CN1129221C

CN1129221C - 基于励磁阻抗变化的变压器励磁涌流判别的继电保护方法

Info

Publication number: CN1129221C
Application number: CN 01108068
Authority: CN
Inventors: 宗洪良; 金华锋; 郑玉平; 沈国荣
Original assignee: NR Electric Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2003-11-26
Anticipated expiration: 2021-01-22
Also published as: CN1303156A

Abstract

一种基于励磁阻抗(变压器励磁支路的电感)变化的变压器励磁涌流判别的继电保护方法，利用测量阻抗的均方差来判别变压器励磁涌流与故障：先测量阻抗，其中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是随时间变化的，用Z(k)表示，其数学期望E(Z)为算术平均值，与其数学期望E(Z)的均方差表示的是测量阻抗Z(k)的变化程度；设σZ_zd为门槛值，将两者比较判别励磁涌流和故障。本发明容易实现，工作可靠。且不需考虑系统参数和变压器参数。

Description

基于励磁阻抗变化的变压器励磁涌流判别的继电保护方法

本发明涉及一种继电保护的方法及其装置，尤其是变压器差动保护的基于励磁阻抗(励磁支路的电感)变化的变压器励磁涌流判别的继电保护方法和装置。

继电保护装置是维护电网安全运行的必须部件，用以保护重要的供电或发电装置。现有投入运行的微机变压器差动保护中，都是以励磁涌流波形识别来区分励磁涌流和短路电流，包括运用间断角方法、二次谐波、波形对称等，这些涌流判别原理都存在如下缺点：在合闸于故障时，保护的动作时间长或动作时间离散度大，并且在某种情况下空投时，差动保护存在误动的可能性。

本发明的目的是：提供一种变压器差动保护的励磁涌流判别方法，使其在变压器空投、区外故障切除等情况下产生的励磁涌流和和应涌流的情况下能够可靠闭锁；在变压器故障和在涌流同时存在变压器内部故障的情况下快速动作，且动作速度稳定。

本发明的目的是这样实现的：一种变压器差动保护方法，利用测量阻抗的均方差来判别变压器励磁涌流与故障。

测量阻抗

Z = \frac{U}{I} - - - - (1)

其中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是随时间变化的用Z(k)表示，其数学期望E(Z)为

E (Z) = \frac{1}{N} Σ_{k = 1}^{N} Z (k) - - - - (2)

其中N为一个周期的采用点。Z(k)与其数学期望E(Z)的均方差为

σZ (k) = \sqrt{E ({(Z (k) - E (Z))}^{2})} - - - - (3)

均方差σZ(k)表示的是测量阻抗Z(k)的变化程度。设σZ_zd为门槛值，判别涌流和故障的判据为：

σZ_zd为经验值

本发明的实现：一种基于本发明方法的装置，即励磁阻抗(励磁支路的电感)变化的变压器差动保护装置，是由模拟量和开关量采样电路，输入输出控制接口芯片(I/O芯片)，微处理器(CPU)组成，由微处理器(CPU)输出控制接口芯片实现信号输出和跳闸输出。

本发明的工作机理是：变压器的磁化曲线是非线性的，当在正常运行状态和区内、外故障时，变压器运行在磁化曲线的线性段，因而励磁阻抗是基本保持不变的。在正常情况下，变压器的励磁电流很小，对于现代大型变压器通常要小于1％变压器额定电流；因此，当变压器运行在磁化曲线的线性段时，励磁阻抗很大，一般以变压器额定电压和电流为基准的励磁阻抗Z_m大于100。当变压器空投或区外故障切除电压恢复过程中，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；又由于电压是交变的，因而在一个周波内变压器铁芯周期性地进入饱和区和退出饱和区；当进入饱和区时，励磁电流的瞬时值很大，可能达到变压器额定电流的5～10倍甚至更大，这就是涌流；而退出饱和区时，只有正常的励磁电流，其瞬时值很小，所以说励磁涌流有间断角。励磁电流上升时励磁阻抗Z_m呈反比下降，在空载合闸时，Z_m的最大值与最小值可能相差几百倍甚至上千倍。此判据从变压器涌流的产生是由于变压器励磁阻抗(励磁支路的电感)的变化这一机理出发，充分利用了微机保护的计算能力，而且实现起来非常简单。

本发明的特点是：采用该方法和装置实现的微机变压器保护，在变压器励磁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快速动作，即使是空投于小匝间故障时也能快速动作(一般小于30ms)。本发明容易实现，工作可靠。具有以下特点：

1)不需考虑系统参数和变压器参数；

2)差动保护可以利用分相制动的方法；

3)动作门槛具有较大的裕度；

4)可以与判别变压器过励磁用同一判据和同一门槛值；

5)差动保护动作速度快且稳定。

以下结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明方法的程序框图

图2为实现本发明的电路框图

如图所示：图1中经采样，再通过电压、电流计算阻抗，再计算数学期望E(Z)，即一个周期N个采用点的平均值，N大于等于12，本实施例取24点。Z(k)与其数学期望E(Z)的均方差为σZ(k)，方差σZ(k)表示的是测量阻抗Z(k)的变化程度。设σZ_zd为门槛值，判别涌流和故障的判据为；

σZ_zd为定值，取0.5-4；再用比率制动方法判另是否为内部故障。当保护动作时，发出跳闸命令。如果判定励磁支路的电感亦可用上述同样的设置方法。

在图2中，装置实现上述方法与现有微机继电保护装置类似，从电网的电流、电压互感器(CT、PT)的二次侧，经交流插件、A/D转换器件输入至CPU，保护投入压板等开关量输入亦至CPU，经上述设置方法编制的软件、并由CPU运算后，得到开关量输出，输出信号控制跳闸继电器。

Claims

1、一种基于励磁阻抗(变压器励磁支路的电感)变化的变压器励磁涌流判别的继电保护方法，其特征是利用测量阻抗的均方差来判别变压器励磁涌流与故障：先测量阻抗

Z = \frac{U}{I}

其中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是随时间变化的用Z(k)表示，其数学期望E(Z)为

E (Z) = \frac{1}{N} Σ_{k = 1}^{N} Z (k)

其中N为一个周期的采用点；Z(k)与其数学期望E(Z)的均方差为

σZ (k) = \sqrt{E ({(Z (k) - E (Z))}^{2})} - - - - (3)

均方σZ(k)表示的是测量阻抗Z(k)的变化程度；

设σZ_zd为门槛值，判别涌流和故障的判据为：σZ_zd为定值，σZ_zd取0.5-4，再用比率制动方法判别是否为内部故障，保护动作时，发出跳闸命令；上述测量阻抗过程如下：从电网的电流、电压互感器的二次侧经交流插件和A/D转换器件输入至CPU计算得出。

2、由权利要求1所述的基于励磁阻抗变化的变压器励磁涌流判别的继电保护方法，其特征是一个周期的采用点大于等于12点。