變壓器保護(hù)中勵(lì)磁涌流鑒別方法的淺析

 變壓器保護(hù)中勵(lì)磁涌流鑒別方法的淺析

　　摘要：勵(lì)磁涌流的鑒別一直是變壓器保護(hù)中的一個(gè)關(guān)鍵問題，文中對(duì)運(yùn)用和研究中的勵(lì)磁涌流的鑒別方法進(jìn)行分析和綜述，指出了變壓器勵(lì)磁涌流在鑒別方法的研究和應(yīng)用動(dòng)向。

　　關(guān)鍵詞：電力變壓器；勵(lì)磁涌流；繼電保護(hù)

　　1引言

　　勵(lì)磁涌流判別是變壓器差動(dòng)保護(hù)中的關(guān)鍵問題。近十幾年來，國內(nèi)外學(xué)者提出了許多判別勵(lì)磁涌流的新原理和方法。本文選出一些已應(yīng)用過的和新近提出的識(shí)別方法行深入的綜合研究，根據(jù)鑒別原理的不同特點(diǎn)，將它們分成以下幾類(1)諧波識(shí)別法；(2)波形特征識(shí)別法；(3)基于智能理論的識(shí)別法；(4)基于電氣模型識(shí)別法；(5)磁通特性識(shí)別法；文章在介紹每種方法的基本原理的基礎(chǔ)上，著重分析了原理的性能、特點(diǎn)、局限性討論了用微機(jī)實(shí)現(xiàn)的可能性。

　　2基于諧波制動(dòng)原理的鑒別方法

　　2．1二次諧波電流制動(dòng)原理

　　文獻(xiàn)[1]中提出與短路電流相比，勵(lì)磁涌流中含有很高的二次諧波成分。二次諧波電流制動(dòng)原理正是利用差動(dòng)電流中的二次諧波與基波模值比來判斷是否存在勵(lì)磁涌流的。該方法判據(jù)簡(jiǎn)單，已在電力系統(tǒng)保護(hù)配置中得到普遍應(yīng)用。但是隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)的提高、大容量變壓器的大量使用，當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，諧振也會(huì)使短路電流中的二次諧波成分增加，保護(hù)延遲動(dòng)作。有時(shí)空載合閘后的二次諧波不明顯也會(huì)造成誤動(dòng)。若能加上合適的加速判據(jù)，基于二次諧波的比率差動(dòng)微機(jī)保護(hù)還是可以滿足系統(tǒng)要求的。

　　2．2電壓諧波制動(dòng)原理

　　文獻(xiàn)[2]中識(shí)別方法的基本思想是：當(dāng)變壓器因勵(lì)磁涌流出現(xiàn)嚴(yán)重飽和時(shí)，端電壓會(huì)發(fā)生嚴(yán)重畸變，其中包含較大的諧波含量，用它來鑒別勵(lì)磁涌流。與二次諧波電流制動(dòng)相比，它能可靠鑒別涌流，閉鎖保護(hù)。對(duì)大多數(shù)內(nèi)部故障來說，它的保護(hù)動(dòng)作速度要快。但是應(yīng)該考慮到電壓制動(dòng)原理的應(yīng)用與電源阻抗的大小密切相關(guān)，若系統(tǒng)阻抗非常小，保護(hù)可能拒動(dòng)，同時(shí)還要防止TV斷線。

　　3基于波形特征的識(shí)別方法

　　3．1間斷角原理

　　文獻(xiàn)[3]中提出間斷角原理是利用短路電流波形連續(xù)變化．而勵(lì)磁涌流波形有明顯的間斷角特征作為鑒別判據(jù)。該方法簡(jiǎn)單直接，但是以精確測(cè)量間斷角為基礎(chǔ)的。如果CT飽和會(huì)使傳變后的二次側(cè)涌流間斷角發(fā)生畸變，有時(shí)會(huì)消失，要采取某些措施恢復(fù)間斷角．從而增加了保護(hù)硬件的復(fù)雜性。同時(shí)還要受到采樣率、采樣精度的影響及硬件的限制，因此該原理在實(shí)際微機(jī)差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用效果并不十分的理想。

　　3．2波形疊加原理

　　文獻(xiàn)[4]作者推導(dǎo)出的半波疊加制動(dòng)方法是把文獻(xiàn)[1]中涌流表達(dá)式i求導(dǎo)后，將所得波形的前后半波疊加。令：

　　A=及D=，K=A/D作為識(shí)別特征量；

　　經(jīng)計(jì)算后可知，故障時(shí)K=0，而在勵(lì)磁涌流間斷角大于180。時(shí)K的最大值為1。若能選擇適當(dāng)?shù)恼�定值K就可以簡(jiǎn)單方便地區(qū)分涌流和故障電流。

　　通過動(dòng)模實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，用該原理制成的微機(jī)差動(dòng)保護(hù)在空載合閘于內(nèi)部故障時(shí)具有較高的靈敏度，在1．25％匝間短路時(shí)，可在40ms內(nèi)切除故障，具有良好的抗涌流能力。

　　3．3基于小波變換原理

　　小波變換同時(shí)具有時(shí)頻局部化特性，可以精確地提取信號(hào)的變化特征，文獻(xiàn)[5]正是利用它在信號(hào)特征分析中明顯的優(yōu)越性來鑒別勵(lì)磁涌流和短路電流。文中運(yùn)用二次中心樣條小波作為分析小波，對(duì)離散信號(hào)進(jìn)行二次小波分解后，可以直觀看出，在內(nèi)部故障時(shí)波形比較平滑，且大多數(shù)采樣時(shí)刻總有當(dāng)前時(shí)刻與半周前對(duì)應(yīng)時(shí)刻的小波系數(shù)符號(hào)相反，大小大致相等，而勵(lì)磁涌流的小波系數(shù)絕大部分時(shí)刻不滿足這一點(diǎn)。通過對(duì)EMTP仿真數(shù)據(jù)和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部出口故障或空載合閘于匝間短路時(shí)動(dòng)作時(shí)間不超過1個(gè)周期。缺點(diǎn)是采樣率較高，若進(jìn)行高尺度分解又將引起數(shù)據(jù)和計(jì)算量增大。在進(jìn)行樣本分析時(shí)如能引用小波包變換將會(huì)有很好的運(yùn)用前景。

　　4基于智能理論的識(shí)別方法

　　基于模糊多判據(jù)原理的鑒別方案

　　文獻(xiàn)[6]在分析現(xiàn)有四種識(shí)別算法的基礎(chǔ)上，綜合各判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，利用模糊集合理論將各判據(jù)模糊化后進(jìn)行多判據(jù)的綜合模糊化，即：

　　；

　　式中，是（i=1，2，3，4）對(duì)應(yīng)判據(jù)權(quán)重，并且滿足，當(dāng)時(shí)，判為內(nèi)部故障，保護(hù)將出口動(dòng)作，否則，認(rèn)為是涌流情況。這種方法兼顧了各方面的優(yōu)點(diǎn)，既能做到可靠動(dòng)作，又能提高變壓器保護(hù)的動(dòng)作速度，同時(shí)利用微機(jī)保護(hù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)上述多判據(jù)算法，具有普遍推廣的價(jià)值。

　　5基于電氣模型的識(shí)別方法

　　勵(lì)磁阻抗變化原理

　　文獻(xiàn)[7]提到的勵(lì)磁阻抗變化原理是從磁化曲線的非線性出發(fā)，利用涌流時(shí)變壓器勵(lì)磁阻抗急劇變化，而在正常運(yùn)行或內(nèi)部故障時(shí)勵(lì)磁阻抗基本不變這一特性來區(qū)分勵(lì)磁涌流和短路電流的。當(dāng)均方誤差:　

　　大于門整定檻值時(shí)，判為涌流，否則為短路電流。其中：Z(t)，E(Z)分別表示測(cè)量阻抗Z(t)的變化程度和數(shù)學(xué)期望。

　　通過動(dòng)模實(shí)驗(yàn)和EMTP故障仿真實(shí)驗(yàn)表明，此方法可以很快地區(qū)分勵(lì)磁涌流和短路電流。即使在合閘于輕微匝間故障情況下，動(dòng)作延時(shí)也不超過30ms。它最大的特點(diǎn)是不需要知道變壓器參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)。

　　6基于磁通特性識(shí)別方法

　　針對(duì)以往幾種磁制動(dòng)方案存在只適用單相變壓器的缺陷，文獻(xiàn)[8]作者建立了變壓器新磁路模型。引入假想電流及，NI=等磁路定律的基礎(chǔ)上建立了一個(gè)非線性方程

　　[A][X]=[b]，經(jīng)迭代求解μ值(利用磁化曲線確定)。然后，判斷磁路是否飽和，并按文中采用的規(guī)則條件，將各相所設(shè)立的計(jì)數(shù)器k的數(shù)值(以文中方法確定)與門檻值進(jìn)行比較，判斷是否為勵(lì)磁涌流。作者用實(shí)際的涌流波形對(duì)該算法進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，它適合各種類型的變壓器；如果采樣率足夠高，收斂的速度將會(huì)很快；若取消二次諧波判據(jù)，檢測(cè)內(nèi)部故障的速度仍然較快。并且當(dāng)變壓器空載合閘于內(nèi)部故障時(shí)，動(dòng)作速度快�；�于磁特性的勵(lì)磁涌流鑒別法不但可以克服二次諧波制動(dòng)原理的不足，而且適宜用微機(jī)實(shí)現(xiàn)，將是一種有前景的方法。

　　7結(jié)論

　　通過以上的介紹和分析發(fā)現(xiàn)，為滿足電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的要求，近十多年國內(nèi)外學(xué)者對(duì)變壓器保護(hù)的原理從各方面進(jìn)行了深入的研究和試驗(yàn)，提出了許多不同的方案。其中大多數(shù)進(jìn)行的動(dòng)模實(shí)驗(yàn)和仿真證明具有較高的靈敏度和可靠性，但離微機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)還有一段距離。而原來已用于實(shí)際的一些方法隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展也面臨著新的考驗(yàn)。因此，為適應(yīng)未來電力系統(tǒng)的要求，盡快研制出新原理的微機(jī)變壓器保護(hù)已成為一個(gè)非常現(xiàn)實(shí)和迫切的要求。

　　參考文獻(xiàn)：

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