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  • 單擊進(jìn)入沈陽(yáng)變壓器回收專題 沈陽(yáng)變壓器回收專題

    一種利用小波原理防止變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的新算法

    http://www.njxszs.com 2015年09月19日        

    李貴存 劉萬(wàn)順 賈清泉 滕林 鄧慧瓊
    ?。ㄈA北電力大學(xué),北京100085)

    摘要:外部短路時(shí),由于電流互感器(CT)飽和所引起的暫態(tài)不平衡電流造成的變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作,一直是變壓器差動(dòng)保護(hù)中的一大技術(shù)難題。作者從理論上分析和證明了在外部發(fā)生短路故障時(shí),電流互感器不會(huì)立即飽和,暫態(tài)不平衡電流也不會(huì)立即出現(xiàn)的現(xiàn)象,并提出了一種應(yīng)用小波變換原理提取故障暫態(tài)特性,準(zhǔn)確檢測(cè)故障發(fā)生時(shí)間 ,利用“時(shí)差法”來有效地防止變壓器差動(dòng)保護(hù)因外部短路引起的不平衡電流造成誤動(dòng)作的新算法。
    關(guān)鍵詞:差動(dòng)保護(hù)  小波變換  不平衡電流

    1 引言

       差動(dòng)保護(hù)作為電氣主設(shè)備內(nèi)部故障的主保護(hù)方案之一,在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用比較簡(jiǎn)單 ,正確動(dòng)作率在90%以上,但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù),卻具有許多特點(diǎn)和困難,要比發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)復(fù)雜得多,這是因?yàn)?,將差?dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù),不可避免地要面臨兩個(gè)問題:一是個(gè)由于各種因素產(chǎn)生較大或很大的不平衡電流,另一個(gè)是要求能反映具有流出電流的輕微內(nèi)部匝間故障。常規(guī)變壓器具有2個(gè)或3個(gè)電壓等級(jí),構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)所用電流互感器的(CT)電壓等級(jí)、變比、容量、鐵芯飽和特性以及三相接線方式的不一致,使差動(dòng)回路的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)不平衡電流都可能比較大。特別是當(dāng)外部發(fā)生短路故障時(shí),有可能會(huì)使不平衡電流很大,導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。由此可見,防止外部短路時(shí)變壓器差動(dòng)保護(hù)因不平衡電流造成的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作,是提高變壓器差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作率的關(guān)鍵技術(shù)之一。
      本文從理論上分析和證明了當(dāng)發(fā)生區(qū)外短路故障時(shí)電流互感器不會(huì)立即飽和,飽和后的暫態(tài)不平衡電流也不會(huì)立即出現(xiàn)的現(xiàn)象?;谶@一認(rèn)識(shí),提出了一種利用小波精確測(cè)定故障發(fā)生時(shí)刻,利用故障發(fā)生時(shí)刻與差流出現(xiàn)時(shí)刻不同時(shí)的現(xiàn)象來防止因電流互感器飽和后產(chǎn)生的暫態(tài)不平衡電流所引起的變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象。從傅立葉變換發(fā)展而來的小波變換,具有多尺度分析和良好的時(shí)頻局部化特性,可以準(zhǔn)確地捕捉突變信號(hào)的特征,并能在不同頻帶(尺度)上考察信號(hào)頻率的演化,可對(duì)奇異點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確分析和定位,從而可以較好地檢測(cè)故障發(fā)生時(shí)刻,根據(jù)時(shí)差法的基本原理,有效地防止由于電流互感器飽和而引起的不平衡電流導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。理論分析和EMTP仿真表明:該原理在理論上是成立的,仿真效果明顯,容易實(shí)現(xiàn)。

    2 電流互感器暫態(tài)飽和行為分析

      電流互感器的飽和,一直受到繼電保護(hù)工作者的關(guān)注,但對(duì)于電壓等級(jí)較低的電網(wǎng) ,一般只要有所注意,保護(hù)裝置適應(yīng)電流互感器的穩(wěn)態(tài)飽和并無太大困難。但在更高一級(jí)電壓的電網(wǎng)中,要滿足快速保護(hù)對(duì)電流互感器過渡過程飽和時(shí)的要求就要復(fù)雜得多,原因是故障電流初始值中含有直流分量。假設(shè)當(dāng)外部發(fā)生短路故障且電流互感器未飽和時(shí) ,電流互感器一次側(cè)暫態(tài)電流可以表示為i1=AI2m-I2m cosωt=I2m(A-cosωt),其中AI2m=I2me-t/T表示衰減的非周期分量,T為一次系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)。
      在CT未飽和時(shí),可以完全不計(jì)它的勵(lì)磁電流,即iμⅠ≈iμⅡ≈0,同時(shí)ic=0,則i2的波形將和i1完全一致,即i2=I2m(A-cosωt),(為便于討論問題,假設(shè)CT變比為1∶1)由W2(dΦ/dt)=i2R2可得

                
    式中 W2為CT二次匝數(shù);ΔΦ為在1個(gè)周期內(nèi)電流互感器鐵芯中磁通Φ的增量;R2為互感器二次側(cè)負(fù)載,只計(jì)電阻部分,不計(jì)電抗部分。
            
    連續(xù)經(jīng)過n個(gè)周期后,鐵芯磁通達(dá)到CT的飽和值(即電流互感器開始飽和),其值為Φs=Φr+nΔΦ,式中Φr為CT鐵芯剩磁。
      由此可得CT開始飽和需要經(jīng)n個(gè)周期,為
              
       由上式可以看出:由故障開始到電流互感器開始飽和總是有一個(gè)過程,電流互感器的飽和不是從故障開始就立即出現(xiàn),而只能在一定時(shí)間之后才發(fā)生。因此,當(dāng)變壓器發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí),一開始差動(dòng)電流就很大,而在區(qū)外發(fā)生短路故障時(shí),一開始差動(dòng)回路電流(不平衡電流)很小,之后,隨著電流互感器的飽和,才可能出現(xiàn)較大的差動(dòng)電流。所以,可以利用差動(dòng)電流出現(xiàn)的時(shí)刻和故障發(fā)生時(shí)刻的不同,來區(qū)分是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障,從而有效地防止外部短路時(shí),由于電流互感器飽和而引起的暫態(tài)不平衡電流造成的變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作[1]

    3 故障暫態(tài)突變量的小波檢測(cè)基本原理和方法

    3.1 信號(hào)的局部奇異性的描述
      信號(hào)的局部奇異性可以用李普西茲指數(shù)(Lipschitz)進(jìn)行描述。
      定義:設(shè)n是一非負(fù)正數(shù),n<a≤n+1,如果存在常數(shù)A和h0(h0>0),及n次多項(xiàng)式Pn(h),對(duì)任意的h≤h0,均有|f(x0+h)-Pn(h)|≤A|h|a,則認(rèn)為f(x)在點(diǎn)x0為L(zhǎng)ipschitz a。
      如果不等式對(duì)所有x0∈(a,b),且x0+h∈(a,b)成立,則稱f(x)在(a,b)上是一致Lipschitz a。
      Lipschitz a指數(shù)越大,函數(shù)越光滑;若函數(shù)在一點(diǎn)連續(xù)、可微,則在該點(diǎn)的Lipschitz a指數(shù)為1;若在一點(diǎn)可導(dǎo),而導(dǎo)數(shù)有界但不連續(xù)時(shí),Lipschitz a指數(shù)仍為1;若f(x)在點(diǎn)x

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