CN101576601B - 数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断方法，属于电力二次设备故障诊断技术领域。该隐藏故障诊断方法包括以下步骤：1)隐藏故障诊断计算机实时采集数字式变压器差动保护装置高、低压侧的电流测量值幅值和后备保护装置I与后备保护装置II的电流和电压测量值；2)根据差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II输入信息的相关性分别对采集的电流和电压测量值运用方差分析法进行分析比较；3)隐藏故障诊断结果分析及输出。该方法能实时监测数字式变压器差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II的电流、电压测量值是否正常，并据此判断差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II的测量回路是否存在隐藏故障。

Description

数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断方法

技术领域：本发明涉及一种数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断方法。属于电力二次设备故障诊断技术领域。

技术背景：继电保护装置作为电网安全稳定的第一道防线起着十分重要的作用。继电保护装置可能存在的隐藏故障对连锁反应事故扩大起着推波助澜的作用，其直接后果是导致被保护元件的错误断开。为了提高电力系统的运行可靠性，实现继电保护装置隐藏故障的检测与监视对保障电网安全具有重要意义。近年来，继电保护信息系统的建设正在快速进行，继电保护装置的信息有望快速上传和共享。所有这些信息的集成，将为继电保护装置隐藏故障的诊断提供可用的信息源。由于扩展了信息来源，继电保护装置的工作状况特别是测量回路的隐藏故障诊断将变得可行。在变电站内，继电保护信息系统与继电保护装置之间通过高速通信网相连，采集本变电站内继电保护装置的测量计算结果，可实现站内保护装置的隐藏故障诊断。

数字式变压器保护装置测量回路，差动保护装置测量回路由变压器各侧电流互感器(CT)、连接电缆、端子、变换器、模拟低通滤波器(ALF)、采样保持(S/H)电路、模拟切换开关(MUX)、模/数转换(A/D)电路和保护功能模块(CPU)等组成。后备保护装置(1)、(2)(例如复合电压闭锁过电流保护装置)测量回路由电流互感器(CT)、电压互感器(PT)、连接电缆、端子、变换器、模拟低通滤波器(ALF)、采样保持(S/H)电路、模拟切换开关(MUX)、模/数转换(A/D)电路和保护功能模块(CPU)等组成。

在变电站中，各类自动化及继电保护装置的时间同步是进行事故分析的基准，计算机监控系统、故障录波器和微机保护装置都需要由统一的时钟源向它们提供标准时间。国内变电站主要以GPS时间信号作为主时钟的外部时间基准。

变压器系统未发生故障时，数字式变压器保护装置仅进行测量计算而不进入逻辑比较和跳闸出口环节。此时存在于CT(PT)测量回路、连接电缆及连接端子、保护装置前置处理电路、采样及采样值计算等环节的隐藏故障可能并不一定会造成保护装置误动作，但当一次电流增大或保护区外故障时，此类隐藏故障将被激活，导致数字式变压器保护装置误动或拒动。因此，在变压器系统未发生故障时，发现此类隐藏故障是避免出现数字式变压器保护装置误动和拒动的关键，而判断数字式变压器保护装置测量值正确与否从总体上反应了数字式变压器保护装置测量回路的工作状态，是判断数字式变压器保护装置测量回路是否存在隐藏故障的关键措施。

发明内容：本发明针对现有技术的不足，特别是数字式变压器保护装置测量回路可能存在的隐藏故障，提供一种数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断方法，该方法能根据数字式变压器保护系统的信息模型，隐藏故障诊断计算机实时采集变压器差动保护装置高、低压侧的电流测量值幅值和后备保护装置I与后备保护装置II的电流和电压测量值，并根据差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II输入信息的相关性分别对采集的电流测量值和电压测量值运用方差分析法进行分析比较，检测是否存在异常数据，并据此判断对应的差动保护装置和后后备保护装置I与后备保护装置II的测量回路是否存在隐藏故障，从而达到监视数字式变压器保护装置测量回路工作状态的目的，便于及时消除隐藏故障，避免出现数字式变压器保护装置误动和拒动，提高数字式变压器保护系统的可靠性。

本发明提供的数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断方法包括以下步骤：

1)隐藏故障诊断计算机实时采集数字式变压器差动保护装置高、低压侧的电流测量值幅值和后备保护装置I与后备保护装置II的电流和电压测量值；

2)根据差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II输入信息的相关性分别对采集的电流测量值和电压测量值运用方差分析法进行分析比较；

数字式变压器保护装置测量回路分为电流测量回路和电压测量回路，分别对电流测量回路和电压测量回路进行诊断。

其中：电流测量回路的隐藏故障诊断，用在k时刻采集的差动保护装置高、低压侧的电流测量值幅值和后备保护装置I、后备保护装置II的电流测量值计算k时刻的三相电流测量值的均值，它们分别为：

${\stackrel{\‾}{I}}_a^{\left(k\right)}=\frac{1}{4}(I_{1a}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{2a}^{\left(k\right)}+I_{\mathrm{Ha}}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{\mathrm{La}}^{\left(k\right)})---(3-1)$

${\stackrel{\‾}{I}}_b^{\left(k\right)}=\frac{1}{4}(I_{1b}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{2b}^{\left(k\right)}+I_{\mathrm{Hb}}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{\mathrm{Lb}}^{\left(k\right)})---(3-2)$

${\stackrel{\‾}{I}}_c^{\left(k\right)}=\frac{1}{4}(I_{1c}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{2c}^{\left(k\right)}+I_{\mathrm{Hc}}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{\mathrm{Lc}}^{\left(k\right)})---(3-3)$

式中

——k时刻采集的后备保护装置I的三相电流测量值；

——k时刻采集的后备保护装置II的三相电流测量值；

——k时刻采集的差动保护装置高压侧的三相电流测量值幅值；

——k时刻采集的差动保护装置低压侧的三相电流测量值幅值；

K_I——变压器两侧二次电流之间的平衡系数；

将每一相电流测量回路的m个电流测量值作为一个样本，m取10，i表示一个样本中m个电流测量值的第i个测量值，以式中(3-1，3-2，3-3)计算的k时刻的对应相电流均值作为k时刻的样本均值，计算k时刻样本的标准差，它们分别为：

$S_{1a}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(I_{1a}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_a^{(k-i)})}^2}---(4-1)$

$S_{1b}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(I_{1b}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_b^{(k-i)})}^2}---(4-2)$

$S_{1c}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(I_{1c}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_c^{(k-i)})}^2}---(4-3)$

$S_{2a}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(K_I{I}_{2a}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_a^{(k-i)})}^2}---(4-4)$

$S_{2b}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(K_I{I}_{2b}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_b^{(k-i)})}^2}---(4-5)$

$S_{2c}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(K_I{I}_{2c}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_c^{(k-i)})}^2}---(4-6)$

$S_{3a}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(I_{\mathrm{Ha}}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_a^{(k-i)})}^2}---(4-7)$

$S_{3b}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(I_{\mathrm{Hb}}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_b^{(k-i)})}^2}---(4-8)$

$S_{3c}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(I_{\mathrm{Hc}}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_c^{(k-i)})}^2}---(4-9)$

$S_{4a}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(K_I{I}_{\mathrm{La}}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_a^{(k-i)})}^2}---(4-10)$

$S_{4b}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(K_I{I}_{\mathrm{Lb}}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_b^{(k-i)})}^2}---(4-11)$

$S_{4c}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}{(K_I{I}_{\mathrm{Lc}}^{(k-i)}-{\stackrel{\‾}{I}}_c^{(k-i)})}^2}---(4-12)$

式中

——k时刻后备保护装置I的三相电流测量值的标准差；

——k时刻后备保护装置II的三相电流测量值的标准差；

——k时刻差动保护装置高压侧三相电流测量值幅值的标准差；

——k时刻差动保护装置低压侧三相电流测量值幅值的标准差。

将式中(4-1，4-2，4-3，4-4，4-5，4-6，4-7，4-8，4-9，4-10，4-11，4-12)计算的结果分别与差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障报警门槛值S_zd比较后重新赋值：

$S_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}=1$ $(5-1)$

$S_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}=0$

$S_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}=1$ $(5-2)$

$S_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}=0$

$S_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}=1$ $(5-3)$

$S_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}=0$

式中j—j的取值范围为1≤j≤4，j为1代表后备保护装置I，j为2代表后备保护装置II，j为3代表差动保护装置高压侧，j为4代表差动保护装置低压侧。

计算差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障函数，由式中(5-1，5-2，5-3)经赋值后的标准差值，对连续n个标准差值求积，取n≥3：

$f_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{ja}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{ja}}^{(k-n+1)}---(6-1)$

$f_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{jb}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{jb}}^{(k-n+1)}---(6-2)$

$f_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{jc}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{jc}}^{(k-n+1)}---(6-3)$

根据式中(6-1，6-2，6-3)计算的隐藏故障函数值确定差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障范围，假定g_ja、g_jb、g_jc为最终确定的差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障范围，g_ja、g_jb、g_jc等于1表示j对应的差动保护装置或后备保护装置I与后备保护装置II对应相电流测量回路存在隐藏故障，g_ja、g_jb、g_jc等于0表示j对应的差动保护装置或后备保护装置I与后备保护装置II对应相电流测量回路正常。

$f_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}=1,$ g_ja＝1

(7-1)

$f_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}=0,$ g_ja＝0

$f_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}=1,$ g_jb＝1

(7-2)

$f_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}=0,$ g_jb＝0

$f_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}=1,$ g_jc＝1

(7-3)

$f_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}=0,$ g_jc＝0

其中：电压测量回路的隐藏故障诊断，将后备保护装置I的m个a、b、c三相的相电压测量值作为一组数据，后备保护装置II的m个a、b、c三相的相电压测量值作为另一组数据，m取10，i表示一组数据中m个电压测量值的第i个测量值，计算k时刻这两组数据之间的均方差，它们定义为：

$S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(U_{\mathrm{Ha}}^{(k-i)}-K_U{U}_{\mathrm{La}}^{(k-i)})}^2}---(9-1)$

$S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(U_{\mathrm{Hb}}^{(k-i)}-K_U{U}_{\mathrm{Lb}}^{(k-i)})}^2}---(9-2)$

$S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(U_{\mathrm{Hc}}^{(k-i)}-K_U{U}_{\mathrm{Lc}}^{(k-i)})}^2}---(9-3)$

式中

——k时刻后备保护装置I的三相电压测量值(二次值)；

——k时刻后备保护装置II的三相电压测量值(二次值)；

K_U——变压器两侧二次电压之间的平衡系数。

将式中(9-1，9-2，9-3)计算结果与后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障报警门槛值S_zd-U比较后重新赋值：

$S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=1$ $(10-1)$

$S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=0$

$S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=1$ $(10-2)$

$S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=0$

$S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=1$ $(10-3)$

$S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=0$

计算后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障函数，由式中(10-1，10-2，10-3)经过赋值后的均方差值，对连续n个均方差值求积，取n≥3：

$f_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{Ua}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{Ua}}^{(k-n+1)}---(11-1)$

$f_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{Ub}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{Ub}}^{(k-n+1)}---(11-2)$

$f_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{Uc}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{Uc}}^{(k-n+1)}---(11-3)$

根据式中(11-1，11-2，11-3)计算的隐藏故障函数值确定后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障的范围，假定g_Ua、g_Ub、g_Uc为最终确定的后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障范围，g_Ua、g_Ub、g_Uc等于1表示后备保护装置I与后备保护装置II对应相电压测量回路存在隐藏故障，g_Ua、g_Ub、g_Uc等于0表示后备保护装置I与后备保护装置II对应相电压测量回路正常。

$f_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=1,$ g_Ua＝1

(12-1)

$f_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=0,$ g_Ua＝0

$f_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=1,$ g_Ub＝1

(12-2)

$f_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=0,$ g_Ub＝0

$f_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=1,$ g_Uc＝1

(12-3)

$f_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=0,$ g_Uc＝0

3)隐藏故障诊断结果输出，隐藏故障诊断计算机将诊断的对应差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II测量回路的隐藏故障信息发送至监控主机，监控主机发出对应差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II测量回路存在隐藏故障的报警信号。

本发明提供的数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断方法，能实时监测数字式变压器差动保护装置及电流、电压型后备保护装置I与后备保护装置II的电流、电压测量值是否正常，并据此判断对应差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II测量回路是否存在隐藏故障，便于及时消除隐藏故障，避免出现差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II误动和拒动，提高数字式变压器保护系统的可靠性。

附图说明

图1为数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断系统信号采集图。

图2为数字式变压器保护装置电流测量回路组成框图。

图3为数字式变压器保护装置电压测量回路组成框图。

图4为数字式变压器保护装置电流测量回路的隐藏故障诊断流程图。

图5为数字式变压器保护装置电压测量回路的隐藏故障诊断流程图。

具体实施方式

以下结合附图对数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断方法作进一步描述，实现方式以双绕组变压器为例。

一、数据采集

数据采集是进行数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断的前提和基础，隐藏故障诊断计算机实时采集变压器差动保护装置高、低压侧的电流测量值幅值和后备保护装置I与后备保护装置II(例如复合电压闭锁过电流保护装置)的电流和电压测量值，每1秒钟采集一次。

1.数字式变压器保护常用配置；

主保护：(纵联)差动保护、瓦斯保护；

后备保护：复合电压闭锁过电流保护、零序过电流保护、过负荷保护等。

本发明仅对电流、电压原理的数字式变压器保护装置测量回路进行隐藏故障诊断，不涉及瓦斯保护等非电量保护。差动保护装置两侧电流分别取自变压器高、低压侧的CT二次绕组CT3、CT4。后备保护装置I的测量电流取自变压器高压侧CT二次绕组CT1，测量电压取自变压器高压侧母线PT1二次绕组；后备保护装置II的测量电流取自变压器低压侧CT二次绕组CT2，测量电压取自变压器低压侧母线PT2二次绕组，参见附图1。

2.数字式变压器保护装置测量回路可能存在的隐藏故障；

隐藏故障可能存在于测量回路的每一个环节，例如CT(PT)测量回路、连接电缆及连接端子、前置处理电路(变换器、ALF)、采样及采样值计算以及模/数转换等环节都可能存在隐藏故障。隐藏故障产生原因可能是元件失灵、磨损、老化，电缆绝缘性能下降，或者环境和不正确的人为干涉引起的元件损坏。

二、数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断方法的实施方式

在本方案中，数字式变压器保护装置测量回路分为电流测量回路和电压测量回路，分别对电流测量回路和电压测量回路进行诊断。

1.计算平衡系数；

为了使进行比较的数据在测量回路无隐藏故障的情况下完全相等，引用一个将变压器两侧保护装置二次测量值折算成作用完全相同的平衡系数K。

(1)变压器两侧二次电流之间的平衡系数

变压器两侧二次电流之间的平衡系数主要根据变压器额定容量、联结组别、两侧额定电压及两侧CT变比计算。设变压器的额定容量为S_N，联结组别为YNd11，高、低压侧的额定电压分别为U_H、U_L，两侧CT变比分别为n_H及n_L，若以变压器高压侧为基准侧，计算变压器两侧CT二次电流之间的平衡系数K_I。

则变压器高压侧和低压侧的CT二次电流分别为：

$I_H^{\&prime;}=\frac{p{S}_N}{\sqrt{3}{U}_H{n}_H}$

$I_L^{\&prime;}=\frac{S_N}{\sqrt{3}{U}_L{n}_L}$

式中p——变压器高压侧CT二次绕组接线方式为d11(三角形接线)时，p为

高压侧CT二次绕组接线方式为Y(星形接线)时，p为1；低压侧CT二次绕组接线方式为Y。

要使K_II′_L＝I′_H，则平衡系数

$K_I=\frac{p{U}_L{n}_L}{U_H\&CenterDot;n_H}---\left(1\right)$

(2)变压器两侧二次电压之间的平衡系数

变压器额定变比n为变压器高、低压侧母线额定电压的比值：

$n=\frac{U_H}{U_L}$

平衡系数主要根据变压器额定变比n及两侧母线PT变比计算。设变压器高、低压侧母线PT的变比分别为n′_H及n′_L，若以变压器高压侧为基准侧，则计算出变压器两侧二次电压之间的平衡系数：

$K_U=\frac{n{n}_L^{\&prime;}}{n_H^{\&prime;}}---\left(2\right)$

2.电流测量回路的隐藏故障诊断；

(1)用在k时刻采集的差动保护装置高、低压侧的电流测量值幅值，后备保护装置I与后备保护装置II的电流测量值计算k时刻三相电流测量值的均值，它们分别为：

${\stackrel{\&OverBar;}{I}}_a^{\left(k\right)}=\frac{1}{4}(I_{1a}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{2a}^{\left(k\right)}+I_{\mathrm{Ha}}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{\mathrm{La}}^{\left(k\right)})---(3-1)$

${\stackrel{\&OverBar;}{I}}_b^{\left(k\right)}=\frac{1}{4}(I_{1b}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{2b}^{\left(k\right)}+I_{\mathrm{Hb}}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{\mathrm{Lb}}^{\left(k\right)})---(3-2)$

${\stackrel{\&OverBar;}{I}}_c^{\left(k\right)}=\frac{1}{4}(I_{1c}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{2c}^{\left(k\right)}+I_{\mathrm{Hc}}^{\left(k\right)}+K_I{I}_{\mathrm{Lc}}^{\left(k\right)})---(3-3)$

式中

——k时刻采集的后备保护装置I的三相电流测量值(二次值)；

——k时刻采集的后备保护装置II的三相电流测量值(二次值)；

——k时刻采集的差动保护装置高压侧的三相电流测量值幅值(二次值)；

——k时刻采集的差动保护装置低压侧的三相电流测量值幅值(二次值)；

K_I——变压器两侧二次电流之间的平衡系数。

(2)将每一相电流测量回路的m个电流测量值作为一个样本，m取10，i表示一个样本中m个电流测量值的第i个测量值，以式中(3-1，3-2，3-3)计算的k时刻对应相电流均值作为k时刻的样本均值，计算k时刻样本的标准差，它们分别为：

$S_{1a}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(I_{1a}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_a^{(k-i)})}^2}---(4-1)$

$S_{1b}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(I_{1b}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_b^{(k-i)})}^2}---(4-2)$

$S_{1c}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(I_{1c}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_c^{(k-i)})}^2}---(4-3)$

$S_{2a}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(K_I{I}_{2a}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_a^{(k-i)})}^2}---(4-4)$

$S_{2b}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(K_I{I}_{2b}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_b^{(k-i)})}^2}---(4-5)$

$S_{2c}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(K_I{I}_{2c}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_c^{(k-i)})}^2}---(4-6)$

$S_{3a}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(I_{\mathrm{Ha}}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_a^{(k-i)})}^2}---(4-7)$

$S_{3b}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(I_{\mathrm{Hb}}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_b^{(k-i)})}^2}---(4-8)$

$S_{3c}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(I_{\mathrm{Hc}}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_c^{(k-i)})}^2}---(4-9)$

$S_{4a}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(K_I{I}_{\mathrm{La}}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_a^{(k-i)})}^2}---(4-10)$

$S_{4b}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(K_I{I}_{\mathrm{Lb}}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_b^{(k-i)})}^2}---(4-11)$

$S_{4c}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(K_I{I}_{\mathrm{Lc}}^{(k-i)}-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_c^{(k-i)})}^2}---(4-12)$

式中

——k时刻后备保护装置I的三相电流测量值的标准差；

——k时刻后备保护装置II的三相电流测量值的标准差；

——k时刻差动保护装置高压侧三相电流测量值幅值的标准差；

——k时刻差动保护装置低压侧三相电流测量值幅值的标准差。

(3)将式中(4-1，4-2，4-3，4-4，4-5，4-6，4-7，4-8，4-9，4-10，4-11，4-12)计算的结果分别与差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障报警门槛值S_zd比较后重新赋值：

$S_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}=1$ $(5-1)$

$S_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}=0$

$S_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}=1$ $(5-2)$

$S_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}=0$

$S_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}=1$ $(5-3)$

$S_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}},S_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}=0$

式中j——j的取值范围为1≤j≤4，j为1代表后备保护装置I，j为2代表后备保护装置I，j为3代表差动保护装置高压侧，j为4代表差动保护装置低压侧。

(4)计算差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障函数，由式中(5-1，5-2，5-3)经赋值后的标准差值，对连续n个标准差值求积，n取大于等于3时：

$f_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{ja}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{ja}}^{(k-n+1)}---(6-1)$

$f_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{jb}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{jb}}^{(k-n+1)}---(6-2)$

$f_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{jc}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{jc}}^{(k-n+1)}---(6-3)$

(5)根据式中(6-1，6-2，6-3)计算的隐藏故障函数值确定差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障范围，假定g_ja、g_jb、g_jc为最终确定的差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障范围，g_ja、g_jb、g_jc等于1表示j对应的差动保护装置或后备保护装置I与后备保护装置II对应相电流测量回路存在隐藏故障，g_ja、g_jb、g_jc等于0表示j对应的差动保护装置或后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路正常。

$f_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}=1,$ g_ja＝1

(7-1)

$f_{\mathrm{ja}}^{\left(k\right)}=0,$ g_ja＝0

$f_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}=1,$ g_jb＝1

(7-2)

$f_{\mathrm{jb}}^{\left(k\right)}=0,$ g_jb＝0

$f_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}=1,$ g_jc＝1

(7-3)

$f_{\mathrm{jc}}^{\left(k\right)}=0,$ g_jc＝0

(6)门槛值整定

门槛值S_zd主要与差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路固有误差、变压器高低压侧电流互感器(CT)变比不完全匹配以及变压器分接头调节引起的误差有关，而测量回路固有误差主要受电流幅值测量误差以及差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II采样不同步的影响。这里仅考虑幅值测量误差进行门槛值的整定，取5％的变压器高压侧二次额定相电流作为门槛值。

门槛值计算：

$S_{\mathrm{zd}}=0.05I_H^{\&prime;}=0.05\frac{p{S}_N}{\sqrt{3}{U}_H{n}_H}---\left(8\right)$

式中I′_H——高压侧二次额定相电流。

3.电压测量回路的隐藏故障诊断；

将后备保护装置I的m个a、b、c三相的相电压测量值作为一组数据，后备保护装置II的m个a、b、c三相的相电压测量值作为另一组数据，m取10，i表示一组数据中m个电压测量值的第i个测量值。

(1)计算k时刻同一相两组电压测量值之间的均方差，它们定义为：

$S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(U_{\mathrm{Ha}}^{(k-i)}-K_U{U}_{\mathrm{La}}^{(k-i)})}^2}---(9-1)$

$S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(U_{\mathrm{Hb}}^{(k-i)}-K_U{U}_{\mathrm{Lb}}^{(k-i)})}^2}---(9-2)$

$S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=\sqrt{\frac{1}{m}\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(U_{\mathrm{Hc}}^{(k-i)}-K_U{U}_{\mathrm{Lc}}^{(k-i)})}^2}---(9-3)$

式中

——k时刻后备保护装置I的三相电压测量值(二次值)；

——k时刻后备保护装置II的三相电压测量值(二次值)；

K_U——变压器两侧二次电压之间的平衡系数。

(2)将式中(9-1，9-2，9-3)计算结果与后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障报警门槛值S_zd-U比较后重新赋值：

$S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=1$ $(10-1)$

$S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=0$

$S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=1$ $(10-2)$

$S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=0$

$S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}>S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=1$ $(10-3)$

$S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}<S_{\mathrm{zd}-U},S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=0$

(3)计算后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障函数，由式中(10-1，10-2，10-3)经赋值后的均方差值，对连续n个均方差值求积，n取大于等于3时：

$f_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{Ua}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{Ua}}^{(k-n+1)}---(11-1)$

$f_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{Ub}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{Ub}}^{(k-n+1)}---(11-2)$

$f_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=S_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}\&CenterDot;S_{\mathrm{Uc}}^{(k-1)}...S_{\mathrm{Uc}}^{(k-n+1)}---(11-3)$

(4)根据式中(11-1，11-2，11-3)计算的隐藏故障函数值确定后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障范围，假定g_Ua、g_Ub、g_Uc为最终确定的后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障范围，g_Ua、g_Ub、g_Uc等于1表示后备保护装置I与后备保护装置II对应相电压测量回路存在隐藏故障，g_Ua、g_Ub、g_Uc等于0表示后备保护装置I与后备保护装置II对应相电压测量回路正常。

$f_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=1,$ g_Ua＝1

(12-1)

$f_{\mathrm{Ua}}^{\left(k\right)}=0,$ g_Ua＝0

$f_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=1,$ g_Ub＝1

(12-2)

$f_{\mathrm{Ub}}^{\left(k\right)}=0,$ g_Ub＝0

$f_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=1,$ g_Uc＝1

(12-3)

$f_{\mathrm{Uc}}^{\left(k\right)}=0,$ g_Uc＝0

(5)门槛值整定

门槛值S_zd-U主要同后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路固有误差、变压器高低压侧电压互感器(PT)变比不完全匹配以及变压器分接头调节引起的误差有关，而测量回路固有误差主要受电压幅值测量误差和后备保护装置I与后备保护装置II采样不同步的影响。这里仅考虑幅值测量误差进行门槛值的整定，取5％的变压器高压侧二次额定相电压作为门槛值。

门槛值计算：

$S_{\mathrm{zd}-U}=0.05\frac{U_H}{\sqrt{3}{n}_H^{\&prime;}}---\left(13\right)$

三、隐藏故障诊断结果分析及诊断结果输出

1.电流测量回路的隐藏故障诊断结果分析；

实施例1：在公式(7-1)中

g_1a＝1

成立，则说明后备保护装置(1)的a相电流测量回路存在隐藏故障。

实施例2：在公式(7-1，7-2，7-3)中

g_3a＝1

g_3b＝1

g_3c＝1

均成立，则说明差动保护装置高压侧三相电流测量回路均存在隐藏故障。

2.电压测量回路的隐藏故障诊断结果分析；

实施例3：在公式(12-1)中

g_Ua＝1

成立，则说明后备保护装置I或后备保护装置II的a相电压测量回路存在隐藏故障。

3.隐藏故障诊断结果的报警输出方式，当隐藏故障诊断计算机对数字式变压器差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II的测量值通过分析比较检测到对应保护装置测量回路存在隐藏故障时，隐藏故障诊断计算机将隐藏故障信息发送至监控主机，监控主机发出对应差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II测量回路存在隐藏故障的报警信号。

Claims (1)

1.一种数字式变压器保护装置测量回路的隐藏故障诊断方法，其特征在于：所述的隐藏故障诊断方法包括以下步骤：

1)隐藏故障诊断计算机实时采集数字式变压器差动保护装置高、低压侧的电流测量值幅值和后备保护装置I与后备保护装置II的电流和电压测量值；

其中变压器差动保护装置高压侧的电流取自高压侧电流互感器CT的二次绕组CT3，低压侧的电流取自低压侧电流互感器CT的二次绕组CT4；后备保护装置I的测量电流取自变压器高压侧电流互感器CT的二次绕组CT1，测量电压取自变压器高压侧母线电压互感器二次绕组PT1；后备保护装置II的测量电流取自变压器低压侧电流互感器CT的二次绕组CT2，测量电压取自变压器低压侧母线电压互感器二次绕组PT2；

2)根据差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II输入信息的相关性分别对采集的电流测量值和电压测量值运用方差分析法进行分析比较，并分别对电流测量回路和电压测量回路进行诊断；其中：电流测量回路的隐藏故障诊断，用在k时刻采集的差动保护装置高、低压侧的电流测量值幅值和后备保护装置I与后备保护装置II的电流测量值计算k时刻的三相电流测量值的均值，它们分别为：

式中 ——k时刻采集的后备保护装置I的三相电流测量值；

——k时刻采集的后备保护装置II的三相电流测量值；

——k时刻采集的差动保护装置高压侧的三相电流测量值幅值；

——k时刻采集的差动保护装置低压侧的三相电流测量值幅值；

K_I——变压器两侧二次电流之间的平衡系数；

将每一相电流测量回路的m个电流测量值作为一个样本，m取10，i表示一个样本中m个电流测量值的第i个测量值，以式中(3-1，3-2，3-3)计算的k时刻的对应相电流均值作为k时刻的样本均值，计算k时刻样本的标准差，它们分别为：

式中 ——k时刻后备保护装置I的三相电流测量值的标准差；

——k时刻后备保护装置II的三相电流测量值的标准差；

——k时刻差动保护装置高压侧三相电流测量值幅值的标准差；

——k时刻差动保护装置低压侧三相电流测量值幅值的标准差；

将式中(4-1，4-2，4-3，4-4，4-5，4-6，4-7，4-8，4-9，4-10，4-11，4-12)计算的结果分别与差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障报警门槛值S_zd比较后重新赋值： 

(5-1)

(5-2)

(5-3)

式中j——j的取值范围为1≤j≤4，j为1代表后备保护装置I，j为2代表后备保护装置II，j为3代表差动保护装置高压侧，j为4代表差动保护装置低压侧；

计算差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障函数，由式中(5-1，5-2，5-3)经赋值以后的标准差值，对连续n个标准差值求积，取n≥3，

根据式中(6-1，6-2，6-3)计算的隐藏故障函数值确定差动保护装置和后备保护装置I、后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障范围，假定g_ja、g_jb、g_jc为最终确定的差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II电流测量回路的隐藏故障范围，g_ja、g_jb、g_jc等于1表示j对应的差动保护装置或后备保护装置I与后备保护装置II对应相电流测量回路存在隐藏故障，g_ja、g_jb、g_jc等于0表示j对应差动保护装置或后备保护装置I与后备保护装置II对应相电流测量回路正常；

g_ja＝1

                           (7-1)

g_ja＝0

g_jb＝1

                           (7-2)

g_jb＝0

g_jc＝1

                           (7-3)

g_jc＝0

其中：电压测量回路的隐藏故障诊断，将后备保护装置I的m个a、b、c三相的相电压测量值作为一组数据，后备保护装置II的m个a、b、c三相的相电压测量值作为另一组数据，m取10，i表示一个组数据中m个电压测量值的第i个测量值，计算k时刻这两组数据之间的均方差，它们定义为： 

式中 

——k时刻后备保护装置I的三相电压测量值；

——k时刻后备保护装置II的三相电压测量值；

K_U——变压器两侧二次电压之间的平衡系数；

将式中(9-1，9-2，9-3)计算结果同后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障报警门槛值S_zd-U比较后重新赋值：

(10-1)

(10-2)

(10-3)

计算后备保护装置I、后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障函数，由式中(10-1，10-2，10-3)经赋值后的均方差值，对连续n个均方差值求积，取n≥3，

根据式中(11-1，11-2，11-3)计算的隐藏故障函数值确定后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障范围，假定g_Ua、g_Ub、g_Uc为最终确定的后备保护装置I与后备保护装置II电压测量回路的隐藏故障范围，g_Ua、g_Ub、g_Uc等于1表示后备保护装置I与后备保护装置II对应相电压测量回路存在隐藏故障，g_Ua、g_Ub、g_Uc等于0表示后备保护装置I与后备保护装置II对应相电压测量回路正常；

g_Ua＝1

                           (12-1)

g_Ua＝0

g_Ub＝1

                           (12-2)

g_Ub＝0 

g_Uc＝1

                            (12-3)

g_Uc＝0

3)隐藏故障诊断结果输出，隐藏故障诊断计算机将诊断的对应差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II测量回路的隐藏故障信息发送至监控主机，监控主机发出对应差动保护装置和后备保护装置I与后备保护装置II测量回路存在隐藏故障的报警信号。 

Images