CN101227077A - 变压器用断路器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变压器用断路器及其工作方法；该变压器用断路器，包括：中央控制单元、脱扣执行部件、放大驱动电路、主磁通检测单元、原边缘绕组电流检测单元和副边缘绕组电流检测单元；中央控制单元根据主磁通检测单元测得的主磁通量Φm、原边缘绕组电流检测单元测得的原边缘绕组电流i1和副边缘绕组电流检测单元测得的副边缘绕组电流i2计算出被测变压器是存在励磁涌流还是短路故障电流；当发现该变压器存在短路故障电流时，中央控制单元的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路后驱动脱扣执行部件执行脱扣动作，使被测变压器断路。本发明的断路器可有效地识别短路故障电流与变压器励磁涌流，提高了断路器工作的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种变压器用断路器及其工作方法。
背景技术
现有技术中，当变压器空投或区外故障切除，电压恢复正常的过程中，由于磁通不能突变，磁通中出现了非周期性的暂态分量，与铁芯剩磁一起使变压器铁芯饱和，同时由于电压是交变的，因而在一个周波内变压器铁芯周期性地进入饱和区和退出饱和区；当进入饱和区时，励磁电流的瞬时值很大，可能达到变压器额定电流的5～10倍甚至更大，这就是励磁涌流。而此时用于保护变压器的断路器会认为该大电流是由短路故障引起的，从而断路器执行脱扣动作，使变压器断路。这给变压器的正常工作造成了不必要的影响。
现有的220kv以上变压器保护的正确动作率平均为68.96％，远低于发电机保护的正确动作率98.2％和系统保护的正确动作率99.33％，而励磁涌流是引起变压器误动的一个重要因素。因此，有效地识别短路故障电流与变压器励磁涌流是继电保护中的重要研究课题。
现有技术中，对变压器励磁涌流识别方法主要是利用变压器电流量判别励磁涌流，如间断角原理、二次谐波制动原理等。
间断角原理是根据变压器在励磁涌流和内部故障时电流波形所具有的不同特征来区分励磁涌流和内部故障的。但是，用微机实现间断角原理需要解决必须采用较高的采样率和较高的采样精度才能准确地测量间断角的大小，并正确判断电流是否进入“间断”范围的问题。同时还需要解决由CT传变引起的励磁涌流间断角的变形问题。这些问题对微机实现间断角原理的硬件复杂性和成本都提出了很高的要求。
二次谐波制动原理是通过计算差动电流中的二次谐波电流分量来判断是否发生励磁涌流。当出现励磁涌流时应有：Id2＞KId1。其中，Id2、Id1分别为差动电流中的基波和二次谐波电流的幅值；为二次谐波制动比。但是，由于变压器磁特性的变化，某些工况下励磁涌流的二次谐波含量低，容易导致误动；而大容量变压器、远距离输电的发展，使得内部故障时暂态电流可能产生较大二次谐波，容易导致拒动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可有效地识别短路故障电流与变压器励磁涌流以提高断路器工作的可靠性的变压器用断路器及其工作方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种变压器用断路器，包括：中央控制单元、设于被测变压器所在回路中的脱扣执行部件、设于中央控制单元和脱扣执行部件之间的用于驱动脱扣执行部件动作的放大驱动电路；还包括：与中央控制单元相连的用于检测被测变压器的主磁通量的主磁通检测单元、与中央控制单元相连的用于检测所述变压器的原边缘绕组的电流值的原边缘绕组电流检测单元和与中央控制单元相连的用于检测所述变压器的副边缘绕组的电流值的副边缘绕组电流检测单元；
中央控制单元根据主磁通检测单元测得的主磁通量Φm、原边缘绕组电流检测单元测得的原边缘绕组电流i1和副边缘绕组电流检测单元测得的副边缘绕组电流i2计算出被测变压器是存在励磁涌流还是短路故障电流；当发现该变压器存在短路故障电流时，中央控制单元的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路后驱动脱扣执行部件执行脱扣动作，使被测变压器断路。
上述的变压器用断路器的工作方法，包括如下步骤：
A、中央控制单元根据原边缘绕组电流检测单元测得的原边缘绕组电流i1和副边缘绕组电流检测单元测得的副边缘绕组电流i2计算出被测变压器原边缘绕组电流与副边缘绕组电流的差电流Δi，即Δi＝i1-i2；
B、中央控制单元再根据主磁通检测单元测得的主磁通量Φm计算出Φm与Δi的关系曲线，即磁通轨迹曲线；
C、当测得主磁通饱和且存在一个最大的差电流Δimax时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角为0°±2°；然后测得主磁通退出饱和且存在一个最小的差电流Δimin时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角为90°±2°；则判断此时被测变压器中存在励磁涌流，中央控制单元的控制输出端无控制信号输出，脱扣执行部件不动作；当测得主磁通始终处于非饱和区时，若还测得在最大的差电流和最小的差电流时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角的差值小于5°时，则判断此时存在短路故障电流；中央控制单元的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路后驱动脱扣执行部件执行脱扣动作，使被测变压器断路。
上述技术方案中，中央控制单元的数据传输端经协议转换接口和数据总线向上位机输出工作状态信息，并接收来自上位机的控制命令；当中央控制单元的数据传输端接收到来自上位机的脱扣命令时，中央控制单元的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路后驱动脱扣执行部件执行脱扣动作，使被测变压器断路。
本发明具有积极的效果：(1)本发明中，中央控制单元根据主磁通检测单元测得的主磁通量Φm、原边缘绕组电流检测单元测得的原边缘绕组电流i1和副边缘绕组电流检测单元测得的副边缘绕组电流i2计算出被测变压器是存在励磁涌流还是短路故障电流；当发现该变压器存在短路故障电流时，中央控制单元的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路后驱动脱扣执行部件执行脱扣动作，使被测变压器断路。故本发明的断路器可有效地识别短路故障电流与变压器励磁涌流，提高了断路器工作的可靠性。(2)本发明的变压器用断路器的工作方法，步骤简单，操控方便，可有效地识别短路故障电流与变压器励磁涌流，工作可靠性较好。
附图说明
图1为本发明的变压器用断路器的电原理框图。
图2为实施例1中的被测变压器的结构示意图。
图3为实施例1中的被测变压器在正常工作状态下的主磁通量Φm与差电流Δi的关系曲线示意图。
图4为实施例1中的被测变压器在出现短路故障电流时的主磁通量Φm与差电流Δi的关系曲线示意图。
图5为实施例1中的被测变压器在出现励磁涌流时的主磁通量Φm与差电流Δi的关系曲线示意图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1，本发明的变压器用断路器，包括：中央控制单元4、设于被测变压器所在回路中的脱扣执行部件8、设于中央控制单元4和脱扣执行部件8之间的用于驱动脱扣执行部件8动作的放大驱动电路7；还包括：与中央控制单元4相连的用于检测被测变压器的主磁通量的主磁通检测单元1、与中央控制单元4相连的用于检测所述变压器的原边缘绕组的电流值的原边缘绕组电流检测单元2和与中央控制单元4相连的用于检测所述变压器的副边缘绕组的电流值的副边缘绕组电流检测单元3。
见图1-2，中央控制单元4根据主磁通检测单元1测得的主磁通量Φm、原边缘绕组电流检测单元2测得的原边缘绕组电流i1和副边缘绕组电流检测单元3测得的副边缘绕组电流i2计算出被测变压器是存在励磁涌流还是短路故障电流；当发现该变压器存在短路故障电流时，中央控制单元4的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路7后驱动脱扣执行部件8执行脱扣动作，使被测变压器断路。
仍见图1，协议转换接口9与中央控制单元4相连；协议转换接口9与数据总线11相连，数据总线11与用于实时监控中央控制单元4工作状态的上位机10相连。
仍见图1，用于显示当前工作状态的LCD5和用于向中央控制单元4输入控制参数的键盘6分别与中央控制单元4相连。
在被测变压器的主磁通未进入饱和区的情况下，则主磁通和励磁电流都是随时间的正弦变化量，且二者之间存在一个相位差。因此，Φm-Δi的轨迹曲线近似为一个椭圆，如图4所示；而当被测变压器发生励磁涌流时，主磁通周期性地进入和退出饱和区，并且磁通和励磁电流中的自由分量使得Φm-Δi轨迹偏向一侧，如图5所示。
上述的变压器用断路器的工作方法，包括如下步骤：
A、中央控制单元4根据原边缘绕组电流检测单元2测得的原边缘绕组电流i1和副边缘绕组电流检测单元3测得的副边缘绕组电流i2计算出被测变压器原边缘绕组电流与副边缘绕组电流的差电流Δi，即Δi＝i1-i2。
B、中央控制单元4再根据主磁通检测单元1测得的主磁通量Φm计算出Φm与Δi的关系曲线，即磁通轨迹曲线。
C、见图5，当测得主磁通饱和且存在一个最大的差电流Δimax时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角为0°±2°；然后测得主磁通退出饱和且存在一个最小的差电流Δimin时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角为90°±2°；则判断此时被测变压器中存在励磁涌流，中央控制单元4的控制输出端无控制信号输出，脱扣执行部件8不动作。见图4，当测得主磁通始终处于非饱和区时，若还测得在最大的差电流和最小的差电流时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角的差值小于5°时，则判断此时存在短路故障电流；中央控制单元4的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路7后驱动脱扣执行部件8执行脱扣动作，使被测变压器断路。
中央控制单元4的数据传输端经协议转换接口9和数据总线11向上位机10输出工作状态信息，并接收来自上位机10的控制命令；当中央控制单元4的数据传输端接收到来自上位机10的脱扣命令时，中央控制单元4的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路7后驱动脱扣执行部件8执行脱扣动作，使被测变压器断路。
Claims (5)
1.一种变压器用断路器，包括：中央控制单元(4)、设于被测变压器所在回路中的脱扣执行部件(8)、设于中央控制单元(4)和脱扣执行部件(8)之间的用于驱动脱扣执行部件(8)动作的放大驱动电路(7)；其特征在于：
还包括：与中央控制单元(4)相连的用于检测被测变压器的主磁通量的主磁通检测单元(1)、与中央控制单元(4)相连的用于检测所述变压器的原边缘绕组的电流值的原边缘绕组电流检测单元(2)和与中央控制单元(4)相连的用于检测所述变压器的副边缘绕组的电流值的副边缘绕组电流检测单元(3)；
中央控制单元(4)根据主磁通检测单元(1)测得的主磁通量Φm、原边缘绕组电流检测单元(2)测得的原边缘绕组电流i1和副边缘绕组电流检测单元(3)测得的副边缘绕组电流i2计算出被测变压器是存在励磁涌流还是短路故障电流；当发现该变压器存在短路故障电流时，中央控制单元(4)的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路(7)后驱动脱扣执行部件(8)执行脱扣动作，使被测变压器断路。
2.根据权利要求1所述的变压器用断路器，其特征在于：还包括与中央控制单元(4)相连的协议转换接口(9)；协议转换接口(9)与数据总线(11)相连，数据总线(11)与用于实时监控中央控制单元(4)工作状态的上位机(10)相连。
3.根据权利要求2所述的变压器用断路器，其特征在于：还包括与中央控制单元(4)相连的用于显示当前工作状态的LCD(5)和用于向中央控制单元(4)输入控制参数的键盘(6)。
4.上述权利要求所述的变压器用断路器的工作方法，包括如下步骤：
A、中央控制单元(4)根据原边缘绕组电流检测单元(2)测得的原边缘绕组电流i1和副边缘绕组电流检测单元(3)测得的副边缘绕组电流i2计算出被测变压器原边缘绕组电流与副边缘绕组电流的差电流Δi，即Δi＝i1-i2；
B、中央控制单元(4)再根据主磁通检测单元(1)测得的主磁通量Φm计算出Φm与Δi的关系曲线，即磁通轨迹曲线；
C、当测得主磁通饱和且存在一个最大的差电流Δimax时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角为0°±2°；然后测得主磁通退出饱和且存在一个最小的差电流Δimin时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角为90°±2°；则判断此时被测变压器中存在励磁涌流，中央控制单元(4)的控制输出端无控制信号输出，脱扣执行部件(8)不动作；
当测得主磁通始终处于非饱和区时，若还测得在最大的差电流和最小的差电流时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角的差值小于5°时，则判断此时存在短路故障电流；中央控制单元(4)的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路(7)后驱动脱扣执行部件(8)执行脱扣动作，使被测变压器断路。
5.根据权利要求4所述的变压器用断路器的工作方法，其特征在于：中央控制单元(4)的数据传输端经协议转换接口(9)和数据总线(11)向上位机(10)输出工作状态信息，并接收来自上位机(10)的控制命令；当中央控制单元(4)的数据传输端接收到来自上位机(10)的脱扣命令时，中央控制单元(4)的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路(7)后驱动脱扣执行部件(8)执行脱扣动作，使被测变压器断路。
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