变压器保护中励磁涌流鉴别方法的浅析
摘要：励磁涌流的鉴别一直是变压器保护中的一个关键问题，文中对运用和研究中的励磁涌流的鉴别方法进行分析和综述，指出了变压器励磁涌流在鉴别方法的研究和应用动向。
关键词：电力变压器；励磁涌流；继电保护
1引言
励磁涌流判别是变压器差动保护中的关键问题。近十几年来，国内外学者提出了许多判别励磁涌流的新原理和方法。本文选出一些已应用过的和新近提出的识别方法行深入的综合研究，根据鉴别原理的不同特点，将它们分成以下几类(1)谐波识别法；(2)波形特征识别法；(3)基于智能理论的识别法；(4)基于电气模型识别法；(5)磁通特性识别法；文章在介绍每种方法的基本原理的基础上，着重分析了原理的性能、特点、局限性讨论了用微机实现的可能性。
2基于谐波制动原理的鉴别方法
2．1二次谐波电流制动原理
文献[1]中提出与短路电流相比，励磁涌流中含有很高的二次谐波成分。二次谐波电流制动原理正是利用差动电流中的二次谐波与基波模值比来判断是否存在励磁涌流的。该方法判据简单，已在电力系统保护配置中得到普遍应用。但是随着电网电压等级的提高、大容量变压器的大量使用，当变压器发生内部故障时，谐振也会使短路电流中的二次谐波成分增加，保护延迟动作。有时空载合闸后的二次谐波不明显也会造成误动。若能加上合适的加速判据，基于二次谐波的比率差动微机保护还是可以满足系统要求的。
2．2电压谐波制动原理
文献[2]中识别方法的基本思想是：当变压器因励磁涌流出现严重饱和时，端电压会发生严重畸变，其中包含较大的谐波含量，用它来鉴别励磁涌流。与二次谐波电流制动相比，它能可靠鉴别涌流，闭锁保护。对大多数内部故障来说，它的保护动作速度要快。但是应该考虑到电压制动原理的应用与电源阻抗的大小密切相关，若系统阻抗非常小，保护可能拒动，同时还要防止TV断线。
3基于波形特征的识别方法
3．1间断角原理
文献[3]中提出间断角原理是利用短路电流波形连续变化．而励磁涌流波形有明显的间断角特征作为鉴别判据。该方法简单直接，但是以精确测量间断角为基础的。如果CT饱和会使传变后的二次侧涌流间断角发生畸变，有时会消失，要采取某些措施恢复间断角．从而增加了保护硬件的复杂性。同时还要受到采样率、采样精度的影响及硬件的限制，因此该原理在实际微机差动保护的应用效果并不十分的理想。
3．2波形叠加原理
文献[4]作者推导出的半波叠加制动方法是把文献[1]中涌流表达式i求导后，将所得波形的前后半波叠加。令：
A=及D=，K=A/D作为识别特征量；
经计算后可知，故障时K=0，而在励磁涌流间断角大于180。时K的最大值为1。若能选择适当的整定值K就可以简单方便地区分涌流和故障电流。
通过动模实验和现场运行表明，用该原理制成的微机差动保护在空载合闸于内部故障时具有较高的灵敏度，在1．25％匝间短路时，可在40ms内切除故障，具有良好的抗涌流能力。
3．3基于小波变换原理
小波变换同时具有时频局部化特性，可以精确地提取信号的变化特征，文献[5]正是利用它在信号特征分析中明显的优越性来鉴别励磁涌流和短路电流。文中运用二次中心样条小波作为分析小波，对离散信号进行二次小波分解后，可以直观看出，在内部故障时波形比较平滑，且大多数采样时刻总有当前时刻与半周前对应时刻的小波系数符号相反，大小大致相等，而励磁涌流的小波系数绝大部分时刻不满足这一点。通过对EMTP仿真数据和重点实验室实测数据的分析，当变压器发生内部出口故障或空载合闸于匝间短路时动作时间不超过1个周期。缺点是采样率较高，若进行高尺度分解又将引起数据和计算量增大。在进行样本分析时如能引用小波包变换将会有很好的运用前景。
4基于智能理论的识别方法
基于模糊多判据原理的鉴别方案
文献[6]在分析现有四种识别算法的基础上，综合各判据的优点，利用模糊集合理论将各判据模糊化后进行多判据的综合模糊化，即：
；
式中，是（i=1，2，3，4）对应判据权重，并且满足，当时，判为内部故障，保护将出口动作，否则，认为是涌流情况。这种方法兼顾了各方面的优点，既能做到可靠动作，又能提高变压器保护的动作速度，同时利用微机保护技术可以实现上述多判据算法，具有普遍推广的价值。
5基于电气模型的识别方法
励磁阻抗变化原理
文献[7]提到的励磁阻抗变化原理是从磁化曲线的非线性出发，利用涌流时变压器励磁阻抗急剧变化，而在正常运行或内部故障时励磁阻抗基本不变这一特性来区分励磁涌流和短路电流的。当均方误差:
大于门整定槛值时，判为涌流，否则为短路电流。其中：Z(t)，E(Z)分别表示测量阻抗Z(t)的变化程度和数学期望。
通过动模实验和EMTP故障仿真实验表明，此方法可以很快地区分励磁涌流和短路电流。即使在合闸于轻微匝间故障情况下，动作延时也不超过30ms。它最大的特点是不需要知道变压器参数和系统参数。
6基于磁通特性识别方法
针对以往几种磁制动方案存在只适用单相变压器的缺陷，文献[8]作者建立了变压器新磁路模型。引入假想电流及，NI=等磁路定律的基础上建立了一个非线性方程
[A][X]=[b]，经迭代求解μ值(利用磁化曲线确定)。然后，判断磁路是否饱和，并按文中采用的规则条件，将各相所设立的计数器k的数值(以文中方法确定)与门槛值进行比较，判断是否为励磁涌流。作者用实际的涌流波形对该算法进行测试。测试结果表明，它适合各种类型的变压器；如果采样率足够高，收敛的速度将会很快；若取消二次谐波判据，检测内部故障的速度仍然较快。并且当变压器空载合闸于内部故障时，动作速度快。基于磁特性的励磁涌流鉴别法不但可以克服二次谐波制动原理的不足，而且适宜用微机实现，将是一种有前景的方法。
7结论
通过以上的介绍和分析发现，为满足电力系统不断发展的要求，近十多年国内外学者对变压器保护的原理从各方面进行了深入的研究和试验，提出了许多不同的方案。其中大多数进行的动模实验和仿真证明具有较高的灵敏度和可靠性，但离微机保护的实现还有一段距离。而原来已用于实际的一些方法随着电力系统的发展也面临着新的考验。因此，为适应未来电力系统的要求，尽快研制出新原理的微机变压器保护已成为一个非常现实和迫切的要求。
参考文献：
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