CN114397600A - 一种基于谐波检测的变压器副边两相短路故障判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于谐波检测的变压器副边两相短路故障判别方法，属于电力电子技术领域。该方法通过检测变频器直流母线电压，并进行傅里叶分解检测100HZ时的谐波含量对变压器副边两相短路故障及时作出判断，从而断开上级高压开关。本发明适用于单元级联型高压变频器的变压器副边两相短路保护，主要解决了传统判别方法加装电压检测装置成本高、结构设计困难、判断条件复杂的问题，利用变频器本身控制系统，无须加装其它硬件设备实现准确的故障判别。

Description

一种基于谐波检测的变压器副边两相短路故障判别方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种基于谐波检测的变压器副边两相短路故障判别方法，适用于多副边变压器应用的高压变频器控制系统。

背景技术

目前单元级联式高压变频器均采用多副边移相变压器为功率单元供电，一旦变压器副边发生短路，二次侧电流急剧增大，根据磁势平衡式可知，副边电流是与原边电流反相的，副边电流对原边电流主磁起去磁作用，由电磁的惯性原理可知，要保持主磁不变，必然也将产生一个很大的电流来抵消副边短路电流的去磁作用，这样因两种因素引起的大电流汇集在一起，作用在变压器的铁心和绕组上，在变压器中将产生一个很大的电磁力，这个电磁力作用在绕组上，可以使变压器绕组发生严重的畸变或崩裂，另外也会产生出其允许温升几倍的温度，致使变压器在很短的时间内烧毁。

因此，需要采用必要的方法来判别变压器副边状态，及时对短路故障状态作出判断，但传统变压器保护装置较复杂，成本相对较高，不适用于实际使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于谐波检测的变压器副边两相短路故障判别方法，该方法通过分析直流母线电压在100HZ时的谐波含量，有效的判别变压器副边是否处于两相短路状态。本发明适用于单元级联型高压变频器的变压器副边两相短路保护。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于谐波检测的变压器副边两相短路故障判别方法，具体包括以下步骤：

S1：采集三相直流母线电压U_dc；

S2：利用数学运算单元对三相直流母线电压进行傅里叶分解，对比分析频率在100HZ时的谐波含量变化来判别是否出现两相短路。

进一步，步骤S1中，采集的三相直流母线电压U_dc是借助高压变频器控制系统直观显示，无需外加辅助元件。

进一步，步骤S2中，对比分析频率在100HZ时的谐波含量变化来判别是否出现两相短路，具体包括以下步骤：

S201：将计算得到的100HZ时的谐波畸变率与预设理论值比较，并判断同级功率单元的二倍频谐波含量变化；

S202：判断100HZ时谐波含量比预设理论值增加40％～50％且同级功率单元二倍频谐波含量基本不变时，判断为变压器副边两相短路，变频器跳闸。

本发明的有益效果在于：本发明能有效的判别变压器副边是否处于两相短路状态，解决了传统变压器副边保护装置测量副边电压成本消耗大、结构设计困难的问题，判断过程简单避免复杂计算过程。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明基于谐波检测的变压器副边两相短路故障判别方法流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1，图1为变压器两相短路故障判别方法流程图，该方法具体包括以下步骤：

S1：采集三相直流母线电压U_dc；

S2：利用数学运算单元对三相直流母线电压U_dc进行傅里叶分解，分析三相直流母线电压在100HZ时的谐波含量；

S3：将计算得到的100HZ时的谐波畸变率与预设理论值比较并判断同级功率单元的二倍频谐波变化；

S4：判断100HZ时谐波含量比预设理论值增加40％～50％且同级功率单元二倍频谐波含量基本不变时，判断为变压器副边两相短路，变频器跳闸。

实施例1：

本实施例中，变频器输入侧接10kV可调电源，变频器为副边电压660V的8级H桥单元级联高压变频器，变压器副边为24绕组，每相分为1～8绕组。

步骤S1中，变压器副边直流母线电压U_dc检测可利用变频器已有的控制系统实现。

步骤S2中，利用数学运算单元对直流母线电压U_dc进行傅里叶分析，分别计算100HZ时的谐波含量并与预设理论值进行偏差比较。

忽略变频器负载及逆变电路的谐波影响，以理想的整三相桥式不控整流电路来分析，采用叠加方法可将三相桥式不控整流电路拆分成共阴极整流电路和共阳极整流电路，共阴极整流电路把交流电压正半周整流为直流电压U_dl，共阳极整流电路把交流电压负半周整流为直流电压U_dn；

以变压器副边A1绕组两相短路为例进行分析，变压器绕组相电压以

表示，得到共阴极联结整流电路直流电压三相桥式整流电路的理想空载直流电压U_di为：

若以傅里叶级数表示直流母线电压瞬时值u_d1，则有

其中，h为谐波电压次数，h＝kp，k＝1,2,3,…；p为直流电压脉波数；w为角频率，U_di为理想空载直流电压；

同理，以傅里叶级数表示共阳极联结整流电路直流电压瞬时值u_d2，则有

显然，以傅里叶级数表示三相桥式整流电路直流电压瞬时值u_d，则有

其中，U_v0为变压器阀组侧绕组空载线电压。

若变压器副边A1绕组发生两相短路，三相桥式整流电路可近似看作单相整流，直流电压脉波数p＝2，代入上述公式求得此时直流电压瞬时值

由此可见，若变压器副边A1绕组发生两相短路，A1功率单元直流母线电压谐波含量将增加至正常时的两倍，为便于检测与计算，取k＝1，考虑实际工况进行仿真，根据仿真结果求得二倍频谐波含量比正常运行时增加40％～50％。

此时，同相单元直流母线电压二倍频谐波含量基本不变，与预设理论值偏差在5％以内，判断变压器副边A1绕组已发生两相短路，输出变频器跳闸指令。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于谐波检测的变压器副边两相短路故障判别方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：采集三相直流母线电压U_dc；

S2：利用数学运算单元对三相直流母线电压进行傅里叶分解，对比分析频率在100HZ时的谐波含量变化来判别是否出现两相短路。

2.根据权利要求1所述的变压器副边两相短路故障判别方法，其特征在于，步骤S1中，采集的三相直流母线电压U_dc是借助高压变频器控制系统直观显示。

3.根据权利要求1所述的变压器副边两相短路故障判别方法，其特征在于，步骤S2中，对比分析频率在100HZ时的谐波含量变化来判别是否出现两相短路，具体包括以下步骤：

S201：将计算得到的100HZ时的谐波畸变率与预设理论值比较，并判断同级功率单元的二倍频谐波含量变化；

S202：判断100时谐波含量比预设理论值增加40％～50％且同级功率单元二倍频谐波含量基本不变时，判断为变压器副边两相短路，变频器跳闸。

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