站的开工建设，大型发电机－变压器组继电保护装置的国产化问题也亟待解决。因此，结合三峡大型发电机组的运行特点和保护应用要求，研究、开发国产化的高性能大型发电机－变压器组继电保护是一项具有重要理论和现实意义的研究课题。
　　 本文结合三峡电站发电机组保护的研发实践，重点围绕变压器保护的研制展开课题工作。首先回顾了变压器保护的发展历史，对变压器保护的研究和应用现状及发展进行了分析和综述。在此基础上，提出了课题研究工作的重点和主要内容。根据三峡发变组的结构特点和机组保护的应用要求，阐述了变压器保护的设计原则和功能要求，进行了保护装置的总体方案设计。介绍了保护装置硬件的基本结构，以及底层软件和管理软件的设计方案。
　　 在变压器微机保护装置的研制过程中，硬件设计是其中的关键一环。由于大型变压器一般将主、后备保护合并集成，并要求能够根据现场的实际运行要求进行保护功能和出口方式的灵活配置，因此，对硬件系统的可靠性和资源配置提出了很高要求。针对这一特点，在硬件设计中，采用了管理单元＋双保护单元的多CPU并行工作模式。保护单元以高性能的TMS320C6713 DSP处理器为核心构成，计算速度快，内存容量大，可较好满足复杂保护的应用要求。管理单元采用基于嵌入式LINUX操作系统的ARM9处理器，资源丰富，便于实现友好的人机交互和网络通讯。论文介绍了硬件系统的基本构成原理和功能特点。保护原理是保护装置的核心和基础，对保护性能的优劣有决定性的影响。论文在对目前常用的几种典型差动保护原理进行分析比较的基础上，提出并采用了一种多种差动保护原理综合应用的主保护构成方案，以充分发挥不同保护原理的性能优势，进一步提高保护的总体性能。
　　 本文介绍了的不同主保护原理的协调配合机制、后备保护的实现原理和所采用的主要保护算法。在可靠性、可重用性和易扩展性的设计原则下，对保护软件的模块化和透明化设计方法进行了分析研究。采用了面向对象的基于继电器功能模块的软件设计方法，提高了软件开发效率，且易于维护和功能扩展，同时可方便实现保护内部动作逻辑的全程监测和记录。论文介绍了保护软件的基本结构，模块化设计的基本思路和主要程序模块的编程实现方法。所开发的三峡大型变压器保护装置已通过了全面的静态测试和动模实验验证，结果表明，装置的总体性能达到设计要求。