CN103986120A - 基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，包括保护启动模块（1）、慢速涌流算法模块（2）、快速涌流算法模块（3）和保护动作出口模块（4）；快速涌流算法模块（3）包括快速涌流陷阱态判别模块（301）、快速磁通制动计算模块（302）和转角补偿计算模块（303）；本差动保护采用了陷阱复判的励磁涌流判别机制，在不改变传统变压器差动保护原理的基础上，将快速磁通制动判据与常规涌流识别判据相结合，并在快速涌流判据无效时，通过慢速涌流识别判据继续处理。既提高了故障时差动保护的动作时间，又增加了在励磁涌流助增情况下差动保护制动的冗余性，对传统的变压器差动保护原理进行了补充及改进。

Description

基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统智能变电站继电保护领域，尤其涉及一种基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护装置及方法。

背景技术

励磁涌流的判别一直是变压器保护最主要的难点，如何区分励磁涌流与故障电流一直是变压器保护从业人员多年来研究的方向。传统的变压器保护一般都是基于整周波的数据窗来进行涌流判断，如二次谐波制动、波形对称判别等，所以其动作出口速度必然在20ms以后，如变压器合闸于故障变压器，由于涌流制动特性的影响继电保护的动作速度会进一步放慢。随着大电网建设电压等级的不断提高，系统安全对继电保护的动作速度要求越来越高，所以如何解决变压器保护的快速可靠动作是主要研究方向。为了解决这一问题，国内最早建设的特高压变压器保护中曾采用磁通制动原理来作为变压器保护的主原理。但磁通制动原理是以单相变压器作为研究模型来进行的原理设施，必须得在变压器套管内部增加套管CT从而将原有的变压器三圈转角模型转换成三个单相变压器。而一般的变压器的套管CT在选型时由于体积的限制其暂态饱和等级达不到差动保护对于CT饱和特性的要求，且大多数变压器都是三圈变压器其内部一般不配置套管CT。而电子式互感器的应用更加使得套管CT的应用变为不可能。

国内外目前变压器保护一般都是采用基于故障稳态过程二次谐波制动的变压器保护，以及基于故障暂态过程的波形识别制动的变压器保护。这些原理的保护都是一个整周波数据窗作为判别依据的，所以其动作速度一定大于20ms，并且都是利用的经验参数其理论模型都存在缺陷。原有磁通制动原理的数学模型是以单相变压器作为对象，所以其适应性非常有限。并且对电子式互感器的应用存在巨大的理论盲区。例如，CN1571230A公开了一种虚拟磁通差动电流特性的变压器差动保护方法，提出了虚拟磁通的概念，基于简单、方便且灵活性大等优点，但是保护动作慢，出口动作时间为1.5～2倍工频周期，技术动作出口时间一般为1倍工频周期(20ms)；无法应用于带转角的三圈变压器问题，目前变电站三圈变主要为带转角的Y/Y/d11绕组接线方式，现有技术基于单相变压器模型转换成三个单相变压器，不能直接应用于带转角的三圈变压器。

如何解决三圈变压器的可靠快速动作，目前还没有一种原理能够有效实现。所以目前急需研究一种基于磁通的算法，能够支持变压器转角后电流的磁通制动算法。

发明内容

发明目的：为了更好的解决现有变电站变压器保护的励磁涌流闭锁问题，针对常规涌流闭锁判据速度较慢而快速磁通制动在角形绕组侧转角时的局限性，研制出基于单相磁通制动陷阱复判的涌流识别算法，适用于低压侧转角的三圈变压器保护，以满足电网和变电站的发展需求，有必要提供一种基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护装置及方法。

本发明技术方案如下：

基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，包括保护启动模块、慢速涌流算法模块、快速涌流算法模块和保护动作出口模块。

快速涌流算法模块包括快速涌流陷阱态判别模块、快速磁通制动计算模块和转角补偿计算模块。

保护启动模块、均与慢速涌流算法模块、快速涌流陷阱态判别模块、转角补偿计算模块相连接，转角补偿计算模块、快速磁通制动计算模块、快速涌流陷阱态判别模块、慢速涌流算法模块依次顺序连接，快速涌流陷阱态判别模块与保护动作出口模块相连接，慢速涌流算法模块与保护动作出口模块相连接。

保护启动模块采用差流突变量启动，判据为式(1)：

|i_φ(t)-2i_φ(t-T)+i_φ(t-2T)|＞0.5I_cd  (1)

当式(1)条件为真时，保护启动，

其中i_φ(t)为相差动电流离散值，I_cd为差动保护动作定值；t为当前采样时刻，T为采样间隔时间；

即，当任一相差流突变量连续三次大于启动阈值时，保护启动，进入励磁涌流识别。

快速涌流陷阱态判别模块基于变压器空载合闸时非助增相主涌流与星型侧零序电流的变化一致性，对三相转角差流进行主涌流选相，根据差流的瞬时值突变，识别出三相差流中电流变化趋势未受到方向性影响的主涌流相，即差流最大相，如下：

I_dmax＝I_max{ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc}

I_dmax为差流最大相，ΔI_da为a相差流突变值，ΔI_db为b相差流突变值，ΔI_dc为c相差流突变值；I_max{ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc}表示ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc取最大值；

判断主涌流相，比较三相差流瞬时值在同一时域内的差流突变值ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc，若至少其中有一相的差流突变值超过定值1.5，则判断该相为主涌流相；若没有任何相满足，则认为主涌流相判别失败；当主涌流相判别失败时，即主涌流相无法判别，快速涌流陷阱失效，退出快速涌流陷阱状态，即退出快速涌流算法模块，进入慢速涌流算法模块，采用慢速涌流算法对励磁涌流进行识别。

转角补偿计算模块对三圈变的角型侧环外CT电流进行转角变换，在Yd11绕组接线方式下，角型侧各相绕组电流与线电流关系为式(2)：

$\left\{\begin{array}{c}{I_a}^{\′}=(I_a-I_c)/\sqrt{3}\\ {I_b}^{\′}=(I_b-I_a)/\sqrt{3}\\ {I_c}^{\′}=(I_c-I_b)/\sqrt{3}\end{array}\right.---\left(2\right)$

I_a'为a相绕组电流，I_b'为b相绕组电流，I_c'为c相绕组电流，I_a为a相线电流，I_b为b相线电流，I_c为c相线电流；

对转角后电流进行环流补偿，计算角型侧绕组电流，并计算各相补偿后相绕组转角后差流如式(3)：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{da}}=I_A+{I_a}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{db}}=I_B+{I_b}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{dc}}=I_C+{I_c}^{\′}-I_0\\ I_0=(I_A+I_B+I_C)/3\end{array}\right.---\left(3\right)$

I_da为a相差流，I_db为b相差流，I_dc为c相差流，I₀为零序电流，I_A为A相线电流，I_B为B相线电流，I_C为C相线电流；一般在对变压器的接线描述中，A相、B相、C相表示变压器的高压侧的三相，a相、b相、c相表示变压器的低压侧的三相；

经过转角及环流补偿，将对三相Yd绕组连接变压器的励磁电流计算转换为单相Yy绕组励磁电流计算，在选出最大差流相I_dmax后，采用式(3)进行转角补偿，计算得到对应主涌流相的绕组差流。

快速磁通制动计算模块进行磁通制动具体包括以下步骤：

差流(变压器的差流是专业术语，指变压器各侧电流矢量相加后得到的差值，用在变压器差动保护中)经转角补偿计算模块的转角补偿后，转换为单相绕组磁通关系，即简化为双绕组单相变压器的简化等值电路模型，获取知励磁电感与电压电流关系如式(4)：

$U_1-R_1{i}_1-L\frac{{\mathrm{di}}_1}{\mathrm{dt}}=M\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

U₁为端电压，i₁为流入绕组电流，L为绕组电感，R₁为原绕组电阻，i_did为励磁涌流，M为励磁电感；述双绕组单相变压器的简化等值电路模型包括一个励磁电感、两个绕组电感和两个绕组电阻，两个绕组电感分别串联一个绕组电阻后与励磁电感并联连接。

为简化计算，忽略原副边绕组电感L及原副边绕组电阻R₁，得到变压器励磁电感M的简化公式如式(5)：

$M=\frac{U_1}{\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}}---\left(\text{5}\right)$

将上述公式离散化，得到励磁电感的数字化计算公式(6)：

$M_n=\frac{U_n}{i_{d(n+1)-}{i}_{d(n-1)}}---\left(6\right),$

n表示离散数据序列，M_n表示离散化下励磁电感；

变压器产生励磁涌流时，励磁磁通非线性变化；变压器发生内部故障时，绕组差流反应了故障电流；根据励磁涌流与励磁电感M的变化关系，可通过励磁电感M变化曲线趋势区分差流是故障电流还是励磁电流；

如果连续三次计算满足式(7)：

M_n-M_n+6≥k  (7)k为励磁电感变化越限定值，取值为3；

则判定差流为励磁涌流，闭锁差动保护，否则为故障电流，进入保护动作处理；此处，快速磁通制动计算模块将快速磁通制动计算的结果发送给快速涌流陷阱态判别模块，结合快速涌流陷阱态判别模块的主涌流相判别的结果，判断主涌流相差流是否为励磁涌流；

在每周波80点高速采样下，保护启动后的1/4工频周期内，可完成励磁电感变化判定，实现快速的涌流算法判据。

慢速涌流算法模块采用慢速的的二次谐波制动或波形对称涌流识别算法，在启动一个工频周期后，对励磁涌流进行判定，通过检测差流中二次谐波含量或波形对称度是否满足定值(如果差流中二次谐波含量大于定值20％或波形对称度小于定值0.6，则闭锁保护)，判定是否需要闭锁保护。

保护动作出口模块运行步骤如下，当快速涌流算法或慢速涌流算法有效判定差动电流为故障电流后，进入保护动作出口模块，依据差动速动算法或比率制动算法对区内故障进行响应处理，若变压器差动电流大于保护动作定值且未被闭锁，保护动作出口模块4根据预设的跳闸方式发送出口跳闸信号。

基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S01，判断变压器差动保护是否启动：保护启动模块(1)采用差流突变量启动，判断式(1)是否为真：

|i_φ(t)-2i_φ(t-T)+i_φ(t-2T)|＞0.5I_cd  (1)

当式(1)条件为真时，保护启动，采样数据同时发送至慢速涌流算法模块、快速涌流陷阱态判别模块和转角补偿计算模块，进入励磁涌流识别；

S02，快速涌流陷阱态判别模块判别主涌流相：快速涌流陷阱态判别模块识别出三相差流中电流变化趋势未受到方向性影响的主涌流相，即差流最大相I_dmax，如下：

I_dmax＝I_max{ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc}

比较三相差流瞬时值在同一时域内的差流突变值ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc，若至少其中有一相的差流突变值超过定值1.5，则判断该相为主涌流相；若没有任何相满足，则认为主涌流相判别失败，进入慢速涌流算法模块，进行慢速涌流算法判断，即进入步骤S06；

S03，三圈变的角型侧环外CT电流进行转角变换并进行环流补偿：在步骤S02快速涌流陷阱态判别模块判别主涌流相的同时，转角补偿计算模块对三圈变的角型侧环外CT电流进行转角变换，在Yd11绕组接线方式下，角型侧各相绕组电流与线电流关系为式(2)：

$\left\{\begin{array}{c}{I_a}^{\′}=(I_a-I_c)/\sqrt{3}\\ {I_b}^{\′}=(I_b-I_a)/\sqrt{3}\\ {I_c}^{\′}=(I_c-I_b)/\sqrt{3}\end{array}\right.---\left(2\right)$

I_a'为a相绕组电流，I_b'为b相绕组电流，I_c'为c相绕组电流，I_a为a相线电流，I_b为b相线电流，I_c为c相线电流；通过式(2)将三相线电流进行转角变换为绕组电流；

对转角后电流进行环流补偿，计算角型侧绕组电流，并计算各相补偿后相间绕组转角后差流如式(3)：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{da}}=I_A+{I_a}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{db}}=I_B+{I_b}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{dc}}=I_C+{I_c}^{\′}-I_0\\ I_0=(I_A+I_B+I_C)/3\end{array}\right.---\left(3\right)$

I_da为a相差流，I_db为b相差流，I_dc为c相差流，I₀为零序电流，I_A为A相线电流，I_B为B相线电流，I_C为C相线电流；A相、B相、C相表示变压器的高压侧的三相，a相、b相、c相表示变压器的低压侧的三相；

经过转角及环流补偿，将对三相Yd绕组连接变压器的励磁电流计算转换为单相Yy绕组励磁电流计算；

S04，快速磁通制动计算模块进行磁通制动计算：由于经过步骤S03对差流进行转角补偿后，转换为单相绕组磁通关系，可以采用双绕组单相变压器的简化等值电路模型，获取知励磁电感与电压电流关系如式(4)：

$U_1-R_1{i}_1-L\frac{{\mathrm{di}}_1}{\mathrm{dt}}=M\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

U₁为端电压，i₁为流入绕组电流，L为绕组电感，R₁为原绕组电阻，i_d为励磁涌流，M为励磁电感；

为简化计算，忽略原副边绕组电感L及原副边绕组电阻R₁，得到变压器励磁电感的简化公式如式(5)：

$M=\frac{U_1}{\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}}---\left(\text{5}\right)$

将上述公式离散化，得到励磁电感的数字化计算公式(6)：

$M_n=\frac{U_n}{i_{d(n+1)-}{i}_{d(n-1)}}---\left(6\right),$ n表示离散数据序列，

如果连续三次计算满足式(7)：

M_n-M_n+6≥k  (7)k为励磁电感变化越限定值；

则判定差流为励磁涌流；

S05，判断主涌流相是否为励磁涌流：三圈变的角型侧环外CT电流经过步骤S03的转角补偿和步骤S04的磁通制动计算后，判断出三相差流是否为励磁涌流，结合步骤S02选出的最大差流相I_dmax(主涌流相)，判断主涌流相是否为励磁涌流，如果主涌流相是励磁涌流进入步骤S07，否则，进入慢速涌流算法模块进行慢速涌流计算，即进入步骤S06；

S06，慢速涌流算法模块进行慢速涌流计算：慢速涌流算法模块2采用慢速的的二次谐波制动或波形对称涌流识别算法，在启动一个工频周期后，对励磁涌流进行判定，通过检测差流中二次谐波含量或波形对称度是否满足定值，判定是否需要闭锁保护，即如果差流中二次谐波含量大于定值20％或波形对称度小于定值0.6，则闭锁保护，进入步骤S08；

S07，快速涌流陷阱判别模块进入快速涌流陷阱状态，保护启动后的1/4工频周期内，完成励磁电感变化判定，实现快速的涌流算法判据；

S08，当快速涌流算法模块或慢速涌流算法模块有效判定差动电流为故障电流后，进入所述保护动作出口模块，依据差动速动算法或比率制动算法对区内故障进行响应处理，若变压器差动电流大于保护动作定值且未被闭锁，保护动作出口模块根据预设的跳闸方式发送出口跳闸信号。

本发明的技术方案有益效果包括：本发明与现有技术相比，有益效果在于：

1、差动保护采用了陷阱复判的励磁涌流判别机制，在不改变传统变压器差动保护原理的基础上，将快速磁通制动判据与常规涌流识别判据相结合，并在快速涌流判据无效时，通过慢速涌流识别判据继续处理。既提高了故障时差动保护的动作时间，又增加了在励磁涌流助增情况下差动保护制动的冗余性，对传统的变压器差动保护原理进行了补充及改进。

2、该数字化变压器保护可以很好在网络化采样或点对点采样的情况下，不依赖于同步信号而工作，适用于任何采样模式下的数字化变压器保护。使得数字化变压器保护可以独立于网络而单独存在。电压一直是变压器保护的重要参数，但其可靠性一直不能作为差动的判据，但数字化以后电压回路的可靠性与电流一致，完全可以作为差动保护的辅助判据。

3、高采样速率，保护计算按照每周波80点采样，当应用于电子式互感器、合并单元时，无需进行变采样率插值。

4、适应性广，不再局限于单相变压器以及自藕变，支持三绕组变压器。

5、无需配置套管CT，采用外部开关CT，算法内部支持变压器的星角变化。

6、冗余性好，采用陷阱态复判，避免了传统变压器保护由于刚性而导致的不正确动作。

7、可靠性高，引入电压判据，防止变压器差动保护由于电流互感器干扰等原因造成不正确动作。

8、动作速度快，采用瞬时值判据，无需等待一个整周波数据窗，最快可以在5ms内判断出故障保护算法出口。

附图说明

图1是本发明基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统结构示意图；

图2为双绕组单相变压器的简化等值电路模型；

图3为励磁涌流与故障电流的励磁电感曲线；

图4为基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1，基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，包括保护启动模块1、慢速涌流算法模块2、快速涌流算法模块3和保护动作出口模块4。

快速涌流算法模块3包括快速涌流陷阱态判别模块301、快速磁通制动计算模块302和转角补偿计算模块303。

保护启动模块1均与慢速涌流算法模块2、快速涌流陷阱态判别模块301、转角补偿计算模块303相连接，转角补偿计算模块303、快速磁通制动计算模块302、快速涌流陷阱态判别模块301、慢速涌流算法模块2依次顺序连接，快速涌流陷阱态判别模块301与保护动作出口模块4相连接，慢速涌流算法模块2与保护动作出口模块4相连接。

保护启动模块1采用差流突变量启动，判据为式(1)：

|i_φ(t)-2i_φ(t-T)+i_φ(t-2T)|＞0.5I_cd  (1)

当式(1)条件为真时，保护启动，

其中i_φ(t)为相差动电流离散值，I_cd为差动保护动作定值；t为当前采样时刻，T为采样间隔时间；

即，当任一相差流突变量连续三次大于启动阈值时，保护启动，进入励磁涌流识别。

快速涌流陷阱态判别模块301基于变压器空载合闸时非助增相主涌流与星型侧零序电流的变化一致性，对三相转角差流进行主涌流选相，根据差流的瞬时值突变，识别出三相差流中电流变化趋势未受到方向性影响的主涌流相，即差流最大相，如下：

I_dmax＝I_max{ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc}

I_dmax为差流最大相，ΔI_da为a相差流突变值，ΔI_db为b相差流突变值，ΔI_dc为c相差流突变值；I_max{ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc}表示ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc取最大值；

判断主涌流相，比较三相差流瞬时值在同一时域内的差流突变值ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc，若至少其中有一相的差流突变值超过定值1.5，则判断该相为主涌流相；若没有任何相满足，则认为主涌流相判别失败；当主涌流相判别失败时，即主涌流相无法判别时，快速涌流陷阱失效，退出快速涌流陷阱状态，采用慢速涌流算法对励磁涌流进行识别。

转角补偿计算模块303对三圈变的角型侧环外CT电流进行转角变换，在Yd11绕组接线方式下，角型侧各相绕组电流与线电流关系为式(2)：

$\left\{\begin{array}{c}{I_a}^{\′}=(I_a-I_c)/\sqrt{3}\\ {I_b}^{\′}=(I_b-I_a)/\sqrt{3}\\ {I_c}^{\′}=(I_c-I_b)/\sqrt{3}\end{array}\right.---\left(2\right)$

I_a'为a相绕组电流，I_b'为b相绕组电流，I_c'为c相绕组电流，I_a为a相线电流，I_b为b相线电流，I_c为c相线电流；

对转角后电流进行环流补偿，计算角型侧绕组电流，并计算各相补偿后相间绕组转角后差流如式(3)：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{da}}=I_A+{I_a}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{db}}=I_B+{I_b}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{dc}}=I_C+{I_c}^{\′}-I_0\\ I_0=(I_A+I_B+I_C)/3\end{array}\right.---\left(3\right)$

I_da为a相差流，I_db为b相差流，I_dc为c相差流，I₀为零序电流，I_A为A相线电流，I_B为B相线电流，I_C为C相线电流；一般在对变压器的接线描述中，A相、B相、C相表示变压器的高压侧的三相，a相、b相、c相表示变压器的低压侧的三相；

经过转角及环流补偿，将对三相Yd绕组连接变压器的励磁电流计算转换为单相Yy绕组励磁电流计算，在选出最大差流相I_dmax后，采用式(3)进行转角补偿，计算得到对应主涌流相的(绕组)差流。

快速磁通制动计算模块302进行磁通制动具体包括以下步骤：

差流(变压器差流是专业术语，指变压器各侧电流矢量相加后得到的差值，用在变压器差动保护中)经转角补偿计算模块303的转角补偿后，转换为单相绕组磁通关系，转换后的单相绕组磁通关系采用双绕组单相变压器的简化等值电路模型(如图2所示)，获取知励磁电感与电压电流关系如式(4)：

$U_1-R_1{i}_1-L\frac{{\mathrm{di}}_1}{\mathrm{dt}}=M\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

U₁为端电压，i₁为流入绕组电流，L为绕组电感，R₁为原绕组电阻，i_did为励磁涌流，M为励磁电感；

如图2所示，双绕组单相变压器的简化等值电路模型包括一个励磁电感M、两个绕组电感L1、L2和两个绕组电阻R1、R2，两个绕组电感L1、L2分别串联一个绕组电阻R1、R2后与励磁电感M并联连接；即，L1，L2为原副边绕组电感，R1，R2为原副边绕组电阻，i1、i2为原副边绕组电流，id为励磁涌流，M为励磁电感；

为简化计算，忽略原副边绕组电感L及原副边绕组电阻R₁，得到变压器励磁电感的简化公式如式(5)：

$M=\frac{U_1}{\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}}---\left(\text{5}\right)$

将上述公式离散化，得到励磁电感的数字化计算公式(6)：

$M_n=\frac{U_n}{i_{d(n+1)-}{i}_{d(n-1)}}---\left(6\right),$ n表示离散数据序列

如图3所示，变压器产生励磁涌流时，励磁磁通非线性变化，其电感M变化趋势见图三曲线M1；变压器发生内部故障时，绕组差流反应了故障电流，对应电感M变化趋势见图三曲线M2；根据励磁涌流与励磁电感M的变化关系，可通过励磁电感M变化曲线趋势区分差流是故障电流还是励磁电流；

如果连续三次计算满足式(7)：

M_n-M_n+6≥k  (7)k为励磁电感变化越限定值，取值为3；

则判定差流为励磁涌流，闭锁差动保护，否则为故障电流，进入保护动作出口模块4进行保护动作处理；

慢速涌流算法模块2采用慢速的二次谐波制动或波形对称涌流识别算法，在启动一个工频周期后，对励磁涌流进行判定，通过检测差流中二次谐波含量或波形对称度是否满足定值，如果差流中二次谐波含量大于定值20％或波形对称度小于定值0.6，则闭锁保护，判定是否需要闭锁保护。

如图4所示，基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护方法，具体包括以下步骤：

S01，判断变压器差动保护是否启动：保护启动模块1采用差流突变量启动，判断式(1)是否为真：

|i_φ(t)-2i_φ(t-T)+i_φ(t-2T)|＞0.5I_cd  (1)

当式(1)条件为真时，保护启动，采样数据同时发送至慢速涌流算法模块2、快速涌流陷阱态判别模块301和转角补偿计算模块303，进入励磁涌流识别；

S02，快速涌流陷阱态判别模块301判别主涌流相：快速涌流陷阱态判别模块301识别出三相差流中电流变化趋势未受到方向性影响的主涌流相，即差流最大相I_dmax，如下：

I_dmax＝I_max{ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc}

比较三相差流瞬时值在同一时域内的差流突变值ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc，若至少其中有一相的差流突变值超过定值1.5，则判断该相为主涌流相；若没有任何相满足，则认为主涌流相判别失败，进入慢速涌流算法模块2，进行慢速涌流算法判断，即进入步骤S06；

S03，三圈变的角型侧环外CT电流进行转角变换并进行环流补偿：在步骤S02快速涌流陷阱态判别模块301判别主涌流相的同时，转角补偿计算模块303对三圈变的角型侧环外CT电流进行转角变换，在Yd11绕组接线方式下，角型侧各相绕组电流与线电流关系为式(2)：

$\left\{\begin{array}{c}{I_a}^{\′}=(I_a-I_c)/\sqrt{3}\\ {I_b}^{\′}=(I_b-I_a)/\sqrt{3}\\ {I_c}^{\′}=(I_c-I_b)/\sqrt{3}\end{array}\right.---\left(2\right)$

I_a'为a相绕组电流，I_b'为b相绕组电流，I_c'为c相绕组电流，I_a为a相线电流，I_b为b相线电流，I_c为c相线电流；通过式(2)将三相线电流进行转角变换为绕组电流；

对转角后电流(绕组电流)进行环流补偿，计算角型侧绕组电流，并计算各相补偿后相间绕组转角后差流如式(3)：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{da}}=I_A+{I_a}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{db}}=I_B+{I_b}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{dc}}=I_C+{I_c}^{\′}-I_0\\ I_0=(I_A+I_B+I_C)/3\end{array}\right.---\left(3\right)$

I_da为a相差流，I_db为b相差流，I_dc为c相差流，I₀为零序电流，I_A为A相线电流，I_B为B相线电流，I_C为C相线电流；A相、B相、C相表示变压器的高压侧的三相，a相、b相、c相表示变压器的低压侧的三相；

经过转角及环流补偿，将对三相Yd绕组连接变压器的励磁电流计算转换为单相Yy绕组励磁电流计算；

S04，快速磁通制动计算模块(302)进行磁通制动计算：由于经过步骤S03对差流进行转角补偿后，转换为单相绕组磁通关系，可以采用双绕组单相变压器的简化等值电路模型，获取知励磁电感与电压电流关系如式(4)： $U_1-R_1{i}_1-L\frac{{\mathrm{di}}_1}{\mathrm{dt}}=M\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

U₁为端电压，i₁为流入绕组电流，L为绕组电感，R₁为原绕组电阻，i_d为励磁涌流，M为励磁电感；

为简化计算，忽略原副边绕组电感L及原副边绕组电阻R₁，得到变压器励磁电感的简化公式如式(5)：

$M=\frac{U_1}{\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}}---\left(\text{5}\right)$

将上述公式离散化，得到励磁电感的数字化计算公式(6)：

$M_n=\frac{U_n}{i_{d(n+1)-}{i}_{d(n-1)}}---\left(6\right),$ n表示离散数据序列，

如果连续三次计算满足式(7)：

M_n-M_n+6≥k  (7)k为励磁电感变化越限定值；

则判定差流为励磁涌流；

通过本步骤能够实现三相差流是否为励磁涌流；在每周波80点高速采样下，保护启动后的1/4工频周期内，可完成励磁电感变化判定，实现快速的涌流算法判据。最快可在1/4工频周期后出口动作，最大限度减少变压器故障时的危害和影响；

S05，三圈变的角型侧环外CT电流经过步骤S03的转角补偿和步骤S04的磁通制动计算后，判断出三相差流是否为励磁涌流，结合步骤S02选出的最大差流相I_dmax(主涌流相)，判断主涌流相是否为励磁涌流，如果主涌流相是励磁涌流进入步骤S07，否则，进入慢速涌流算法模块进行慢速涌流计算，即进入步骤S06；

S06，慢速涌流算法模块进行慢速涌流计算：慢速涌流算法模块2采用慢速的的二次谐波制动或波形对称涌流识别算法，在启动一个工频周期后，对励磁涌流进行判定，通过检测差流中二次谐波含量或波形对称度是否满足定值，判定是否需要闭锁保护，即如果差流中二次谐波含量大于定值20％或波形对称度小于定值0.6，则闭锁保护，进入步骤S08；

S07，快速涌流陷阱判别模块进入快速涌流陷阱状态，保护启动后的1/4工频周期内，完成励磁电感变化判定，实现快速的涌流算法判据；

S08，当快速涌流算法模块3或慢速涌流算法模块2有效判定差动电流为故障电流后，进入所述保护动作出口模块4，依据差动速动算法或比率制动算法对区内故障进行响应处理，若变压器差动电流大于保护动作定值且未被闭锁，保护动作出口模块4根据预设的跳闸方式发送出口跳闸信号。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，其特征在于，包括保护启动模块(1)、慢速涌流算法模块(2)、快速涌流算法模块(3)和保护动作出口模块(4)；

所述快速涌流算法模块(3)包括快速涌流陷阱态判别模块(301)、快速磁通制动计算模块(302)和转角补偿计算模块(303)；

所述保护启动模块(1)均与慢速涌流算法模块(2)、快速涌流陷阱态判别模块(301)、转角补偿计算模块(303)相连接，所述转角补偿计算模块(303)、快速磁通制动计算模块(302)、快速涌流陷阱态判别模块(301)、慢速涌流算法模块(2)依次顺序连接，所述快速涌流陷阱态判别模块(301)与保护动作出口模块(4)相连接，所述慢速涌流算法模块(2)与保护动作出口模块(4)相连接。

2.根据权利要求1所述的基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，其特征在于，所述保护启动模块1采用差流突变量启动，判据为式(1)：

|i_φ(t)-2i_φ(t-T)+i_φ(t-2T)|＞0.5I_cd  (1)

当式(1)条件为真时，保护启动，

其中i_φ(t)为相差动电流离散值，I_cd为差动保护动作定值，t为当前采样时刻，T为采样间隔时间；

即，当任一相差流突变量连续三次大于启动阈值时，保护启动，进入励磁涌流识别。

3.根据权利要求1所述的基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，其特征在于，所述快速涌流陷阱态判别模块(301)基于变压器空载合闸时非助增相主涌流与星型侧零序电流的变化一致性，对三相转角差流进行主涌流选相，根据差流的瞬时值突变，识别出三相差流中电流变化趋势未受到方向性影响的主涌流相，即差流最大相I_dmax，如下：

I_dmax＝I_max{ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc}

I_dmax为差流最大相，ΔI_da为a相差流突变值，ΔI_db为b相差流突变值，ΔI_dc为c相差流突变值；I_max{ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc}表示ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc取最大值；

判别主涌流相，当主涌流相无法判别时，快速涌流陷阱失效，退出快速涌流陷阱状态，采用慢速涌流算法对励磁涌流进行识别。

4.根据权利要求3所述的基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，其特征在于，所述主涌流相判别具体包括以下步骤，比较三相差流瞬时值在同一时域内的差流突变值ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc，若至少其中有一相的差流突变值超过定值1.5，则判断该相为主涌流相；若没有任何相满足，则认为主涌流相判别失败。

5.根据权利要求1所述的基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，其特征在于，所述转角补偿计算模块(303)对三圈变的角型侧环外CT电流进行转角变换，在Yd11绕组接线方式下，角型侧各相绕组电流与线电流关系为式(2)：

$\left\{\begin{array}{c}{I_a}^{\′}=(I_a-I_c)/\sqrt{3}\\ {I_b}^{\′}=(I_b-I_a)/\sqrt{3}\\ {I_c}^{\′}=(I_c-I_b)/\sqrt{3}\end{array}\right.---\left(2\right)$

I_a'为a相绕组电流，I_b'为b相绕组电流，I_c'为c相绕组电流，I_a为a相线电流，I_b为b相线电流，I_c为c相线电流；

对转角后电流进行环流补偿，计算角型侧绕组电流，并计算各相补偿后相间绕组转角后差流如式(3)：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{da}}=I_A+{I_a}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{db}}=I_B+{I_b}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{dc}}=I_C+{I_c}^{\′}-I_0\\ I_0=(I_A+I_B+I_C)/3\end{array}\right.---\left(3\right)$

I_da为a相差流，I_db为b相差流，I_dc为c相差流，I₀为零序电流，I_A为A相线电流，I_B为B相线电流，I_C为C相线电流；A相、B相、C相表示变压器的高压侧的三相，a相、b相、c相表示变压器的低压侧的三相；

经过转角及环流补偿，将对三相Yd绕组连接变压器的励磁电流计算转换为单相Yy绕组励磁电流计算，在选出最大差流相I_dmax后，采用式(3)进行转角补偿，计算得到对应主涌流相的绕组差流。

6.根据权利要求1所述的基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，其特征在于，所述快速磁通制动计算模块(302)进行磁通制动具体包括以下步骤：

差流经转角补偿后，转换为单相绕组磁通关系，采用双绕组单相变压器的简化等值电路模型，获取知励磁电感与电压电流关系如式(4)：

$U_1-R_1{i}_1-L\frac{{\mathrm{di}}_1}{\mathrm{dt}}=M\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

U₁为端电压，i₁为流入绕组电流，L为绕组电感，R₁为原绕组电阻，i_did为励磁涌流，M为励磁电感；

为简化计算，忽略原副边绕组电感L及原副边绕组电阻R₁，得到变压器励磁电感的简化公式如式(5)：

$M=\frac{U_1}{\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}}---\left(\text{5}\right)$

将上述公式离散化，得到励磁电感的数字化计算公式(6)：

$M_n=\frac{U_n}{i_{d(n+1)-}{i}_{d(n-1)}}---\left(6\right),$ n表示离散数据序列，

如果连续三次计算满足式(7)：

M_n-M_n+6≥k  (7)k为励磁电感变化越限定值；

则判定差流为励磁涌流，闭锁差动保护，否则为故障电流，进入外置的保护动作处理。

7.根据权利要求6所述的基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，其特征在于，所述k取值为3。

8.根据权利要求1所述的基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，其特征在于，所述慢速涌流算法模块(2)采用慢速的的二次谐波制动或波形对称涌流识别算法，在启动一个工频周期后，对励磁涌流进行判定，通过检测差流中二次谐波含量或波形对称度是否满足定值，判定是否需要闭锁保护。

9.根据权利要求1所述的基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护系统，其特征在于，当快速涌流算法模块(3)或慢速涌流算法模块(2)有效判定差动电流为故障电流后，进入所述保护动作出口模块(4)，依据差动速动算法或比率制动算法对区内故障进行响应处理，若变压器差动电流大于保护动作定值且未被闭锁，保护动作出口模块(4)根据预设的跳闸方式发送出口跳闸信号。

10.基于磁通制动陷阱复判的变压器差动保护方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S01，判断变压器差动保护是否启动：保护启动模块(1)采用差流突变量启动，判断式(1)是否为真：

|i_φ(t)-2i_φ(t-T)+i_φ(t-2T)|＞0.5I_cd  (1)

当式(1)条件为真时，保护启动，采样数据同时发送至慢速涌流算法模块(2)、快速涌流陷阱态判别模块(301)和转角补偿计算模块(303)，进入励磁涌流识别；

S02，快速涌流陷阱态判别模块(301)判别主涌流相：快速涌流陷阱态判别模块(301)识别出三相差流中电流变化趋势未受到方向性影响的主涌流相，即差流最大相I_dmax，如下：

I_dmax＝I_max{ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc}

比较三相差流瞬时值在同一时域内的差流突变值ΔI_da、ΔI_db、ΔI_dc，若至少其中有一相的差流突变值超过定值1.5，则判断该相为主涌流相；若没有任何相满足，则认为主涌流相判别失败，进入慢速涌流算法模块(2)，进行慢速涌流算法判断，即进入步骤S06；

S03，三圈变的角型侧环外CT电流进行转角变换并进行环流补偿：在步骤S02快速涌流陷阱态判别模块(301)判别主涌流相的同时，转角补偿计算模块(303)对三圈变的角型侧环外CT电流进行转角变换，在Yd11绕组接线方式下，角型侧各相绕组电流与线电流关系为式(2)：

$\left\{\begin{array}{c}{I_a}^{\′}=(I_a-I_c)/\sqrt{3}\\ {I_b}^{\′}=(I_b-I_a)/\sqrt{3}\\ {I_c}^{\′}=(I_c-I_b)/\sqrt{3}\end{array}\right.---\left(2\right)$

I_a'为a相绕组电流，I_b'为b相绕组电流，I_c'为c相绕组电流，I_a为a相线电流，I_b为b相线电流，I_c为c相线电流；通过式(2)将三相线电流进行转角变换为绕组电流；

对转角后电流进行环流补偿，计算角型侧绕组电流，并计算各相补偿后相间绕组转角后差流如式(3)：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{da}}=I_A+{I_a}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{db}}=I_B+{I_b}^{\′}-I_0\\ I_{\mathrm{dc}}=I_C+{I_c}^{\′}-I_0\\ I_0=(I_A+I_B+I_C)/3\end{array}\right.---\left(3\right)$

I_da为a相差流，I_db为b相差流，I_dc为c相差流，I₀为零序电流，I_A为A相线电流，I_B为B相线电流，I_C为C相线电流；A相、B相、C相表示变压器的高压侧的三相，a相、b相、c相表示变压器的低压侧的三相；

经过转角及环流补偿，将对三相Yd绕组连接变压器的励磁电流计算转换为单相Yy绕组励磁电流计算；

S04，快速磁通制动计算模块(302)进行磁通制动计算：由于经过步骤S03对差流进行转角补偿后，转换为单相绕组磁通关系，可以采用双绕组单相变压器的简化等值电路模型，获取知励磁电感与电压电流关系如式(4)：

$U_1-R_1{i}_1-L\frac{{\mathrm{di}}_1}{\mathrm{dt}}=M\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

U₁为端电压，i₁为流入绕组电流，L为绕组电感，R₁为原绕组电阻，i_d为励磁涌流，M为励磁电感；

为简化计算，忽略原副边绕组电感L及原副边绕组电阻R₁，得到变压器励磁电感的简化公式如式(5)：

$M=\frac{U_1}{\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}}---\left(\text{5}\right)$

将上述公式离散化，得到励磁电感的数字化计算公式(6)：

$M_n=\frac{U_n}{i_{d(n+1)-}{i}_{d(n-1)}}---\left(6\right),$ n表示离散数据序列，

如果连续三次计算满足式(7)：

M_n-M_n+6≥k  (7)k为励磁电感变化越限定值；

则判定差流为励磁涌流；

S05，判断主涌流相是否为励磁涌流：三圈变的角型侧环外CT电流经过步骤S03的转角补偿和步骤S04的磁通制动计算后，判断出三相差流是否为励磁涌流，结合步骤S02选出的最大差流相I_dmax(主涌流相)，判断主涌流相是否为励磁涌流，如果主涌流相是励磁涌流进入步骤S07，否则，进入慢速涌流算法模块进行慢速涌流计算，即进入步骤S06；

S06，慢速涌流算法模块进行慢速涌流计算：慢速涌流算法模块2采用慢速的的二次谐波制动或波形对称涌流识别算法，在启动一个工频周期后，对励磁涌流进行判定，通过检测差流中二次谐波含量或波形对称度是否满足定值，判定是否需要闭锁保护，即如果差流中二次谐波含量大于定值20％或波形对称度小于定值0.6，则闭锁保护，进入步骤S08；

S07，快速涌流陷阱判别模块进入快速涌流陷阱状态，保护启动后的1/4工频周期内，完成励磁电感变化判定，实现快速的涌流算法判据；

S08，保护动作出口模块(4)进行保护动作操作：当快速涌流算法模块(3)或慢速涌流算法模块(2)有效判定差动电流为故障电流后，进入所述保护动作出口模块(4)，依据差动速动算法或比率制动算法对区内故障进行响应处理，若变压器差动电流大于保护动作定值且未被闭锁，保护动作出口模块(4)根据预设的跳闸方式发送出口跳闸信号。