CN109884440A - 一种用于检测变压器直流偏磁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测变压器直流偏磁的方法，首先，当差动保护装置将变压器判断为饱和后，计算变压器差动电流二次谐波；然后研究二次谐波衰减情况；一般情况下，对于变压器合闸引起的铁芯饱和，二次谐波快速衰减，若变压器接入的系统参数使谐波衰减缓慢，可适当减小门槛值；对于直流偏磁引起的铁芯饱和，二次谐波含量增加或为恒定值。本发明方法能够正确区分直流偏磁和变压器空载合闸引起的铁芯饱和，避免由直流偏磁引起的内部故障拒动作及其他威胁变压器安全运行的隐患。另外，对直流偏磁现象的可靠检测，有助于发电厂或变电站制定相应的抑制直流偏磁的策略，提高供电可靠性、减少经济社会损失。

Description

一种用于检测变压器直流偏磁的方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及变压器保护技术领域，具体涉及一种用于检测变压器直流偏磁的方法。

背景技术

直流输电系统的运行方式包括两极直接构成回路、单极以大地或金属构成回路等，当直流系统检修或发生单极闭锁故障时，系统将通过大地构成回路。此时，入地直流将改变地表电位的分布，使交流电网不同接地点的电位不同，在两接地点间产生电位差，该电位差将使一部分直流通过接地变压器的中性点和架空线路构成回路，引起变压器直流偏磁，对变压器及其保护设备产生不利影响，甚至会引起一些保护的误动作或者延时动作。另外，由于直流偏磁引起直流磁通和交流励磁磁通相叠加，形成带有偏磁的总磁通量。直流偏磁方向一致的半个周波，总磁通的磁通密度将大大增加，对应励磁电流显著增大，呈现正负半波不对称，波形发生严重畸变，正半波出现尖峰并会产生过励磁现象，对变压器的工作也会造成很坏的影响。另外，直流系统换相失败时，此时交流系统电流可以看成一个谐波源，此时发生内部故障时，变压器差动保护也会由于差动电流中二次谐波的存在延时工作甚至拒动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于检测变压器直流偏磁的方法，以克服直流偏磁对变压器安全稳定、变压器保护的正确动作造成的影响，本发明能够正确区分变压器空载合闸及直流偏磁，避免由直流偏磁引起的变压器内部故障时的保护拒动，及直流偏磁对变压器运行产生的不良影响。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于检测变压器直流偏磁的方法，包括以下步骤：

步骤1、当变压器保护方案将变压器判为饱和后，计算变压器差动电流中的二次谐波；

步骤2、计算时刻t+Δt与时刻t的二次谐波差值，进而计算该Δt内的二次谐波变化程度；

步骤3：若二次谐波变化程度小于门槛值k，则判定是空载合闸引起的；反之，则判定是直流偏磁。

进一步地，步骤1具体为：当继电保护装置将变压器判为饱和并发出闭锁信号时，依据保护安装处测得的变压器三相电流I_A、I_B、I_C，采用式(1)傅立叶分解得到二次谐波i(2)：

其中，i_N(n)为变压器差动电流I_A或I_B或I_C的采样值；i(2)为2次谐波，N为一个周期内的采样点数；n为离散时间变量；k为离散频率变量；j为虚数的虚数单位；Ω₀＝2π/N。

进一步地，步骤2中二次谐波变化程度如式(2)所示：

其中，i(2)_t+Δt为时刻t+Δt的二次谐波含量；i(2)_t为t时刻的二次谐波含量。

进一步地，所述门槛值k设定为-15％～-10％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明方法需要在变压器被判为饱和后计算差动电流中的二次谐波含量，然后研究二次谐波衰减程度，可有效提高特高压换流变压器保护的正确动作率，避免由直流偏磁引起的变压器内部故障时的保护拒动，及直流偏磁对变压器运行产生的不良影响。另外，对直流偏磁现象的可靠检测，有助于发电厂或变电站制定相应的抑制直流偏磁的策略，提高供电可靠性、减少经济社会损失。

附图说明

图1为直流偏磁仿真模型；

图2为差动电流：直流偏磁致变压器铁芯饱和；

图3为二次谐波：直流偏磁致变压器铁芯饱和；

图4为差动电流：变压器空载合闸致铁芯饱和；

图5为二次谐波：变压器空载合闸致铁芯饱和。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施过程作进一步详细描述：

本发明是一种用于检测变压器直流偏磁的方法，包括以下步骤：

步骤1：继电保护装置将变压器判为饱和并发出闭锁信号，依据保护安装处测得的变压器三相电流I_A、I_B、I_C，采用式(1)傅立叶分解得到二次谐波i(2):

其中，i_N(n)为变压器差动电流I_A或I_B或I_C的采样值；i(2)为2次谐波，N为一个周期内的采样点数；n为离散时间变量；k为离散频率变量；j为虚数的虚数单位；Ω₀＝2π/N。

步骤2：计算时刻t+Δt与时刻t的二次谐波差值，并计算该Δt内的二次谐波变化程度，如式(2)所示：

其中，i(2)_t+Δt为时刻t+Δt的二次谐波含量；i(2)_t为t时刻的二次谐波含量，式中Δt的选取要兼顾检测效果的可靠性及快速性要求。

步骤3：当η≤k时，认为变压器铁芯饱和是由空载合闸引起；反之，认为变压器铁芯饱和是由直流偏磁引起，其中，k设定为-15％～-10％。

实施例

直流偏磁的PSCAD仿真模型如图1所示，两台变压器的电压等级均为230kV，额定容量为100MVA，每个工频周期400个采样点。由变压器接地点注入直流I_d，得如图2所示的差动电流波形图(单位：A)。地中直流电流与直流偏磁致变压器铁芯饱和并非同时出现，存在一定的延迟。从图中可以看出，由直流偏磁引起的变压器铁芯饱和，变压器先从未饱和到进入饱和，直至到达饱和稳定状态，二次谐波幅值随饱和程度逐渐增大并直至稳定，如图3所示。如图4所示的变压器空载合闸励磁涌流，铁芯饱和由衰减的非周期分量引起，励磁涌流呈衰减趋势，衰减速度与系统参数有关，因此，二次谐波的含量也呈衰减趋势。

理论上，对于直流偏磁引起的铁芯饱和：

对于空载合闸引起的铁芯饱和：

若时间窗长设为10ms及以下，方案对二次谐波衰减较慢的励磁涌流可靠性不高；若时间窗取30ms及以上，无法保证保护的快速性。因此，时间窗长设为20ms。另外，考虑一定的裕度，设置门槛值k设置为-15％～-10％，能正确识别直流偏磁引起的内部故障保护拒动等不适当的电力系统动作行为，有效提高电力系统运行的安全性、稳定性。

Claims (4)

1.一种用于检测变压器直流偏磁的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、当变压器保护方案将变压器判为饱和后，计算变压器差动电流中的二次谐波；

步骤2、计算时刻t+Δt与时刻t的二次谐波差值，进而计算该Δt内的二次谐波变化程度；

步骤3：若二次谐波变化程度小于门槛值k，则判定是空载合闸引起的；反之，则判定是直流偏磁。

2.根据权利要求1所述的一种用于检测变压器直流偏磁的方法，其特征在于，步骤1具体为：当继电保护装置将变压器判为饱和并发出闭锁信号时，依据保护安装处测得的变压器三相电流I_A、I_B、I_C，采用式(1)傅立叶分解得到二次谐波i(2)：

其中，i_N(n)为变压器差动电流I_A或I_B或I_C的采样值；i(2)为2次谐波，N为一个周期内的采样点数；n为离散时间变量；k为离散频率变量；j为虚数的虚数单位；Ω₀＝2π/N。

3.根据权利要求1所述的一种用于检测变压器直流偏磁的方法，其特征在于，步骤2中二次谐波变化程度如式(2)所示：

其中，i(2)_t+Δt为时刻t+Δt的二次谐波含量；i(2)_t为t时刻的二次谐波含量。

4.根据权利要求1所述的一种用于检测变压器直流偏磁的方法，其特征在于，所述门槛值k设定为-15％～-10％。