专利名称：带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力变配电过程中变压器保护的技术领域，尤其涉及一种带励磁涌流及开关参数检测的变压器保护方法及装置。
背景技术：
电力变压器、高压断路器是重要的电力设备，在电网中应用非常广泛。从电网安全稳定及有效保护设备等方面考虑，变压器一般经高压断路器接入高压电网并配置专门的变压器保护装置以实现对变压器本身故障或经变压器供电的范围内出现故障时选择性地自动跳开断路器、隔离故障。变压器正常运行时的励磁电流很小，但由于变压器本身的构造原理决定了，当变压器空载投入电网时，根据合闸相位的不同，会产生不同程度的励磁涌流， 最大时能达到变压器额定电流的8-10倍，对电网及变压器本身产生很大的冲击，引起电网电压闪变、继电保护误动，导致变压器遭受过度的电应力冲击、降低变压器的使用寿命。传统应对励磁涌流的方法是被动地通过调高继电保护装置动作定值的方法来进行躲避，近年来虽也出现了一些抑制励磁涌流的措施，但都需要通过额外投资来增加一次或二次设备实现。高压断路器在长期使用后发生的性能降低是电网安全的很大隐患，高压断路器的动作参数从一定程度上可综合反映高压断路器本体及操作机构的整体性能，传统方法只有在初次投入前或停电检修时才能借助专门的测试设备对高压开关的相关参数进行检测，无法做到实时、在线检测及动态诊断。
发明内容
本发明目的是针对以上不足之处，借助高速数字信号处理技术提出一种带励磁涌流及开关参数检测的变压器保护方法及装置。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是带励磁涌流及开关参数检测的变压器保护方法，包括以下步骤1)、实时检测断路器状态变化，在线生成断路器跳闸延时时间、 断路器合闸延时时间及断路器累计动作次数等参数；2)、通过对断路器跳闸延时时间、断路器合闸延时时间的历史数据序列的分析对开关状态作出动态评价；3)、实时采集断路器辅助接点位置及电网电压并计算电网电压相位的变化，在线生成断路器实际分闸相位及断路器实际合间相位；4)、通过对变压器空载合间励磁涌流产生机理的分析，得出有效抑制励磁涌流的方法，获得期望的断路器合闸相位；5)、在获得期望的断路器合闸相位后，计入断路器合闸延时时间Ton的影响，套用公式X = Q。n i(K+l)-(Ton mod 20)*18，可以得到发出合闸指令的相位 Q。n—。，当 X > 0 时，Q。n—。(K+1) = X，当 X < 0 时，Q。n。(K+1) = X+360 ；6)、通过实时检测电源侧电压相位的变化，在电源电压相位到达Q。n—。时主控系统发出断路器合闸指令，经过断路器合闸延时时间Ton后断路器完成合闸过程。作为进一步的改进，步骤4)所述的有效抑制励磁涌流的方法为断路器期望合闸相位等于上次断路器的分闸相位。带励磁涌流及开关参数检测的变压器保护装置，包括插接在背板上的CPU主板；采样板，用于采集线路的电量信号，并将所采集到的信号转换成所述CPU主板可接收的信号；电源及开入板，包括电源电路和开关量输入处理电路，所述电源电路用于为所述带励磁涌流及开关参数检测的变压器保护装置提供电源，所述的开关量输入处理电路用于完成输入开关量的采集和预处理；逻辑板，用于输出开关量的处理；显示板，用于显示、按键检测与按键识别等。作为进一步的改进，还包括触发板，用于驱动断路器的跳闸及合闸，所述触发板包括闭锁回路，用于实现跳闸闭锁或合闸闭锁；跳合闸回路，用于断路器的跳闸操作以及断路器的合闸操作；开关位置反馈回路，用于检测断路器的位置。作为进一步的改进，CPU主板包括同时与DSP芯片连接的电源芯片，用于为DSP 芯片提供工作电源；通讯模块，用于根据不同的通讯协议实现数据的交换；时钟电路，用于完成所述带励磁涌流及开关参数检测的变压器保护装置的系统时钟的读取以及校时； EEPROM电路，用于存取所述带励磁涌流及开关参数检测的变压器保护装置的运行数据和信息；开关量输入处理电路，用于完成对来自所述电源及开入板的开关量的转换和隔离，并将转换后的开关量信号送至DSP芯片；显示处理电路，用于完成对所述显示板控制信号和数据信号的滤波处理；开关量输出处理电路，用于完成对开关量输出信号的驱动、闭锁、光电隔离处理等；模拟量处理电路，为低通滤波器，用于实现对所述采样板输出的模拟量信号的滤波处理JTAG接口，用于开发人员对DSP芯片进行程序烧写及仿真调试。作为进一步的改进，所述采样板包括互感器板，用于采集线路的电压和电流信号， 并将采集到的信号输出给信号调理板；信号调理板，用于将所述互感器板采集到的信号调理和放大，并通过所述背板输出给所述CPU主板。本发明的有益效果在于本发明借助高速数字信号处理技术提出一种新型的带励磁涌流及开关参数检测的变压器保护方法及装置，该装置和方法在实现传统的变压器保护测控装置全部功能基础上进一步实现断路器参数在线监测、变压器空载合间励磁涌流抑制等功能，从而构成一种涵盖变压器继电保护及综合测控、断路器参数在线监测与诊断、断路器合间相位精确控制、变压器励磁涌流抑制等功效的高度集成的新型智能化电网装备，用来替代传统的继电保护装置，不需再额外增加任何一次及二次设备。本发明提出的方法及其装置采用高速数字信号处理技术，全面实现变压器继电保护及测控功能，同时实现对断路器、真空接触器等类型高压开关动作参数的在线监测及状态诊断，并在此基础上通过精确控制变压器空载合闸相位，使变压器空载合闸励磁涌流降低到额定电流的30%以下，从而全面消除励磁涌流对电网及变压器本身的不良影响。
图1是本发明的硬件结构图；图2是本发明CPU主板的结构框图；图3是本发明的主程序流程框图；图4是本发明的中断程序流程框图；图中:10、互感器板，11、调理板，12、CPU主板，13、电源及开入板，14、逻辑板，15、 触发板，16、背板，17、显示板。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。一种带励磁涌流及开关参数检测的变压器保护方法，包括以下步骤1)、实时检测断路器状态变化，在线生成断路器跳闸延时时间、断路器合闸延时时间及断路器累计动作次数等参数；2)、通过对断路器跳闸延时时间、断路器合闸延时时间的历史数据序列的分析对开关状态作出动态评价；3)、实时采集断路器辅助接点位置及电网电压并计算电网电压相位的变化，在线生成断路器实际分闸相位及断路器实际合闸相位；4)、通过对变压器空载合闸励磁涌流产生机理的分析，得出有效抑制励磁涌流的方法，获得期望的断路器合闸相位；5)、在获得期望的断路器合闸相位后，计入断路器合闸延时时间Ton的影响，套用公式X =Qon i (K+l)-(Ton mod 20) *18，可以得到发出合闸指令的相位Q。n。，当X > 0时，Q。n C(K+1) =X，当X < 0时，Q。n。(K+1) = X+360 ；6)、通过实时检测电源侧电压相位的变化，在电源电压相位到达Q。n—。时主控系统发出断路器合闸指令，经过断路器合闸延时时间Ton后断路器完成合闸过程。断路器参数检测及状态诊断断路器跳闸延时时间(Toff)，该方法要求实时、快速采集断路器辅助接点位置，在断路器分闸操作期间，准确记忆从跳闸指令发出时刻到断路器分开时刻的时间差作为断路器本次的跳闸延时时间(Toff)。断路器合闸延时时间(Ton)，在断路器合闸操作期间，准确记忆从合闸指令发出时刻到断路器闭合时刻的时间差作为断路器本次的合闸延时时间(Ton)。断路器动作总次数( ),断路器每进行一次跳合闸操作，将记忆的断路器动作次数自动增加一次，累计数值为断路器实际的动作次数(Sz)。断路器状态诊断方法，本发明实现对断路器每次合闸及跳闸过程中合闸延时时间及跳闸延时时间的实时检测，通过对断路器长时间数据的非等间距数理分析消除每次动作时间参数中随机变动误差的影响，得到断路器跳闸延时及合闸延时缓慢的变化规律，这种变化间接反映了开关机械结构及储能元件的磨损与老化程度，根据以上参数的静态偏移程度可以对断路器当前的状态作出评价，对断路器未来性能变化情况作出预测，为设备检修维护人员全面把握设备工作状况、超前采取检修维护措施以防患于未然提供有力的帮助。断路器实际动作相位检测断路器实际分闸相位(θ off r)，该方法要求实时、快速采集断路器辅助接点位置， 同时实时采集电网电压并计算电网电压相位的变化；当检测到断路器断开时，瞬时记忆此时的电网电压相位作为最新一次的断路器分闸相位(Θ off_r) 0断路器实际合闸相位(θ。n》，该方法要求实时、快速采集断路器辅助接点位置， 同时实时采集电网电压并计算电网电压相位的变化；当检测到断路器闭合式时，瞬时记忆此时的电网电压相位作为断路器最新一次的合闸相位(θ on_r)。变压器空载合闸励磁涌流抑制原理断路器合闸将空载变压器接入电网时，不正确的合闸相位会产生很大的合闸涌流，对断路器实现精确的合闸相位控制具有很大的意义。下面就励磁涌流的产生及抑制原理进行说明。根据电工学的基本理论可以知道，在变压器正常运行时励磁电流滞后电压90度，对于大型的电力变压器来讲，正常的励磁电流一般都小于额定电流的；下图给出变压器
空载合闸时的等效电路图，设合闸初相角为α，下式为回路方程式 φ
N1 ——+ ZraT1 = λ/2 (V1 sin( wt + a) dt经过简单的磁滞回线线性化近似处理可以得到以下方程求解此微分方程，可以得出
权利要求
1.带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护方法，其特征在于包括以下步骤1)、实时检测断路器状态变化，在线生成断路器跳闸延时时间、断路器合闸延时时间及断路器累计动作次数等参数；2)、通过对断路器跳闸延时时间、断路器合闸延时时间的历史数据序列的分析对开关状态作出动态评价；3)、实时采集断路器辅助接点位置及电网电压并计算电网电压相位的变化，在线生成断路器实际分闸相位及断路器实际合闸相位；4)、通过对变压器空载合间励磁涌流产生机理的分析，得出抑制励磁涌流的方法，获得期望的断路器合闸相位Qoru ；5)、在获得期望的断路器合闸相位后，计入断路器合闸延时时间Ton的影响，套用公式X = Qon i (K+l)-(Ton mod 20) *18，可以得到发出合闸指令的相位Q。n。，当X > 0时，Q。n C(K+1) = X，当 X < 0 时，Qon c (K+1) = X+360 ；6)、通过实时检测电源侧电压相位的变化，在电源电压相位到达Q。n。时主控系统发出断路器合闸指令，经过断路器合闸延时时间Ton后断路器完成合闸过程。
2.根据权利要求1所述的带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护方法，其特征在于步骤4)所述的抑制励磁涌流的方法为断路器期望合闸相位等于上次断路器的分闸相位。
3.带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护装置，其特征在于包括CPU主板；采样板，用于采集线路的电量信号，并将所采集到的信号转换成所述CPU主板可接收的信号；电源及开入板，包括电源电路和开关量输入处理电路，所述电源电路用于为所述带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护装置提供电源，所述的开关量输入处理电路用于完成输入开关量的采集和预处理；逻辑板，用于输出开关量的处理；显示板，用于显示、按键检测与按键识别；所述CPU主板、采样板、电源及开入板、逻辑板以及显示板均插接在背板上。
4.根据权利要求3所述的带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护装置，其特征在于还包括插接在背板上的触发板，用于驱动断路器的跳闸及合闸。
5.根据权利要求4所述的带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护装置，其特征在于所述触发板包括闭锁回路，用于实现跳闸闭锁或合闸闭锁；跳合闸回路，用于断路器的跳闸操作以及断路器的合闸操作；开关位置反馈回路，用于检测断路器的位置。
6.根据权利要求3所述的带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护装置，其特征在于CPU主板包括同时与DSP芯片连接的电源芯片，用于为DSP芯片提供工作电源；通讯模块，用于根据不同的通讯协议实现数据的交换；时钟电路，用于完成所述带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护装置的系统时钟的读取以及校时；EEPROM电路，用于存取所述带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护装置的运行数据和信息；开关量输入处理电路，用于完成对来自所述电源及开入板的开关量的转换和隔离，并将转换后的开关量信号送至DSP芯片；显示处理电路，用于完成对所述显示板控制信号和数据信号的滤波处理； 开关量输出处理电路，用于完成对开关量输出信号的驱动、闭锁、光电隔离处理等； 模拟量处理电路，为低通滤波器，用于实现对所述采样板输出的模拟量信号的滤波处理；JTAG接口，用于开发人员对DSP芯片进行程序烧写及仿真调试。
7.根据权利要求3所述的带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护装置，其特征在于所述采样板包括互感器板，用于采集线路的电压和电流信号，并将采集到的信号输出给信号调理板； 信号调理板，用于将所述互感器板采集到的信号调理和放大，并通过所述背板输出给所述CPU主板。
全文摘要
带励磁涌流抑制及开关参数检测的变压器保护方法及装置，涉及电力变配电过程中变压器保护的技术领域，包括步骤1)实时检测断路器状态变化；2)对断路器状态作出动态评价；3)实时采集断路器辅助接点位置及电网电压并计算电网电压相位的变化；4)得出抑制励磁涌流的方法，获得期望的合闸相位；5)在获得期望的合闸相位后，计入合闸延时时间的影响得到发出合闸指令的相位Qon_c；6)在电源电压相位到达Qon_c时主控系统发出合闸指令；装置包括插接在背板上的CPU主板、采样板、电源及开入板、逻辑板、显示板等；本发明可使变压器空载合闸励磁涌流降低到额定电流的30％以下，从而全面消除励磁涌流对电网及变压器本身的不良影响。
文档编号H02H7/04GK102403694SQ20111028221
公开日2012年4月4日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者孔凡华, 尹俐, 尹春杰, 张承慧, 张纪平, 王芳芳, 王鑫, 胡兵 申请人:山东大学, 山东星锐电力科技有限公司