专利名称：变压器涌流微分谐波检测方法
技术领域：
本发明属于电力系统继电保护和状态监测领域，适用于变压器保护和状态监测，用于变压器故障电流与励磁电流的判别，为一种变压器涌流微分谐波检测方法。
背景技术：
由于导引线比较短，差动保护比较适用于作为变压器的主保护，且具有良好的性能。但是当变压器空载合闸时会产生励磁涌流，此励磁涌流即为差流，会使差动保护误动。因此，必须采取措施防止变压器空载合闸时的励磁涌流造成的差动保护的误动。目前已采用的方法有检测涌流的二次谐波的含量；检测涌流的间断角的大小；检测涌流的正负半波的对称度。这些方法都是检测涌流发生畸变时的某一特征量，以此判断差动电流是励磁涌流还是故障电流，从而决定差动保护是否动作。另外，当变压器过励磁时，其励磁电流也 会造成差动保护误动，需要采取措施防止。变压器励磁涌流的畸变程度与许多因素有关，例如变压器铁芯材料及特性、铁芯的工作磁密、饱和磁密、剩磁、空投时的合闸角等等,其中剩磁与合闸角是随机的。因此,涌流的畸变程度就不是唯一的，我们需要检测的特征量也是不确定的。例如涌流中的二次谐波与基波相比，其所占比例相对其他次谐波比较大，但不是一个确定的值，而是在一定范围内随有关因素的变化而变化，现有技术只能得出这样的结论三相涌流中总有一相大于20%。根据这一结论，制动方式只能采用“或”门制动，而这正是二次谐波制动方法的缺陷之一。现有技术中的间断角的制动方法也有类似问题，间断角的定值一般取65度，这只能保证饱和磁密与工作磁密之比为I. 2，剩磁为0. 5时可靠制动。现有技术的波形对称制动方法，也称偶次谐波制动方法，在“对称涌流”的情况下，效果也不能令人满意了 ；另外，变压器在过激磁时，波形对称的方法就无能为力了，因其励磁电流波形是对称的。在电压等级较高时，为防止过激磁时差动保护的误动，以上三种保护原理都还需要增加5次谐波制动的方法。总之，这些方法仅仅从某一个方面反映涌流的畸变，没有全面的反映涌流的畸变，因而不可避免地具有局限性。
发明内容
本发明要解决的问题是现有技术对变压器励磁涌流的检测不够全面，存在局限性，容易出现误判，不能有效严格区分励磁电流和故障电流；都还需要通过增加5次谐波制动的方法来防止过激磁时的误动。本发明的技术方案为变压器涌流微分谐波检测方法，利用变压器涌流中造成涌流畸变的高次谐波，通过放大高次谐波来放大励磁涌流的畸变程度，利用放大后的畸变实现可靠的区分故障电流和励磁涌流，具体为对涌流微分对涌流的畸变有放大作用，励磁涌流含有丰富的高次谐波，对励磁涌流微分后，各高次谐波被放大，谐波次数越高放大的倍数越大，畸变程度随之放大，而故障电流相比励磁涌流，其高次谐波数值很小，微分后畸变程度不会放大很多，即励磁涌流与故障电流微分后，畸变的放大程度明显不同，由此对被检测电流微分，根据微分后的畸变程度，判断变压器电流发生异常时是故障电流还是励磁涌流。针对差动保护装置的硬件配置设置畸变程度的判断方式I)当差动保护装置仅设有一个CPU时，首先对被检测电流微分，然后用傅里叶变换计算出各次谐波的数值，由式(I)进行判断I' 2+1' 3+.+I' n ^ KI1 (I)式中，I' 2,r 3，r 分别为被检测电流的微分后的2，3，一n次谐波有效值山为基波的有效值；K为差动保护装置制动系数的整定值，取值为0. 6 0. 8，检测的电流满足式(I)为励磁涌流，闭锁差动保护，否则为故障电流，开启差动保护；2)当差动保护装置具有两个CPU，一个为CPU，一个为数字信号 处理芯片DSP时，对于被检测电流，DSP直接得到被检测电流中各次谐波的含量，将数据传输至CPU进行判断2I2+3I3+. . . +nln ^ KI1 (2)式中，12，I3, In分别为由DSP得到的被检测电流的2，3…n次谐波有效值山为基波的有效值；K为差动保护装置制动系数的整定值，取值为0. 6 0. 8，检测的电流满足式
(2)为励磁涌流，闭锁差动保护，否则为故障电流，开启差动保护。本发明为严格区别励磁涌流和故障电流，首次提出利用对涌流微分后高次谐波被放大的特点理论上几次谐波就放大几倍，谐波次数越高放大的倍数越大。也就是说励磁涌流的微分对涌流的畸变有放大作用，本发明从所有谐波来检测涌流的畸变，不仅全面地反映了涌流的畸变，而且放大了这种畸变，由于故障电流的特征是含有较大的直流分量(非周期分量)，高次谐波的数值很小，微分后可消除直流分量，因而故障电流的谐波由于本身较小，微分后的放大作用也就有限；而励磁涌流则含有丰富的高次谐波，且相比故障电流，其高次谐波数值较大，微分后的放大程度随谐波次数增大，本发明将励磁涌流与故障电流之间的区别进行放大，因此能更严格区分故障电流和励磁涌流。现有技术中的“间断角”方法和“波形对称”方法也对励磁涌流进行微分，但目的只是为了消除直流分量，微分后间断角保持不变，波形不对称依然不对称，没有利用对各次谐波的放大作用，并且按照它们本身的判断方法也无法利用。另外，在专利ZL200910183569. 5的畸变度检测法虽然也全面地反映了涌流的畸变，其中的“差分”算法也对谐波有放大作用，该方法也有很好地制动效果，但“微分”与“差分”相比对谐波的放大作用更大。因此，本发明在变压器空投时的制动效果更好，更能严格区分涌流和故障电流，有更大的冗余度。本发明除了对空载合闸的励磁电流有可靠地制动作用外，对过励磁的励磁电流也有可靠地制动作用，并且无需再用5次谐波制动，判断高效、简单可靠。
图I为本发明实施例一的被检测电流录波图。图2为本发明实施例二的被检测电流录波图。图3为本发明实施例三的被检测电流录波图。
具体实施例方式本发明利用励磁涌流中造成涌流畸变的丰富的高次谐波，通过放大高次谐波来放大励磁涌流的畸变程度，励磁涌流含有丰富的高次谐波且谐波数值较大，对励磁涌流微分后，各高次谐波被放大，谐波次数越高放大的倍数越大，畸变程度随之放大，而故障电流相比励磁涌流，其高次谐波数值很小，微分后畸变程度不会放大很多，即励磁涌流与故障电流微分后，畸变的放大程度会有明显的不同，利用放大后的畸变区分故障电流和励磁涌流，畸变程度被放大后，有利于更严格区分故障电流和励磁涌流。下面具体说明本发明的实施方式。本发明根据高次谐波微分后放大的原理，以及励磁涌流和故障电流所含高次谐波不同，从高次谐波的含量来判断励磁涌流以及故障电流，根据差动保护装置硬件配置的不同，可分以下两种方式实施I.差动保护装置只有一个CPU。首先对被检测电流微分，然后用傅里叶变换计算出各次谐波的数值，再用(I)式进行判别I' 2+1' 3+.+I' n ^ KI1 (I) 式中，I' 2，I' 3，I' n分别为被检测电流，也就是差动电流微分后的2，3，…n次谐波有效值山为基波的有效值；K为差动保护装置制动系数的整定值，取值为0. 6 0. 8，检测的电流满足式(1)，表示谐波含量大，判断为励磁涌流，闭锁差动保护，否则为故障电流，开启差动保护.。2.差动保护装置具有两个CPU，即双CPU差动保护装置，这种类型的差动保护装置包括一个数字信号处理芯片DSP和一个CPU，DSP进行实时数据处理，CPU用于实现逻辑判断和保护运算，数字信号处理芯片DSP可以直接得到被检测电流中各次谐波的含量；本发明利用DSP直接得到的谐波数据，根据谐波微分后，几次谐波就放大几倍的理论，直接由CPU进行逻辑判断，此时用(2)式来实现判断212+313+. +nl 彡 KI1 (2)式中，12，I3, In分别为由DSP得到的被检测电流的2，3…n次谐波有效值，I2, I3, In前的系数2、3-n指谐波的次数，也即放大的倍数；1:为基波的有效值；K为差动保护制动系数的整定值，满足此式为励磁涌流，闭锁差动保护，否则为故障电流，开启差动保护。本发明差动保护装置的制动系数K 一般整定为0. 6 0. 8就能完全可靠防止空载合闸的误动，对于本发明而言，根据故障电流的谐波特性，制动系数对故障电流来说最大不会超过0. 4。可见，在本发明方法下，这个判据完全可以严格区分励磁涌流与故障电流，而且有很高的冗余度，完全可以采用分相制动的方式，即“与”门制动。采用了此判据后，就无需再用5次谐波制动来防止过激磁时差动保护的误动。我们知道以往5次谐波制动的差动保护系数的整定值一般为0. 35 0. 38，如取较小值0. 35，则按照本发明5次谐波的制动方法理论上此时制动系数是0. 35X5 = I. 75，如果计入其他高次谐波，主要是奇次谐波，则制动系数的值还要大，此时很明显就能判断出过励磁电流，而非故障电流，因此，本发明在变压器过励磁时有很好的制动效果，无需再用到5次谐波制动即可防止过激磁时差动保护的误动。下面以三个典型的录波数据实例说明本发明检测方法的可靠性和优越性，这里采用的是只设有一个CPU的差动保护装置，实施例分别显示了(一)故障电流；(二)非对称涌流(三)对称涌流三种状况。(一)故障电流。被检测电流的录波图及数据表如图I和表I:
表I
权利要求
1.变压器涌流微分谐波检测方法，其特征是利用变压器涌流中造成涌流畸变的高次谐波，通过放大高次谐波来放大励磁涌流的畸变程度，利用放大后的畸变实现可靠的区分故障电流和励磁涌流，具体为对涌流微分对涌流的畸变有放大作用，励磁涌流含有丰富的高次谐波，对励磁涌流微分后，各高次谐波被放大，谐波次数越高放大的倍数越大，畸变程度随之放大，而故障电流相比励磁涌流，其高次谐波数值很小，微分后畸变程度不会放大很多，即励磁涌流与故障电流微分后，畸变的放大程度明显不同，由此对被检测电流微分，根据微分后的畸变程度，判断变压器电流发生异常时是故障电流还是励磁涌流。
2.根据权利要求I所述的变压器涌流微分谐波检测方法，其特征是针对差动保护装置的硬件配置设置畸变程度的判断方式 1)当差动保护装置仅设有一个CPU时，首先对被检测电流微分，然后用傅里叶变换计算出各次谐波的数值，由式(I)进行判断r 2+r 3+. +r n≥ Ki1 (i) 式中，r 2,r 3，r 分别为被检测电流的微分后的2，3，…n次谐波有效值山为基波的有效值；K为差动保护装置制动系数的整定值，取值为0. 6 0. 8，检测的电流满足式(I)为励磁涌流，闭锁差动保护，否则为故障电流，开启差动保护； 2)当差动保护装置具有两个CPU，一个为数字信号处理芯片DSP，一个为CPU时，对于被检测电流，DSP直接得到被检测电流中各次谐波的含量，然后由CPU进行判断 2I2+3I3+. . . +nln ≥ KI1 (2) 式中，12，I3, In分别为由DSP得到的被检测电流的2，3…n次谐波有效值山为基波的有效值；K为差动保护装置制动系数的整定值，取值为0. 6 0. 8，检测的电流满足式(2)为励磁涌流，闭锁差动保护，否则为故障电流，开启差动保护。
全文摘要
变压器涌流微分谐波检测方法，利用涌流中造成涌流畸变的丰富的高次谐波，通过放大高次谐波来放大励磁涌流的畸变程度，利用放大后的畸变实现可靠的区分故障电流和励磁涌流。本发明首次提出利用对励磁涌流微分后高次谐波被放大的特点理论上几次谐波就放大几倍，谐波次数越高放大的倍数越大，也就是说励磁涌流的微分对涌流的畸变有放大作用，本发明从所有谐波来检测涌流的畸变，不仅全面地反映了涌流的畸变，而且放大了这种畸变，因此能更严格区分故障电流和励磁涌流。本发明除了对空载合闸的励磁电流有可靠地制动作用外，对过励磁的励磁电流也有可靠地制动作用，并且无需再用5次谐波制动，判断简单可靠。
文档编号G01R23/16GK102798785SQ201210327050
公开日2012年11月28日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者常旭东, 仇资, 田明 申请人:南京南电继保自动化有限公司