專利名稱：波形對稱方法的變壓器差動保護的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種采用波形對稱方法對變壓器進行保護的控制系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)繼電保護及自動化的技術領域。
當前在電力系統(tǒng)使用的變壓器差動保護，有間斷角原理和二次諧波原理，間斷角原理差動用模擬電路的方法可以實現，用微機或數字電路的方法較難實現，間斷角原理對變壓器剩磁適應能力較差，適用于變壓器剩磁小于0.6倍最大磁通的情況。二次諧波原理差動被大量使用但存在一個缺陷。當變壓器空載合閘發(fā)生故障或外部故障切除后發(fā)生故障，二次諧波原理變壓器差動保護會發(fā)生拒動或延時動作不能瞬時切除故障。
國外提出了幾種算法有電壓制動原理等值電路原理，磁通制動原理等，但都是理論研究或者是試驗階段，沒有真正用在系統(tǒng)中的電力系統(tǒng)控制領域，雖然大量地應用微機技術，但對變壓器微機保護沒有很完善的產品。
本發(fā)明的目的是為解決當前在系統(tǒng)中使用二次諧波原理變壓器差動護存在的缺陷，及間斷角原理保護微機難以實現的困難，采用微機技術，提供一種波形對稱方法的變壓器差動保護。
本發(fā)明是一種由計算機控制的、采用波形對稱方法進行變壓器差動保護的系統(tǒng)，在整機結構上，本發(fā)明主要包括交流變換1、模數轉換2、中心控制單元3、人機對話部分4、開關量輸入5、出口、信號、告警部分6。交流變換是控制對象信號的采集口，將一次電流和電壓變成能與微機接口的低電壓的交流電壓信號，送入模數變換部分，將經過變換的電流、電壓信號經模數變換部分的壓頻變換器變換成調頻脈沖，然后將此脈沖信號送入中心控制單元的計數器。中心控制單元是一個多“CPU”結構，以“8032”及外擴“RAM、EPROM”計數器等芯片組成微機系統(tǒng)，完成以下步驟1.對采集信號的各模擬量(已變成調頻脈沖)進行計數采樣。
2.對變壓器的開關量進行監(jiān)視。
3.將采集的數據進行計算、分析、判斷，若是內部故障，送出開關量，啟動出口繼電器。
4.與人機對話模件交換信息，能夠將必要的計算信息送出，人員整定的信息接收。
人機對話部分用“8031”及必要的外設芯片組成，完成人機對話及與工作“CPU”通信，開關量輸入是將一次設備的狀態(tài)量變成弱電信號，經光電隔離送入各“CPU”。出口、信號、告警這三個部分，分別為三組繼電器，“CPU”發(fā)出的開關量啟動某一個繼電器，繼電器勵磁后送出節(jié)點給控制回路或信號回路，以切除變壓器，最終完成對變壓器的保護。
在信號的采集和處理以及實時控制方面，本發(fā)明采波形對稱方法設計了一種計算機處理程序，以達到對采集的信號進行分析，判斷，最后作出是否切除變壓器命令，有效地保護變壓器及電力系統(tǒng)。
波形對稱原理差動，對數據進行全周付氏濾波實現差動，區(qū)別內部故障和外故障。用一周內前半波的數據和后半波的數據逐點作對稱比較區(qū)別勵磁涌流和故障電流。對于故障電流是正弦量加直流暫態(tài)分量，經微分處理后就濾去了直流分量變成了余弦分量，余弦函數的前半波和后半波是完全對稱的Cos(wt＋α)＝-Cos(wt＋α＋π)設某一時刻瞬時值Ii180度以后的瞬時值Ii＋180＝Ij，則Ii＝-Ii＋180設一個公式|Ii+Ii+180Ii-Ii+180|≤A]]>其中A的取值范圍為2.5～4，對于故障分量該公式始終成立。
變壓器的勵磁涌流是由變壓器剩磁及合閘角的瞬時值引起的電流。對勵磁涌流特性作一簡單分析經CPU運算后能夠準確地判別是否內部故障，若是內部故障送出開關量，啟動出口繼電器將變壓器從系統(tǒng)中切除。
程序起動后，首先進行初始化，然后進行電流、電壓采樣即采集經過模數轉換的電流、電壓信號；接著對采集的數據作微分處理；處理后進行數字濾波；用比例制動方法判別是否是內部故障，若是外部故障則退出，若是內部故障，則計數器清零后進行進一步判斷；將信號的前半周數據與后半周數據根據關系式|Ii+Ii+180Ii-Ii+180|≤A]]>逐點進行比較，判斷是內部故障還是涌流，若不對稱，則程序跳過計數器加1的步驟進行一周數據是否比較完畢的判斷，若對稱，則計數器自動加1后進行一周數據是否比較完畢的判斷；若比較沒有完畢則下推一點后返回再進行下一點的比較，若比較完畢，則進行計數器數值是否大于0.6倍半周采樣點的判斷；若滿足條件則為故障電流，然后啟動出口繼電器切除變壓器；否則為涌流，程序退出至數字濾波。
本發(fā)明的優(yōu)點在于電力變壓器是電力系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)，其自身價值很昂貴，要求保護能快速可靠地切除任何故障。波形對稱方法變壓器保護的實現，實現變壓器保護的數字化智能化，提高了自動化程度，作到了任何情況下變壓器發(fā)生故障都能迅速可靠地動作，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，使變壓器發(fā)生故障后的損失控制在最小的程度。
波形對稱原理在理論上特征非常明顯，比較的冗裕度大，所以動作可靠，比間斷角原理和二次諧波原理的抗干擾能力強。


圖1是本發(fā)明的計算機控制系統(tǒng)的結構示意圖。
圖2是圖1中中心控制單元的結構框圖。
圖3是本發(fā)明中計算機控制系統(tǒng)工作的控制流程圖。
本發(fā)明的實施方案如下交流變換1用小形變壓器將一次電流和電壓信號變成小于5V的交流電壓信號，以便于與微機接口。模數轉換2采用壓頻變換器，將電流、電壓信號變成調頻脈沖送入中心控制單元3中的計數器3-1。中心控制單元3采用多CPU結構，CPU插件以型號為“8032”的集成芯片及外擴RAM、EPROM計數器等芯片組成計算機系統(tǒng)。人機對話部分4則單獨以“8031”單片機及必要的外圍元件組成一個微機系統(tǒng)，完成人機對話及與工作CPU通迅。開關量輸入5將一次設備的狀態(tài)量變成弱電信號，經光電隔離送入CPU。出口、信號、告警部分6為繼電器組，繼電器的控制信號來自CPU，當CPU送出的開關量啟動某個繼電器，繼電器勵磁后送出節(jié)點給控制回路或信號回路，以切除工作變壓器。
在軟件方面，主要是應用波形對稱方法，根據關系式|Ii+Ii+180Ii-Ii+180|≤A]]>其中A的數值為2.5～4中的某一確定值，用前半周數據與后半周數據逐點作對稱比較，滿足“關系式”時為對稱，否則為不對稱，若百分之六十的點滿足對稱條件為故障，否則為涌流。
權利要求
1.一種波形對稱方法的變壓器差動保護，其特征在于采用了波形對稱方法對變壓器信號進行識別并由計算機控制，其控制步驟為啟動系統(tǒng)工作并進行初始化；采集經過模數轉換的電流、電壓信號；對采集的電流、電壓信號作微分處理；對微分處理的信號進行數字濾波；用比例制動方法判別是否是內部故障，若是外部故障則退出，若是內部故障則在計數器清零后進行進一步判斷；將信號的前半周數據與后半周數據根據關系式|Ii+Ii+180Ii-Ii+180|≤A]]>逐點進行比較，判斷是內部故障還是涌流；若不對稱，則程序跳過計數器加1的步驟進行一周數據是否比較完畢的判斷；若對稱，則計數器自動加1后進行一周數據是否比較完畢的判斷；若比較沒有完畢則下推一點后返回再進行下一點的比較；若比較完畢，則進行計數器數值是否大于0.6倍半周采樣點的判斷；若滿足條件則為故障電流，然后啟動出口繼電器切除變壓器，否則為涌流，程序退出至數字濾波。
2.根據權利要求1所述和的波形對稱方法的變壓器差動保護，其特征在于將信號的前半周與后半周數據逐點作對稱比較，應滿足關系式|Ii+Ii+180Ii+Ii+180|≤A]]>其中A的取值范圍為2.5～4。
3.根據權利要求1或2所述的波形對稱方法的變壓器差動保護，其特征在于在硬件結構上包括交流變換(1)、模數轉換(2)、中心控制單元(3)、人機對話部分(4)、開關量輸入(5)、出口、信號、告警部分(6)，交流變換(1)的輸出接模數轉換(2)，模數轉換(2)的輸出接中心控制單元(3)的計數器(3-1)，中心控制單元(3)的接口分別與人機對話部分(4)和開關量輸入(5)、出口、信號、告警(6)相適接，中心控制單元(3)采用多“CPU”結構。
全文摘要
波形對稱方法的變壓器差動保護是一種采用波形對稱方法對變壓器進行保護的控制系統(tǒng)，主要應用于電力變壓器的保護領域，它主要由交流變換、模數轉換、中心控制單元、人機對話部分、開關量輸入、出口、信號、告警部分所組成，由交流換將電流，電壓信號變換成低電壓信號，再經模數轉換將該信號轉換成調頻脈沖，最后將該調頻脈沖送入中心控制單元的計數器，由中心控制單元采用控制程序對信號進行波形對稱比較，輸出控制信號，以保護變壓器。
文檔編號H02H7/045GK1130310SQ9511278
公開日1996年9月4日 申請日期1995年11月24日 優(yōu)先權日1995年11月24日
發(fā)明者孫志杰 申請人:孫志杰