摘要在第三代数字式保护通用硬件基础上，采用单CPU板的方案实现了间断角原理的差动保护。在实现过程中采用了一些实用技术，基本解决了微机实现间断角原理时存在的问题。实验表明该保护动作行为良好。此外，分析了VFC型模数转换在高输出频率、高采样率情况下数据的稳定性，并得出了有益的结论。关键词电力变压器间断角原理励磁涌流微机保护分类号TM77.774引言电力变压器是电力系统中非常重要的电气设备，它的安全运行直接关系到整个电力系统连续稳定地工作。按照变压器可能发生的故障，装设灵敏、快速、可靠和选择性好的保护装置是十分重要的。微机保护因其具有很强的自检功能、长记忆功能、极强的数值计算和逻辑处理功能，而逐渐成为变压器保护的主流。当前如何正确地鉴别励磁涌流仍然是变压器微机保护的主要问题。传统的二次谐波原理依据三相电流中二次谐波含量的大小，采用或门制动的方式来鉴别励磁涌流。然而研究表明，随着电网电压等级的提高和规模的扩大，变压器容量的增大和制造技术的提高，二次谐波原理存在一定的问题：首先，二次谐波已不再是励磁涌流所独有的特征，电流互感器的饱和、超高压长输电线路的分布电容或电缆线路电容的分布特性以及500kV电力变压器的低压侧装设静补电容都有可能使得变压器内部故障时，故障电流中含有较大成分的二次谐波，从而导致故障的延缓切除；此外，目前所采用的二次谐波制动比一般取15%～17%，这是根据饱和磁通为工作磁通幅值的1.4倍来考虑的，现代变压器由于制造技术和材料的改进，饱和磁通倍数经常在1.2到1.3，甚至低到1.15，在此情况下，涌流的最小二次谐波可能低至7%［2］。因而，二次谐波原理还需要进一步不断地完善。间断角原理在传统的变压器保护中的成功运行经验表明了该原理的先进性与可靠性。随着现代电子技术的发展，高性能微处理器的出现使间断角原理的实现成为可能。因此，研究间断角原理的变压器差动保护，谋求保护性能的改善，并实现保护原理的双重化就具有特别的意义。1硬件设计方案及特点1.1单CPU板的新方案1)装置的整体方案图1装置的整体方案图图中模入量为三侧三相电流；模数变换采用VFC型；CPU采用高性能的单片机，总线不出芯片，具有很强的抗干扰能力；每个装置都有一个高速数据通讯网接口，主要芯片均采用先进的表面安装技术，主要插件都用多层印刷板；MMI具有很强的人机对话能力及开放性，设有多种人机对话方式。2)间断角原理有多种实现方案文献［1］的方案是：一块CPU板用来算差劲；另用一块CPU板来实现间断角原理，其作用只是判断是否有涌流，并最终发出制动保护或开放保护的信号；二者相互配合来实现差动保护。本文采用一块CPU板实现间断角原理的变压器微机差动保护的新方案，判差动和判间断都在该CPU上完成，避免了前述方案中两块CPU板相互配合所带来的问题以及硬件投资的增加，简单可靠且经济易行。1.2高性能的VFC变换系统本保护方案中模数变换采用的是VFC型模数转换，具有以下一些显著的特点：本身就具有滤波功能，其滤波特性与计数间隔的长短有关；其量化误差为±1LSB，但不会累积；作为积分型模数转换，具有抑制迭加在输入信号上的常模干扰和共模干扰的能力；其输出是一列脉冲序列，可方便地实现光隔，提高抗干扰能力；在应用上的接口非常简单且易于实现多CPU共享模数转换的结果。本装置采用第三代VFC芯片(VFC-110)，其电压-频率特性的线性范围为0～4MHz，最高满刻度输出频率为4MHz。VFC型模数转换的精度是由VFC的满刻度输出频率和计数间隔决定的。采样率过高则计数间隔较小，要满足精度的要求，就要提高VFC的满刻度输出频率或加大计数间隔。一般微机保护每周12点采样，选择VFC满刻度输出频率为2MHz，能够满足要求。结合间断角原理每周至少36点采样的要求，需要提高VFC满刻度输出频率到4MHz。本文通过分析VFC特性，经实验选择了VFC工作于满刻度输出频率为4MHz的外围电路的参数；此外，软件上可使VFC以两块面积计数，以延迟一个采样点间隔的时间来换取高一位的精度。2间断角原理的实现2.1间断角判别原理［3、4］变压器励磁涌流具有明显的间断角特征，通过测量间断角的大小可以区别故障电流和励磁涌流；实现了分相制动，在变压器空载合闸于内部故障时，保护能快速动作出口；间断角原理本身有1.26倍的抗过励磁作用。本文中采用的励磁涌流判据是：间断角θd65°，导数波宽θw140°即若某一相间断角θd65°，则判定该相是励磁涌流；否则还要判该相的导数波宽，若导数波宽θw140°，则判定该相是内部故障电流，否则判定该相为励磁涌流。若某一相判为励磁涌流，则闭锁该相比率差动，同时清该相加速标志；若其他相差动动作且未判出励磁涌流，则可以出口跳闸；若某一相差动没有动作，就不再判断该相是否有励磁涌流。此处加导数波宽判据主要是