电力变压器励磁涌流识别方法与流程

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种电力变压器励磁涌流识别方法。

背景技术：

电力变压器承担着电能的变换与分配，是电力系统中至关重要的电力设备。然而，目前变压器保护的动作正确率远低于母线保护和线路保护。其原因之一是保护装置不能准确识别变压器励磁涌流，造成纵联差动保护错误动作或闭锁。有效识别励磁涌流对提高变压器保护的动作正确率有重大意义。

励磁涌流是变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时差动回路中出现的数值很大甚至可与故障电流相比拟的励磁电流。励磁涌流会逐渐衰减，并不属于故障电流，发生励磁涌流情况时不需要变压器保护动作。但是，励磁电流从变压器的某一侧流入，却并未从另一侧流出，基于基尔霍夫定律的纵联差动保护可能会将此电流判定为故障电流，导致保护误动作。因此，变压器保护中装有励磁电流识别模块，一旦发现励磁涌流就闭锁差动保护。但是，准确识别励磁涌流是一个亟待解决的难题。

工程中较为成熟的方法是利用二次谐波判据或间断角方法来识别励磁涌流。随着电力系统快速发展，二次谐波判据和间断角方法识别励磁涌流的准确性已大大降低，不能满足现代电网继电保护动作正确率的高要求。针对励磁涌流的识别问题，近年来国内外研究人员已提出了许多新方法。但是，这些方法或对硬件要求高导致在工程中实现困难，或需获取电压量造成接线复杂，或在实际工程中识别准确率不高，或者存在其它原因，终究未能彻底解决励磁涌流的识别问题。目前，依然需要不断革新技术来有效识别励磁涌流，提高变压器保护的动作正确率。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的缺点与不足，提供一种鉴别准确率高、易于现场装置实现的电力变压器励磁涌流识别方法。

本发明所采用的技术方案是，一种电力变压器励磁涌流识别方法，包括以下步骤：

步骤1：变压器差动保护被触发后，对变压器差动电流信号进行采样，获得一个工频周期的采样数据，构成采样数据序列{i₁,i₂,…,i_N}，N为一个工频周期内的总采样点数；

步骤2：根据式(1)求取序列{A₁,A₂,…,A_N}：

式(1)中，δ为采样数据序列{i₁,i₂,…,i_N}中各元素取绝对值后的中位数；

步骤3：根据式(2)求取序列{B₁,B₂,…,B_N}：

步骤4：将序列{B₁,B₂,…,B_N}中最大的元素的序号赋值给y，将y-B_y+1的值赋值给x，将序列{i₁,i₂,…,i_N}中绝对值最大的元素的序号赋值给p；

步骤5：根据式(3)求取序列{E₁,E₂,…,E_y-x+1}和序列{F₁,F₂,…,F_y-x+1}：

式(3)中，i_p为序列{i₁,i₂,…,i_N}中序号为p的元素，i_x+k-1为序列{i₁,i₂,…,i_N}中序号为x+k-1的元素；

步骤6：以序列{E₁,E₂,…,E_y-x+1}为自变量，以序列{F₁,F₂,…,F_y-x+1}为因变量，构建一元线性回归方程，求取回归系数r，并根据式(4)求取R的值：

步骤7：如果R>R_set(R_set为设定的阈值)，则判定当前电流为励磁涌流，闭锁差动保护；否则，判定当前电流为内部故障电流，开放差动保护。

优选的，所述步骤6中的回归系数r根据最小二乘法求得，具体根据式(5)求得：

式(5)中，为序列{E₁,E₂,…,E_y-x+1}中元素的平均值，为序列{F₁,F₂,…,F_y-x+1}中元素的平均值。

优选的，所述步骤7中的R_set的取值范围为3～6。

本发明的原理是：

造成励磁涌流波形有别于正弦电流波形的根源在于励磁曲线的非线性。这种非线性体现在，膝点前励磁曲线的斜率非常大，而膝点后励磁曲线的斜率非常小。如附图中图1所示，正弦磁通波形经非线性的励磁曲线“折射”后形成了励磁涌流波形：正弦磁通的波峰经膝点后斜率很小的励磁曲线“折射”，形成了励磁涌流的尖顶波；正弦磁通的其它区域的波形经膝点前斜率很大的励磁曲线“折射”，形成了励磁涌流的非饱和区波形。通过励磁涌流的尖顶波，如步骤5中式(3)所示，虚拟出一个正弦波，{E₁,E₂,…,E_y-x+1}为此虚拟正弦波的采样值。这个虚拟正弦波在非饱和区的波形将与励磁涌流的非饱和区波形在数值上存在很大差异，如附图中图2所示。这种现象可以看作是，对虚拟正弦波在非饱和区的波形进行了显著压缩而形成了励磁涌流的非饱和区波形。将虚拟正弦波在非饱和区波形的采样数据视为自变量，再将励磁涌流非饱和区波形的采样数据视为因变量，构建线性回归方程，所计算的回归系数将会非常小。令R为所计算的回归系数的倒数，仿真发现，R的值始终很大，始终存在R>10。

利用内部故障电流波形的波峰，按同样方法虚拟出一条正弦曲线。在任何时间段内，以虚拟正弦波采样数据为自变量，以故障电流波形的采样数据为因变量，构建线性回归方程所计算的回归系数始终约等于1。同样令R为所计算的回归系数的倒数，仿真发现，始终存在R<2。

综合以上两点分析，本发明根据特定的算法为差电流波形确定了虚拟非饱和区，再利用非饱和区内虚拟正弦波数据和差电流数据计算回归系数，再依据R的大小来判定差电流是否为励磁涌流。

虚拟非饱和区的确定方法：对差动电流采样数据序列，根据式(1)求取序列{A₁,A₂,…,A_N}，此数列中数据为“1”或“0”，连续的几个“1”对应连续的潜在非饱和区；为选出包含数据最多的连续的潜在非饱和区，根据式(2)构建了系列{B₁,B₂,…,B_N}，此序列中值最大的那个元素的序号表示包含数据最多的连续的潜在非饱和区的右边界y，此序列中值最大的那个数据表示包含数据最多的连续的潜在非饱和区中的数据总数B_y，那么包含数据最多的连续的潜在非饱和区的左边界x＝y-B_y+1；包含数据最多的连续的潜在非饱和区即为本发明的虚拟非饱和区，{i_x,i_x+1,…,i_y}即为虚拟非饱和区中数据；最后，将序列{i_x,i_x+1,…,i_y}中数据依次赋值给序列{F₁,F₂,…,F_y-x+1}。

本发明的有益效果是：1)本发明根据励磁涌流形成机理实现识别方法，理论依据强，判据清晰，区分明显，准确率高；2)不需要获取电压信息，没有增加保护装置不必要的接线；3)与小波变换法等相比，本发明对保护装置采样频率要求低，计算量小，便于在实际工程中实现。

附图说明

图1为本发明的励磁涌流形成过程示意图；

图2为本发明的励磁涌流与虚拟正弦波对比示意图；

图3为本发明实施例的仿真模型；

图4为本发明的励磁涌流识别流程图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。所述实施例仅用于更加清楚地说明本发明的实施方式，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如附图中图3所示搭建仿真系统。三相变压器模块设置如下：额定电压为35kV/110kV，额定容量为20MVA，连接组别为Yd11，高低压绕组电阻均设置为0.02(pu)，高低压绕组漏感均设置为0.008(pu)，选择饱和铁心，励磁曲线设为0，0；0.0024，1.2；1，1.5(pu)。使用三相电源S来等效左侧系统，其线电压设置为35kV，设置A相初始相角为15°。系统频率为50Hz，采样频率设置为2000Hz。分别设置空投变压器和AB相间故障进行仿真，获取变压器一、二次侧的电流信息，折算到一次侧后，运算形成差电流。为表述清楚，仅以A相波形进行分析。根据附图中图4所示流程，具体的识别步骤如下：

步骤1：分别对空投变压器和AB相间故障仿真，差动保护被触发后，分别获取最新的一个工频周期的差动电流，构成采样数据序列{i₁,i₂,…,i_N}，如下：

励磁涌流：{i₁,i₂,…,i_N}＝{37.54，313.77，568.50，795.68，989.92，1146.46，1261.57，1332.56，1357.81，1336.82，1270.27，1159.90，1008.55，820.06，599.20，351.54，83.29，23.26，19.44，15.59，12.09，8.78，5.80，3.13，0.89，-0.87，-2.11，-2.80，-2.91，-2.46，-1.44，0.12，2.17，4.67，7.56，10.76，14.20，17.78，21.44，25.06}A；

故障电流：{i₁,i₂,…,i_N}＝{1.44，1.94，2.40，2.83，3.21，3.53，3.78，3.96，4.06，4.08，4.01，3.86，3.63，3.33，2.97，2.54，2.07，1.56，1.02，0.48，-0.07，-0.59，-1.10，-1.56，-1.97，-2.33，-2.61，-2.82，-2.95，-2.99，-2.96，-2.84，-2.64，-2.36，-2.02，-1.62，-1.17，-0.69 -0.18 0.35}kA；

步骤2：根据前述式(1)分别求取序列{A₁,A₂,…,A_N}，结果如下：

励磁涌流：{A₁,A₂,…,A_N}＝{0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，0，0}；

故障电流：{A₁,A₂,…,A_N}＝{1，1，1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，1}；

步骤3：根据前述式(2)分别求取序列{B₁,B₂,…,B_N}，结果如下：

励磁涌流：{B₁,B₂,…,B_N}＝{0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20，0，0}；

故障电流：{B₁,B₂,…,B_N}＝{1，2，3，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，0，0，0，0，0，0，0，1，2，3，4，5，6，7}；

步骤4：将序列{B₁,B₂,…,B_N}中最大的那个数在序列{B₁,B₂,…,B_N}中的编号赋值给y，将y-B_y+1的值赋值给x，将序列{i₁,i₂,…,i_N}中绝对值最大的那个数在序列{i₁,i₂,…,i_N}中的编号赋值给p；对励磁涌流数据和故障电流数据分别求取有y、x和p，结果如下：

励磁涌流：y＝38、x＝38-20+1＝19和p＝9；

故障电流：y＝26、x＝26-10+1＝17和p＝10；

步骤5：根据前述式(3)求取序列{E₁,E₂,…,E_y-x+1}和序列{F₁,F₂,…,F_y-x+1}：

励磁涌流：{E₁,E₂,…,E_y-x+1}＝{0.00，-0.21，-0.42，-0.62，-0.80，-0.96，-1.10，-1.21，-1.29，-1.34，-1.36，-1.34，-1.29，-1.21，-1.10，-0.96，-0.80，-0.62，-0.42，-0.21}kA；{F₁,F₂,…,F_y-x+1}＝{19.44，15.59，12.09，8.78，5.80，3.13，0.89，-0.87，-2.11，-2.80，-2.91，-2.46，-1.44，0.12，2.17，4.67，7.56，10.76，14.20，17.78}A；

故障电流：{E₁,E₂,…,E_y-x+1}＝{1.85，1.26，0.64，0.00，-0.64，-1.26，-1.85，-2.40，-2.88，-3.30}kA；{F₁,F₂,…,F_y-x+1}＝{2.07，1.56，1.02，0.48，-0.07，-0.59，-1.10，-1.56，-1.97，-2.33}kA；

步骤6：以序列{E₁,E₂,…,E_y-x+1}为自变量，以序列{F₁,F₂,…,F_y-x+1}为因变量，构建一元线性回归方程，求取回归系数，并根据前述式(4)求取R的值；对励磁涌流数据和故障电流数据分别计算，结果如下：

励磁涌流：求得的回归系数为0.0169；R＝59.1772；

故障电流：求得的回归系数为0.8530；R＝＝1.1723；

步骤7：如果R>R_set(R_set的取值范围为3～6)，则判定当前电流为励磁涌流，闭锁差动保护；否则，判定当前电流为内部故障电流，开放差动保护；结果如下：

根据励磁涌流仿真数据所计算的R＝59.1772>R_set，表明本发明能够正确识别励磁涌流，闭锁差动保护；根据内部故障仿真数据所计算的R＝1.1723<R_set，表明本发明能够正确识别内部故障电流，开放差动保护。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于上述实施例。应当指出，在本技术领域范围内，不脱离本发明技术思路的情况下，对本发明所做的简单润饰、改进、替代、简化和组合，都应包含在本发明的保护范围之内。