CN101666840B

CN101666840B - 变压器涌流的畸变度检测方法

Info

Publication number: CN101666840B
Application number: CN2009101835695A
Authority: CN
Inventors: 仇资; 常旭东
Original assignee: NANJING NANDIAN RELAYS AUTOMATION CO Ltd
Current assignee: Nanjing Nandian Relays Automation Co., Ltd.
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2029-09-23
Also published as: CN101666840A

Abstract

变压器涌流的畸变度检测方法，利用涌流中造成涌流畸变的丰富的高次谐波，全面地反映涌流的畸变程度，根据畸变程度判断变压器电流发生异常时是故障电流还是励磁涌流。为此定义了畸变度Q，并说明了Q的计算方法：先用差分算法滤去直流分量，然后用余弦滤波器滤出基波分量；当为故障电流时，余弦滤波前后的两序列数值基本一致，故Q值很小；当为励磁涌流时，余弦滤波前后的两序列数值相差很大，故Q值较大。适当选取一阈值，可以严格区分故障电流与励磁涌流。本发明方法在判据上具有较高的冗余度，可以采用“与”门制动，因此，当空投于有故障的变压器时差动保护不会延时动作。本发明可改善变压器差动保护长期正确动作率不高的状况。

Description

变压器涌流的畸变度检测方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，适用于变压器差动保护，用于变压器故障电流与励磁涌流的判别，为一种变压器涌流的畸变度检测方法。

背景技术

由于导引线比较短，差动保护比较适用于作为变压器的主保护，且具有良好的性能。但是当变压器空投合闸时会产生励磁涌流，此励磁涌流即为差流，会使差动保护误动。因此，必须采取措施防止变压器空载合闸时的励磁涌流造成的差动保护的误动。目前已采用的方法有：检测涌流的二次谐波的含量；检测涌流的间断角的大小；检测涌流的正负半波的对称度。这些方法都是检测涌流发生畸变时的某一特征量，以此判断差动电流是励磁涌流还是故障电流，从而决定差动保护是否动作。

变压器励磁涌流的畸变程度与许多因素有关，例如：变压器铁芯材料及特性、铁芯的工作磁密、饱和磁密、剩磁、空投时的合闸角等等，其中剩磁与合闸角是随机的。因此，涌流的畸变程度就不是唯一的，我们需要检测的特征量也是不确定的。励磁涌流有一明显的特征，就是它含有大量的二次谐波，在主变压器主保护中就利用这个特性，来防止励磁涌流引起保护误动作，但是励磁涌流中二次谐波所占基波比例虽然相对其他谐波所占比例比较大，却不是一个确定的值，而是在一定范围内随有关因素的变化而变化，目前只能得出这样的结论：三相涌流中总有一相大于20％。根据这一结论，差动保护制动方式只能采用“或”门制动，这正是二次谐波制动方法的缺陷之一。间断角的制动方法也有类似问题，间断角的定值一般取65度，这只能保证饱和磁密与工作磁密之比为1.2，剩磁为0.5时可靠制动。波形对称，即偶次谐波制动的制动方法在对称涌流的情况下，效果就不能令人满意了。另外，变压器在过激磁时，其励磁电流波形就是对称的，此时就无法正常判断励磁电流。

总之，目前的各种方法仅仅从电流畸变程度的某一个方面反映涌流的畸变，没有全面的反映涌流的畸变情况，不可避免地具有这样或那样的局限性，差动保护制动判据的冗余度相对较低，容易出现误动或延时动作。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有的变压器涌流畸变程度的检测方法都只能反应畸变程度的一个方面，存在局限性，需要一种全面反映涌流的畸变程度，从而更可靠地保证差动保护在空载合闸与过激磁时不误动的检测方法，并且更严格地区分励磁电流和故障电流，以提高差动保护的正确动作率。

本发明的技术方案为：变压器涌流的畸变度检测方法，利用涌流中造成涌流畸变的丰富的高次谐波，全面地反映涌流的畸变程度，高次谐波的数值越大，畸变程度越高，根据畸变程度判断变压器电流发生异常时是故障电流还是励磁涌流。

变压器励磁涌流的严重畸变产生了丰富的高次谐波，换句话说，是这些高次谐波造成了涌流的畸变；而故障电流就不含有这样丰富的高次谐波。因此，如果能利用这些高次谐波来检测励磁涌流，就能够全面反映涌流的畸变程度。

定义畸变度Q：

Q = \frac{Σ_{k = 1}^{n} | i_{k} - i_{1 k} |}{I_{1}}

式中：i_k为某一时刻滤除直流分量的检测电流的信号值；i_1k为该时刻的基波数值；I₁为基波的有效值；n为采样点数；对检测时刻的电流滤去直流分量，得到包含各高次谐波的电流数值序列，再滤出基波数值序列，与所述滤去直流分量的电流数值序列进行比较，当异常电流为故障电流时两序列基本一致，当为励磁涌流时，两序列相差很大，根据畸变度Q的大小区分变压器电流发生异常时是故障电流还是励磁涌流。

为了计算出Q值，首先对被检测电流i用差分算法滤去其中的直流分量，得到i_k序列，再用数字余弦滤波器滤出基波分量的i_1k序列，本发明特别采用数字余弦滤波器，滤波前后没有相位移，可以准确和原序列进行比较，然后用常规的傅立叶变换计算出I₁，就可根据Q值的计算公式计算出Q值。

对于故障电流来说，滤去直流分量后基本为一个正弦波，再经余弦滤波依然是一个正弦波，而数字余弦滤波器滤波前后没有相位移，也就是说，故障电流的i_k序列与i_1k序列是基本相同的，故计算出的Q值很小。而对于励磁涌流来说，经差分算法滤去直流分量以后，各高次谐波得以保留，也就是说，i_k序列中包含基波和各高次谐波，再经余弦滤波滤出基波的i_1k序列。显然，此时的i_k与i_1k两序列相差甚远，故计算出的Q值很大。

本发明定义的畸变度Q值，全面地反映了变压器涌流的畸变程度，因此能够更可靠地保证差动保护在变压器空载合闸时不误动，并且能够更严格区分励磁电流与故障电流，且区分判据具有较高的冗余度，判断精确度高。因此，可以采用“与”门制动方式进行变压器三相的差动保护，这样就保证了在空投于有故障的变压器时差动保护不会延时动作。本发明可以改善变压器差动保护长期正确动作率不高的状况。

具体实施方式

下面具体说明本发明的实施方式。

采用高性能的微处理器，经模数变换得到各侧各相的实时电流的采样值，当相电流突变量大于0.5Icd，或者当差流大于0.8Icd，则判断变压器出现异常。

运用本发明方法进行检测判断，求取畸变度Q，

Q = \frac{Σ_{k = 1}^{n} | i_{k} - i_{1 k} |}{I_{1}}

式中：i_k为检测的某一时刻滤除直流分量的信号值；i_1k为该时刻的基波数值；I₁为基波的有效值；n为采样点数。首先采用差分算法滤除直流分量，得到i_k序列；然后数字余弦滤波器滤出基波的数字量，即可得到i_1k序列；再用常规算法计算出基波的有效值。这样就可计算出Q的值。

经大量的仿真和试验，当采样点为20点时，可以得出变压器差动保护的制动判据为：

Q＞5

也可以得出变压器差动保护的动作判据为：

Q＜5

Ic＞Icd

式中Ic为差流，Icd为差动定值。

也就是当计算的Q值大于5时，认为是是励磁涌流，小于5时为故障电流，变压器差动保护据此动作。采样点越多，Q值计算越精确，一般取20点足够进行故障电流和励磁涌流的区分。

为了防止变压器区外穿越性故障，仍需采用常规的比例制动方法。

下面以两个现场具体的录波数据为例，分别计算出Q值。一个是含有较大非周期分量的故障电流；一个是典型的对称性励磁涌流。以便对故障电流和励磁涌流两种电流的Q值的数值的不同，有一个基本的认识。

(一)首先以银川新城变压器一次故障的A相电流的录波数据为基础，分别计算出i_k，i_k1的数据如表1，其中i为原始录波数据，即检测电流：

表1

i	i_k	i_k1
			17.6403.980-6.970-13.828-16.201-14.370-8.6700.46712.27725.67539.16751.22060.60166.43168.20665.81559.12548.62335.48621.134	-47.064-43.660-34.999-21.920-7.5855.85218.21829.20437.74742.82343.12338.52429.98418.6345.673-7.642-21.383-33.567-41.989-45.872	-35.672-34.826-29.915-20.925-8.5565.94219.86631.35639.72744.39144.76240.56732.20220.6487.196-6.759-20.075-31.573-40.090-44.575

I₁可用常规的傅里叶变换计算出来，约为31.8。有了这些数据就可计算此电流的Q值约为：1.85。

(二)以茬平变压器一次空投的A相励磁电流的录波数据为基础，同样分别计算出i_k，i_k1的数据，如表2，其中i为原始录波数据，及检测电流：

表2

i	i_k	i_k1
			-13.846-6.521-3.195-1.700-0.971-0.597-0.1120.2980.8221.4764.85812.12720.12521.73211.4366.0543.4191.793-1.812-10.016	23.11523.41210.6314.7782.3301.1951.5501.3101.6752.09010.81023.23325.5635.136-32.908-17.202-8.422-5.197-11.522-26.222	-8.060-3.2201.0644.6187.2278.8719.4928.9917.5895.4683.7602.8411.791-0.847-6.644-10.003-10.947-9.850-7.524-5.471

I₁可用常规的傅里叶变换计算出来，约为9.0。有了这些数据就可计算此电流的Q值约为：25.7。

通过以上两个典型的具体例子，可以看到：故障电流时，Q值仅为1.85，远小于设定的定值5；而空投时Q值为25.7，远大于定值，判据的冗余度很高，判断结果精确度高。此时变压器的差动保护可以采用“与”门制动方式，准确度高。

Claims

1.变压器涌流的畸变度检测方法，其特征是利用涌流中造成涌流畸变的丰富的高次谐波，全面地反映涌流的畸变程度，谐波的总数值越大，畸变程度越高，根据畸变程度判断变压器电流发生异常时是故障电流还是励磁涌流，定义畸变度Q：

Q = \frac{Σ_{k = 1}^{n} | i_{k} - i_{1 k} |}{I_{1}}

2.根据权利要求1所述的变压器涌流的畸变度检测方法，其特征是用差分算法对检测电流滤去直流分量，用数字余弦滤波器滤出基波数值。