CN1545178A - 变压器反时限过激磁保护方法 - Google Patents

Abstract

变压器反时限过激磁保护方法，以三相电压瞬时值的均方根用于测量过激磁的计算电压；利用正序电压软件测量过激磁的计算频率；将“有效值的概念”应用于反映变压器累积过激磁信息；将最小二乘法曲线拟合技术应用于拟合实际变压器的过励磁倍数曲线：采用特性可设定的反时限特性的过激磁保护，反时限动作特性曲线由输入的十组定值得到，通过最小二乘法拟合变压器的实际过励磁倍数曲线，得到更加精确的反时限动作特性。

Description

变压器反时限过激磁保护方法

一、技术领域

本发明涉及变压器反时限过激磁保护方法，尤其是利用三相电压瞬时值的均方根测量电压、应用正序电压软件测量频率、反映过激磁累积信息以及曲线拟合技术的变压器反时限过激磁保护方法。

二、背景技术

目前现有变压器的反时限过激磁保护所存在过激磁倍数测量精度不高、过激磁保护动作特性不能很好配合变压器自身的过励磁倍数曲线、不能真实地反映变压器的实际运行工况等问题：

—当反时限过激磁保护采用固定动作方程式时，不能较好适应不同的变压器过励磁倍数曲线。其动作方程可描述如下：

$t=0.5+\frac{0.18k}{{(m-1)}^2}---\left(1\right)$

其中：m＝n/n_qd，n＝U_*/f_*即过激磁测量倍数；U_*和f_*分别为变压器端部电压的标幺值和频率的标幺值；n_qd为过激磁倍数起动值；k为变压器耐受过励磁系数。

变压器铁芯饱和的非线性和材料以及工艺上的差别，使得变压器过励磁特性各异，这就要求变压器过激磁保护的动作特性能够适应不同的变压器过励磁倍数曲线。

其缺点为：虽然可以通过选取不同的变压器耐受过励磁系数k和过激磁倍数起动值n_qd得到不同的动作方程曲线以适应不同的变压器过励磁倍数曲线，但是动作方程式的特性曲线往往不能够同时兼顾整个变压器过励磁倍数曲线。因此变压器过激磁保护的动作特性不能够适应不同的变压器过励磁倍数曲线。

—过激磁保护动作特性没有真实地反映了变压器的实际工况：

考虑到过激磁对变压器造成的危害主要表现为变压器局部过热，过激磁测量倍数中应当既含有当前时刻的过激磁信息，同时也含有过激磁开始后各时间段的累积过激磁信息，这样才能更真实地反映了变压器的运行工况。

—过激磁倍数测量精度不高，一般在5％左右；且在变压器TV(定义：电压互感器)二次回路出现断线等异常状态时，可能出现某相电压升高或频率测量不准确的现象，影响过激磁测量倍数的计算精度，从而导致过激磁保护误动：

由于过激磁倍数为电压与频率的比值，因而要求电压幅值与频率的计算精度很高。电压幅值的计算精度本身就会受系统频率变化的影响。因此过激磁倍数测量值的误差对过激磁保护动作特性有重要的影响。

三、发明内容

本发明目的是：提供一种动作方程式的特性曲线能够同时兼顾整个变压器过励磁倍数曲线，过激磁保护动作特性能真实地反映了变压器的实际工况，过激磁倍数测量精度高的变压器反时限过激磁保护方法。

本发明目的是这样实现的：将三相电压瞬时值的均方根原理应用于测量过激磁的计算电压，使得计算电压与系统频率变化无关；利用正序电压软件测量过激磁的计算频率；将“有效值的概念”应用于反映变压器累积过激磁信息；将最小二乘法曲线拟合技术应用于拟合实际变压器的过励磁倍数曲线。

具体的可描述如下：

(1)三相电压瞬时值的均方根原理应用于测量过激磁的计算电压：

实际电力系统中变压器的过励磁都表现为三相同时过励磁，三相电压瞬时值的均方根原理可用如下公式表示：

$=\sqrt{\frac{3}{2}}U$

通过上述表达式可以看出利用三相电压瞬时值的均方根计算得到的电压值与系统频率无关。有效解决过激磁计算电压的算法受频率变化的影响问题。

(2)利用正序电压软件测量过激磁的计算频率：

正序电压能够正确反映系统正常运行和各种故障条件下的状态，设

${\stackrel{\·}{U}}_1=({\stackrel{\·}{U}}_{1C}+j{\stackrel{\·}{U}}_{1S})$ 和 ${\stackrel{\·}{U}}_2=({\stackrel{\·}{U}}_{2C}+j{\stackrel{\·}{U}}_{2S})$ 分别为两个相量，两个相量间的夹角为α＝2πf，

而 $\sin \mathrm{\α}=\frac{U_{1C}\·U_{2S}-U_{1S}\·U_{2C}}{U_1\·U_2};$ 通过上述表达式可以计算出系统频率。

(3)将“有效值的概念”应用于反映变压器累积过激磁信息：

考虑到过激磁对变压器造成的危害主要表现为变压器局部过热，因此利用“有效值的概念”来计算过激磁倍数n，即：

$n=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{n}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}---\left(3\right)$

其中：T为过激磁开始到计算时刻的时间；n(t)为过激磁测量倍数，它为随时间变化的函数。这样过激磁测量倍数中既含有当前时刻的过激磁信息，同时也含有过激磁开始后各时间段的累积过激磁信息，更真实地反映了变压器的实际运行工况。

(4)将最小二乘法曲线拟合技术应用于拟合实际变压器的过励磁倍数曲线：

由于变压器铁芯饱和的非线性和材料以及工艺上的差别，使得变压器过励磁特性各异，这就要求变压器过激磁保护的动作特性能够适应不同的变压器过励磁倍数曲线。为此采用了特性可设定的反时限特性的过激磁保护。反时限动作特性曲线由输入的若干组定值得到，通过最小二乘法拟合变压器的实际过励磁倍数曲线，得到更加精确的反时限动作特性。

本发明的特点：

—过激磁倍数测量精度很高，一般在千分之五左右，且不受系统频率变化的影响。

—过激磁测量倍数中既含有当前时刻的过激磁信息，同时也含有过激磁开始后各时间段的累积过激磁信息，更真实地反映了变压器的实际运行工况。

—最小二乘法曲线拟合技术应用于拟合实际变压器的过励磁倍数曲线，使得变压器过激磁保护的动作特性能够很好适应不同的变压器过励磁倍数曲线。

—在变压器TV二次回路出现断线等异常状态时(例如出现某相电压升高)，过激磁保护不会误动。

四、附图说明

图1为反时限过激磁动作特性示意图

五、具体实施方式

如图所示，(1)由于过激磁的测量倍数随时间而变，考虑到过激磁对变压器造成的危害主要表现为变压器局部过热，因此利用“有效值的概念”来计算过激磁倍数n，即：

$n=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{n}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}$

其中：T为过激磁开始到计算时刻的时间；n(t)为过激磁测量倍数，它为随时间变化的函数。

上述过激磁计算倍数利用微机保护实现时的离散形式可以具体表述为：

$n=\sqrt{\frac{\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{n}_k^2\·T_k}{\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{T}_k}}$

n_k为时刻k时的过激磁倍数，T_k为过激磁倍数为n_k的时间。

这样过激磁测量倍数中既含有当前时刻的过激磁信息，同时也含有过激磁开始后各时间段的累积过激磁信息，更真实地反映了变压器的实际运行工况。

(2)正序电压计算频率的原理可简单表述如下：傅氏递推算法所得相量在复平面保持不动，当系统频率发生偏移Δf时，相量将在复平面以2πΔf的速度旋转。当频率增加时，沿逆时针方向旋转，当频率减少时，沿顺时针方向旋转，因此可通过测量相量幅角的变化，实时测量频率。

具体计算公式可表述如下：设采样频率为1200HZ(即每个周波24点采样)，实际计算中可取角度差为90度的两个向量(即k与k-6两点)进行计算并进行平滑处理。

${3U}_{1C}=U_{\mathrm{aC}}-U_{\mathrm{nC}}\·0.5-U_{\mathrm{nS}}\·\frac{\sqrt{3}}{2}-U_{\mathrm{cC}}\·0.5+U_{\mathrm{cS}}\frac{\sqrt{3}}{2}$

${3U}_{1S}=U_{\mathrm{aS}}-U_{\mathrm{bS}}\·0.5+U_{\mathrm{bC}}\·\frac{\sqrt{3}}{2}-U_{\mathrm{cS}}\·0.5-U_{\mathrm{cC}}\frac{\sqrt{3}}{2}$

$2\mathrm{\πf}*\frac{1}{F_s}=\mathrm{\α}\≈\sin \mathrm{\α}=\frac{U_{1C}(k-6)\·U_{1S}\left(k\right)-U_{1S}(k-6)\·U_{1C}\left(k\right)}{\left|U_1\left(k\right)\right|*\left|U_1(k-6)\right|}$

其中：下标C表示COS分量，S表示SIN分量，F_s表示采样频率。

由于正序电压能够正确反映系统正常运行和各种故障条件下的状态，而用其它电压量例如相电压并不能准确计算系统频率。

(3)三相电压瞬时值的均方根原理应用于测量过激磁的计算电压：

三相电压瞬时值的均方根可用如下公式表示：

$=\sqrt{\frac{3}{2}}U$

通过上述表达式可以看出利用A、B、C三相电压瞬时值的均方根计算得到的电压幅值与系统频率无关。

(4)将最小二乘法曲线拟合技术应用于拟合实际变压器的过励磁倍数曲线。反时限动作特性曲线由输入的十组定值得到，通过最小二乘法拟合变压器的实际过励磁倍数曲线，得到更加精确的反时限动作特性。如上图所示的曲线参数。

Claims (1)

1、变压器反时限过激磁保护方法，其特征是以三相电压瞬时值的均方根用于测量过激磁的计算电压；利用正序电压软件测量过激磁的计算频率；将“有效值的概念”应用于反映变压器累积过激磁信息；将最小二乘法曲线拟合技术应用于拟合实际变压器的过励磁倍数曲线：

(1)所述三相电压瞬时值的均方根方法用于测量过激磁的计算电压：

实际电力系统中变压器的过励磁都表现为三相同时过励磁，三相电压瞬时值均方根 可见过激磁的计算电压幅值与系统频率无关。

(2)利用正序电压测量计算过激磁的计算频率：

正序电压能够正确反映系统正常运行和各种故障条件下的状态，设 ${\stackrel{\·}{U}}_1=({\stackrel{\·}{U}}_{1C}+j{\stackrel{\·}{U}}_{1S})$ 和 ${\stackrel{\·}{U}}_2=({\stackrel{\·}{U}}_{2C}+j{\stackrel{\·}{U}}_{2S})$ 分别为两个相量，两个相量间的夹角为α＝2πf，而 $\sin \mathrm{\α}=\frac{U_{1C}\·U_{2S}-U_{1S}\·U_{2C}}{U_1\·U_2};$ 从而计算出系统频率；

(3)利用“有效值的概念”来计算过激磁倍数n，即：

$n=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{n}^2\left(t\right)\mathrm{dt}}$

其中：T为过激磁开始到计算时刻的时间；n(t)为过激磁测量倍数，它为随时间变化的函数，这样过激磁测量倍数中既含有当前时刻的过激磁信息，同时也含有过激磁开始后各时间段的累积过激磁信息；

(4)将最小二乘法曲线拟合应用于拟合实际变压器的过励磁倍数曲线：

采用特性可设定的反时限特性的过激磁保护，反时限动作特性曲线由输入的十组定值得到，通过最小二乘法拟合变压器的实际过励磁倍数曲线，得到更加精确的反时限动作特性。

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