论文部分内容阅读
[摘 要]变压器励磋涌流一直是影响变压器差动保护正确动作的原因之一。近年来，国内外学者提出的诸多鉴别原理，根据鉴别原理的不同特点，按照判别励磁涌流所用的信号特征，大致可分为：基于谐波含量识别法；基于波形特征识别法；基于磁通特性识别法；基于等值电路法；基于功率差动法。
[关键词]电力系统；变压器差动保护；励磁涌流
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0006-01
1 概述
电力变压器是电力系统中重要的电气设备，它的安全性和稳定性对整个电力系统的运行是很重要的也是必须的。现代大型变压器容量大、电压等级高、结构复杂、造价昂贵，一旦发生故障而损坏，造成的经济损失是不可估量的。因此电力系统要求变压器保护要具有动作速度快、可靠性和灵敏性高的性能.以便尽快发现变压器故障并将其
切陈，从而避免变压器的损坏以及事故的进一步扩大。最新统计资料表明，近年年220kv及以上变压器的平均正确动作率约为79794%，仍然低于发电机及线路保护约20个百分点.
目前变压器保护的难题仍是如何正确识别励磁涌流和故障电流。近年来，国内外学者提出的诸多鉴别原理大体可分为基于模型和基于波形两种。基于模型的原理，有基于磁通特性、基于等值电路方程、基于功率差动方法等。因某些参数在测量上存在技术上的困难，此类方法在应用时多采用人为假设，且用到了较多的电气量。这增加了保
护配置的复杂陛，故待于理论上的进一步突破。基于波形特征的方法以励磁涌流和内部故障电流波形特征的差异为依据，主要利用二次谐波制动原理和间断角原理，是运用于实践的主流。
2 变压器励磁涌流的经典识别算法
2.1 谐波信息识别方法
2.1.1 二次谐波电流制动原理
与短路电流相比，励磁涌流中二次谐波的含量比例较大，并在初始阶段中对基波的比例还有所增加。通过计算差动电流中的二次谐波电流与基波电流的幅值之比可判别是否存在励磁涌流。
由于二次谐波电流制动原理简单，因此在电力系统中得到广泛的应用。但是随着电压等级的提高和规模的扩大以及大容量变压器的使用，在大型变压器严重故障时由于谐振使故障电流中二次谐波成分增加而使保护延时动作。
2.1.2 谐波电压制动原理
当变压器因励磁涌流出现严重饱和时，端电压就会发生严重畸变，其中包含较大的谐波分量。文献（2）提出的电压变化率发展趋势判据和低电压判据是在考虑了在发生内部故障时变压器端电压将降低，而在励磁涌流或过励磁条件下端电压将有所升高这一特征克服内部故障误闭锁的问题。
2.1.3 虚拟三次谐波制动原理
文献（3）提出的虚拟三次谐波制动方案是利用励磁涌流中信息量最为丰富的以尖脉冲为中心的半周期形成作为前半周信息.利用“平移、变号”原则虚拟构成后半周信息，前后合起来构成一个完整的周波信息。它可以避免二次谐波制动原理在对称性涌流的情况下合闸时，由于二次谐波含量过低而引起保护误动的情况。
2.2 波形特征识别方法
波形特征识别法是根据变压器在励磁涌流和内部故障时差动电流波形所具有的不同特征对其进行区分。间断角原理是利用短路电流波形连续变化，而励磁涌流具有明显的问断角特征作为鉴别判据。波形对称原理是利用差电流导数的前半波与后半波的对应值作对称比较以区别励磁涌流和故障电流。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故障电流和励磁涌流的新方法。
2.3 磁通特性识别原理
铁心中磁通是表征变压器饱和的一个重要物理量，磁通特性识别原理就是利用磁通量的变化来识别励磁涌流的新方法。该方法完全摆脱了励磁涌流和过励磁电流的困扰，不再以励磁电流的波形特征来区分内部短路和空载合闸异常工况，是变压器保护方面的有益探索。但是该方法需要用到具体变压器漏感参数.这些参数可能因测量不准或发生变化而导致误判。同时门槛值的设定需要试验来确定，也增加了保护整定的复杂胜。
2.4 等值电路法鉴别原理
等值电路识别法是基于变压器导纳型等值电路中检测对地导纳参数变化来鉴别变压器内外故障的方法，构成了另一种与励磁电流无关的变压器主保护方案。该方法是通过检测对地等值导纳的参数变化，鉴别变压器的内部故障。
2.5 功率差动原理
功率差动原理功率差动保护利用由每个端口处的电压和电流计算的平均功率来鉴别励磁涌流。正常状况或励磁涌流条件下，变压器消耗的有功功率很小。在空载合闸产生励磁涌流时，瞬时功率可能会比较大，但是其在—段时间内的平均有功功率依然比较小。而在变压器内部故障的情况下，变压器将消耗大量有功功率。因此，可以根据
变压器消耗的平均有功功率与预先设定的门槛值进行比较来判断是否发生内部故障。但变压器有功功率差动保护原理也有一些不足之处，主要是在反映变压器区内故障时，尤其是内部小匝数发生匝间匝地短置路时存在死区。
3 基于新技术理论的变压器励磁涌流的识别算法
3.1 小波理论识别法
小波理论在涌流识别方面的应用之一就是基于波形识别法的判别。它利用小波包变换进行分析.得到涌流波形与各种故障电流小波包变换结果在奇异度大小方面存在显著差异：涌流波形的变换结果呈现出明显的奇异性，而各类故障波形的变换相对平缓，由此而构成判据。
3.2 人工神经网络识别法
人工神经网络方法人工神经网络应用于变压器内部故障和励磁涌流判别，主要是利用优秀的模式识别能力进行电流波形识别。l994年首次被用于变压器差动保护，进行了励磁涌流辨识，目前已经不只局限于励磁涌流和内部故障电流的判别，如有文献用于区别变压器的励磁涌流、外部故障和内部故障。
3.3 模糊理论识别法
在分析了大量的变压器保护判据的基础上，提出了将二次谐波含量、铁芯饱和程度、变压器端电压的高低及差流波形是否对称来识别励磁涌流。并且分别就单一判据的具体情况详细分析、阐述了隶属函数的构建过程。模糊理论应用于变压器差动保护方面，使得多判据保护能够做到优势互补。由于故障类型的多种多样，涌流情况也不尽相同，显然固定权值的判据是不妥的。如何自适应调整权重，提高保护的可靠性是模糊理论在保护应用中—个可能的发展方向。模糊保护的计算量不小，在保证实时性方面仍需探究。
4 结论
目前变压器保护的难题仍是如何正确识别励磁涌流和故障电流。近年来，国内外学者提出的诸多鉴别原理大体可分为基于模型和基于波形两种。新近提出的原理，如波形对称原理、波形相关性分析法、采样值差动原理等，是基于间断角原理及其改进或者其衍生。基于该原理的识别方案存在受CT传变影响等问题。事实上.励磁涌流波
形除了具有間断特征外。还具有尖顶波的特征。利用励磁涌流的尖顶特征进行励磁涌流的鉴别是提高变压器差动保护速度及可靠性的—个新的研究方向。
参考文献
[1] 沈晓凡，程逍，章激扬全国电网继电保护装置运行情况分析电力设备.
[2] Sang{ael（in～Bo_GeonJhV_l_rrend-basedpr0Ieciverel。yalgodthmrnr31PEssunmlerMeeti“.
[3] 孙志杰，陈云仑波形对称原理的变压嚣差动保护电力系统自动化.
[4] 王增平，高中德，张举等模糊理论在变压器保护中的应用电力系统自动化.
[5] 吕志娟，刘万顺，肖仕武等.一种快速识别变压器励磁涌流和内部故障的新方法中国电机工程学报.
[关键词]电力系统；变压器差动保护；励磁涌流
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）22-0006-01
1 概述
电力变压器是电力系统中重要的电气设备，它的安全性和稳定性对整个电力系统的运行是很重要的也是必须的。现代大型变压器容量大、电压等级高、结构复杂、造价昂贵，一旦发生故障而损坏，造成的经济损失是不可估量的。因此电力系统要求变压器保护要具有动作速度快、可靠性和灵敏性高的性能.以便尽快发现变压器故障并将其
切陈，从而避免变压器的损坏以及事故的进一步扩大。最新统计资料表明，近年年220kv及以上变压器的平均正确动作率约为79794%，仍然低于发电机及线路保护约20个百分点.
目前变压器保护的难题仍是如何正确识别励磁涌流和故障电流。近年来，国内外学者提出的诸多鉴别原理大体可分为基于模型和基于波形两种。基于模型的原理，有基于磁通特性、基于等值电路方程、基于功率差动方法等。因某些参数在测量上存在技术上的困难，此类方法在应用时多采用人为假设，且用到了较多的电气量。这增加了保
护配置的复杂陛，故待于理论上的进一步突破。基于波形特征的方法以励磁涌流和内部故障电流波形特征的差异为依据，主要利用二次谐波制动原理和间断角原理，是运用于实践的主流。
2 变压器励磁涌流的经典识别算法
2.1 谐波信息识别方法
2.1.1 二次谐波电流制动原理
与短路电流相比，励磁涌流中二次谐波的含量比例较大，并在初始阶段中对基波的比例还有所增加。通过计算差动电流中的二次谐波电流与基波电流的幅值之比可判别是否存在励磁涌流。
由于二次谐波电流制动原理简单，因此在电力系统中得到广泛的应用。但是随着电压等级的提高和规模的扩大以及大容量变压器的使用，在大型变压器严重故障时由于谐振使故障电流中二次谐波成分增加而使保护延时动作。
2.1.2 谐波电压制动原理
当变压器因励磁涌流出现严重饱和时，端电压就会发生严重畸变，其中包含较大的谐波分量。文献（2）提出的电压变化率发展趋势判据和低电压判据是在考虑了在发生内部故障时变压器端电压将降低，而在励磁涌流或过励磁条件下端电压将有所升高这一特征克服内部故障误闭锁的问题。
2.1.3 虚拟三次谐波制动原理
文献（3）提出的虚拟三次谐波制动方案是利用励磁涌流中信息量最为丰富的以尖脉冲为中心的半周期形成作为前半周信息.利用“平移、变号”原则虚拟构成后半周信息，前后合起来构成一个完整的周波信息。它可以避免二次谐波制动原理在对称性涌流的情况下合闸时，由于二次谐波含量过低而引起保护误动的情况。
2.2 波形特征识别方法
波形特征识别法是根据变压器在励磁涌流和内部故障时差动电流波形所具有的不同特征对其进行区分。间断角原理是利用短路电流波形连续变化，而励磁涌流具有明显的问断角特征作为鉴别判据。波形对称原理是利用差电流导数的前半波与后半波的对应值作对称比较以区别励磁涌流和故障电流。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故障电流和励磁涌流的新方法。
2.3 磁通特性识别原理
铁心中磁通是表征变压器饱和的一个重要物理量，磁通特性识别原理就是利用磁通量的变化来识别励磁涌流的新方法。该方法完全摆脱了励磁涌流和过励磁电流的困扰，不再以励磁电流的波形特征来区分内部短路和空载合闸异常工况，是变压器保护方面的有益探索。但是该方法需要用到具体变压器漏感参数.这些参数可能因测量不准或发生变化而导致误判。同时门槛值的设定需要试验来确定，也增加了保护整定的复杂胜。
2.4 等值电路法鉴别原理
等值电路识别法是基于变压器导纳型等值电路中检测对地导纳参数变化来鉴别变压器内外故障的方法，构成了另一种与励磁电流无关的变压器主保护方案。该方法是通过检测对地等值导纳的参数变化，鉴别变压器的内部故障。
2.5 功率差动原理
功率差动原理功率差动保护利用由每个端口处的电压和电流计算的平均功率来鉴别励磁涌流。正常状况或励磁涌流条件下，变压器消耗的有功功率很小。在空载合闸产生励磁涌流时，瞬时功率可能会比较大，但是其在—段时间内的平均有功功率依然比较小。而在变压器内部故障的情况下，变压器将消耗大量有功功率。因此，可以根据
变压器消耗的平均有功功率与预先设定的门槛值进行比较来判断是否发生内部故障。但变压器有功功率差动保护原理也有一些不足之处，主要是在反映变压器区内故障时，尤其是内部小匝数发生匝间匝地短置路时存在死区。
3 基于新技术理论的变压器励磁涌流的识别算法
3.1 小波理论识别法
小波理论在涌流识别方面的应用之一就是基于波形识别法的判别。它利用小波包变换进行分析.得到涌流波形与各种故障电流小波包变换结果在奇异度大小方面存在显著差异：涌流波形的变换结果呈现出明显的奇异性，而各类故障波形的变换相对平缓，由此而构成判据。
3.2 人工神经网络识别法
人工神经网络方法人工神经网络应用于变压器内部故障和励磁涌流判别，主要是利用优秀的模式识别能力进行电流波形识别。l994年首次被用于变压器差动保护，进行了励磁涌流辨识，目前已经不只局限于励磁涌流和内部故障电流的判别，如有文献用于区别变压器的励磁涌流、外部故障和内部故障。
3.3 模糊理论识别法
在分析了大量的变压器保护判据的基础上，提出了将二次谐波含量、铁芯饱和程度、变压器端电压的高低及差流波形是否对称来识别励磁涌流。并且分别就单一判据的具体情况详细分析、阐述了隶属函数的构建过程。模糊理论应用于变压器差动保护方面，使得多判据保护能够做到优势互补。由于故障类型的多种多样，涌流情况也不尽相同，显然固定权值的判据是不妥的。如何自适应调整权重，提高保护的可靠性是模糊理论在保护应用中—个可能的发展方向。模糊保护的计算量不小，在保证实时性方面仍需探究。
4 结论
目前变压器保护的难题仍是如何正确识别励磁涌流和故障电流。近年来，国内外学者提出的诸多鉴别原理大体可分为基于模型和基于波形两种。新近提出的原理，如波形对称原理、波形相关性分析法、采样值差动原理等，是基于间断角原理及其改进或者其衍生。基于该原理的识别方案存在受CT传变影响等问题。事实上.励磁涌流波
形除了具有間断特征外。还具有尖顶波的特征。利用励磁涌流的尖顶特征进行励磁涌流的鉴别是提高变压器差动保护速度及可靠性的—个新的研究方向。
参考文献
[1] 沈晓凡，程逍，章激扬全国电网继电保护装置运行情况分析电力设备.
[2] Sang{ael（in～Bo_GeonJhV_l_rrend-basedpr0Ieciverel。yalgodthmrnr31PEssunmlerMeeti“.
[3] 孙志杰，陈云仑波形对称原理的变压嚣差动保护电力系统自动化.
[4] 王增平，高中德，张举等模糊理论在变压器保护中的应用电力系统自动化.
[5] 吕志娟，刘万顺，肖仕武等.一种快速识别变压器励磁涌流和内部故障的新方法中国电机工程学报.