专利名称：变压器用断路器及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种变压器用断路器及其工作方法。
技术背景现有技术中，当变压器空投或区外故障切除，电压恢复正常的过程中， 由于磁通不能突变，磁通中出现了非周期性的暂态分量，与铁芯剩磁一起使 变压器铁芯饱和，同时由于电压是交变的，因而在一个周波内变压器铁芯周期性地进入饱和区和退出饱和区；当进入饱和区时，励磁电流的瞬时值很大， 可能达到变压器额定电流的5 10倍甚至更大，这就是励磁涌流。而此时用 于保护变压器的断路器会认为该大电流是由短路故障？ 1起的，从而断路器执 行脱扣动作，使变压器断路。这给变压器的正常工作造成了不必要的影响。现有的220kv以上变压器保护的正确动作率平均为68. 96 % ，远^(氐于发 电才几保护的正确动作率98. 2%和系统保护的正确动作率99. 33% ,而励-兹涌 流是引起变压器误动的一个重要因素。因此，有效地识别短路故障电流与变 压器励》兹涌流是继电保护中的重要研究课题。现有技术中，对变压器励^磁涌流识别方法主要是利用变压器电流量判别 励-磁涌流，如间断角原理、二次谐波制动原理等。间断角原理是根据变压器在励》兹涌流和内部故障时电流波形所具有的 不同特征来区分励磁涌流和内部故障的。但是，用微机实现间断角原理需要 解决必须采用较高的采样率和较高的采样精度才能准确地测量间断角的大 小，并正确判断电流是否进入"间断"范围的问题。同时还需要解决由CT 传变引起的励磁涌流间断角的变形问题。这些问题对樣么机实现间断角原理的 硬件复杂性和成本都提出了很高的要求。二次谐波制动原理是通过计算差动电流中的二次谐波电流分量来判断 是否发生励磁涌流。当出现励,兹涌流时应有Id2〉KIdl。其中，Id2、 Idl 分別为差动电流中的基波和二次谐波电流的幅值；为二次谐波制动比。但是， 由于变压器^f兹特性的变化，某些工况下励磁涌流的二次谐波含量低，容易导致误动；而大容量变压器、远距离输电的发展，使得内部故障时暂态电流可 能产生较大二次谐波，容易导致拒动。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种可有效地识别短路故障电流与 变压器励磁涌流以提高断路器工作的可靠性的变压器用断路器及其工作方 法。为解决上述技术问题，本发明提供了一种变压器用断路器，包括中央 控制单元、设于被测变压器所在回路中的脱扣执行部件、设于中央控制单元 和脱扣执行部件之间的用于驱动脱扣执行部件动作的放大驱动电路；还包 括与中央控制单元相连的用于检测被测变压器的主磁通量的主磁通检测单 元、与中央控制单元相连的用于检测所述变压器的原边缘绕组的电流值的原 边缘绕组电流检测单元和与中央控制单元相连的用于检测所述变压器的副 边缘绕组的电流值的副边缘绕组电流;险测单元；中央控制单元根据主f兹通^f企测单元测得的主》兹通量clv原边缘绕组电 流检测单元测得的原边缘绕组电流L和副边缘绕組电流检测单元测得的副 边缘绕组电流12计算出被测变压器是存在励磁涌流还是短路故障电流；当 发现该变压器存在短路故障电流时，中央控制单元的控制输出端输出相应的 控制信号，经放大驱动电路后驱动脱扣执行部件执行脱扣动作，使被测变压 器断路。上述的变压器用断路器的工作方法，包括如下步骤A、 中央控制单元根据原边缘绕组电流检测单元测得的原边缘绕组电流 h和副边缘绕组电流检测单元测得的副边缘绕组电流i2计算出被测变压器 原边缘绕组电流与副边缘绕组电流的差电流Ai，即Ai- i「 h;B、 中央控制单元再根据主磁通检测单元测得的主磁通量O,,计算出。
与△ i的关系曲线，即磁通轨迹曲线；C、 当测得主磁通饱和且存在一个最大的差电流Ai吣时，磁通轨迹曲线 与横轴的夹角为0。 ±2° ;然后测得主磁通退出饱和且存在一个最小的差 电流厶i幽时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角为90。 士2° ;则判断此时被测 变压器中存在励磁涌流，中夹控制单元的控制输出端无控制信号输出，脱扣 执行部件不动作；当测得主磁通始终处于非饱和区时，若还测得在最大的差电流和最小的差电流时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角的差值小于5°时，则判断此时存在短路故障电流；中央控制单元的控制输出端输出相应的控制信 号，经放大驱动电路后驱动脱扣执行部件执行脱扣动作，使被测变压器断路。上述技术方案中，中央控制单元的数据传输端经协议转换接口和数据总 线向上位机输出工作状态信息，并接收来自上位机的控制命令；当中央控制 单元的数据传输端接收到来自上位机的脱扣命令时，中央控制单元的控制输 出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路后驱动脱扣执行部件执行脱扣动 作，使被测变压器断路。本发明具有积极的效果(1 )本发明中，中央控制单元根据主磁通检测 单元测得的主磁通量OV原边缘绕组电流检测单元测得的原边缘绕组电流 "和副边缘绕组电流检测单元测得的副边缘绕组电流i2计算出被测变压器 是存在励磁涌流还是短路故障电流；当发现该变压器存在短路故障电流时， 中央控制单元的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电3各后驱动脱 扣执行部件执行脱扣动作，使被测变压器断路。故本发明的断路器可有效地 识别短路故障电流与变压器励磁涌流，提高了断路器工作的可靠性。(2)本 发明的变压器用断路器的工作方法，步骤简单，操控方便，可有效地识别短 路故障电流与变压器励磁涌流，工作可靠性较好。
图1为本发明的变压器用断i 各器的电原理框图。 图2为实施例1中的被测变压器的结构示意图。图3为实施例1中的被测变压器在正常工作状态下的主^f兹通量①m与差 电流Ai的关系曲线示意图。图4为实施例1中的被测变压器在出现短路故障电流时的主磁通量①m与差电流Ai的关系曲线示意图。图5为实施例1中的被测变压器在出现励磁涌流时的主磁通量①m与差电流Ai的关系曲线示意图。
具体实施方式
(实施例1)见图1，本发明的变压器用断路器，包括中央控制单元4、设于被测变压器所在回路中的脱扣执行部件8、设于中央控制单元4和脱扣执行部件 8之间的用于驱动脱扣执行部件8动作的放大驱动电路7;还包括与中央 控制单元4相连的用于检测被测变压器的主磁通量的主磁通检测单元1、与 中央控制单元4相连的用于;f企测所述变压器的原边缘绕组的电流值的原边 缘绕组电流检测单元2和与中央控制单元4相连的用于检测所述变压器的副 边缘绕组的电流值的副边缘绕组电流检测单元3 。见图l-2，中央控制单元4根据主磁通冲全测单元1测得的主磁通量①" 原边缘绕组电流检测单元2测得的原边缘绕组电流L和副边缘绕组电流检 测单元3测得的副边缘绕组电流12计算出被测变压器是存在励磁涌流还是 短路故障电流；当发现该变压器存在短路故障电流时，中央控制单元4的控 制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路7后驱动脱扣执行部件8 冲丸行脱扣动作，使被测变压器断路。仍见图1,协议转换接口 9与中央控制单元4相连；协议转换接口 9与 数据总线11相连，数据总线11与用于实时监控中央控制单元4工作状态的 上位4几1G相连。仍见图1,用于显示当前工作状态的LCD5和用于向中央控制单元4输 入控制参数的键盘6分别与中央控制单元4相连。在被测变压器的主磁通未进入饱和区的情况下，则主磁通和励磁电流都 是随时间的正弦变化量，且二者之间存在一个相位差。因此，Ai的轨 迹曲线近似为一个椭圆，如图4所示；而当被测变压器发生励磁涌流时，主 磁通周期性地进入和退出饱和区，并且磁通和励磁电流中的自由分量使得 Ora-A i 4九迹偏向一侧，如图5所示。上述的变压器用断路器的工作方法，包括如下步骤A、 中央控制单元4根据原边缘绕组电流斥企测单元2测得的原边缘绕组 电流i,和副边缘绕组电流才企测单元3测得的副边缘绕组电流h计算出被测 变压器原边缘绕组电流与副边缘绕组电流的差电流△ i,即△ i-i广i2。B、 中央控制单元4再根据主磁通检测单元1测得的主磁通量①3十算出 Om与△ i的关系曲线，即磁通轨迹曲线。C、 见图5,当测得主磁通饱和且存在一个最大的差电流Ai,时，磁通 轨迹曲线与横轴的夹角为0。 ±2。；然后测得主磁通退出饱和且存在一个 最小的差电流Ai^时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角为90。
±2。；则判断此时被测变压器中存在励磁涌流，中央控制单元4的控制输出端无控制信号输出，脱扣执行部件8不动作。见图4,当测得主磁通始终处于非饱和区时， 若还测得在最大的差电流和最小的差电流时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角的 差值小于5。时，则判断此时存在短路故障电流；中央控制单元4的控制输 出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路7后驱动脱扣执行部件8执行脱 扣动作，使被测变压器断路。中央控制单元4的数据传输端经协议转换接口 9和数据总线11向上位 机10输出工作状态信息，并接收来自上位机10的控制命令；当中央控制单 元4的数据传输端接收到来自上位机10的脱扣命令时，中央控制单元4的 控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路7后驱动脱扣执行部件8 执行脱扣动作，使被测变压器断路。
权利要求
1、一种变压器用断路器，包括中央控制单元(4)、设于被测变压器所在回路中的脱扣执行部件(8)、设于中央控制单元(4)和脱扣执行部件(8)之间的用于驱动脱扣执行部件(8)动作的放大驱动电路(7)；其特征在于还包括与中央控制单元(4)相连的用于检测被测变压器的主磁通量的主磁通检测单元(1)、与中央控制单元(4)相连的用于检测所述变压器的原边缘绕组的电流值的原边缘绕组电流检测单元(2)和与中央控制单元(4)相连的用于检测所述变压器的副边缘绕组的电流值的副边缘绕组电流检测单元(3)；中央控制单元(4)根据主磁通检测单元(1)测得的主磁通量Φm、原边缘绕组电流检测单元(2)测得的原边缘绕组电流i1和副边缘绕组电流检测单元(3)测得的副边缘绕组电流i2计算出被测变压器是存在励磁涌流还是短路故障电流；当发现该变压器存在短路故障电流时，中央控制单元(4)的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路(7)后驱动脱扣执行部件(8)执行脱扣动作，使被测变压器断路。
2、 根据权利要求1所述的变压器用断路器，其特征在于还包括与中 央控制单元(4)相连的协议转换接口 (9);协议转换接口 (9)与数据总 线(11)相连，凄t据总线(11)与用于实时监控中央控制单元(4)工作状 态的上位机(10)相连。
3、 根据权利要求2所述的变压器用断路器，其特征在于还包括与中 央控制单元(4)相连的用于显示当前工作状态的LCD (5)和用于向中央控 制单元(4 )输入控制参数的键盘(6 )。
4、 上述权利要求所述的变压器用断路器的工作方法，包括如下步骤 A、中央控制单元(4)根据原边缘绕组电流检测单元(2)测得的原边缘绕组电流i!和副边缘绕组电流检测单元(3)测得的副边缘绕组电流h 计算出被测变压器原边缘绕组电流与副边缘绕组电流的差电流△ i,即△i=i「i2;B、 中央控制单元(4 )再根据主磁通检测单元(1 )测得的主磁通量① m计算出0^与Ai的关系曲线，即磁通轨迹曲线；C、 当测得主磁通饱和且存在一个最大的差电流Ai自时，磁通轨迹曲线 与横轴的夹角为0° ±2° ;然后测得主磁通退出饱和且存在一个最小的差 电流Ai^时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角为90。 ±2° ;则判断此时被测 变压器中存在励磁涌流，中央控制单元(4 )的控制输出端无控制信号输出， 脱扣执行部件(8)不动作；当测得主磁通始终处于非饱和区时，若还测得在最大的差电流和最小 的差电流时，磁通轨迹曲线与横轴的夹角的差值小于5°时，则判断此时存 在短路故障电流；中央控制单元(4)的控制输出端输出相应的控制信号， 经;汰大驱动电路(7)后驱动脱扣执行部件(8)执行脱扣动作，使;故测变 压器断路。
5.根据权利要求4所述的变压器用断路器的工作方法，其特征在于 中央控制单元(4)的数据传输端经协议转换接口 (9)和数据总线(11) 向上位机(10 )输出工作状态信息，并接收来自上位机(10 )的控制命令； 当中央控制单元(4 )的数据传输端接收到来自上位机(10 )的脱扣命令时， 中央控制单元(4)的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路(7) 后驱动脱扣执行部件(8)执行脱扣动作，使被测变压器断路。
全文摘要
本发明涉及一种变压器用断路器及其工作方法；该变压器用断路器，包括中央控制单元、脱扣执行部件、放大驱动电路、主磁通检测单元、原边缘绕组电流检测单元和副边缘绕组电流检测单元；中央控制单元根据主磁通检测单元测得的主磁通量Φ<sub>m</sub>、原边缘绕组电流检测单元测得的原边缘绕组电流i<sub>1</sub>和副边缘绕组电流检测单元测得的副边缘绕组电流i<sub>2</sub>计算出被测变压器是存在励磁涌流还是短路故障电流；当发现该变压器存在短路故障电流时，中央控制单元的控制输出端输出相应的控制信号，经放大驱动电路后驱动脱扣执行部件执行脱扣动作，使被测变压器断路。本发明的断路器可有效地识别短路故障电流与变压器励磁涌流，提高了断路器工作的可靠性。
文档编号H02H7/04GK101227077SQ20071030529
公开日2008年7月23日 申请日期2007年12月30日 优先权日2007年12月30日
发明者佘定辉, 侯学强, 黄朝波, 黄章武 申请人:人民电器集团有限公司