CN101764391A - 特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供的特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的方法，包括：由每相的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度获得每相对应的励磁涌流判据；将所述励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流制动。本发明提供的方法，综合考虑了幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度三个参数的大小情况，仅其中一个参数变大或者边小，不会决定整个励磁涌流判据是大于励磁涌流制动系数还是小于励磁涌流制动系数，这样解决了现有技术中仅利用二次谐波作为励磁涌流判据的弊端。本发明使励磁涌流制动更可靠，进而是变压器差动保护跳闸更准确，不会造成误动或拒动。本发明还提供了一种特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的***。

Description

特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的方法和***

技术领域

本发明涉及特高压变压器技术领域，特别涉及一种特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的方法和***。

背景技术

目前，变压器的差动保护在实际中主要解决两个问题：一是鉴别励磁涌流和故障电流；二是区分外部故障和内部故障。变压器的差动保护在一定程度上能较好地区分外部故障和内部故障，但在励磁涌流和故障电流的识别上还存在一些不足。

目前，主要通过识别电流波形作为判断励磁涌流和故障电流的主要依据。在各种励磁涌流制动方案中，二次谐波制动相对比较成熟和可靠。国内外主变压器的保护基本都配置该判别方法。

二次谐波制动主要分为两种，分别是“分相制动”和“或门制动”。

所述“分相制动”具体为：变压器一相的二次谐波含量超过15％时，仅制动本相。

所述“或门制动”具体为：变压器任一相的二次谐波含量超过15％时，制动三相。

但是，目前这两种制动方式均存在缺陷。

“分相制动”可能导致差动保护误动。例如变压器空充时励磁涌流受合闸角、变压器剩磁及***侧的影响，各相的二次谐波含量大小是不相同的。多年的运行经验和试验表明可能存在某一相的二次谐波含量较低，因此采用分相制动容易导致差动保护误动。

“或门制动”可能导致差动保护拒动或延时动作。例如，变压器合闸于内部单相故障时，例如A相故障；B相和C相为非故障相，B相和C相可能存在励磁涌流，其二次谐波含量较高，由于采用或门制动，因此，会闭锁三相比率差动，此时，故障相A相也无法出口。此外，若内部故障因各种原因，导致某相二次谐波含量较高时，可能导致差动保护拒动。例如电流互感器CT饱和将导致谐波产生，以及故障时***也会存在谐波。

综上所述，目前励磁涌流的二次谐波制动无论采用“分相制动”还是“或门制动”都存在缺陷，容易造成变压器差动保护保护的误动和拒动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的方法和***，能够使变压器差动保护准确可靠动作。

本发明提供特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的方法，包括：

由每相的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度获得每相对应的励磁涌流判据；

将所述励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流制动。

优选地，所述由每相的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度获得每相对应的励磁涌流判据；具体为：f(k₀，k₂，D)＝C₁k₀+C₂k₂+C₃D；k₀是所述幅值偏置电流的权重，k₂是所述二次谐波电流的权重，D是所述波形对称度；C₁，C₂，C₃为特征系数。

优选地，所述C₁，C₂，C₃特征系数具体为：

C₁＝0.8×I₂/I₁；

C₃＝0.1；

其中，I₀表示幅值偏置电流；I₁表示基波电流；I₂表示二次谐波电流；I_e表示变压器的额定电流。

优选地，所述励磁涌流制动系数的范围为0.15-0.20。

优选地，将所述励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流制动之后，还包括：闭锁本相差动保护。

优选地，所述幅值偏置电流的权重为：幅值偏置电流与基波电流的比值。

优选地，所述二次谐波电流的权重分别为：二次谐波电流与基波电流的比值。

本发明还提供一种特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的***，包括：计算单元、判断单元、发送单元和制动单元；

所述计算单元，用于由每相的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度计算每相对应的励磁涌流判据；

判断单元，用于判断所述计算单元计算的所述励磁涌流判据是否大于励磁涌流制动系数；

所述发送单元，用于当所述判断单元判断所述励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数时，发送制动信号至所述制动单元；

所述制动单元，用于制动励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流。

优选地，所述计算单元，用于由每相的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度计算每相对应的励磁涌流判据；具体通过以下公式实现：

f(k₀，k₂，D)＝C₁k₀+C₂k₂+C₃D；k₀是所述幅值偏置电流的权重，k₂是所述二次谐波电流的权重，D是所述波形对称度；C₁，C₂，C₃为特征系数。

优选地，还包括闭锁单元，当所述制动单元将励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流制动后，用于闭锁本相的差动保护。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的方法和***，提供的励磁涌流判据综合考虑了各相电流的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重以及波形对称度的大小。当变压器有内部故障时，对于故障相：由于二次谐波电流的权重趋于零，对称度也趋于零，幅值偏置电流的权重较小，因此，励磁涌流判据小于励磁涌流制动系数，本相差动保护被开放，可以可靠动作。当变压器空充于内部故障时，对于故障相也有上述相同的情况，本相差动保护被开放，可以可靠动作。以上两种情况可以保证差动保护准确可靠动作，避免拒动。当变压器空充时，由于剩磁、合闸角等各种因素导致的波形较为对称，即对称度趋于零；但是，二次谐波电流的权重和幅值偏置电流的权重较大，此时，励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数，闭锁本相差动保护，从而保证差动保护不会出现误动。

附图说明

图1是变压器典型的励磁涌流波形；

图2是本发明方法第一实施例流程图；

图3是本发明方法第二实施例流程图；

图4是本发明的励磁涌流制动的逻辑结构图；

图5是本发明***第一实施例结构图；

图6是本发明***第二实施例结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

为了使本领域技术人员更好地实施本发明，首先介绍几个基本概念。

参见图1，该图为变压器典型的励磁涌流波形。

从图1中可以看出几个特征量：幅值偏置、谐波和波形间断。

其中，幅值偏置可以由图1中波形大部分位于纵轴的负半轴看出，而不是在正负半轴均匀分布。谐波可以从波形的波峰看出，理想的波峰应该是弧形，平滑过渡，而现在的波峰出现被削平的折线，这主要是由谐波造成的。波形间断也是由谐波造成的，造成波形不是平滑过渡，而是出现折线。

现有技术中仅将各相的二次谐波作为各相励磁涌流制动的判据，这样容易造成变压器差动保护的误动和拒动，而本发明综合考虑多种因素作为励磁涌流制动的判据。

参见图2，该图为本发明方法第一实施例流程图。

S201：由每相的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度获得每相对应的励磁涌流判据。

下面详细介绍励磁涌流判据的计算过程。

以I₀表示幅值偏置电流；I₁表示基波电流；I₂表示二次谐波电流。

通过20ms的数据窗采用富氏滤波可以求出幅值偏置的大小和二次谐波的大小。

幅值偏置电流的权重为： $k_0=\frac{I_0}{I_1}$

二次谐波的权重为： $k_2=\frac{I_2}{I_1}$

波形对称度用D表示。

设差流导数为I(k)，每周的采样点数是2n点，对数列：

X(k)＝|I(k)+I(k+n)|/(|I(k)|+|I(k+n)|)，k＝1，2...n

可认为X(k)越小，该点所含的故障信息越多，即故障的可信度越大；反之，X(k)越大，该点所包含的涌流的信息越多，即涌流的可信度越大。取一个隶属函数，设为A[X(k)]，综合一个周期的信息，对k＝1，2...n，求得对称度D为：

$D=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|A\right[X\left(k\right)\left]\right|/n$

由上述每相幅值偏置电流的权重、二次谐波的权重和波形对称度计算每相的励磁涌流判据。

S202：将所述励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流制动。

判断每相的励磁涌流判据是否大于励磁涌流制动系数，将励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流制动。例如，A相的励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数，则将A相励磁涌流制动。

本发明提供的特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的方法，提供的励磁涌流判据综合考虑了各相电流的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重以及波形对称度的大小。当变压器有内部故障时，对于故障相：由于二次谐波电流的权重趋于零，对称度也趋于零，幅值偏置电流的权重较小，因此，励磁涌流判据小于励磁涌流制动系数，本相差动保护可以可靠动作。当变压器空充于内部故障时，对于故障相也有上述相同的情况，本相差动保护可以可靠动作。以上两种情况可以保证差动保护准确可靠动作，避免拒动。当变压器空充时，由于剩磁、合闸角等各种因素导致的波形较为对称，即对称度趋于零；但是，二次谐波电流的权重和幅值偏置电流的权重较大，此时，励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数，闭锁本相差动保护，从而保证差动保护不会出现误动。

参见图3，该图为本发明方法第二实施例流程图。

S301：计算各相的电流，包括幅值偏置电流I₀、基波电流I₁和二次谐波电流I₂。

S302：由上述各个电流计算幅值偏置电流的权重k₀、二次谐波电流的权重k₂和波形对称度D。

S303：计算各相的励磁涌流判据f(k₀，k_n，D)。

对每相构造一个函数：

f(k₀，k₂，D)＝C₁k₀+C₂k₂+C₃D    (1)

其中，C₁，C₂，C₃为特征系数。

需要说明的是，C1和二次谐波电流与基波电流的比值成正比，范围是(0.8-0.9)I₂/I₁；C2C3的取值范围是0.1-0.2。

本实施例优选C₁，C₂，C₃的取值如下：

C₁＝0.8×I₂/I₁

C₃＝0.1

I_e表示变压器的额定电流。

S304：判断A相的励磁涌流判据是否大于励磁涌流制动系数，如果否，执行S305；如果是，执行S306。

即判断f_A(k₀，k₃，D)＞ε_zd是否成立，如果成立，则说明A相存在励磁涌流，此时闭锁本相差动保护；如果不成立，则开放本相差动保护。

其中ε_zd为励磁涌流制动系数，通常取0.15～0.20。本实施例中优选0.15。

S305：清除A相励磁涌流闭锁。

S306：置A相励磁涌流闭锁。

S307：判断B相的励磁涌流判据是否大于励磁涌流制动系数，如果否，执行S308；如果是，执行S309。

即判断f_B(k₀，k₂，D)＞ε_zd是否成立。

S308：清除B相励磁涌流闭锁。

S309：置B相励磁涌流闭锁。

S310：判断C相的励磁涌流判据是否大于励磁涌流制动系数，如果否，执行S310；如果是，执行S312。

即判断f_C(k₀，k₂，D)＞ε_zd是否成立。

S311：清除C相励磁涌流闭锁。

S312：置C相励磁涌流闭锁。

需要说明的是，上述S304、S307和S310分别判断A相、B相和C相的励磁涌流判据是否大于励磁涌流制动系数，这三个步骤没有时间顺序，可以同时执行。

下面结合图4说明应用本发明提供的励磁涌流制动方法的变压器差动保护。

参见图4，该图为基于本发明的励磁涌流制动的逻辑结构图。

为了叙述方便，下面令：

当f_A(k₀，k₂，D)＞ε_zd时为Fa；当f_A(k₀，k₂，D)≤ε_zd时为Fa；

当f_B(k₀，k₂，D)＞ε_zd时为Fb；当f_B(k₀，k₂，D)≤ε_zd时为Fb；

当f_C(k₀，k₂，D)＞ε_zd时为Fc；当f_C(k₀，k₂，D)≤ε_zd时为Fc；

令A相比率差动动作为A；B相比率差动动作为B；C相比率差动动作为C。

令变压器差动保护跳闸为T。

下面以数学逻辑式来表示图4所示的逻辑关系。

T＝AFa+BFb+CFc

Y1、Y2和Y3是三个与门，其中Y1是A相比率差动动作和Fa相与。即当A相比率差动动作，并且f_A(k₀，k₂，D)≤ε_zd时，Y1输出为1。

如果f_A(k₀，k₂，D)＞ε_zd则说明A相存在励磁涌流，此时闭锁本相差动保护；即使A相比率差动保护动作，变压器差动保护也不跳闸。

Y2是B相比率差动动作和Fb相与。即当B相比率差动动作，并且f_B(k₀，k₂，D)≤ε_zd时，Y2输出为1。

Y3是C相比率差动动作和Fc相与。即当C相比率差动动作，并且f_C(k₀，k₂，D)≤ε_zd时，Y3输出为1。

H是一个或门，即Y1、Y2和Y3三个与门的输出作为H或门的输入，当Y1、Y2和Y3中至少有一个为1时，H的输出为1，此时，变压器差动保护跳闸，即T＝1。

当变压器有内部故障时，对于故障相，由于k_n→0、D→0、k₀较小，因此可知：f(k₀，k₂，D)＜ε_zd，保护可靠且迅速动作。变压器有内部故障时，比率差动保护动作，例如A相故障，A相比率差动动作，f_A(k₀，k₂，D)＜ε_zd，因此Y1与门输出为1，T为1，即变压器差动保护跳闸。

当空充于内部故障时，对于故障相，有k_n→0、D→0、k₀较小，因此可知：f(k₀，k₂，D)＜ε_zd，保护可靠且迅速动作。

当空充时，由于剩磁、合闸角等各种因数导致的波形较为对称，即D→0，但是k_n、k₀较大，f(k₀，k₂，D)＞ε_zd，保护可靠不动作。

本发明提供的方法，综合考虑了k₂、k₀和D三个参数的大小情况，仅其中一个参数变大或者边小，不会决定整个励磁涌流判据是大于励磁涌流制动系数还是小于励磁涌流制动系数，这样解决了现有技术中仅利用二次谐波作为励磁涌流判据的弊端。本发明使励磁涌流制动更可靠，进而是变压器差动保护跳闸更准确，不会造成误动或拒动。

显而易见，相比于只采用k₂的现有技术，本方案具有更高的可靠性。

基于上述本发明提供的特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的方法，本发明还提供一种本发明提供的特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的***，下面结合具体实施例来详细说明。

参见图5，该图为基于本发明***第一实施例结构图。

特高压变压器差动保护中励磁涌流的制动***包括：计算单元501、判断单元502、发送单元503和制动单元504。

所述计算单元501，用于由每相的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度计算每相对应的励磁涌流判据；

所述计算单元501，具体通过以下公式计算每相对应的励磁涌流判据：

f(k₀，k₂，D)＝C₁k₀+C₂k₂+C₃D；

其中，C₁，C₂，C₃为特征系数；本实施例优选各取值如下：

C₁＝0.8×I₂/I₁

C₃＝0.1

k₀是所述幅值偏置电流的权重，k₂是所述二次谐波电流的权重，D是所述波形对称度。

判断单元502，用于判断所述计算单元501计算的所述励磁涌流判据是否大于励磁涌流制动系数；

所述发送单元503，用于当所述判断单元502判断所述励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数时，发送制动信号至所述制动单元504。

所述制动单元504，用于制动励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流。

本发明提供的特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的***，提供的励磁涌流判据综合考虑了各相电流的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重以及波形对称度的大小。当变压器有内部故障时，对于故障相：由于二次谐波电流的权重趋于零，对称度也趋于零，幅值偏置电流的权重较小，因此，励磁涌流判据小于励磁涌流制动系数，本相差动保护可以可靠动作。当变压器空充于内部故障时，对于故障相也有上述相同的情况，本相差动保护可以可靠动作。以上两种情况可以保证差动保护准确可靠动作，避免拒动。当变压器空充时，由于剩磁、合闸角等各种因素导致的波形较为对称，即对称度趋于零；但是，二次谐波电流的权重和幅值偏置电流的权重较大，此时，励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数，闭锁本相差动保护，从而保证差动保护不会出现误动。

参见图6，该图为本发明***第二实施例结构图。

本实施例与***第一实施例的区别是增加了闭锁单元。

闭锁单元601，当所述制动单元将励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流制动后，用于闭锁本相的差动保护。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的方法，其特征在于，包括：

由每相的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度获得每相对应的励磁涌流判据；

将所述励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流制动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由每相的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度获得每相对应的励磁涌流判据；具体为：f(k₀，k₂，D)＝C₁k₀+C₂k₂+C₃D；k₀是所述幅值偏置电流的权重，k₂是所述二次谐波电流的权重，D是所述波形对称度；C₁，C₂，C₃为特征系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述C₁，C₂，C₃特征系数具体为：

C₁＝0.8×I₂/I₁；

C₃＝0.1；

其中，I₀表示幅值偏置电流；I₁表示基波电流；I₂表示二次谐波电流；I_e表示变压器的额定电流。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述励磁涌流制动系数的范围为0.15-0.20。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流制动之后，还包括：闭锁本相差动保护。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述幅值偏置电流的权重为：幅值偏置电流与基波电流的比值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二次谐波电流的权重分别为：二次谐波电流与基波电流的比值。

8.特高压变压器差动保护中励磁涌流制动的***，其特征在于，包括：计算单元、判断单元、发送单元和制动单元；

所述计算单元，用于由每相的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度计算每相对应的励磁涌流判据；

判断单元，用于判断所述计算单元计算的所述励磁涌流判据是否大于励磁涌流制动系数；

所述发送单元，用于当所述判断单元判断所述励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数时，发送制动信号至所述制动单元；

所述制动单元，用于制动励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述计算单元，用于由每相的幅值偏置电流的权重、二次谐波电流的权重和波形对称度计算每相对应的励磁涌流判据；具体通过以下公式实现：

f(k₀，k₂，D)＝C₁k₀+C₂k₂+C₃D；k₀是所述幅值偏置电流的权重，k₂是所述二次谐波电流的权重，D是所述波形对称度；C₁，C₂，C₃为特征系数。

10.根据权利要求8所述的***，其特征在于，还包括闭锁单元，当所述制动单元将励磁涌流判据大于励磁涌流制动系数的相的励磁涌流制动后，用于闭锁本相的差动保护。

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