CN101820166A - 基于变压器等效励磁阻抗频域特征的励磁涌流判别方法 - Google Patents

Abstract

基于变压器等效励磁阻抗频域特征的励磁涌流判别方法，由等效励磁阻抗的频域特征判别励磁涌流：变压器等效励磁阻抗Z随时间变化，经过1个工频周期N点采样离散化后表示为Z(n)；对Z(n)进行频域分析，取直流分量幅值|Z(0)|和基波分量幅值|Z(1)|的比例与设定的固定比例门槛定值Kzd进行励磁涌流的判别。本发明根据变压器发生励磁涌流现象时，其励磁阻抗在频域上的特征来区分励磁涌流和短路故障电流，简单、明确，不需要考虑系统参数和变压器参数，能够自动适应各种类型的变压器和变压器的各种接线方式，以及系统的各种运行方式和系统结构的变化，在仅有变压器涌流时能够可靠闭锁，在变压器故障和励磁涌流同时存在区内故障时能够迅速动作。

Description

基于变压器等效励磁阻抗频域特征的励磁涌流判别方法

技术领域

本发明涉及为一种新型的变压器差动保护中励磁涌流的鉴别方法，属于电力系统自动化中主设备继电保护技术领域，为一种基于变压器等效励磁阻抗频域特征的励磁涌流判别方法。

背景技术

在变压器保护中如何区分励磁涌流和故障电流是一个难题。目前在实际系统中配置的变压器保护主要采用以涌流波形特征为依据的二次谐波制动原理、间断角原理以及波形对称等原理来判别励磁涌流，其中二次谐波制动原理应用最为广泛。这类以涌流波形特征为主的识别方法虽有一定的识别效果，但实际应用中由于变压器励磁涌流的波形特征随系统电压和等值电抗、合闸初相角、剩磁大小和方向、绕组接线方式和中性点接地方式、铁心结构、铁心材料和组装工艺、磁滞回线和局部磁滞环等的不同而改变，这类仅仅以涌流波形特征为依据的防止由励磁涌流引起误动的措施均不能保证变压器差动保护在励磁涌流发生时不误动。这本质上是因为变压器其为一个时变的非线性系统，并非线性系统，单以电流量或者电压量均难以对其进行完全的描述，必须同时综合使用电压与电流信息来进行识别，才能找更适合于变压器的涌流闭锁的新原理。目前综合了电压和电流信息的磁通特性鉴别法和等值电路参数鉴别法虽不需考虑涌流波形，而是利用电压、电流来识别变压器参数的变化，从而判别变压器故障与否，但这两种方法都需要变压器参数或系统参数，实际应用中很难准确测定被保护的变压器的参数或者系统参数，实用价值不高。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有的以涌流波形特征为主的变压器励磁涌流辨识方法易引起变压器差动保护误动，辨识效果不理想；利用电压、电流来识别变压器参数的变化，从而判别变压器故障与否的方法，需要变压器参数或系统参数，而实际应用中很难准确测定被保护的变压器的参数或者系统参数，实用价值不高。

本发明的技术方案为：基于变压器等效励磁阻抗频域特征的励磁涌流判别方法，由等效励磁阻抗的频域特征判别变压器的励磁涌流，具体为：

利用变压器继电保护装置采集的电压电流计算得到变压器等效励磁阻抗：

Z＝U/I                                (1)

式(1)中U、I为通过滤波算法得到的电压、电流在某一时刻的计算幅值，Z随时间变化，用Z(t)表示，经过1个工频周期N点采样离散化后表示为Z(n)；

对Z(n)进行频域分析，提取其直流分量和工频周期分量幅值：

$Z\left(k\right)=\mathrm{DFT}\left[Z\left(n\right)\right]={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{N-1}\left(Z\left(n\right)\right)e^{-\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}},k=\mathrm{0,1}---\left(2\right)$

取直流分量|Z(0)|幅值和基波分量幅值|Z(1)|进行判别：

|Z(1)|/|Z(0)|＞Kzd            (3)

其中Kzd为固定比例门槛定值，当满足式(3)时，认为变压器为励磁涌流，闭锁比例差动保护。

本发明Kzd优选取1～2。

本发明针对现有变压器励磁涌流判别的不足，提供一种新型、可靠安全的变压器励磁涌流闭锁判据，保证变压器保护在仅仅励磁涌流时不误动作，在有内部故障时可靠迅速动作。

本发明的工作原理是：变压器的磁化曲线是非线性的，当在正常运行状态和发生区内或区外故障时，变压器运行在磁化曲线的线性段，励磁阻抗是基本保持不变的，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，因而在一个工频周波内，变压器铁芯周期性地进入饱和区和退出饱和区，相应的测量到的励磁阻抗也表现出工频周期性的变化。当变压器发生匝间短路时，可以把短路部分看作第三绕组，这就相当于一台三绕组变压器在第三绕组发生短路，在正常运行时发生匝间短路，变压器铁芯中的磁通是下降的，且工作在线性段。当空投于匝间故障时，即使励磁阻抗Zm变化很大，由于系统阻抗Zs很小，Zs和Zm并联后测量到的等效励磁阻抗Z也基本保持不变，且短路匝数越多，Zs越小，测量到的励磁阻抗的变化也越小。

计算励磁阻抗的基波分量幅值|Z(1)|和直流分量|Z(0)|，|Z(1)|代表励磁阻抗的按基波频率进行周期性变化的分量的幅值，代表的是励磁阻抗的周期性变化，|Z(0)|代表励磁阻抗中恒定不变分量的幅值。当变压器正常运行或故障期间时，励磁阻抗维持不变，基波分量|Z(1)|基本为0，直流分量维持一恒定值，|Z(1)|/|Z(0)|远小于1，接近于0，当励磁涌流时发生时，励磁阻抗按基波频率变化，基波分量大增，|Z(1)|/|Z(0)|迅速增大，由此通过识别变压器等效励磁阻抗在励磁涌流发生时的工频周期变化特征可以区分是否发生变压器励磁涌流。|Z(1)|/|Z(0)|这一表达式实际是判别了励磁阻抗是否存在按基波频率进行的周期性变化。

励磁阻抗的大小在发生励磁涌流时会发生变化，本发明没有采取直接由励磁阻抗大小的变化程度来辨识励磁涌流，而是由励磁阻抗是否存在周期变化的特征来判断。因为在不同的系统、不同的运行方式和不同的故障形式下，励磁阻抗会呈现出不同的变化幅度，只通过判别励磁阻抗发生变化的程度会不易把握，而本发明通过判别励磁阻抗的频域特性具有更好的识别性能，本发明基本不受系统变化和不同变压器参数的影响，判别更简单和可靠。

本发明的有益效果是：根据变压器发生励磁涌流现象时其励磁阻抗在频域上的特征来区分励磁涌流和短路故障电流，方法简单、明确，不需要考虑系统参数和变压器参数，由前面本发明的原理阐述可见，本发明通过识别等效励磁阻抗的工频周期变化特征来判别励磁涌流，这一判据不依赖具体变压器系统的参数或运行方式、运行环境，而是基于变压器的基本运行原理，因此能够自动适应各种类型的变压器和变压器的各种接线方式，也可以自动适应系统的各种运行方式和系统结构的变化，根据|Z(1)|/|Z(0)|与设定的Kzd比较，快速准确判断变压器是否存在励磁涌流，在涌流时能够可靠闭锁，在非涌流的状况下，即|Z(1)|/|Z(0)|＜Kzd时，只需要对变压器是否存在故障电流做判断和处理，而不用考虑励磁涌流。

附图说明

图1为本发明方法的程序流程图。

具体实施方式

图1为本发明流程图，变压器通过等效励磁阻抗的频域特征判别变压器是否存在励磁涌流，具体为：

首先由保护装置对变压器各电流、电压进行实时采样和滤波计算，利用装置安装处采集电压电流，对采集和滤波后的电压电流进行幅值计算，得到变压器等效励磁阻抗：

Z＝U/I            (1)

式(1)中U、I为通过滤波算法得到的电压、电流在某一时刻的计算幅值，Z随时间变化，用Z(t)表示，经过1个工频周期N点采样离散化后表示为Z(n)；

对Z(n)进行频域分析，提取其直流分量和工频周期分量幅值：

$Z\left(k\right)=\mathrm{DFT}\left[Z\left(n\right)\right]={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{N-1}\left(Z\left(n\right)\right)e^{-\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}},k=\mathrm{0,1}---\left(2\right)$

取等效励磁阻抗的直流分量|Z(0)|幅值和基波分量幅值|Z(1)|进行判别：

|Z(1)|/|Z(0)|＞Kzd    (3)

其中Kzd为固定比例门槛定值，一般取1～2，当满足式(3)时，认为变压器为励磁涌流，闭锁比例差动保护。

本发明提出了一种基于测量变压器等值模型中，励磁阻抗的频域特性变化规律的一种新型可靠的励磁涌流判别方法，相比现有的变压器涌流辨识方法，本发明不需要依赖变压器参数或者系统参数，仅仅依靠识别励磁阻抗在变压器正常运行和励磁涌流发生时的变化特征进行判别，具有高度的可靠性和很好的实用性。

Claims (2)

1.基于变压器等效励磁阻抗频域特征的励磁涌流判别方法，其特征是由等效励磁阻抗的频域特征判别变压器的励磁涌流，具体为：

利用变压器继电保护装置采集的电压电流计算得到变压器等效励磁阻抗：

Z＝U/I            (1)

式(1)中U、I为通过滤波算法得到的电压、电流在某一时刻的计算幅值，Z随时间变化，用Z(t)表示，经过1个工频周期N点采样离散化后表示为Z(n)；

对Z(n)进行频域分析，提取其直流分量和工频周期分量幅值：

$Z\left(k\right)=\mathrm{DFT}\left[Z\left(n\right)\right]={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{N-1}\left(Z\left(n\right)\right)e^{-\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{kn}},k=\mathrm{0,1}---\left(2\right)$

取直流分量|Z(0)|幅值和基波分量幅值|Z(1)|进行判别：

|Z(1)|/|Z(0)|＞Kzd                (3)

其中Kzd为固定比例门槛定值，当满足式(3)时，认为变压器为励磁涌流，闭锁比例差动保护。

2.根据权利要求1所述的基于变压器等效励磁阻抗频域特征的励磁涌流判别方法，其特征是Kzd取1～2。

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