CN111929626B - 一种变压器剩磁估算装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种变压器剩磁估算装置及方法，首先，采集配置在变压器的高压侧或低压侧的主变机端三相电压数据，并计算各相电压幅值；以及获取包含变压器的接线型式、机端电压和电容型电压互感器参数的工程参数；其中所述机端电压取自高压侧电容型电压互感器或者低压侧电磁型电压互感器；然后，根据采集的各相电压幅值及获取的工程参数，得到主变高压侧一次电压信息；最后，根据一次电压信息，当三相电压发生跌落时判定为分闸，利用电压积分计算剩磁，变压器各相剩磁分别进行计算，并输出各相剩磁。此种技术方案可同时支持变压器高压侧配置为电容型电压互感器以及变压器低压侧配置为电磁型电压互感器的不同应用场景，提高工程应用普适性。

Description

一种变压器剩磁估算装置及方法
技术领域
本发明涉及一种在变压器投入电网前实现变压器铁心剩磁检测的装置及方法，主要应用于变压器空投时励磁涌流抑制相关领域。
背景技术
电力变压器在投入过程中的励磁涌流现象对系统的稳定运行不利，目前利用断路器选相控制技术进行变压器涌流抑制逐渐成为从根源上解决上述问题的重要手段。
变压器励磁涌流抑制技术的实现原理表明，在变压器预感应磁通和变压器铁心剩磁相等的相位关合，可实现变压器的无涌流投入。而对于变压器铁心剩磁的估算，一些涌流抑制器设备已可实现基于电磁式电压互感器的电压积分计算剩磁，而我国绝大部分高压、特高压应用场景中，主变高压侧配置为电容式电压互感器，现有的励磁涌流抑制器尚未支持，不能兼容两种不同类型的电压互感器进行剩磁测算。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种变压器剩磁估算装置及方法，其可同时支持变压器高压侧配置为电容型电压互感器以及变压器低压侧配置为电磁型电压互感器的不同应用场景，提高工程应用普适性。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种变压器剩磁估算方法，包括如下步骤：
步骤1，采集主变机端三相电压数据uA(t)、uB(t)、uC(t)，并计算各相电压幅值UA、UB、UC，其中，所述主变机端三相电压数据配置在变压器的高压侧或低压侧；以及获取包含变压器的接线型式、机端电压和电容型电压互感器参数的工程参数；其中所述机端电压取自高压侧电容型电压互感器或者低压侧电磁型电压互感器；
步骤2，根据采集的各相电压幅值及获取的工程参数，得到主变高压侧一次电压信息；
步骤3，根据一次电压信息，当三相电压发生跌落时判定为分闸，利用电压积分计算剩磁，变压器各相剩磁分别进行计算，并输出各相剩磁
Figure BDA0002039460940000021
若机端电压取自高压侧电容型电压互感器，步骤2具体包括：
根据高压侧电容型电压互感器的特性推导出连续时域的输入输出关系，由时域的传递函数通过拉普拉斯变换得到频域的传递函数H(s)，再通过离散化得到离散时间的传递函数H(z)，最后通过z的逆变换得到离散时域的输入输出关系，在离散时域重构瞬态一次电压波形；
若电压信号取自低压侧电磁型电压互感器，则根据主变一二次侧电压额定变比和绕组接线方式确定变比k和旋转角度
Figure BDA0002039460940000022
主变高压侧电压向量与低压侧电压向量关系式为
Figure BDA0002039460940000023
Figure BDA0002039460940000024
为低压侧电压向量，/>
Figure BDA0002039460940000025
为主变高压侧电压向量，由低压侧电压向量计算出高压侧电压向量。/>
上述步骤4中，判定为分闸的条件是三相二次电压有效值均小于第一设定数值。
上述第一设定数值为10V。
上述步骤4中，利用电压积分计算剩磁的方法是：判定为分闸后，待各相电压跌落至零时记录此时的时间t2，以时间t2为基准，找到N个周波前的时间标记t1，N取值使得t2-t1涵盖整个分闸过程，且t1对应于分闸前电压波形的峰值；利用电压积分
Figure BDA0002039460940000026
计算剩磁，其中，u(t)为电压；N的取值为10。
上述步骤4中，判定分闸的依据是，根据
Figure BDA0002039460940000027
分别计算三相电压有效值UrmsA、UrmsB、UrmsC，其中M为每周波采样点数，ui为电压采样瞬时值；当三相电压有效值均满足Urms＜N时，判定为分闸，N为能够涵盖整个分闸过程的周波数目。
一种变压器剩磁估算装置，包括：
电压采集及计算模块，用于采集主变机端三相电压数据，并计算各相电压幅值，进行输出；
互感器及变压器参数输入模块，用于输出包含变压器的接线型式、机端电压和电容型电压互感器参数的工程参数；
一次电压波形重构模块，用于根据电压采集及计算模块、互感器及变压器参数输入模块输出的信息，完成电压波形重构，并进行输出；以及，
变压器剩磁计算及输出模块，用于根据一次电压波形重构模块的输出，计算并输出变压器分闸后的各相铁心剩磁。
上述电压互感器位于变压器高压侧时，采用连接在断路器和变压器高压侧绕组之间的电容式电压互感器。
上述电压互感器位于变压器低压侧时，采用连接在变压器低压侧绕组之后的电磁式电压互感器。
采用上述方案后，本发明可以实现变压器分闸过程后的剩磁估算，进而可以根据剩磁极性和大小实现断路器关合的定相位控制，从而有效抑制变压器空充励磁涌流；本发明中电压信号采集不受电压互感器类型的限制，通过预置的参数实现电压源的切换，同时支持电容型电压互感器和电磁型电压互感器的应用场景，提高了工程应用的普适性，为提高涌流抑制器的工程实用性提供了解决思路。
附图说明
图1是变压器剩磁估算信号采集及主要功能模块示意图；
图2是变压器剩磁估算数据源选择切换及流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种变压器剩磁估算装置，可接收连接在断路器和变压器高压侧绕组之间的电容式电压互感器或连接在变压器低压侧绕组之后的电磁式电压互感器的电压输出信号，并在检测到电压跌落后自动估算和记录变压器各相铁心剩磁；所述变压器剩磁估算装置包括电压采集及计算模块1、互感器及变压器参数输入模块2、一次电压波形重构模块3和变压器剩磁计算及输出模块4，其中，电压采集及计算模块1与变压器高压侧或低压侧的电压互感器的输出相连接，采集互感器的电压信号并输出给一次电压波形重构模块3，互感器及变压器参数输入模块2也作为一次电压波形重构模块3的输入，由一次电压波形重构模块3完成电压波形重构之后，输出给变压器剩磁计算及输出模块4，最终输出变压器分闸后的各相铁心剩磁。
如图2所示，本发明还提供一种变压器剩磁估算方法，包括以下步骤：
(1)实时采集主变机端三相电压数据uA(t)、uB(t)、uC(t)，并实时计算各相电压幅值UA、UB、UC；其中，主变机端三相电压数据可能配置在变压器的某一侧，通过电容型电压互感器或电磁型电压互感器输出；
(2)将已知工程参数输入参数输入模块，参数包括变压器的接线型式，机端电压取自高压侧电容型电压互感器(CVT)或者低压侧电磁型电压互感器，以及电容型电压互感器的主要参数；
(3)一次电压波形重构模块接收参数输入模块的信息，若电压信号取自主变高压侧电容型电压互感器，则根据CVT参数对变压器机端电压信号进行一次电压波形重构，然后根据电容型电压互感器的传递函数H(s)进行反变换，得到一次电压信息，具体做法是瞬态电压波形重构，根据CVT的特性推导出连续时域的输入输出关系，由时域的传递函数通过拉普拉斯变换得到频域的传递函数H(s)，再通过离散化得到离散时间的传递函数H(z)，最后通过z的逆变换得到离散时域的输入输出关系，在离散时域重构瞬态一次电压波形；若电压信号取自主变低压侧电磁型电压互感器，则根据主变接线型式对电压信号进行相位变换，转化为主变高压侧一次电压信息，具体做法是稳态电压向量重构，包括伸展和旋转，根据主变一二次侧电压额定变比和绕组接线方式确定变比k和旋转角度
Figure BDA0002039460940000051
则主变高压侧电压向量与低压侧电压向量关系式可用/>
Figure BDA0002039460940000052
表示，从而由低压侧电压向量计算出高压侧电压向量；
(4)在检测到三相电压发生跌落时判定为分闸，具体为实时通过RMS
Figure BDA0002039460940000053
方法，分别计算三相电压有效值UrmsA、UrmsB、UrmsC，其中M为每周波采样点数，ui为电压采样瞬时值，当三相电压有效值均满足Urms＜10时，判定为分闸并置位分闸标志，待各相电压跌落至零时记录此时的时间t2，以时间t2为基准，找到N(此处取N＝10)个周波前的时间标记t1，且t1对应于分闸前电压波形的峰值。利用电压积分/>
Figure BDA0002039460940000054
计算剩磁，变压器各相剩磁分别进行计算，并输出各相剩磁/>
Figure BDA0002039460940000055
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变压器剩磁估算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，采集主变机端三相电压数据uA(t)、uB(t)、uC(t)，并计算各相电压幅值UA、UB、UC，其中，所述主变机端三相电压数据配置在变压器的高压侧或低压侧；以及获取包含变压器的接线型式、机端电压和电容型电压互感器参数的工程参数；其中所述机端电压取自高压侧电容型电压互感器或者低压侧电磁型电压互感器；
步骤2，根据采集的各相电压幅值及获取的工程参数，得到主变高压侧一次电压信息；
步骤3，根据一次电压信息，当三相电压发生跌落时判定为分闸，利用电压积分计算剩磁，变压器各相剩磁分别进行计算，并输出各相剩磁
Figure FDA0004065156090000011
若机端电压取自高压侧电容型电压互感器，步骤2具体包括：
根据高压侧电容型电压互感器的特性推导出连续时域的输入输出关系，由时域的传递函数通过拉普拉斯变换得到频域的传递函数H(s)，再通过离散化得到离散时间的传递函数H(z)，最后通过z的逆变换得到离散时域的输入输出关系，在离散时域重构瞬态一次电压波形；
若电压信号取自低压侧电磁型电压互感器，则根据主变一二次侧电压额定变比和绕组接线方式确定变比k和旋转角度
Figure FDA0004065156090000012
主变高压侧电压向量与低压侧电压向量关系式为
Figure FDA0004065156090000013
Figure FDA0004065156090000014
为低压侧电压向量，/>
Figure FDA0004065156090000015
为主变高压侧电压向量，由低压侧电压向量计算出高压侧电压向量。
2.如权利要求1所述的一种变压器剩磁估算方法，其特征在于：所述步骤3中，判定为分闸的条件是三相二次电压有效值均小于第一设定数值。
3.如权利要求2所述的一种变压器剩磁估算方法，其特征在于：所述第一设定数值为10V。
4.如权利要求1所述的一种变压器剩磁估算方法，其特征在于：所述步骤3中，利用电压积分计算剩磁的方法是：判定为分闸后，待各相电压跌落至零时记录此时的时间t2，以时间t2为基准，找到N个周波前的时间标记t1，N取值使得t2-t1涵盖整个分闸过程，且t1对应于分闸前电压波形的峰值；利用电压积分
Figure FDA0004065156090000021
计算剩磁，其中，u(t)为电压。
5.如权利要求4所述的一种变压器剩磁估算方法，其特征在于：N的取值为10。
6.如权利要求1所述的一种变压器剩磁估算方法，其特征在于：所述步骤3中，判定分闸的依据是，根据
Figure FDA0004065156090000022
分别计算三相电压有效值UrmsA、UrmsB、UrmsC，其中M为每周波采样点数，ui为电压采样瞬时值；当三相电压有效值均满足Urms＜N时，判定为分闸，N为能够涵盖整个分闸过程的周波数目。
7.一种变压器剩磁估算装置，其特征在于：包括：
电压采集及计算模块，用于采集主变机端三相电压数据，并计算各相电压幅值，进行输出；
互感器及变压器参数输入模块，用于输出包含变压器的接线型式、机端电压和电容型电压互感器参数的工程参数；
一次电压波形重构模块，用于根据电压采集及计算模块、互感器及变压器参数输入模块输出的信息，完成电压波形重构，并进行输出；以及，
变压器剩磁计算及输出模块，用于根据一次电压波形重构模块的输出，计算并输出变压器分闸后的各相铁心剩磁；
若机端电压取自高压侧电容型电压互感器，一次电压波形重构模块的工作內容具体包括：
根据高压侧电容型电压互感器的特性推导出连续时域的输入输出关系，由时域的传递函数通过拉普拉斯变换得到频域的传递函数H(s)，再通过离散化得到离散时间的传递函数H(z)，最后通过z的逆变换得到离散时域的输入输出关系，在离散时域重构瞬态一次电压波形；
若电压信号取自低压侧电磁型电压互感器，则根据主变一二次侧电压额定变比和绕组接线方式确定变比k和旋转角度
Figure FDA0004065156090000031
主变高压侧电压向量与低压侧电压向量关系式为
Figure FDA0004065156090000032
为低压侧电压向量，/>
Figure FDA0004065156090000033
为主变高压侧电压向量，由低压侧电压向量计算出高压侧电压向量；
所述电压互感器位于变压器高压侧时，采用连接在断路器和变压器高压侧绕组之间的电容式电压互感器；
所述电压互感器位于变压器低压侧时，采用连接在变压器低压侧绕组之后的电磁式电压互感器。
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