專利名稱：變壓器涌流微分諧波檢測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護和狀態(tài)監(jiān)測領域，適用于變壓器保護和狀態(tài)監(jiān)測，用于變壓器故障電流與勵磁電流的判別，為一種變壓器涌流微分諧波檢測方法。
背景技術：
由于導引線比較短，差動保護比較適用于作為變壓器的主保護，且具有良好的性能。但是當變壓器空載合閘時會產(chǎn)生勵磁涌流，此勵磁涌流即為差流，會使差動保護誤動。因此，必須采取措施防止變壓器空載合閘時的勵磁涌流造成的差動保護的誤動。目前已采用的方法有檢測涌流的二次諧波的含量；檢測涌流的間斷角的大??；檢測涌流的正負半波的對稱度。這些方法都是檢測涌流發(fā)生畸變時的某一特征量，以此判斷差動電流是勵磁涌流還是故障電流，從而決定差動保護是否動作。另外，當變壓器過勵磁時，其勵磁電流也 會造成差動保護誤動，需要采取措施防止。變壓器勵磁涌流的畸變程度與許多因素有關，例如變壓器鐵芯材料及特性、鐵芯的工作磁密、飽和磁密、剩磁、空投時的合閘角等等,其中剩磁與合閘角是隨機的。因此,涌流的畸變程度就不是唯一的，我們需要檢測的特征量也是不確定的。例如涌流中的二次諧波與基波相比，其所占比例相對其他次諧波比較大，但不是一個確定的值，而是在一定范圍內(nèi)隨有關因素的變化而變化，現(xiàn)有技術只能得出這樣的結論三相涌流中總有一相大于20%。根據(jù)這一結論，制動方式只能采用“或”門制動，而這正是二次諧波制動方法的缺陷之一。現(xiàn)有技術中的間斷角的制動方法也有類似問題，間斷角的定值一般取65度，這只能保證飽和磁密與工作磁密之比為I. 2，剩磁為0. 5時可靠制動?，F(xiàn)有技術的波形對稱制動方法，也稱偶次諧波制動方法，在“對稱涌流”的情況下，效果也不能令人滿意了 ；另外，變壓器在過激磁時，波形對稱的方法就無能為力了，因其勵磁電流波形是對稱的。在電壓等級較高時，為防止過激磁時差動保護的誤動，以上三種保護原理都還需要增加5次諧波制動的方法?？傊@些方法僅僅從某一個方面反映涌流的畸變，沒有全面的反映涌流的畸變，因而不可避免地具有局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有技術對變壓器勵磁涌流的檢測不夠全面，存在局限性，容易出現(xiàn)誤判，不能有效嚴格區(qū)分勵磁電流和故障電流；都還需要通過增加5次諧波制動的方法來防止過激磁時的誤動。本發(fā)明的技術方案為變壓器涌流微分諧波檢測方法，利用變壓器涌流中造成涌流畸變的高次諧波，通過放大高次諧波來放大勵磁涌流的畸變程度，利用放大后的畸變實現(xiàn)可靠的區(qū)分故障電流和勵磁涌流，具體為對涌流微分對涌流的畸變有放大作用，勵磁涌流含有豐富的高次諧波，對勵磁涌流微分后，各高次諧波被放大，諧波次數(shù)越高放大的倍數(shù)越大，畸變程度隨之放大，而故障電流相比勵磁涌流，其高次諧波數(shù)值很小，微分后畸變程度不會放大很多，即勵磁涌流與故障電流微分后，畸變的放大程度明顯不同，由此對被檢測電流微分，根據(jù)微分后的畸變程度，判斷變壓器電流發(fā)生異常時是故障電流還是勵磁涌流。針對差動保護裝置的硬件配置設置畸變程度的判斷方式I)當差動保護裝置僅設有一個CPU時，首先對被檢測電流微分，然后用傅里葉變換計算出各次諧波的數(shù)值，由式(I)進行判斷I' 2+1' 3+.+I' n ^ KI1 (I)式中，I' 2,r 3，r 分別為被檢測電流的微分后的2，3，一n次諧波有效值山為基波的有效值；K為差動保護裝置制動系數(shù)的整定值，取值為0. 6 0. 8，檢測的電流滿足式(I)為勵磁涌流，閉鎖差動保護，否則為故障電流，開啟差動保護；2)當差動保護裝置具有兩個CPU，一個為CPU，一個為數(shù)字信號 處理芯片DSP時，對于被檢測電流，DSP直接得到被檢測電流中各次諧波的含量，將數(shù)據(jù)傳輸至CPU進行判斷2I2+3I3+. . . +nln ^ KI1 (2)式中，12，I3, In分別為由DSP得到的被檢測電流的2，3…n次諧波有效值山為基波的有效值；K為差動保護裝置制動系數(shù)的整定值，取值為0. 6 0. 8，檢測的電流滿足式
(2)為勵磁涌流，閉鎖差動保護，否則為故障電流，開啟差動保護。本發(fā)明為嚴格區(qū)別勵磁涌流和故障電流，首次提出利用對涌流微分后高次諧波被放大的特點理論上幾次諧波就放大幾倍，諧波次數(shù)越高放大的倍數(shù)越大。也就是說勵磁涌流的微分對涌流的畸變有放大作用，本發(fā)明從所有諧波來檢測涌流的畸變，不僅全面地反映了涌流的畸變，而且放大了這種畸變，由于故障電流的特征是含有較大的直流分量(非周期分量)，高次諧波的數(shù)值很小，微分后可消除直流分量，因而故障電流的諧波由于本身較小，微分后的放大作用也就有限；而勵磁涌流則含有豐富的高次諧波，且相比故障電流，其高次諧波數(shù)值較大，微分后的放大程度隨諧波次數(shù)增大，本發(fā)明將勵磁涌流與故障電流之間的區(qū)別進行放大，因此能更嚴格區(qū)分故障電流和勵磁涌流?，F(xiàn)有技術中的“間斷角”方法和“波形對稱”方法也對勵磁涌流進行微分，但目的只是為了消除直流分量，微分后間斷角保持不變，波形不對稱依然不對稱，沒有利用對各次諧波的放大作用，并且按照它們本身的判斷方法也無法利用。另外，在專利ZL200910183569. 5的畸變度檢測法雖然也全面地反映了涌流的畸變，其中的“差分”算法也對諧波有放大作用，該方法也有很好地制動效果，但“微分”與“差分”相比對諧波的放大作用更大。因此，本發(fā)明在變壓器空投時的制動效果更好，更能嚴格區(qū)分涌流和故障電流，有更大的冗余度。本發(fā)明除了對空載合閘的勵磁電流有可靠地制動作用外，對過勵磁的勵磁電流也有可靠地制動作用，并且無需再用5次諧波制動，判斷高效、簡單可靠。


圖I為本發(fā)明實施例一的被檢測電流錄波圖。圖2為本發(fā)明實施例二的被檢測電流錄波圖。圖3為本發(fā)明實施例三的被檢測電流錄波圖。
具體實施例方式本發(fā)明利用勵磁涌流中造成涌流畸變的豐富的高次諧波，通過放大高次諧波來放大勵磁涌流的畸變程度，勵磁涌流含有豐富的高次諧波且諧波數(shù)值較大，對勵磁涌流微分后，各高次諧波被放大，諧波次數(shù)越高放大的倍數(shù)越大，畸變程度隨之放大，而故障電流相比勵磁涌流，其高次諧波數(shù)值很小，微分后畸變程度不會放大很多，即勵磁涌流與故障電流微分后，畸變的放大程度會有明顯的不同，利用放大后的畸變區(qū)分故障電流和勵磁涌流，畸變程度被放大后，有利于更嚴格區(qū)分故障電流和勵磁涌流。下面具體說明本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明根據(jù)高次諧波微分后放大的原理，以及勵磁涌流和故障電流所含高次諧波不同，從高次諧波的含量來判斷勵磁涌流以及故障電流，根據(jù)差動保護裝置硬件配置的不同，可分以下兩種方式實施I.差動保護裝置只有一個CPU。首先對被檢測電流微分，然后用傅里葉變換計算出各次諧波的數(shù)值，再用(I)式進行判別I' 2+1' 3+.+I' n ^ KI1 (I) 式中，I' 2，I' 3，I' n分別為被檢測電流，也就是差動電流微分后的2，3，…n次諧波有效值山為基波的有效值；K為差動保護裝置制動系數(shù)的整定值，取值為0. 6 0. 8，檢測的電流滿足式(1)，表示諧波含量大，判斷為勵磁涌流，閉鎖差動保護，否則為故障電流，開啟差動保護.。2.差動保護裝置具有兩個CPU，即雙CPU差動保護裝置，這種類型的差動保護裝置包括一個數(shù)字信號處理芯片DSP和一個CPU，DSP進行實時數(shù)據(jù)處理，CPU用于實現(xiàn)邏輯判斷和保護運算，數(shù)字信號處理芯片DSP可以直接得到被檢測電流中各次諧波的含量；本發(fā)明利用DSP直接得到的諧波數(shù)據(jù)，根據(jù)諧波微分后，幾次諧波就放大幾倍的理論，直接由CPU進行邏輯判斷，此時用(2)式來實現(xiàn)判斷212+313+. +nl 彡 KI1 (2)式中，12，I3, In分別為由DSP得到的被檢測電流的2，3…n次諧波有效值，I2, I3, In前的系數(shù)2、3-n指諧波的次數(shù)，也即放大的倍數(shù)；1:為基波的有效值；K為差動保護制動系數(shù)的整定值，滿足此式為勵磁涌流，閉鎖差動保護，否則為故障電流，開啟差動保護。本發(fā)明差動保護裝置的制動系數(shù)K 一般整定為0. 6 0. 8就能完全可靠防止空載合閘的誤動，對于本發(fā)明而言，根據(jù)故障電流的諧波特性，制動系數(shù)對故障電流來說最大不會超過0. 4?？梢姡诒景l(fā)明方法下，這個判據(jù)完全可以嚴格區(qū)分勵磁涌流與故障電流，而且有很高的冗余度，完全可以采用分相制動的方式，即“與”門制動。采用了此判據(jù)后，就無需再用5次諧波制動來防止過激磁時差動保護的誤動。我們知道以往5次諧波制動的差動保護系數(shù)的整定值一般為0. 35 0. 38，如取較小值0. 35，則按照本發(fā)明5次諧波的制動方法理論上此時制動系數(shù)是0. 35X5 = I. 75，如果計入其他高次諧波，主要是奇次諧波，則制動系數(shù)的值還要大，此時很明顯就能判斷出過勵磁電流，而非故障電流，因此，本發(fā)明在變壓器過勵磁時有很好的制動效果，無需再用到5次諧波制動即可防止過激磁時差動保護的誤動。下面以三個典型的錄波數(shù)據(jù)實例說明本發(fā)明檢測方法的可靠性和優(yōu)越性，這里采用的是只設有一個CPU的差動保護裝置，實施例分別顯示了(一)故障電流；(二)非對稱涌流(三)對稱涌流三種狀況。(一)故障電流。被檢測電流的錄波圖及數(shù)據(jù)表如圖I和表I:
表I
權利要求
1.變壓器涌流微分諧波檢測方法，其特征是利用變壓器涌流中造成涌流畸變的高次諧波，通過放大高次諧波來放大勵磁涌流的畸變程度，利用放大后的畸變實現(xiàn)可靠的區(qū)分故障電流和勵磁涌流，具體為對涌流微分對涌流的畸變有放大作用，勵磁涌流含有豐富的高次諧波，對勵磁涌流微分后，各高次諧波被放大，諧波次數(shù)越高放大的倍數(shù)越大，畸變程度隨之放大，而故障電流相比勵磁涌流，其高次諧波數(shù)值很小，微分后畸變程度不會放大很多，即勵磁涌流與故障電流微分后，畸變的放大程度明顯不同，由此對被檢測電流微分，根據(jù)微分后的畸變程度，判斷變壓器電流發(fā)生異常時是故障電流還是勵磁涌流。
2.根據(jù)權利要求I所述的變壓器涌流微分諧波檢測方法，其特征是針對差動保護裝置的硬件配置設置畸變程度的判斷方式 1)當差動保護裝置僅設有一個CPU時，首先對被檢測電流微分，然后用傅里葉變換計算出各次諧波的數(shù)值，由式(I)進行判斷r 2+r 3+. +r n≥ Ki1 (i) 式中，r 2,r 3，r 分別為被檢測電流的微分后的2，3，…n次諧波有效值山為基波的有效值；K為差動保護裝置制動系數(shù)的整定值，取值為0. 6 0. 8，檢測的電流滿足式(I)為勵磁涌流，閉鎖差動保護，否則為故障電流，開啟差動保護； 2)當差動保護裝置具有兩個CPU，一個為數(shù)字信號處理芯片DSP，一個為CPU時，對于被檢測電流，DSP直接得到被檢測電流中各次諧波的含量，然后由CPU進行判斷 2I2+3I3+. . . +nln ≥ KI1 (2) 式中，12，I3, In分別為由DSP得到的被檢測電流的2，3…n次諧波有效值山為基波的有效值；K為差動保護裝置制動系數(shù)的整定值，取值為0. 6 0. 8，檢測的電流滿足式(2)為勵磁涌流，閉鎖差動保護，否則為故障電流，開啟差動保護。
全文摘要
變壓器涌流微分諧波檢測方法，利用涌流中造成涌流畸變的豐富的高次諧波，通過放大高次諧波來放大勵磁涌流的畸變程度，利用放大后的畸變實現(xiàn)可靠的區(qū)分故障電流和勵磁涌流。本發(fā)明首次提出利用對勵磁涌流微分后高次諧波被放大的特點理論上幾次諧波就放大幾倍，諧波次數(shù)越高放大的倍數(shù)越大，也就是說勵磁涌流的微分對涌流的畸變有放大作用，本發(fā)明從所有諧波來檢測涌流的畸變，不僅全面地反映了涌流的畸變，而且放大了這種畸變，因此能更嚴格區(qū)分故障電流和勵磁涌流。本發(fā)明除了對空載合閘的勵磁電流有可靠地制動作用外，對過勵磁的勵磁電流也有可靠地制動作用，并且無需再用5次諧波制動，判斷簡單可靠。
文檔編號G01R23/16GK102798785SQ201210327050
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權日2012年9月6日
發(fā)明者常旭東, 仇資, 田明 申請人:南京南電繼保自動化有限公司