励磁涌流检测方法、励磁涌流制动方法及其装置制造方法

励磁涌流检测方法、励磁涌流制动方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明提出一种用于变压器的励磁涌流检测方法和装置。该方法包括：获得变压器每一个交流相的差动电流ix(n)；针对每一交流相，基于一个周期内所采样的差动电流，计算出用于波形对称判别的至少两个因子（Ax(n),Bx(n)）；针对每一种因子，获取三个交流相所对应的三个因子中的最大值，作为该因子的最大相因子；基于所获得的最大相因子，利用波形对称判别算法，计算出相应的波形对称系数kmax；若波形对称系数kmax符合波形不对称要求，则确定为出现励磁涌流。
【专利说明】励磁涌流检测方法、励磁涌流制动方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及变压器保护技术，尤其涉及一种用于检测变压器空载合闸时产生的励磁涌流的方法及装置，以及励磁涌流制动方法及装置。
【背景技术】
[0002]在电力系统中，当变压器空载合闸时会出现瞬间的大电流，例如61倍于变压器的额定电流。这种在变压器合闸时出现的瞬间大电流就是本领域所称的“励磁涌流”。由此，当变压器空载合闸时，励磁涌流的出现很可能误触发变压器的差动保护动作，从而在合闸后的瞬间内变压器立即自动跳闸。
[0003]“励磁涌流”的出现主要原因在于变压器在空载合闸时其铁芯迅速达到严重饱和，同时励磁阻抗大幅度降低，由此出现了大幅值的励磁涌流。励磁涌流的特点是涌流的数值很大，可达到变压器额定电流的6?8倍，甚至达到变压器额定电流的10倍。再者，励磁涌流中含有大量的直流分量及高次谐波分量，其波形多为偏向时间轴一侧，而且励磁涌流的波形可能是间断的。此外，励磁涌流的衰减特性与变压器的时间常数有关。励磁涌流一般在出现0.5?Is之后减小到通常不超过0.25?0.5倍的额定电流，但是对于大容量变压器，其全部衰减时间可能达到几十秒。
[0004]为了避免变压器的差动保护因励磁涌流而误动作，当前电力系统中配置的变压器主保护一般包括与励磁涌流相关的二次谐波制动的差动保护。在主保护双重化的要求下，很多厂家除配置二次谐波制动的差动保护外，还利用波形特征，配置了如基于间断角原理、波形对称原理等实现涌流制动的差动保护。其中，间断角原理用在微机保护时因对硬件要求高，实现方法较困难。基于波形对称原理的涌流制动判据，由于构成简单，对硬件要求相对不高，较适宜以此作为有别于二次谐波制动的、且与差动保护相配合的变压器主保护的基础。
[0005]中国专利申请CN1182297A公开了一种基于波形对称的励磁涌流判别方法。该方法通过比较前后两个半波的采样点值来确定电流的波形是否对称。如果对称则为故障电流；如果不对称则为励磁涌流。

【发明内容】

[0006]本发明的一个目的在于提出一种新型的变压器励磁涌流检测方法和装置，以及相应的变压器差动保护闭锁方法和装置，以便较为准确地识别出励磁涌流。
[0007]根据本发明一个方面，本发明提出了一种用于变压器的励磁涌流检测方法，包括:获得变压器每一个交流相的差动电流ix(n);判断所述三个交流相中是否有任一相的差动电流ix(n)超过预定的电流阈值；如果存在任一交流相的差动电流ix(n)超过预定的电流阈值，则针对每一交流相，基于一个周期内所获得的该交流相的差动电流，计算出用于波形对称判别的至少两个因子(Ax，Bx);针对每一种因子，获取三个交流相所对应的三个因子中的最大值，作为该因子的最大相因子；基于所获得的最大相因子，利用波形对称判别算法，计算出相应的波形对称系数kmax ;若波形对称系数kmax符合波形不对称要求且存在任一交流相的差动电流ix(n)超过预定的电流阈值，则确定为出现励磁涌流。优选地，所述计算至少两个因子的步骤还包括:滤除采样的差动电流ix(n)的直流分量，得到差动电流的差分值 i ’ X (η)。
[0008]根据本发明一个优选实施例，所述用于波形对称判别的因子包括:第一因子(Αχ),其为相差半个周期的两个差动电流差分值之和的函数；第二因子(Βχ),其为相差半个周期的两个差动电流差分值之差的函数。优选地，所述用于第一因子(Αχ)的函数为所述之和的模值在半个周期内的累积值；所述用于第二因子(Βχ)的函数为在半个周期内所述之差的模值的累积。更为优选地，所述波形对称系数kmax为所述第一因子(Αχ)的最大相因子除以所述第二因子(Βχ)的最大相因子。其中，所述差动电流差分值i’X (η)由向前差分法求得。
[0009]根据本发明另一个方面，本发明提出一种用于变压器的励磁涌流制动方法，包括:按照上述方法确定流过所述变压器的当前电流是否为励磁涌流；如果是励磁涌流，则闭锁所述变压器的差动保护。
[0010]根据本发明又一个方面，本发明还提出用于实现上述方法的变压器保护装置。该装置包括:获取单元，用于获得流过变压器每一个交流相的差动电流iX(n);第一判断单元，判断所述三个交流相中是否有任一相的差动电流ix(n)超过预定的电流阈值；因子计算单元，用于针对每一交流相，基于一个周期内与采样的差动电流ix(n)，计算出用于波形对称判别的至少两个因子；求最大值单元，用于针对每一种因子，获取三个交流相所对应的三个因子中的最大值，作为该因子的最大相因子(Amax，Bmax);对称系数获取单元，用于基于所获得的最大相因子(AmaX，BmaX)，依照所述波形对称判别，计算出相应的波形对称系数kmax ;第二判断单元，用于在波形对称系数kmax符合波形不对称要求且所述第一判断单元为肯定结果时，确定为出现励磁涌流。优选地，所述因子计算单元还包括:滤波单元，用于滤除采样的差动电流中的直流分量，以得到差动电流的差分值；且所述因子计算单元基于所述差动电流的差分值计算所述至少两个因子。
[0011]优选地，所述用于波形对称判别的因子包括:第一因子，其为相差半个周期的两个差动电流的差分值之和在整个半个周波内的累积和；第二因子，其为相差半个周期的两个差动电流的差分值之差在整个半个周波内的累积和。优选地，该装置还包括闭锁单元，用于在所述判断单元判确定出出现了励磁涌流时，闭锁所述变压器的差动保护。
[0012]根据本发明又一个方面，本发明提出了一种用于变压器保护的装置，包括:微处理器，用于按照指令进行运算或处理；存储器，用于存储可由所述微处理器执行的指令，所述指令在由所述微处理器执行时用于实现如所述的方法。13、一种计算机程序产品，包括:
[0013]可由机器执行的代码，所述代码在由所述机器执行时用于实现如权利要求1-7中任一所述的方法。14、一种计算机记录介质，包括:
[0014]一种机器可记录、读取的介质，所述介质上存储有可由机器执行的代码，所述代码在由机器执行时用于实现如上所述的方法。
[0015]本发明提出的励磁涌流检测方法，由于充分考虑了三个交流相之间的相互关系，因而采用这种方法作出的涌流判别更为准确。其次，在本发明中采用了基于采样的差动电流(优选为差动电流的差分值)的波形对称算法，相较于其他算法，这一算法能够在较短时间内正确判断出是否为励磁涌流。再者，由于本发明优选采用了滤除直流分量的差动电流来进行波形对称因子的计算，因而避免了直流分量的干扰，从而判别的准确度更高。此外，本发明是在确定励磁涌流时闭锁差动保护，否则允许差动保护，这种逻辑能够更为有效地确保差动保护可靠动作。另外，采用本发明的方法；各种故障时，能在一个周波内快速切除。并且在某一相励磁涌流二次谐波含量低于15%时，同样能够发出闭锁标志。本发明提出的方法由于故障相的存在使得分母保持较大值，故使得波形对称系数k?x迅速下降到闭锁定值以下。系统阻抗很大时，若发生星形侧单相接地或三角侧两相相间故障，本发明提出的方法仍然能够动作，因此保护依然能正确动作。
[0016]综上所述本判据在各种故障时能快速正确动作，励磁涌流时能可靠置闭锁标志。因此本方案具有较好的涌流识别和故障判别性能。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]本发明的目的、特点、特征和优点通过以下结合附图的详细描述将变得更加显而易见。其中:
[0018]图1A-1C示例性地示出了在三个交流相A、B和C上出现的励磁涌流的典型波形图；
[0019]图2示例性地示出了根据本发明一个实施例的励磁涌流检测流程图；
[0020]图3示例性地示出了根据本发明一个实施例的励磁涌流制动的逻辑图；
[0021]图4A-4C示例性地示出了根据本发明一个实施例的励磁涌流的波形、相应的波形对称系数的变化以及二次 谐波的变化；
[0022]图5A-5C示例性地示出了根据本发明另一个实施例的故障涌流的波形、相应的波形对称系数的变化以及二次谐波的变化；
[0023]图6示例性地示出了根据本发明又一个实施例的变压器保护装置的结构框图。【具体实施方式】
[0024]以下将结合附图描述本发明的各个实施例。通过以下描述，本发明的上述优势将
会更容易理解。
[0025]图1AlC示例性地示出了在三相变压器的三个交流相a、b和c上出现的励磁涌流的典型波形。通过研究励磁涌流的波形特点，以及参考图1，可以得出励磁涌流具有如下特点。
[0026](I)在变压器空载合闸时，涌流是否产生以及涌流的大小与合闸时的相角有关，合闸相角a =0和a = Ji时励磁涌流最大。
[0027](2)由于三相电压之间有120°的相位差，因而三相励磁涌流不会相同。
[0028](3)某相励磁涌流可能不再偏离时间轴的一侧，变成了所谓的“对称性”涌流。其他两相仍为偏离时间轴一侧的非对称性涌流。对称性涌流的数值比较小。非对称性涌流仍含有大量的非周期衰减分量，但对称性涌流中非周期分量比较小。
[0029](4)变压器的运行记录表明，三相励磁涌流中可能有一相二次谐波比的数值比较小，低于15%。
[0030](5)三相励磁涌流的波形仍然是间断的，但其间断角相比单相变压器涌流显著减小，其中又以对称性涌流的间断角最小。
[0031](6)从以上三个图可见，励磁涌流一般有1/4周波以上不对称。
[0032]基于以上对励磁涌流的分析，本申请的发明人提出了一种新型的励磁涌流检测方法，即，基于波形对称的最大相分析方法。总体而言，考虑到励磁涌流在三个相上表现的差异，本申请的发明人指出应总体考量三相上电流的特点，而不是仅仅单独考量每个相的波形是否对称。基于这一思想，本申请的发明人提出，在评估波形是否对称的过程中，用于计算波形对称系数k的各个因子(例如，Αχ和Βχ)中的每一个应取三个相的相应因子中的最大相。采用这种方法计算出的波形对称系数Kmax可全面体现励磁涌流在三个相上的表现，从而防止因单独检测每一相而带来的误判。这里，波形对称系数kmax是一个用于描述电流波形的不对称性的参量，kmax越大波形不对称性越明显。
[0033]图2示例性地示出了根据本发明一个优选实施例的涌流检测方法的流程图。
[0034]如图2所示，涌流检测方法从步骤S210开始。在步骤S210中，首先获得一个三相变压器的每一个交流相的差动电流ix(n), x=a, b, c,其中a, b和c分别代表一个交流相。在步骤S220中，优选地，对每个交流相的采样差动电流滤波，以滤除采样电流中的直流分量。这里，步骤S220是可选的。当波形对称的判断条件不同时，步骤S220可以省去。执行步骤S220的目的在于获得电流的变化量。
[0035]具体地，步骤S220可以采用向前差分方式。例如，在一个实施例中，假定数据窗宽度为一个周期加上1个采样点，N+1个点的数据窗宽度，其中N为每周期采样点数。如此，滤波后的差动电流为差动电流的差分值，其可以表示成:
[0036]ix，(n)=ix(n)-1x(n_l)................................................(1)
[0037]根据实际情况，如果一个周期内采用点数足够大，则上述向前差分也可以选择用当前差动电流的采样值i (η)减去前向间隔一个或多个采样点的值如i(n_M)，M=2，3.......在一些情况下，也可以使用后向差分方式。
[0038]在步骤S230中，针对每一交流相a、b和c，计算出两个用于波形对称判别的因子\和4。在这个实施例中，设数据窗内当前半个周期第η点的数值为i' (n)，前半个周期
对应点的数值为
【权利要求】
1.一种用于变压器的励磁涌流检测方法，包括: 获得变压器每一个交流相的差动电流ix(n)，x=a, b或c ; 判断所述三个交流相中是否有任一相的差动电流ix(n)超过预定的电流阈值； 针对每一交流相，基于一个周期内所获得的该交流相的差动电流，计算出用于波形对称判别的至少两个因子(Ax，Bx)； 针对每一种因子，获取三个交流相所对应的三个因子中的最大值，作为该因子的最大相因子； 基于所获得的最大相因子，利用波形对称判别算法，计算出相应的波形对称系数k?x ；若波形对称系数k-符合波形不对称要求且存在任一交流相的差动电流ix(n)超过预定的电流阈值，则确定为出现励磁涌流。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述计算至少两个因子的步骤还包括: 滤除采样的差动电流ix(n)的直流分量，得到差动电流的差分值i’ x(n)。
3.如权利要求2所述的方法，其中， 所述用于波形对称判别的因子包括: 第一因子(Ax)，其为相差半个周期的两个差动电流差分值)之和的函 数
4.如权利要求3所述的方法，其中， 所述用于第一因子(Ax)的函数为所述之和的模值在半个周期内的累积值


5.如权利要求2-4中任一所述的方法，其中， 所述波形对称系数k_为所述第一因子(Ax)的最大相因子除以所述第二因子(Bx)的最大相因子。
6.如权利要求2所述的方法，其中，所述差动电流差分值
7.一种用于变压器的励磁涌流制动方法，包括: 按照如权利要求1-6中任一所述的方法，确定流过所述变压器的当前电流是否为励磁涌流； 如果是励磁涌流，则闭锁所述变压器的差动保护。
8.一种用于变压器保护的装置，包括:获取单元(610)，用于获得流过变压器每一个交流相的差动电流ix(n)；第一判断单元(615)，判断所述三个交流相中是否有任一相的差动电流ix(η)超过预定的电流阈值；因子计算单元(620 )，用于针对每一交流相，基于一个周期内与采样的差动电流ix (η)，计算出用于波形对称判别的至少两个因子(Αχ (η)，Βχ (η))；求最大值单元(630)，用于针对每一种因子，获取三个交流相所对应的三个因子中的最大值，作为该因子的最大相因子(Amax, Bmax)；对称系数获取单元(640)，用于基于所获得的最大相因子(Amax，Bmax)，依照所述波形对称判别，计算出相应的波形对称系数kmax ； 第二判断单元(650)，用于在波形对称系数kmax符合波形不对称要求且所述第一判断单元为肯定结果时，确定为出现励磁涌流。
9.如权利要求8所述的装置，所述因子计算单元(620)还包括:滤波单元，用于滤除采样的差动电流中的直流分量，以得到差动电流的差分值；且所述因子计算单元基于所述差动电流的差分值计算所述至少两个因子。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述用于波形对称判别的因子包括:第一因子，其为相差半个周期的两个差动电流的差分值之和在整个半个周波内的累积和；第二因子，其为相差半个周期的两个差动电流的差分值之差在整个半个周波内的累积和。
11.如权利要求8所述的装置，还包括:闭锁单元(660)，用于在所述判断单元判确定出出现了励磁涌流时，闭锁所述变压器的差动保护。
12.一种用于变压器保护的装置，包括:微处理器，用于按照指令进行运算或处理；存储器，用于存储可由所述微处理器执行的指令，所述指令在由所述微处理器执行时用于实现如权利要求1-7中任一所述的方法。
13.一种计算机程序产品，包括:可由机器执行的代码，所述代码在由所述机器执行时用于实现如权利要求1-7中任一所述的方法。
14.一种计算机记录介质,包括:一种机器可记录、读取的介质，所述介质上存储有可由机器执行的代码，所述代码在由机器执行时用于实现如权利要求1-7中任一所述的方法。
【文档编号】H02H7/045GK103675415SQ201210320886
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年8月31日 优先权日:2012年8月31日
【发明者】秦雷鸣, 李锦辉, 杨敏, 高迪军, 陈卫, 陈德树, 饶纯 申请人:西门子公司