一种用于变压器差动保护的方法及装置与流程

本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，并且更具体地，涉及一种用于变压器差动保护的方法及装置。

背景技术：

超、特高压直流输电系统在单极闭锁或检修等特殊工况下会运行于单极-大地方式，此时接地极的额定入地电流可达3ka以上并在大地中形成一个恒定的电流通道，对大地的电位分布产生影响。接地极附近直接接地的变压器中性点电位会因大地电位的变化而发生变化，导致直流电流进入交流变压器从而在交流线路中形成回路。变压器会因为直流电流进入励磁回路产生的偏磁问题导致继电保护装置的误动，产生一系列影响交流系统安全运行的问题。

电力变压器在空载投入或外部故障切除后电压恢复时会产生很大的励磁涌流，由于变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料的非线性特征，其值由于变压器励磁特性的不同也有所不同，一般可达到额定电流的6～8倍。若差动继电器检测到由励磁涌流引起的不平衡电流可能导致变压器差动保护的误动作。为了防止由励磁涌流引起差动保护的误动，目前差动保护在工程上普遍采用二次谐波制动原理对保护进行闭锁。二次谐波制动方法是根据励磁涌流中含有大量二次谐波分量，而故障电流二次谐波含量较小的特点，当保护装置检测到差动电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以防止励磁涌流引起的误动。二

当二次谐波整定值取值较低时，有可能导致变压器内部故障时延迟很大，甚至拒动，但能更好的避开励磁涌流的影响。如果整定值取值较高，内部故障时虽能可靠及时动作，但有可能会因为励磁涌流导致保护误动。

由于变压器的直流偏磁也会引起二次谐波，所以直流偏磁的加入可能会对二次谐波制动判据产生影响。如果直流磁通的方向和暂态磁通的方向一致，会使变压器的磁通更大，饱和程度越深，从而使谐波的衰减速度减慢，会造成保护的动作时限更长，延迟更大。当两者方向相反时，会削弱暂态磁通产生的影响，会使谐波的衰减速度加快，但有可能导致保护无法闭锁，产生误动。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种用于变压器差动保护的方法，包括：

获取变压器励磁涌动前期两个周期的二次谐波波形，根据波形确定两个周期的二次谐波的幅值；

根据幅值确定二次谐波是由励磁涌动引起，或直流偏磁引起；

当二次谐波是由励磁涌动引起时，变压器进行闭锁差动保护；

当二次谐波是由直流偏磁引起时，变压器保护不闭锁，区内故障发生时正确动作。

可选的，根据幅值确定二次谐波是由励磁涌动引起，或直流偏磁引起的具体确定公式如下：

其中，为前一周期二次谐波的幅值，为后一周期二次谐波的幅值，ε为二次谐波幅值占基波幅值20％处的前一周期和后一周期二次谐波幅值的差值。

可选的，公式(1)进行确定前，需根据如下公式进行判断：

是差流中的基波谐波分量，k2为二次谐波制动比。

可选的，闭锁差动保护过程中，检测到跳闸信号后，控制不跳闸。

本发明还提出了一种用于变压器差动保护的系统，包括：

采集单元，获取变压器励磁涌动前期两个周期的二次谐波波形，根据波形确定两个周期的二次谐波的幅值；

控制单元，根据幅值确定二次谐波是由励磁涌动引起，或直流偏磁引起；

当二次谐波是由励磁涌动引起时，变压器进行闭锁差动保护；

当二次谐波是由直流偏磁引起时，变压器保护不闭锁，区内故障发生时正确动作。

可选的，根据幅值确定二次谐波是由励磁涌动引起，或直流偏磁引起的具体确定公式如下：

其中，为前一周期二次谐波的幅值，为后一周期二次谐波的幅值，ε为二次谐波幅值占基波幅值20％处的前一周期和后一周期二次谐波幅值的差值。

可选的，公式(1)进行确定前，需根据如下公式进行判断：

是差流中的基波谐波分量，k2为二次谐波制动比。

可选的，闭锁差动保护过程中，检测到跳闸信号后，控制不跳闸。

本发明能够识别二次谐波产生的原因是因为励磁涌流还是直流偏磁，消除了由变压器直流偏磁产生的二次谐波对变压器差动保护二次谐波制动判据的影响，保证变压器差动保护的正确动作。

附图说明

图1为本发明一种用于变压器差动保护的方法变压器无直流偏磁空载合闸曲线图；

图2为本发明一种用于变压器差动保护的方法变压器有直流偏磁空载合曲线图；

图3为本发明一种用于变压器差动保护的方法变压器无直流偏磁故障电压恢复曲线图；

图4为本发明一种用于变压器差动保护的方法变压器有直流偏磁故障电压恢复曲线图；

图5为本发明一种用于变压器差动保护的方法流程图；

图6为本发明一种用于变压器差动保护的方法差动保护流程图；

图7为本发明一种用于变压器差动保护的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

变压器直流偏磁对变压器差动保护的影响主要体现在其对二次谐波制动原理的影响上。通过pscad建模仿真对直流偏磁的影响进行分析。如图1所示，变压器空载且没有直流偏磁的情况下，空载合闸时由于励磁涌流的存在，变压器一次侧电流的二次谐波含量占基波的50％以上，因此二次谐波制动能正确闭锁使保护不误动。稳定之后二次谐波随着励磁涌流的减小逐渐消失，此时差动保护不再闭锁，能正确响应区内故障。

当有足够大的直流电流通过变压器而发生直流偏磁的情况下，如图2所示，变压器空载合闸时一次侧电流的二次谐波含量占比有所上升，因此二次谐波制动能正确闭锁差动保护，使其不误动。但是由于直流偏磁的存在，稳定之后二次谐波随着励磁涌流的减小而降低并稳定在恒定值。稳定后的电流中二次谐波的占比仍然超过整定值20％，所以差动保护继续闭锁。此时若变压器内部发生故障会被判定为励磁涌流，保护拒动。

变压器运行于额定电流且没有直流偏磁的情况下，如图3所示，当发生区外故障后电压恢复时，由于励磁涌流的存在，变压器一次侧电流的二次谐波含量占基波的50％左右，因此二次谐波制动能正确闭锁使保护不误动。稳定之后二次谐波随着励磁涌流的减小逐渐消失，此时差动保护不再闭锁，能正确响应区内故障。

变压器运行于额定电流且有足够大的直流电流通过变压器而发生直流偏磁的情况下，如图4所示，当发生区外故障后电压恢复时，变压器空载合闸时一次侧电流的二次谐波含量占比有所上升，因此二次谐波制动能正确闭锁差动保护，使其不误动。但是由于直流偏磁的存在，稳定之后二次谐波随着励磁涌流的减小而降低并稳定在恒定值。稳定后的电流中二次谐波的占比仍然可能超过整定值20％(直流偏磁值足够大时)，所以差动保护继续闭锁。此时若变压器内部发生故障会被判定为励磁涌流，保护拒动。

为了防止由于直流偏磁而导致二次谐波制动误闭锁差动保护，本发明在原有保护算法的基础上进行改进，提出一个新的保护算法使保护可靠动作。在发生严重直流偏磁的情况下可以通过提升制动比k2来解开保护闭锁，使差动保护正常动作。但是这样有可能影响励磁涌流时保护的正常闭锁。所以可以在原有保护算法的基础上添加门槛来判断谐波的增加是由励磁涌流引起还是直流偏磁引起。

根据上述说明，本发明提出了一种用于变压器差动保护的方法，如图5所示，包括：

获取变压器励磁涌动前期两个周期的二次谐波波形，根据波形确定两个周期的二次谐波的幅值；

根据幅值确定二次谐波是由励磁涌动引起，或直流偏磁引起；

差动保护过程，如图6所示，当二次谐波是由励磁涌动引起时，变压器进行闭锁差动保护；

当二次谐波是由直流偏磁引起时，变压器保护不闭锁，区内故障发生时正确动作。

根据幅值确定二次谐波是由励磁涌动引起，或直流偏磁引起的具体确定公式如下：

其中，为前一周期二次谐波的幅值，为后一周期二次谐波的幅值，ε为二次谐波幅值占基波幅值20％处的前一周期和后一周期二次谐波幅值的差值。

公式(1)进行确定前，需根据如下公式进行判断：

是差流中的基波谐波分量，k2为二次谐波制动比。

闭锁差动保护过程中，检测到跳闸信号后，控制不跳闸。

本发明还提出了一种用于变压器差动保护的系统200，如图7所示，包括：

采集单元201，获取变压器励磁涌动前期两个周期的二次谐波波形，根据波形确定两个周期的二次谐波的幅值；

控制单元202，根据幅值确定二次谐波是由励磁涌动引起，或直流偏磁引起；

当二次谐波是由励磁涌动引起时，变压器进行闭锁差动保护；

当二次谐波是由直流偏磁引起时，变压器保护不闭锁，区内故障发生时正确动作。

根据幅值确定二次谐波是由励磁涌动引起，或直流偏磁引起的具体确定公式如下：

其中，为前一周期二次谐波的幅值，为后一周期二次谐波的幅值，ε为二次谐波幅值占基波幅值20％处的前一周期和后一周期二次谐波幅值的差值。

公式(1)进行确定前，需根据如下公式进行判断：

是差流中的基波谐波分量，k2为二次谐波制动比。

闭锁差动保护过程中，检测到跳闸信号后，控制不跳闸。

本发明能够识别二次谐波产生的原因是因为励磁涌流还是直流偏磁，消除了由变压器直流偏磁产生的二次谐波对变压器差动保护二次谐波制动判据的影响，保证变压器差动保护的正确动作。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。