CN115047240B - 一种利用小波细节分量变化特征的变压器励磁涌流判别方法 - Google Patents

一种利用小波细节分量变化特征的变压器励磁涌流判别方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种利用小波细节分量变化特征的变压器励磁涌流判别方法，包括以下步骤，实时采集变压器高压侧三相电流；对采集到的三相电流分别进行一层小波分解，得到各自的高频细节分量；利用三相电流的连续一个工频周期内的高频细节分量，分别计算三相电流的小波细节分量变化特征量；找出三个特征量的最大值，并将该最大值与阈值比较，若大于阈值，则判断变压器发生励磁涌流，若小于阈值，则判断变压器没有发生励磁涌流，而是发生内部故障。本发明方法简单，计算量小，对内存要求低，能够快速判断变压器是否发生励磁涌流。

Description

一种利用小波细节分量变化特征的变压器励磁涌流判别方法
技术领域
本申请涉及电力系统领域，涉及变压器励磁涌流判别技术，具体涉及一种利用小波细节分量变化特征的变压器励磁涌流判别方法。
背景技术
电力系统中，差动保护是变压器的主保护之一，主要作用是在变压器发生内部故障时，迅速动作控制断开变压器各侧开关，从而阻止故障持续导致变压器损毁。其他情况时，差动保护不应当动作，否则会导致影响范围扩大。
当变压器正常运行时，励磁电流很小，不会导致变压器差动保护动作，而当变压器空载合闸时，产生的励磁电流(称为“励磁涌流”)较大，会引起变压器差动保护动作。因此，如何正确判别变压器励磁涌流，防止差动保护误动作，一直是电力系统中需要解决的技术问题。
目前，在我国电力系统中，已有的变压器励磁涌流判别方法主要包括：二次谐波制动法、间断角原理、波形对称原理、磁通特性识别原理等。二次谐波制动法是目前最常用的变压器励磁涌流判别方法，由于励磁涌流时变压器电流中二次谐波较内部故障时二次谐波含量高，该方法通过提取变压器电流中二次谐波，计算其含量，区分变压器是否发生励磁涌流，该方法原理简单，但存在一定局限，随着电力系统不断升级，变压器容量不断增大，发生内部故障时，二次谐波含量也随之增大，因此，该方法可能会发生误判。间断角原理与二次谐波制动原理的局限性类似，当谐波含量较大时，间断角原理会产生较大误差；波形对称原理计算量较大，不利于快速判别；磁通特性识别原理在计算过程中采取近似，且变压器绕组的漏感和磁通曲线难以准确获取。可见，仅利用变压器电流信号，快速而又准确地实现变压器磁力涌流，是电力系统中一直存在的技术难题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种利用小波细节分量变化特征的变压器励磁涌流判别方法，仅利用变压器高压侧三相电流信息，进行快速计算，且判别正确。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请实施例提供一种利用小波细节分量变化特征的变压器励磁涌流判别方法，包括以下步骤，
步骤1：实时采集变压器高压侧三相电流，分别记为iA(k)、iB(k)、iC(k)，其中k＝1、2、3……n，n是1个工频周期20ms采集的电流值个数，取采样频率为10kHz，则n＝200；
步骤2：对采集到的三相电流分别进行一层小波分解，得到各自的高频细节分量，其中，在小波分解时选取的是db4小波，进行一层分解，得到的三相电流对应的高频细节分量，分别记为：DA(k)、DB(k)、DC(k)，其中k＝1、2、3……200；
步骤3：利用三相电流的连续一个工频周期内的高频细节分量，分别计算三相电流的小波细节分量变化特征量，记为HA、HB、HC，公式如下：
Figure BDA0003648126950000021
步骤4：找出式(1)中三个特征量的最大值，并将该最大值与阈值比较，若大于阈值，则判断变压器发生励磁涌流，若小于阈值，则判断变压器没有发生励磁涌流，而是发生内部故障。
所述步骤4中的阈值取为25。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种利用小波细节分量变化特征的变压器励磁涌流判别方法，只需要采集变压器高压侧三相电流，对存储空间要求低，利用电力系统中已有的电流互感器即可实现，不需要额外增加测量装置，利用小波变换只需要进行一层分解，得到高频细节分量，后续计算只有加、减法，计算方法十分简单，计算量小，对装置CPU要求低，能够满足快速进行励磁涌流判别的要求。本发明不受变压器容量、内部故障类型、故障时刻的影响，准确度高。具体原因如下：
经过大量仿真分析发现，变压器空载合闸产生励磁涌流，对变压器高压侧电流进行一层小波分解得到的高频细节分量变化程度较大，即通过离散采样计算得到高频细节分量波形起伏程度大，而当发生变压器内部故障(无论是单相接地、两相短路、两相短路接地还是三相短路)时，得到的高频细节分量变化程度较小，在波形上表现为起伏程度小。基于该特征，本发明利用发明书步骤4中式(1)公式计算得到高频细节分量的变化特征值，将该特征值与阈值(取为25)进行比较，从而判断是否发生励磁涌流。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明方法流程图。
图2是某含有变压器的电力系统仿真模型图。
图3(a)是0.205s空载合闸时，变压器高压侧三相电流(即励磁涌流)波形。
图3(b)是三相励磁涌流对应的高频细节分量波形。为方便观察，波形图中时间轴0时刻均对为空载合闸时刻。
图4(a)是变压器内部在0.200s发生A相接地故障，变压器高压侧三相电流波形。
图4(b)是三相故障电流对应的高频细节分量波形。为方便观察，波形图中时间轴0时刻均对应为故障发生时刻。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
如图2所示某空载变压器的电力系统仿真模型图，变压器高压、中压、低压侧绕组分别采用Y型、Y型、△型接法，电压分别为220kV、121kV、10.5kV，高、中压侧中性点接地。图中S为230kV电源，L为电源侧等效电感，大小为0.01mH，K为高压侧开关(断路器)，采样频率10kHz。若开关K起始状态是断开，控制K闭合，则模拟变压器空载合闸，产生励磁涌流。若K起始状态是闭合，则可控制变压器中压侧三相绕组发生单相接地、两相短路、两相短路接地、三相故障，模拟变压器内部故障情况。
利用本发明提供的方法可以进行变压器励磁涌流的判别。如图1所示，包括如下步骤：
步骤1：实时采集变压器高压侧三相电流，分别记为iA(k)、iB(k)、iC(k)，其中k＝1、2、3……200。
步骤2：对采集到的三相电流分别进行一层小波分解，得到各自的高频细节分量。其中，在小波分解时选取的是db4小波，进行一层分解，得到的三相电流对应的高频细节分量，分别记为：DA(k)、DB(k)、DC(k)，其中k＝1、2、3……200。
步骤3：利用三相电流的连续一个工频周期内的高频细节分量，分别计算三相电流的小波细节分量变化特征量，记为HA、HB、HC。公式如下：
Figure BDA0003648126950000051
步骤4：找出式(1)中三个特征量的最大值，并将该最大值与阈值(取为25)比较，若大于阈值，则判断变压器发生励磁涌流，若小于阈值，则判断变压器没有发生励磁涌流，而是发生内部故障。
对图3(b)、4(b)对比可以看出，变压器发生励磁涌流时，高频细节分量波动幅度较大，内部故障时高频细节分量波动幅度小。
表1.不同时刻发生空载合闸或内部故障，得到的小波细节分量特征值最大值
Figure BDA0003648126950000052
从表1的所有结果可以看出，变压器发生内部故障时，本发明方法在不同故障时刻、不同故障类型的情况下，计算得到的小波细节分量特征值均小于阈值(25)，而在不同时刻空载合闸时，变压器励磁涌流对应的小波细节分量特征值均大于阈值(25)，证明本发明方法可行。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用小波细节分量变化特征的变压器励磁涌流判别方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1：实时采集变压器高压侧三相电流，分别记为iA(k)、iB(k)、iC(k)，其中k＝1、2、3……n，n是1个工频周期20ms采集的电流值个数，取采样频率为10kHz，则n＝200；
步骤2：对采集到的三相电流分别进行一层小波分解，得到各自的高频细节分量，其中，在小波分解时选取的是db4小波，进行一层分解，得到的三相电流对应的高频细节分量，分别记为：DA(k)、DB(k)、DC(k)，其中k＝1、2、3……200；
步骤3：利用三相电流的连续一个工频周期内的高频细节分量，分别计算三相电流的小波细节分量变化特征量，记为HA、HB、HC，公式如下：
Figure FDA0003648126940000011
步骤4：找出式(1)中三个特征量的最大值，并将该最大值与阈值比较，若大于阈值，则判断变压器发生励磁涌流，若小于阈值，则判断变压器没有发生励磁涌流，而是发生内部故障。
2.根据权利要求书1所述的一种利用小波细节分量变化特征的变压器励磁涌流判别方法，其特征在于：所述步骤4中的阈值取为25。
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