CN1130310A - 波形对称方法的变压器差动保护 - Google Patents

Abstract

波形对称方法的变压器差动保护是一种采用波形对称方法对变压器进行保护的控制系统，主要应用于电力变压器的保护领域，它主要由交流变换、模数转换、中心控制单元、人机对话部分、开关量输入、出口、信号、告警部分所组成，由交流换将电流，电压信号变换成低电压信号，再经模数转换将该信号转换成调频脉冲，最后将该调频脉冲送入中心控制单元的计数器，由中心控制单元采用控制程序对信号进行波形对称比较，输出控制信号，以保护变压器。

Description

波形对称方法的变压器差动保护

本发明是一种采用波形对称方法对变压器进行保护的控制系统，属于电力系统继电保护及自动化的技术领域。

当前在电力系统使用的变压器差动保护，有间断角原理和二次谐波原理，间断角原理差动用模拟电路的方法可以实现，用微机或数字电路的方法较难实现，间断角原理对变压器剩磁适应能力较差，适用于变压器剩磁小于0.6倍最大磁通的情况。二次谐波原理差动被大量使用但存在一个缺陷。当变压器空载合闸发生故障或外部故障切除后发生故障，二次谐波原理变压器差动保护会发生拒动或延时动作不能瞬时切除故障。

国外提出了几种算法有电压制动原理等值电路原理，磁通制动原理等，但都是理论研究或者是试验阶段，没有真正用在系统中的电力系统控制领域，虽然大量地应用微机技术，但对变压器微机保护没有很完善的产品。

本发明的目的是为解决当前在系统中使用二次谐波原理变压器差动护存在的缺陷，及间断角原理保护微机难以实现的困难，采用微机技术，提供一种波形对称方法的变压器差动保护。

本发明是一种由计算机控制的、采用波形对称方法进行变压器差动保护的系统，在整机结构上，本发明主要包括交流变换1、模数转换2、中心控制单元3、人机对话部分4、开关量输入5、出口、信号、告警部分6。交流变换是控制对象信号的采集口，将一次电流和电压变成能与微机接口的低电压的交流电压信号，送入模数变换部分，将经过变换的电流、电压信号经模数变换部分的压频变换器变换成调频脉冲，然后将此脉冲信号送入中心控制单元的计数器。中心控制单元是一个多“CPU”结构，以“8032”及外扩“RAM、EPROM”计数器等芯片组成微机系统，完成以下步骤：

1.对采集信号的各模拟量(已变成调频脉冲)进行计数采样。

2.对变压器的开关量进行监视。

3.将采集的数据进行计算、分析、判断，若是内部故障，送出开关量，启动出口继电器。

4.与人机对话模件交换信息，能够将必要的计算信息送出，人员整定的信息接收。

人机对话部分用“8031”及必要的外设芯片组成，完成人机对话及与工作“CPU”通信，开关量输入是将一次设备的状态量变成弱电信号，经光电隔离送入各“CPU”。出口、信号、告警这三个部分，分别为三组继电器，“CPU”发出的开关量启动某一个继电器，继电器励磁后送出节点给控制回路或信号回路，以切除变压器，最终完成对变压器的保护。

在信号的采集和处理以及实时控制方面，本发明采波形对称方法设计了一种计算机处理程序，以达到对采集的信号进行分析，判断，最后作出是否切除变压器命令，有效地保护变压器及电力系统。

波形对称原理差动，对数据进行全周付氏滤波实现差动，区别内部故障和外故障。用一周内前半波的数据和后半波的数据逐点作对称比较区别励磁涌流和故障电流。对于故障电流是正弦量加直流暂态分量，经微分处理后就滤去了直流分量变成了余弦分量，余弦函数的前半波和后半波是完全对称的Cos(wt＋α)＝-Cos(wt＋α＋π)设某一时刻瞬时值I_i180度以后的瞬时值I_i＋180＝Ij，则I_i＝-I_i＋180设一个公式： $\left|\frac{I_i+I_{i+180}}{I_i-I_{i+180}}\right|\≤A$ 其中A的取值范围为2.5～4，对于故障分量该公式始终成立。

变压器的励磁涌流是由变压器剩磁及合闸角的瞬时值引起的电流。对励磁涌流特性作一简单分析经CPU运算后能够准确地判别是否内部故障，若是内部故障送出开关量，启动出口继电器将变压器从系统中切除。

程序起动后，首先进行初始化，然后进行电流、电压采样即采集经过模数转换的电流、电压信号；接着对采集的数据作微分处理；处理后进行数字滤波；用比例制动方法判别是否是内部故障，若是外部故障则退出，若是内部故障，则计数器清零后进行进一步判断；将信号的前半周数据与后半周数据根据关系式： $\left|\frac{I_i+I_{i+180}}{I_i-I_{i+180}}\right|\≤A$ 逐点进行比较，判断是内部故障还是涌流，若不对称，则程序跳过计数器加1的步骤进行一周数据是否比较完毕的判断，若对称，则计数器自动加1后进行一周数据是否比较完毕的判断；若比较没有完毕则下推一点后返回再进行下一点的比较，若比较完毕，则进行计数器数值是否大于0.6倍半周采样点的判断；若满足条件则为故障电流，然后启动出口继电器切除变压器；否则为涌流，程序退出至数字滤波。

本发明的优点在于：

电力变压器是电力系统的关键环节，其自身价值很昂贵，要求保护能快速可靠地切除任何故障。波形对称方法变压器保护的实现，实现变压器保护的数字化智能化，提高了自动化程度，作到了任何情况下变压器发生故障都能迅速可靠地动作，保证系统稳定，使变压器发生故障后的损失控制在最小的程度。

波形对称原理在理论上特征非常明显，比较的冗裕度大，所以动作可靠，比间断角原理和二次谐波原理的抗干扰能力强。

图1是本发明的计算机控制系统的结构示意图。

图2是图1中中心控制单元的结构框图。

图3是本发明中计算机控制系统工作的控制流程图。

本发明的实施方案如下：

交流变换1用小形变压器将一次电流和电压信号变成小于5V的交流电压信号，以便于与微机接口。模数转换2采用压频变换器，将电流、电压信号变成调频脉冲送入中心控制单元3中的计数器3-1。中心控制单元3采用多CPU结构，CPU插件以型号为“8032”的集成芯片及外扩RAM、EPROM计数器等芯片组成计算机系统。人机对话部分4则单独以“8031”单片机及必要的外围元件组成一个微机系统，完成人机对话及与工作CPU通迅。开关量输入5将一次设备的状态量变成弱电信号，经光电隔离送入CPU。出口、信号、告警部分6为继电器组，继电器的控制信号来自CPU，当CPU送出的开关量启动某个继电器，继电器励磁后送出节点给控制回路或信号回路，以切除工作变压器。

在软件方面，主要是应用波形对称方法，根据关系式： $\left|\frac{I_i+I_{i+180}}{I_i-I_{i+180}}\right|\≤A$ 其中A的数值为2.5～4中的某一确定值，用前半周数据与后半周数据逐点作对称比较，满足“关系式”时为对称，否则为不对称，若百分之六十的点满足对称条件为故障，否则为涌流。

Claims (3)

1.一种波形对称方法的变压器差动保护，其特征在于采用了波形对称方法对变压器信号进行识别并由计算机控制，其控制步骤为：

启动系统工作并进行初始化；

采集经过模数转换的电流、电压信号；

对采集的电流、电压信号作微分处理；

对微分处理的信号进行数字滤波；

用比例制动方法判别是否是内部故障，若是外部故障则退出，若是内部故障则在计数器清零后进行进一步判断；

将信号的前半周数据与后半周数据根据关系式： $\left|\frac{I_i+I_{i+180}}{I_i-I_{i+180}}\right|\≤A$ 逐点进行比较，判断是内部故障还是涌流；

若不对称，则程序跳过计数器加1的步骤进行一周数据是否比较完毕的判断；

若对称，则计数器自动加1后进行一周数据是否比较完毕的判断；

若比较没有完毕则下推一点后返回再进行下一点的比较；

若比较完毕，则进行计数器数值是否大于0.6倍半周采样点的判断；

若满足条件则为故障电流，然后启动出口继电器切除变压器，否则为涌流，程序退出至数字滤波。

2.根据权利要求1所述和的波形对称方法的变压器差动保护，其特征在于将信号的前半周与后半周数据逐点作对称比较，应满足关系式： $\left|\frac{I_i+I_{i+180}}{I_i+I_{i+180}}\right|\≤A$ 其中A的取值范围为2.5～4。

3.根据权利要求1或2所述的波形对称方法的变压器差动保护，其特征在于在硬件结构上包括交流变换(1)、模数转换(2)、中心控制单元(3)、人机对话部分(4)、开关量输入(5)、出口、信号、告警部分(6)，交流变换(1)的输出接模数转换(2)，模数转换(2)的输出接中心控制单元(3)的计数器(3-1)，中心控制单元(3)的接口分别与人机对话部分(4)和开关量输入(5)、出口、信号、告警(6)相适接，中心控制单元(3)采用多“CPU”结构。

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