变压器铁芯状态在线监测方法
【专利说明】变压器铁芯状态在线监测方法
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技术领域
[0002]本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种变压器铁芯状态在线监测方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]作为输变电的关键设备，变压器在电力系统中被大量使用，在设计制造时选择铁芯的工作范围，避免在额定电压运行时铁芯进入饱和区，随着制造的成本控制，铁芯的工作点不断靠近饱和区。当太阳发生磁暴时，在电网中通过地磁感应准直流电流(0.01~0.1Hz)会引起变压器直流偏磁运行，直流输电系统在大地回流方式(包括单极大地回线方式及双极不平衡方式)运行时，也会引起交流电网中部分中性点接地变压器的直流偏磁问题。直流偏磁使变压器铁芯进入单侧饱和区域回环，由于铁芯饱和导致励磁电流急剧增大，导致漏磁通增加，振动加剧，噪声增大，连续的过大振动以及由于漏磁增加导致的局部机件的过热，影响变压器内部机械结构强度和绝缘材料的可靠性，对变压器的可靠运行产生不利影响。
[0005]由于变压器铁芯无法直接进行磁场强度的测量，目前无法获得运行中变压器铁芯的实际工作状态信息，为了避免偏磁运行，目前通过对变压器的中性点直流进行监视以及采取投切中性点直流抑制装置来限制铁芯的偏磁运行，但由于变压器结构及制造工艺不同，以及变压器负载状态的差异，无法通过直流电流的大小直接判断铁芯是否进入单侧饱和状态，虽然可以通过噪声及振动检测辅助判断，但仍然无法直观准确的获得铁芯的工作状态。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种变压器铁芯状态在线监测方法，其能够及时有效的识别铁芯的工作状态，并针对偏磁等导致的单侧饱和提供量化的计算结果，从而便于自动控制系统即时识别铁芯的异常工作状态，避免铁芯长期运行在单侧饱和区域，确保变压器设备的可靠运行。
[0008]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种变压器铁芯状态在线监测方法，其特征在于，所述变压器铁芯状态在线监测方法以变压器一侧电压的积分表示磁感应强度B的变化，将变压器各侧电流折算合成后以电流合成值的变化表示磁场强度H的变化趋势，分别以B、H为纵、横坐标轴，逐点绘制，重构出BH曲线，对BH曲线的图形特征进行量化后识别铁芯的工作状态。
[0009]优选地，所述变压器铁芯状态在线监测方法对BH曲线的图形特征量化的步骤如下:分别找出BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值以及新的中心点，以新的中心点为原点构建新的参考坐标系将BH曲线分割为四个象限，然后分别求出在新坐标系中第一象限、第三两个象限内极值点与坐标轴形成的矩形面积，计算得出表征BH曲线特征的BH曲线不对称度。
[0010]优选地，所述BH曲线不对称度的正负表示当前铁芯偏磁的方向。
[0011]优选地，所述电流合成值为铁芯的励磁电流，使用变压器一侧的电压为基准，将各侧电流根据变压器的电压比进行转换后相减从而求出铁芯的励磁电流。
[0012]优选地，所述变压器铁芯状态在线监测方法在电压电流数据采样期间，对电压电流数据序列逐点依次重复BH曲线的重构和不对称度计算过程，从而获得BH曲线的不对称度曲线。
[0013]优选地，所述变压器铁芯状态在线监测方法针对运行的变压器，经过量化后的铁芯状态可以作为实时数据在监视屏幕上绘制出变化曲线，同时通过设置报警阈值，当检测到铁芯异常状态时的自动报警。
[0014]优选地，所述变压器铁芯状态在线监测方法经过量化后的铁芯状态数据反馈到微机保护装置中，提高微机保护装置识别的正确率，避免出现传统原理保护的误动情况。
[0015]优选地，所述变压器铁芯状态在线监测方法经过量化后的铁芯状态数据用来控制直流抑制装置的工作状态，避免变压器在直流偏磁下长时间运行。
[0016]优选地，所述变压器铁芯状态在线监测方法不仅适用于具有高压、低压两组电压的双绕组变压器的铁芯在线检测，对于更多绕组的变压器上述检测方法同样使用，只需根据变压器的结构改变电流的合成计算方式即可。
[0017]本发明的积极进步效果在于:针对运行的变压器，本发明经过量化后的铁芯状态可以作为实时数据在监视屏幕上绘制出变化曲线，同时通过设置报警阈值，实现当检测到铁芯异常状态时的自动报警；经过量化后的铁芯状态数据反馈到微机保护装置中，提高微机保护装置识别的正确率，避免出现传统原理保护的误动情况；经过量化后的铁芯状态数据用来控制直流抑制装置的工作状态，避免变压器在直流偏磁下长时间运行；不仅适用于具有高压、低压两组电压的双绕组变压器的铁芯在线检测，对于更多绕组的变压器上述检测方法同样使用，只需根据变压器的结构改变电流的合成计算方式即可。本发明通过对变压器工作原理的分析，结合不同工作状态下变压器的铁芯变化特征，使用电压电流数据重构出能够实时反映铁芯工作状态的BH曲线，根据BH曲线的特征识别铁芯是否进入单侧饱和状态，并且提供一种能够反映铁芯工作状态的量化数据，本发明不仅可以应用于铁芯在线监测系统、中性点直流抑制装置投切控制系统，同时也可以应用在微机保护装置中用来提高保护装置的可靠性和正确性。
[0018]
【附图说明】
[0019]图1为单相变压器两侧CT (电流互感器)布置示意图。
[0020]图2为单相变压器电压电流及磁通示意图。
[0021]图3为不同状态下铁芯的实际磁滞回线。
[0022]图4为BH曲线不对称度的计算原理图。
[0023]图5(a)为变压器运行中偏磁时的高压侧电压曲线示意图。
[0024]图5 (b)为变压器运行中偏磁时的高压侧电流曲线示意图。
[0025]图5 (C)为变压器运行中偏磁时的低压侧电流曲线示意图。
[0026]图6为变压器运行中出现直流偏磁时的励磁电流示意图。
[0027]图7为变压器运行中出现直流偏磁时重构的BH曲线示意图。
[0028]图8为变压器运行中出现直流偏磁时的铁芯BH曲线不对称度的示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
[0030]本发明可以用于变压器铁芯工作状态的在线监测中，下面具体以500kV/110kV单相双绕组变压器来说明本发明的具体应用。
[0031]如图1所示的500kV/110kV双绕组单相变压器102高低压两侧配置了两组CT，即高压侧CT101、低压侧CT103，参考差动保护的CT安装方式，CT的同名端如图1中CT附近的
所示，均朝向变压器外侧，所使用的交流电压频率为工频50Hz，对高压侧的电压、高压侧的电流、低压侧的电流进行高速数据采集，根据CT变比，自动将采集到的两侧电流转换为一次电流，以便内部计算处理，电压则仍然为二次电压。
[0032]双绕组单相变压器的两侧电压、电流以及内部磁通如图2所示，其中Ul、11为高压侧的电压电流，U2、12为低压侧的电压电流，Φ 1、Φ 2分别为高低压两侧电流11、12对应的磁通，Φπι为Φ1、Φ2相互抵消后的剩余磁通，Φπι的大小能够表现铁芯的工作状态。
[0033]根据IEC标准，拐点的定义为:在某一个工作点，当在这个工作点磁通增加10%，与此同时电流增加50%的时候，这一点就称为拐点。变压器设计时已控制额定电压运行的磁滞回线在拐点以内，不会进入饱和区。图3为不同状态下铁芯的实际磁滞回线，在额定电压下没有偏磁或剩磁运行时的磁滞回线如图3中的第一曲线301所示，两侧均不进入饱和区域；当出现直流偏磁或剩磁时的磁滞回线如图3中的第二曲线302所示，进入单侧饱和区域；当电压过高时，铁芯将如图3中的第三曲线303所示，进入双向饱和区域。
[0034]根据图2所示的磁通合成原理，将低压侧电流根据变压器的变比折算到高压侧后进行对应磁通的相互抵消，考虑到出现饱和时铁损及其他损耗对应的电流分量在励磁电流中的比例降低，两侧电流抵消合成后的剩余电流主要用来建立剩余磁通Φ m，针对本台变压器为500kV/110kV的变压器，励磁电流Im的工程近似值的计算公式为式(I):
Im = Il - 12/(500/110)......(I)
使用Im以及高压侧电压U1，即可绘出表示铁芯变化的BH曲线，根据图4的BH曲线不对称度的计算原理，即可求出偏磁时的BH曲线不对称度，具体步骤如下:
对高压侧电压Ul和两侧电流(高压侧电流I1、低压侧电流12)进行高速数字采样，将电压和电流转换为表征其变化过程的采样数据序列，然后根据公式(I)求出铁芯的励磁电流Im。根据数据的采样率，截取当前时刻之前的一个完整周波的电压(Ul)电流(Im)采样数据序列，当电源电压频率为50Hz时，也就是20ms的采样数据序列，对电压(Ul)数据序列进行积分处理后得到的B_one_WaVe序列，将其作为磁感应强度B的变化，电流(Im)数据作为H_one_wave序列表现磁场强度H的变化，在二维平面上，将H_one_wave序列作为水平方向的磁场强度H轴的坐标数据，B_one_wave序列作为垂直方向的磁感应强度B轴的坐标数据，使用上述两组数据序列构造出图4所示的BH曲线。max函数用来找出指定数据序列中的最大值，min函数用来找出指定数据序列中的最小值，使用max、min分别找出本周波BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值，具体程序处理如下:
BH曲线H轴方向极大值点H_max = max (H_one_wave)；
BH曲线H轴方向极小值点H_min = min (H_one_wave)；
BH曲线B轴方向极大值点B_max = max (B_one_wave)；
BH曲线B轴方向极小值点B_min = min (B_one_wave)；
基于上述数据，图4中BH曲线的A、C两点的坐标分别为A(H_max，B_max)、C(H_min，B_min)，由于电源是交流模式，根据交