本发明涉及继电保护技术领域，特别涉及一种基于复合时差法的变压器励磁涌流识别方法及系统。
背景技术：
电流差动保护由于其原理简单、动作速度快，被广泛应用作为变压器的主保护。然而，在变压器由于空载合闸或电压恢复而发生励磁涌流的场景下，差动保护的可靠性难以得到保障。由于变压器铁芯饱和需要一段时间，因此差流的出现将滞后于相电压变化一段时间。基于上述现象，时差法得到了广泛的应用，其原理为当发生内部故障时，相电压变化与差流突变时刻同时发生，此时差动保护动作；若发生励磁涌流，则相电压变化与差流突变存在时间差，此时需对差动保护进行闭锁。
时差法在大多数情况下能够迅速准确地区分变压器励磁涌流与内部故障。然而实际应用中，需要考虑变压器两端电流互感器饱和的影响。当变压器正常运行时发生外部故障导致其两端电流互感器饱和时，由于在故障初始阶段电流互感器不会立即饱和，仍能正确传变一次电流，故差流的出现会滞后电压变化一个时间差，一般大于3ms。
基于上述分析，无论是空载合闸情况下变压器励磁涌流引起的虚假差流，还是外部故障导致变压器两端电流互感器饱和而发生的故障差流，都将滞后相电压变化一个时间差，仅仅依靠单一的时差法是无法确定该时间差是由励磁涌流还是电流互感器饱和引起的。
技术实现要素：
本发明提供了一种基于复合时差法的变压器励磁涌流识别方法及系统，解决了现有技术中仅仅依靠单一的时差法无法确定该时间差是由励磁涌流引起的的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于复合时差法的变压器励磁涌流识别方法，适用于电力系统，所述电力系统包括变压器，位于所述变压器一侧的第一母线和位于所述变压器另一侧的第二母线，识别方法包括：
S1、将所述电力系统划分为三个闭环区域，第一闭环区域包括：所述变压器及其两端的电流互感器，第二闭环区域包括：第一闭环区域，所述第一母线及其两端的电流互感器，和接入所述第一母线的所有线路，第三闭环区域包括：第一闭环区域，所述第二母线及其两端的电流互感器，和接入所述第二母线的所有线路；
S2、分别通过时差法计算所述第一闭环区域、所述第二闭环区域和所述第三闭环区域的差流变化时刻，并监视所述变压器的相电压变化时刻；
S3、分别判断所述第一闭环区域、所述第二闭环区域、所述第三闭环区域的差流变化时刻与所述变压器的相电压变化时刻之间是否存在时间差，根据判断结果识别所述变压器是否发生励磁涌流或内部故障，以及所述变压器两侧的电流互感器是否发生饱和。
本发明的有益效果是：通过将传统时差法检测区域进行扩展，对扩展后各区域实时检测相电压与差流变化时刻之间的时间差，综合判别结果以识别出变压器发生励磁涌流、内部故障或变压器两端电流互感器饱和的发生。该方案原理简单，仅仅根据突变波形出现的时间差进行判别而不依赖于波形的整体特征，故无论变压器处于空载合闸、空载运行或带载运行的状态，均能正确快速判断出内部故障的发生。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
优选地，步骤S4中，当确认所述第一闭环区域、所述第二闭环区域、所述第三闭环区域的差流变化时刻与所述变压器的相电压变化时刻之间均不存在时间差时，确定所述变压器发生内部故障。
优选地，步骤S4中，当确认所述第一闭环区域和所述第三闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差且所述第二闭环区域的差流变化时刻与所述变压器的相电压变化时刻之间不存在时间差时，确定所述第一母线故障，当确认所述第一闭环区域和所述第三闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间的时间差是同时发生时，确定所述变压器靠近所述第一母线一端的电流互感器发生饱和；
当确认所述第一闭环区域和所述第三闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间的时间差不是同时发生时，确定所述变压器靠近所述第二母线一端的电流互感器发生饱和。
优选地，步骤S4中，当确认所述第一闭环区域和所述第二闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差且所述第三闭环区域的差流变化时刻与所述变压器的相电压变化时刻之间不存在时间差时，确定所述第二母线故障，当确认所述第一闭环区域和所述第二闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间的时间差是同时发生时，确定所述变压器靠近所述第一母线一端的电流互感器发生饱和；
当确认所述第一闭环区域和所述第二闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间的时间差不是同时发生时，确定所述变压器靠近所述第二母线一端的电流互感器发生饱和。
优选地，步骤S4中，当确认所述第一闭环区域、所述第二闭环区域、所述第三闭环区域的差流变化时刻与所述变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差时，确定所述变压器发生励磁涌流。
一种基于复合时差法的变压器励磁涌流识别系统，适用于电力系统，所述电力系统包括变压器，位于所述变压器一侧的第一母线和位于所述变压器另一侧的第二母线，识别系统包括：
划分模块，应用将所述电力系统划分为三个闭环区域，第一闭环区域包括：所述变压器及其两端的电流互感器，第二闭环区域包括：第一闭环区域，所述第一母线及其两端的电流互感器，和接入所述第一母线的所有线路，第三闭环区域包括：第一闭环区域，所述第二母线及其两端的电流互感器，和接入所述第二母线的所有线路；
计算模块，用于分别通过时差法计算所述第一闭环区域、所述第二闭环区域和所述第三闭环区域的差流变化时刻，并监视所述变压器的相电压变化时刻；
识别模块，用于分别判断所述第一闭环区域、所述第二闭环区域、所述第三闭环区域的差流变化时刻与所述变压器的相电压变化时刻之间是否存在时间差，根据判断结果识别所述变压器是否发生励磁涌流或内部故障，以及所述变压器两侧的电流互感器是否发生饱和。
优选地，所述识别模块具体用于：当确认所述第一闭环区域、所述第二闭环区域、所述第三闭环区域的差流变化时刻与所述变压器的相电压变化时刻之间均不存在时间差时，确定所述变压器发生内部故障。
优选地，所述识别模块具体用于：当确认所述第一闭环区域和所述第三闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差且所述第二闭环区域的差流变化时刻与所述变压器的相电压变化时刻之间不存在时间差时，确定所述第一母线故障，当确认所述第一闭环区域和所述第三闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间的时间差是同时发生时，确定所述变压器靠近所述第一母线一端的电流互感器发生饱和；
当确认所述第一闭环区域和所述第三闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间的时间差不是同时发生时，确定所述变压器靠近所述第二母线一端的电流互感器发生饱和。
优选地，所述识别模块具体用于：当确认所述第一闭环区域和所述第二闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差且所述第三闭环区域的差流变化时刻与所述变压器的相电压变化时刻之间不存在时间差时，确定所述第二母线故障，当确认所述第一闭环区域和所述第二闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间的时间差是同时发生时，确定所述变压器靠近所述第一母线一端的电流互感器发生饱和；
当确认所述第一闭环区域和所述第二闭环区域的差流变化时刻分别与所述变压器的相电压变化时刻之间的时间差不是同时发生时，确定所述变压器靠近所述第二母线一端的电流互感器发生饱和。
优选地，所述识别模块具体用于：当确认所述第一闭环区域、所述第二闭环区域、所述第三闭环区域的差流变化时刻与所述变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差时，确定所述变压器发生励磁涌流。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于复合时差法的变压器励磁涌流识别方法的流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的复合时差法划分区域示意图；
图3为本发明另一实施例提供的复合时差法划分区域示意图；
图4为本发明另一实施例提供的复合时差法的判别逻辑图；
图5为本发明实施例提供的一种基于复合时差法的变压器励磁涌流识别系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种基于复合时差法的变压器励磁涌流识别方法，适用于电力系统，电力系统包括变压器，位于变压器一侧的第一母线和位于变压器另一侧的第二母线，识别方法包括：
S1、将电力系统划分为三个闭环区域，第一闭环区域包括：变压器及其两端的电流互感器，第二闭环区域包括：第一闭环区域，第一母线及其两端的电流互感器，和接入第一母线的所有线路，第三闭环区域包括：第一闭环区域，第二母线及其两端的电流互感器，和接入第二母线的所有线路；
S2、分别通过时差法计算第一闭环区域、第二闭环区域和第三闭环区域的差流变化时刻，并监视变压器的相电压变化时刻；
S3、分别判断第一闭环区域、第二闭环区域、第三闭环区域的差流变化时刻与变压器的相电压变化时刻之间是否存在时间差，根据判断结果识别变压器是否发生励磁涌流或内部故障，以及变压器两侧的电流互感器是否发生饱和。
根据传统时差法原理，扩展时差法的应用区域。传统时差法采用变压器两端TA(电流互感器)采样电流信息计算差流，设为区域1(第一闭环区域)，另外引入两闭环区域：区域2(第二闭环区域)包含变压器连同其左侧母线及两端TA，区域3(第三闭环区域)包含变压器连同其右侧母线及两端TA。对各区域分别采用时差法，对两端TA采样电流作差，并监视电压突变时刻。根据变压器相电压变化时刻与闭环区域的差流变化时刻是否存在时间差，综合各区域判定结果并集中处理决策，具体如下：
1、若三个区域检测得到的相电压变化时刻与差流突变时刻之间均存在时间差，则表明该时差是由于变压器励磁涌流所致。
2、若三个区域当中，区域1存在时间差，而区域2不存在时间差，则首先判定变压器靠近所述第一母线一端母线发生故障：假设此时区域3的时间差与区域1同时发生，则判定变压器靠近所述第一母线一端TA发生饱和；假设此时区域3时间差未与区域1同时发生(检测到区域1发生时间差，且在该时间差内同时检测到区域3发生时间差，即为区域3时间差与区域1同时发生)，则判断为变压器靠近所述第二母线一端TA发生饱和。
3、若三个区域当中，区域1存在时间差，而区域3不存在时间差，则首先判定变压器靠近所述第二母线一端母线发生故障：假设此时区域2的时间差与区域1同时发生，则判定变压器靠近所述第一母线一端TA发生饱和；假设此时区域2时间差未与区域1同时发生，则判断为变压器靠近所述第二母线一端TA发生饱和。
4、若三个区域均不存在时间差，判断为变压器发生内部故障。
通过将传统时差法检测区域进行扩展，对扩展后各区域实时检测相电压与差流变化时刻之间的时间差，综合判别结果以识别出变压器发生励磁涌流、内部故障或变压器两端电流互感器饱和的发生。该方案原理简单，仅仅根据突变波形出现的时间差进行判别而不依赖于波形的整体特征，故无论变压器处于空载合闸、空载运行或带载运行的状态，均能正确快速判断出内部故障的发生。
如图2所示，复合时差法划分区域示意图。其中，S1-S4表示电流互感器，A和B表示母线，F1表示母线A发生故障，F2表示变压器发生故障，F3表示母线B发故障，l1、l2、l3为三个闭环区域，划分准则为：l1仅包含变压器ZT及其两端TA(电流互感器)，l2包含ZT连同其左端所连接母线A及两端TA，l3包含ZT连同其右端所连接母线B及两端TA。每个区域对外联络点均安装有TA，并配置断路器，能够根据区域内各点TA测量值之和计算差动电流。
如图3所示，S0-S7表示电流互感器，A-E表示母线，F1-F4分别表示变压器、母线B、母线C和母线E发生故障，G1-G4表示电源，L1-L4表示线路，基于考虑变压器两端TA(电流互感器)饱和的复合时差判据，首先以变压器为中心，划分为l1、l2、l3三个闭环区域。其中，l1包含变压器及其两端互感器S3、S4，l2包含变压器与母线B及两端互感器S1、S2、S4，l3包含变压器与母线C及两端互感器S3、S5-S7。而普通时差法仅考虑闭环区域l1。
如图4所示，针对图2中的划分区域，复合时差法的判别逻辑图。其中，“无时差”表示变压器电压变化时刻与差流变化时刻的时间差小于3ms，“有时差”表示变压器电压变化时刻与差流变化时刻的时间差大于3ms。
优选地，步骤S3中，当确认第一闭环区域、第二闭环区域、第三闭环区域的差流变化时刻与变压器的相电压变化时刻之间均不存在时间差时，确定变压器发生内部故障。
根据复合时差法区域划分结果，当变压器发生内部故障F2，假设变压器发生相间短路故障F2。此时对于l1、l2、l3均发生内部故障，因此每个区域电压变化与差流变化同时发生，不存在时间差。由于仅仅根据突变波形出现的时间差进行判别而不依赖于波形的整体特征，故无论变压器处于空载合闸、空载运行或带载运行的状态，均能正确快速判断出内部故障的发生。
优选地，步骤S3中，当确认第一闭环区域和第三闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差且第二闭环区域的差流变化时刻与变压器的相电压变化时刻之间不存在时间差时，确定第一母线故障，当确认第一闭环区域和第三闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间的时间差是同时发生时，确定变压器靠近所述第一母线一端的电流互感器发生饱和；
当确认第一闭环区域和第三闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间的时间差不是同时发生时，确定变压器靠近所述第二母线一端的电流互感器发生饱和。
根据复合时差法区域划分结果，当变压器正常运行发生母线A故障F1，假设此时互感器S2发生饱和。对于l1、l3，相当于发生区外故障，此时由于S2饱和，故电压变化时刻与差流变化时刻之间存在时间差；对于l2相当于发生区内故障，故电压变化与差流变化基本上同时发生，不存在时间差。
进一步地，此时假设互感器S3发生饱和。对于l1相当于发生区外故障，此时由于S3饱和，故电压变化时刻与差流变化时刻之间存在时间差；对于l2相当于发生区内故障，故电压变化与差流变化基本上同时发生，不存在时间差。而对于l3，相当于发生外部故障且两端互感器无饱和，因此不存在差流。
进一步地，可根据l1存在时间差、l2不存在时间差首先判定出故障发生于母线A，再通过检测l3时差是否与l1同时发生，以判断变压器两侧互感器S2、S3是否发生饱和。
优选地，步骤S3中，当确认第一闭环区域和第二闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差且第三闭环区域的差流变化时刻与变压器的相电压变化时刻之间不存在时间差时，确定第二母线故障，当确认第一闭环区域和第二闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间的时间差是同时发生时，确定变压器靠近所述第一母线一端的电流互感器发生饱和；
当确认第一闭环区域和第二闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间的时间差不是同时发生时，确定变压器靠近所述第二母线一端的电流互感器发生饱和。
根据复合时差法区域划分结果，当变压器正常运行发生母线B故障F3，假设此时互感器S3发生饱和。对于l1、l2，相当于发生区外故障，此时由于S2饱和，故电压变化时刻与差流变化时刻之间存在时间差；对于l3相当于发生区内故障，故电压变化与差流变化基本上同时发生，不存在时间差。
进一步地，假设此时互感器S2发生饱和。对于l1相当于发生区外故障，此时由于S3饱和，故电压变化时刻与差流变化时刻之间存在时间差；对于l3相当于发生区内故障，故电压变化与差流变化基本上同时发生，不存在时间差。而对于l2，相当于发生外部故障且内部互感器无饱和，因此不存在差流。
进一步地，可根据l1存在时间差、l3不存在时间差首先判定出故障发生于母线B，再通过检测l2时差是否与l1同时发生，以判断变压器两侧互感器S2、S3是否发生饱和。
优选地，步骤S3中，当确认第一闭环区域、第二闭环区域、第三闭环区域的差流变化时刻与变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差时，确定变压器发生励磁涌流。
根据复合时差法区域划分结果，假设变压器对S2端空载合闸，此时l1、l3的差流即为S2端线电流，l2差流即为S1端线电流。由于正常变压器空载合闸时，差流为铁芯饱和引起的励磁电流，而励磁电流的出现要滞后于电压。因此l1、l2、l3均检测到电压变化时刻与差流变化时刻之间存在大于3ms的时间差。
如图5所示，一种基于复合时差法的变压器励磁涌流识别系统，适用于电力系统，电力系统包括变压器，位于变压器一侧的第一母线和位于变压器另一侧的第二母线，识别系统包括：
划分模块1，应用将电力系统划分为三个闭环区域，第一闭环区域包括：变压器及其两端的电流互感器，第二闭环区域包括：第一闭环区域，第一母线及其两端的电流互感器，和接入第一母线的所有线路，第三闭环区域包括：第一闭环区域，第二母线及其两端的电流互感器，和接入第二母线的所有线路；
计算模块2，用于分别通过时差法计算第一闭环区域、第二闭环区域和第三闭环区域的差流变化时刻，并监视变压器的相电压变化时刻；
识别模块3，用于分别判断第一闭环区域、第二闭环区域、第三闭环区域的差流变化时刻与变压器的相电压变化时刻之间是否存在时间差，根据判断结果识别变压器是否发生励磁涌流或内部故障，以及变压器两侧的电流互感器是否发生饱和。
优选地，识别模块3具体用于：当确认第一闭环区域、第二闭环区域、第三闭环区域的差流变化时刻与变压器的相电压变化时刻之间均不存在时间差时，确定变压器发生内部故障。
优选地，识别模块3具体用于：当确认第一闭环区域和第三闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差且第二闭环区域的差流变化时刻与变压器的相电压变化时刻之间不存在时间差时，确定第一母线故障，当确认第一闭环区域和第三闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间的时间差是同时发生时，确定变压器靠近所述第一母线一端的电流互感器发生饱和；
当确认第一闭环区域和第三闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间的时间差不是同时发生时，确定变压器靠近所述第二母线一端的电流互感器发生饱和。
优选地，识别模块3具体用于：当确认第一闭环区域和第二闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差且第三闭环区域的差流变化时刻与变压器的相电压变化时刻之间不存在时间差时，确定第二母线故障，当确认第一闭环区域和第二闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间的时间差是同时发生时，确定变压器靠近所述第一母线一端的电流互感器发生饱和；
当确认第一闭环区域和第二闭环区域的差流变化时刻分别与变压器的相电压变化时刻之间的时间差不是同时发生时，确定变压器靠近所述第二母线一端的电流互感器发生饱和。
优选地，识别模块3具体用于：当确认第一闭环区域、第二闭环区域、第三闭环区域的差流变化时刻与变压器的相电压变化时刻之间均存在时间差时，确定变压器发生励磁涌流。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。