变压器励磁涌流识别方法综述论文
近年来,我国的超高压、大容量电力变压器不断投产,远距离输电系统越来越多地建成、运行,电力工业已有了可喜的发展。但是,国内变压器保护的发展却远远落后,其保护正确动作率长期偏低。造成这一结果主要是由于电力变压器继电保护技术上的缺陷[1]。
变压器差动保护主要要解决两个问题:一是正确鉴别励磁涌流和内部故障短路电流;二是区分外部故障和内部故障。运行经验表明,差动保护能够准确地区分区内和区外故障,因此励磁涌流和内部故障短路电流的判别是变压器差动保护的关键问题。近年来,国内外许多学者致力于变压器继电保护的研究,提出了不少判别励磁涌流的新原理和新方法。
本文着重阐述了各种方法的基本原理,同时分析了这些原理的性能和特点,并在最后提出了变压器差动保护的发展方向。
1 励磁涌流识别方法的原理简述及现状
目前鉴别励磁涌流的方法较为成熟的方法主要是基于间断角原理和二次谐波制动原理。
国内设计生产的变压器差动保护装置也主要是基于以上原理。此外,还有波形对称原理,波形叠加原理、波形相关性分析法、波形拟合法这些利用波形特征来识别变压器励磁涌流的方法。最近,电压制动原理、等值电路原理、磁特性原理等也有应用和研究。
随着人们研究领域逐渐扩大,研究的层次逐渐加深,产生很多新兴的学科。模糊判据、人工神经网络方法运用到变压器励磁涌流的识别中也是研究的热点之一。
1.1 二次谐波制动原理
与短路电流相比,励磁涌流中二次谐波比例较,并在初始阶段中对基波的比例还有所增加。通过算差动电流中的二次谐波电流与基波电流的幅值比可判别是否存在励磁涌流[2]。当出现励磁涌流,有,式中和分别为差动电流中的二谐波电流和基波电流的方均根值;为二次谐波动比。由于二次谐波电流制动原理简单,因此在电力统中得到广泛的应用。目前国内外投运的变压器护基本上都是采用该方法实现的,二次谐波制动常取为15%~20%。但是随着电压等级的提高和模的扩大以及大容量变压器的使用,在大型变压严重故障时,由于谐振使故障电流中二次谐波成增加而使保护延时动作。同时变压器铁心材料的进使得其磁饱和点降低,在剩磁较高且合闸角满一定条件时,三相励磁涌流的二次谐波含量可能小于15%,其中最小的一相可能在7%以下。在这情况下,就二次谐波制动原理而言,即使采用一相动三相的闭锁方式,也无法避免误动的发生[3]。因有必要在二次谐波电流制动的基础上采取一些有的加速判据。
1.2 波形相关法原理
波形相关法原理是利用数字信号处理中的相关函数的基本概念,对采样数据进行分析,计算采样数据在不同时段上的自相关系数,利用自相关系数的大小来区分变压器励磁涌流和内部故障差流的新方法。其基本思想是将一周波数据窗内的波形用适当的方法重组为两个部分求取其相关系数,比较通过这两部分波形的相关性实现对涌流与故障的区分。波形相关法实现的关键问题是如何确定被比较的两段波形。其基本思想是:将一周波的采样信号等周期延拓一周,形成一个两周波的观察窗。在[0,T]内逐点向后截取半个周波的信号,并计算该波形在时间轴上投影的面积。设采样周期为每周N点,则总共得到N个面积值。取其中最大面积对应的起点作为波形比较的起点,从该起点起向后截取.周波的采样信号,将其后半周波取反,与前半周波信号做相关分析。
1.3 电压制动原理
电压制动原理提出利用变压器的端口电压作为识别变压器励磁涌流和内部短路电流的辅助判据。当变压器发生短路时,伴随有电压的降低;当变压器出现励磁涌流时,电压不会降低,有时还会升高。分析和实验表明,电压制动原理的应用系统阻抗的大小关系密切相关。同时,当变压器低压侧装有无功补偿装置时,发生短路时的端口电压不会瞬时降低,此时会影响辅助判据的准确性和保护的速动性。
1.4 等值电路原理
等值电路原理是一种基于变压器导纳型等值电路的励磁涌流判别方法。该方法是通过检测对地导纳的参数变化,鉴别变压器的内部故障。铁芯线圈的漏抗和空芯线圈的漏抗接近,故此时变压器等值导纳参数的互导纳与变压器的铁芯饱和程度无关。铁芯未饱和时,变压器各侧对地导纳几乎为零;当铁芯饱和时,变压器各侧对地导纳明显增大;当铁芯严重饱和时,变压器各侧对地导纳几乎与空芯变压器的对地导纳一致,且是一个不为零的常量。
该方法在求取对地导纳时需要先获取变压器漏感参数,这一点在实际运用中存在一定的困难。
2 发展和展望
变压器空载合闸的励磁涌流的问题本身很复杂,国内外学者的理论研究和数值仿真,无不在或多或少的假设和简化条件下进行,难免在某些情况下失真。正是这种情况下,模糊的处理方法就特别显出它的科学性和有效性。
模糊数学借助于隶属度的概念,达到对人脑一定程度的模拟,具有处理模糊现象的能力。将这一原理应用在变压器主保护中,为识别励磁涌流和内部短路电流,选定四个特征量,即二次谐波含量、铁芯磁通大小、电流波形的对称度以及电压的高低。人工神经网络是人工智能较为突出的一种。人工神经网络的特点在于其并行计算能力和高度的非线性。
这些新的方法尚处于探索阶段,离实用还有一定的距离。由于变压器运行条件的复杂性和故障类型的多样性,要完美地解决这些存在的问题,需要探索一些新的理论和方法。作者提出了今后变压器保护技术的发展方向。
(1)综合应用变压器电压、电流特征提取信息,识别励磁涌流,提高差动保护在变压器保护应用中的性能。
(2)摆脱现有技术的束缚,独辟蹊径,探寻变压器保护新的原理,克服差动保护在变压器保护应用存在着的先天不足。
摘要：介绍了国内外变压器励磁涌流识别技术的现状及发展方向,综述了变压器励磁涌流识别方法,并对其进行了比较分析。
关键词：励磁涌流,变压器,保护
参考文献
[1] 王维俭.变压器保护运行不良的反思[J].电力自动化设备,2001,21(10):1～3.
[2] Sharp R L,Glassburn W E.A trans-former differential relay with second harmonic restraint[J].Trans.AIEE1958,12:913～918.
[3] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社,2002.
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