专利名称：变压器基于多分量的复合电流涌流判别方法及闭锁继电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及继电保护技术变压器保护领域，特别涉及一种变压器涌流闭锁继电器。
背景技术：
目前，变压器的差动保护在实际中主要解决两个问题一是鉴别励磁涌流和故障电流；二是区分外部故障和内部故障。变压器的差动保护在一定程度上能较好地区分外部故障和内部故障，但在励磁涌流的识别上还存在一些不足。
目前，主要通过识别电流波形作为判断励磁涌流和故障电流的主要依据。在各种励磁涌流制动方案中，二次谐波制动相对比较成熟和可靠。国内外主变压器的保护基本都配置该判别方法。
二次谐波制动主要分为两种，分别是“分相制动”和“或门制动”。
所述“分相制动”具体为变压器一相的二次谐波含量超过15％时，仅制动本相。
所述“或门制动”具体为变压器任一相的二次谐波含量超过15％时，制动三相。
但是，目前这两种制动方式均存在缺陷。
“分相制动”可能导致差动保护误动。例如变压器空充时励磁涌流受合闸角、变压器剩磁及系统侧的影响，各相的二次谐波含量大小是不相同的。多年的运行经验和试验表明可能存在某一相的二次谐波含量较低，因此采用分相制动容易导致差动保护误动。
“或门制动”可能导致差动保护拒动或延时动作。例如，变压器合闸于内部单相故障时，例如A相故障；B相和C相为非故障相，B相和C相可能存在励磁涌流，其二次谐波含量较高，由于采用或门制动，因此，会闭锁三相比率差动，此时，故障相A相也无法出口。此外，若内部故障因各种原因，导致某相二次谐波含量较高时，可能导致差动保护拒动。例如电流互感器CT饱和将导致谐波产生，以及故障时系统也会存在谐波。
综上所述，目前励磁涌流的二次谐波制动无论采用“分相制动”还是“或门制动”都存在缺陷，容易造成变压器差动保护保护的误动和拒动。
发明内容
为兼顾变压器差动保护的快速性和安全性，本发明提出了变压器多分量的复合电流涌流判别方法。
所述方法包括以下步骤 (1)通过变压器各侧电流互感器进行变压器各侧的电流测量； (2)计算涌流识别的三种样本电流，并确定采用哪个样本电流进行识别， 将变压器Δ→Y0变换后的如下三种差动电流作为识别涌流的样本电流(以11点接线变压器为例) 第一种样本电流 第二种样本电流 第三种样本电流 式中
分别为变压器Y0侧三相电流；
分别为变压器Δ侧三相电流；
为零序电流；MTA为Y0侧CT变比；NTA为Δ侧CT变比；ηY/Δ为Y0侧和Δ侧额定电压比； 其中，式(1)中三相差动电流称之为大差差动电流，式(2)、式(3)中的三相差动电流分别为第一虚拟差流和第二虚拟差流； 采用将多侧差动转换为两侧差动的方式，找到多侧中的电流突变量采样值的绝对值最大侧，且将该侧定为所述两侧差动保护的一侧，将其余侧的电流突变量采样值的和等效定为所述两侧差动保护的另一侧，分别命名M和∑-M，作为电流的下标。
——突变量采样值差动电流，
——各侧中电流突变量采样值的绝对值最大侧电流，
——其余侧等效电流， 当20ms积分
时，将所述第二虚拟差流作为样本电流； 当20ms积分
时，将所述第一虚拟差流作为样本电流； 涌流闭锁采用大差差动电流和依据上述选取的虚拟差流为样本电流构成的两个涌流闭锁继电器“或”逻辑闭锁。
采用两个涌流闭锁继电器的理由是差动电流计及三相间影响反映最终的差动继电器的差动电流波形，由于它消去了零序分量，不能真实地反映励磁电流。虚拟差流能够真实地反映励磁电流。两个涌流闭锁继电器很好地起到互补作用。
(3)计算所选样本电流每相的
进而计算每一相的三次谐波助增的电流谐波比
和每一相的折中后的电流谐波比
其中I2为样本电流的二次谐波，I1为样本电流的基波。
(4)涌流闭锁识别方程为(采用按相计算) 式中 I0为样本电流的直流分量； I2为样本电流的二次谐波； I1为样本电流的基波； Ie为变压器的额定电流；
为一函数，公式如下 其中C1和C2为常数，其取值范围为0～1。
K是由∑ΔiM(t)Δi∑-M(t)和∑Δi∑2(t)确定的系数，取值范围为0.1～10之间。
当不满足上式时，认为是励磁涌流，否则认为是故障电流，开放变压器差动保护。
本发明还公开了基于前述判别方法的多分量的复合电流涌流闭锁继电器，所述复合电流涌流闭锁继电器的实现方法如下 (1)计算涌流闭锁的样本电流 采用变压器Δ→Y0变换后的3种差动电流识别涌流的样本电流，三种样本电流分别为(以11点接线变压器为例) 第一种样本电流 第二种样本电流 第三种样本电流 式中
为Y0侧三相电流，
为Δ侧三相电流，下标A、B、C表示三相；
为零序电流；MTA为Y0侧CT变比；NTA为Δ侧CT变比；ηY/Δ为Y0侧和Δ侧电压比。
式(1)中的差动电流表达式称为大差差动电流，式(2)、式(3)差动电流表达式分别为第一虚拟差流和第二虚拟差流。
采用将变压器多侧差动转换为变压器两侧差动的方式，找到变压器多侧中的电流突变量采样值的绝对值最大侧，且将其定为所述两侧差动保护的一侧，将其余侧的电流突变量采样值和等效定为所述两侧差动保护的另一侧。分别命名M和∑-M，作为电流的下标。
——突变量采样值差动电流，
——各侧中电流突变量采样值的绝对值最大侧电流，
——其余侧等效电流。
当20ms积分
时，将第二虚拟差流作为样本电流， 当20ms积分
时，将第一虚拟差流作为样本电流。其中m为系数，取值范围为1～10。
涌流闭锁采用大差差动电流和依据上述选取的虚拟差流为样本电流构成的两个涌流闭锁继电器“或”逻辑闭锁。
涌流闭锁采用大差差动电流和依据上述选取的虚拟差流为样本电流构成的两个涌流闭锁继电器“或”逻辑闭锁的理由是差动电流计及3相间影响反映最终的差动继电器的差动电流波形，由于它消去了零序分量，不能真实地反映励磁电流。虚拟差流企图真实地反映励磁电流。两个涌流闭锁继电器很好地起到互补作用。
(2)计算样本电流谐波比
进而计算每一相的三次谐波助增的电流谐波比
其中
优选按以下公式获得 式中I3为样本电流的三次谐波，
为三相中三次谐波比最大值，k由∑ΔiM(t)Δi∑-M(t)和∑Δi∑2(t)确定助增系数，k的取值范围0.1～200。
(3)样本电流谐波比优选按以下方式折中 首先，对步骤(2)计算的电流谐波比
按大小排序
和
只有当
相的
(该值可以整定在0.1-1)时，才采用折中； 折中是重新赋值，即 式中n＝0.05f(t)； f(t)为时间的函数，当t≤180ms时，
t＞180ms时，f(t)＝0。
t为时间，单位为ms。
其中，
为折中后的电流谐波比。
采用赋值后的励磁涌流的特征量
按相计算来识别励磁涌流。
(4)多分量的复合电流涌流闭锁 公式如下 式中 I0为样本电流的直流分量； I2为样本电流的二次谐波； I1为样本电流的基波； Ie为变压器的额定电流；
为一函数，公式如下 其中C1和C2为常数，其取值范围为0～1。
K是由∑ΔiM(t)Δi∑-M(t)和∑Δi∑2(t)确定的系数，取值范围为0.1～10之间。
当不满足上式时，认为是励磁涌流，否则认为是故障电流，开放变压器差动保护。
(5)闭锁逻辑 差动电流涌流闭锁继电器实现按相闭锁，解决了变压器空充于故障变压器动作速度慢的问题，同时不降低其差动保护的可靠性。
图1是变压器典型的励磁涌流波形； 图2是本发明方法的判别流程图； 图3是本发明的励磁涌流制动的逻辑结构图。
具体实施例方式 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图通过具体实施方式
对本发明的技术方案做详细的说明。
为了使本领域技术人员更好地实施本发明，首先介绍几个基本概念。
参见图1，该图为变压器典型的励磁涌流波形。
从图1中可以看出波形的几个特征量非周期分量、间断、波形畸变。
其中，非周期可以由图1中波形大部分位于纵轴的负半轴看出，而不是在正负半轴均匀分布。谐波可以从波形看出，理想的波峰应该是弧形，平滑过渡，而现在的波形较尖且间断，这主要是由谐波造成的。
现有技术中仅将各相的二次谐波作为各相励磁涌流制动的判据，这样容易造成变压器差动保护的误动和拒动，而本发明考虑励磁涌流的多个电流分量组成的涌流闭锁继电器作为励磁涌流制动的判据。
具体实现方法如下 (1)涌流闭锁的样本电流 因为励磁涌流和TA饱和问题均出现Y侧，保持Y侧电流的原始性十分重要。本方案采用Δ→Y0变换后的3种差动电流识别涌流的样本电流(以11点接线变压器为例)。Δ→Y0变换 Δ→Y0变换 Δ→Y0变换 式中
为Y0侧三相电流；
为Δ侧三相电流；
为零序电流；
为零序电流；MTA为Y0侧CT变比；NTA为Δ侧CT变比；ηY/Δ为Y0侧和Δ侧电压比。
式(1)称之为大差差动电流，式(2)、式(3)分别称之为第一虚拟差流和第二虚拟差流。
采用将多侧差动转换为两侧差动的方式，找到多侧中的电流突变量采样值的绝对值最大侧，且将该侧定为一侧，将其余侧的采样值等效定为另一侧。分别命名M和∑-M，作为电流的下标。
——突变量采样值差动电流
——各侧中电流突变量采样值的绝对值最大侧电流
——其余侧等效电流 当20ms积分
时虚拟差流采用(3)式，当20ms积分
时虚拟差流采用(2)式。其中m为系数，取值范围为1～10。
涌流闭锁采用大差差动电流和依据上述选取的虚拟差流为样本电流构成的两个涌流闭锁继电器“或”逻辑闭锁。
涌流闭锁采用大差差动电流和依据上述选取的虚拟差流为样本电流构成的两个涌流闭锁继电器“或”逻辑闭锁的理由是差动电流计及3相间影响反映最终的差动继电器的差动电流波形，由于它消去了零序分量，不能真实地反映励磁电流。虚拟差流企图真实地反映励磁电流。两个涌流闭锁继电器很好地起到互补作用。
(2)3次谐波助增方案 助增的公式如下 式中I3为样本电流的三次谐波，
为三相中三次谐波比最大值，k为助增系数，取值范围为0.1～200。
(3)
的折中方案 首先，对步骤(2)计算的三相的
按大小排序
和
只有当
相的
(可以在0.1-1的范围内整定)时，才采用折中； 折中是重新赋值，即 式中n＝0.05f(t)； f(t)为时间的函数，当t≤180ms时，
t＞180ms时，f(t)＝0。
t为时间，单位为ms。
其中，
为折中后的电流谐波比。
采用赋值后的励磁涌流的特征量
按相计算来识别励磁涌流。
(4)多分量的复合电流涌流闭锁判据 公式如下 式中I0为样本电流的直流分量； I2为样本电流的二次谐波； I为样本电流的基波； Ie为变压器的额定电流；
为一函数，公式如下 其中C1和C2为常数，其取值范围为0～1。
K是由∑ΔiM(t)Δi∑-M(t)和∑Δi∑2(t)确定的系数，取值范围为0.1～10之间。
当不满足上式时，认为是励磁涌流，否则认为是故障电流，开放变压器差动保护。
(5)闭锁逻辑 本发明的多分量复合电流涌流闭锁继电器实现按相闭锁。参见图2，图3(请使用文字详细描述，图2、3的内容)。
本发明提供的多分量复合电流涌流闭锁继电器，对于涌流闭锁的样本电流的选取进行了确定，并且对于变压器的励磁电流的特性中的非周期分量、二次、三次谐波进行了合理的数学表达，同时由于各相之间的磁耦合关系提出了谐波闭锁的折中方案。最后综合考虑空充和空充于故障变压器的区分提出了与变压器额定电流相关的动作判据。该发明实现分相闭锁，解决了变压器空充于故障变压器动作速度慢的问题，同时不降低其差动保护的可靠性。
权利要求
1.一种变压器差动保护中多分量的复合电流涌流闭锁方法，确保解决变压器空载充电时的可靠闭锁，同时在空充故障变压器时能够快速开放差动继电器，所述闭锁方法包括以下步骤
(1)通过电流互感器采集变压器各侧电流以及突变量电流；
(2)分别计算变压器三相的第一虚拟差流、第二虚拟差流作为两种用于涌流闭锁的样本电流，其中第一虚拟差流不包含零序分量，第二虚拟差流包含零序分量；
(3)将变压器多侧差动转换成两侧差动，即将变压器多侧中的电流突变量采样值的绝对值最大侧作为两侧差动的一端，将变压器其余侧的突变量采样值和等效定为两侧差动的另一端，
当20ms积分
使用第二虚拟差流作为样本电流；
当20ms积分
使用第一虚拟差流作为样本电流；
其中，
Δi∑(t)——突变量采样值差动电流，
ΔiM(t)——各侧中电流突变量采样值的绝对值最大侧电流，
Δi∑-M(t)＝Δi∑(t)-ΔiM(t)——其余侧等效电流、即所述变压器其余侧的突变量采样值和，m为系数，取值范围为1～10；
(4)计算上述两种样本电流、即第一虚拟差流和第二虚拟差流的每一相的电流谐波比
其中I2为样本电流的二次谐波，I1为样本电流的基波；进而计算每一相的三次谐波助增的电流谐波比
和每一相的折中后的电流谐波比
(5)按相计算，当所述每一相折中后的电流谐波比
满足以下公式时，开放该相变压器差动保护；当不满足以下公式时，认为是涌流，闭锁该相差动保护
式中
为直流偏置比；
I0为样本电流的直流分量；
I2为样本电流的二次谐波；
I1为样本电流的基波；
Ie为变压器的额定电流；
K的取值范围0.1～10；
为一函数，公式如下
其中C1和C2为常数，其取值范围为0～1。
2.根据权利要求1所述的涌流闭锁方法，其特征在于在计算第一、第二虚拟差流时，选优将变压器绕组三角形侧电流转换至星形侧进行计算。
3.根据权利要求2所述的涌流闭锁方法，其特征在于以11点接线变压器为例，所述第一、第二虚拟电流优选采用以下公式计算
第一虚拟差流
第二虚拟差流
式中
分别为变压器Y0侧三相电流；
分别为变压器Δ侧三相电流；
为零序电流；MTA为Y0侧CT变比；NTA为Δ侧CT变比；ηY/Δ为Y0侧和Δ侧额定电压比。
4.根据权利要求4所述的涌流闭锁方法，其特征在于所述三次谐波助增的电流谐波比
优选采用以下计算公式
其中，I3为样本电流的三次谐波，
为三相中三次谐波比最大值，k为助增系数，取值范围为0.1～200。
5.根据权利要求4所述的涌流闭锁方法，其特征在于在下述情况下，电流谐波比优选进一步通过以下方式进行折中
对三相的三次谐波助增的电流谐波比
按大小排序
和
只有当
相的
时，其中m1为常数，取值范围为0.1～1，才采用折中；
折中是重新赋值，即
式中n＝0.05f(t)；
f(t)为时间的函数，当t≤180ms时
t＞180ms时，f(t)＝0，
t为时间，单位为ms，
其中，
为折中后的电流谐波比。
全文摘要
本发明公开了用于变压器励磁涌流识别的多分量的复合电流涌流闭锁继电器。为解决空投时励磁涌流造成的差动保护误动，又能保证空投于少匝间故障时差动保护快速动作的问题，本发明提出了多分量的复合电流涌流闭锁继电器。该继电器由涌流闭锁的样本电流选取、3次谐波助增方案、电流谐波比的折中方案、自适应的涌流闭锁判据组成。此继电器的动作逻辑图如附图所示。试验结果表明该继电器具有很好的灵敏性、安全性、快速性。本发明还公开了复合电流涌流判别方法。
文档编号H02H7/045GK101777753SQ20101003408
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月13日 优先权日2010年1月13日
发明者柳焕章, 屠黎明, 张德泉, 肖远清, 陈学道, 聂娟红, 李锋, 黄少锋, 冯勇, 尹梁方 申请人:华中电网有限公司, 北京四方继保自动化股份有限公司