變壓器勵(lì)磁涌流識別與抑制的仿真研究畢業(yè)論文

1、 . 變壓器勵(lì)磁涌流識別與抑制的仿真研究摘 要本文對變壓器勵(lì)磁涌流問題進(jìn)行了深入的研究，從最基本的變壓器磁路和電路結(jié)構(gòu)出發(fā)，詳細(xì)闡述變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的基本原理，它的存在對常用的變壓器保護(hù)性能的影響，以與如何在變壓器保護(hù)中減弱和消除它的影響。文章在綜述了勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理后，分析了勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生過程和波形特點(diǎn)，探討利用電流作判據(jù)和現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)與智能理論作涌流分析等識別勵(lì)磁涌流進(jìn)行了比較，并指出各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。并對一些新的判別技術(shù)進(jìn)行簡單介紹和展望。此外，本文還介紹了目前使用得較為廣泛、有效的幾種抑制變壓器勵(lì)磁涌流的方法，并詳細(xì)介紹了其中的選相投切技術(shù)的基本原理，分析了變壓器空載投切的

2、暫態(tài)過程，同時(shí)分析了快速合閘策略、延遲合閘策略、同步合閘策略以與相控投切策略這四種控制策略。最后在仿真軟件中搭建變壓器模型，對單相變壓器勵(lì)磁涌流和三相變壓器勵(lì)磁涌流進(jìn)行了PSCAD和MatLab仿真，同時(shí)還對帶合閘電阻的單相變壓器勵(lì)磁涌流和中性點(diǎn)串電阻的三相變壓器勵(lì)磁涌流進(jìn)行了對比仿真試驗(yàn)。通過對比分析，證明這兩種方法的正確性和可行性。關(guān)鍵詞：勵(lì)磁涌流 選相投切技術(shù)PSCAD MatLab 仿真58 / 64Research for Identification and Inhibition of Transformer Inrush CurrentVia SimulationABSTRACT

3、In this paper, issues of transformer inrush current is studied in some depth, The research will be begin from the analyzingbasic structure of the magnetic circuitand circuit structure of transformer, and the more detailed principle of inrush current generated is stated, Further, the negative affecti

4、on on differential protection of transformer by inrush current, and how toweaken and even eliminateits impact is also described in the paper.This paper reviews the inrush current after the formation mechanism, analysis of inrush current and waveform characteristics of the production process, Explore

5、 the use of current as the criterion for identification inrush current and the use of modern digital signal processing technology and intelligent theory of the inrush current surge of identification methods are analyzed and comparedwith the advantages and disadvantages of each method, and a number o

6、f The new identification technology brief and outlook.In addition, this article also describes the current use was more extensive and effective inhibition of transformer inrush current of several methods and gave details of the election in which controlled switching technology the basic principle, a

7、nalysis of transformer no-load switching transient process, while discussed rapid closing strategy discussed, delayed closing strategy, simultaneous closing strategy, and switching control strategy with the four control strategies.Last build transformer model, single-phase transformer inrush current

8、 and three-phase transformer inrush current simulation with PSCAD,while also closing resistor with a single-phase transformer inrush current and neutral series resistor to simulate three-phase transformer inrush current compared test. By comparison, the two methods from which to prove the correctnes

9、s and feasibility.KEYWORDS：Inrush Current Controlled Switching PSCADMatLab simulation目 錄第一章緒論11.1課題的研究背景與意義11.2變壓器勵(lì)磁涌流研究的現(xiàn)狀21.3本文的主要工作2第二章變壓器勵(lì)磁涌流分析42.1變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生與特點(diǎn)42.1.1單相變壓器的勵(lì)磁涌流42.1.2三相變壓器的勵(lì)磁涌流72.2勵(lì)磁涌流的危害82.3 空載合閘時(shí)變壓器磁通的變化92.3.1 合閘瞬間電壓為最大值時(shí)的磁通變化92.3.2 合閘瞬間電壓為零時(shí)的磁通變化102.4本章小結(jié)11第三章變壓器勵(lì)磁涌流的識別123.1短路

10、故障電流與其特征123.2利用電流波形特征識別勵(lì)磁涌流的方法133.2.1 二次諧波制動(dòng)原理133.2.2 間斷角閉鎖原理143.2.3 波形對稱原理153.2.4 采樣值差動(dòng)153.2.5 波形比較法163.2.6 波形上下對稱系數(shù)法163.2.7 周波面積法163.2.8 波形正弦度特征法183.3數(shù)字信號原理的識別方法193.3.1 波形相關(guān)性分析法193.3.2 數(shù)學(xué)形態(tài)法203.3.3 誤差估計(jì)法203.4磁通特性識別法213.5等值電路法223.6 功率差動(dòng)法223.7 變壓器回路方程法233.8 勵(lì)磁涌流識別中現(xiàn)代信號處理技術(shù)與智能技術(shù)的應(yīng)用233.8.1 模糊邏輯的多判據(jù)法23

11、3.8.2 神經(jīng)網(wǎng)路法233.8.3 聯(lián)合時(shí)頻分析法243.9本章小結(jié)25第四章幾種常用的抑制勵(lì)磁涌流的方法274.1 空載變壓器選相投切274.2 插接地電阻274.3改變變壓器繞組的分布284.4在變壓器低壓側(cè)并聯(lián)電容器284.5本章小結(jié)29第五章選相分合閘的基本原理與控制策略305.1選相分合閘投切技術(shù)的基本原理305.2 選相分合閘投切三相變壓器305.2.1 快速合閘策略315.2.2 延遲合閘策略325.2.3 同時(shí)合閘策略335.2.4 相控投切策略335.3本章小結(jié)33第六章系統(tǒng)仿真346.1 PSCAD/EMTDC在電力系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用346.2 單相變壓器勵(lì)磁涌流仿真分析3

12、46.2.1 無合閘電阻的單相變壓器勵(lì)磁涌流仿真356.2.2 帶合閘電阻的單相變壓器勵(lì)磁涌流仿真376.3 三相變壓器勵(lì)磁涌流仿真386.3.1 中性點(diǎn)直接接地的三相變壓器勵(lì)磁涌流仿真406.3.2 中性點(diǎn)串電阻三相變壓器的勵(lì)磁涌流仿真416.3.3 選相分合閘三相變壓器的勵(lì)磁涌流仿真436.4 本章小結(jié)43總結(jié)45參考文獻(xiàn)46致48附錄49第一章 緒論1.1 課題的研究背景與意義隨著我國經(jīng)濟(jì)近些年來的迅速發(fā)展，人們對電力的需求日益增長。為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的要求，我國電力工業(yè)一直處于飛速發(fā)展的階段，特別是國家出臺的“十一五”計(jì)劃中，提出要建設(shè)超高壓直流輸電線路和特高壓交流輸電線路以加快西電

13、東送步伐，預(yù)計(jì)我國2020年電網(wǎng)的總裝機(jī)容量將達(dá)9億kW，其中西電東送達(dá)1億kW，整個(gè)電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，全國電網(wǎng)互聯(lián)已是必然趨勢，聯(lián)網(wǎng)后對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求也提到了一個(gè)更高的層面。電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，使大容量變壓器在電力系統(tǒng)中的作用日顯突出，作為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的哨兵，繼電保護(hù)與安全裝置將承擔(dān)更大的責(zé)任，如何提高保護(hù)的動(dòng)作的性能和安全性，給繼電保護(hù)工作者提出了新的任務(wù)和要求。變壓器一般采用差動(dòng)保護(hù)作為其主保護(hù)，其理論根據(jù)是基爾霍夫電流定律，對于純電路設(shè)備，差動(dòng)保護(hù)無懈可擊。但是，對于變壓器而言，變壓器勵(lì)磁電流成了差動(dòng)保護(hù)不平衡電流的一種來源。然而，大型電力變壓器正常運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流

14、通常低于額定電流的1%，所以適當(dāng)設(shè)定差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作值仍可以準(zhǔn)確區(qū)分變壓器部故障與外部故障。但是，電力變壓器運(yùn)行條件復(fù)雜，過勵(lì)磁時(shí)勵(lì)磁電流可達(dá)額定電流的水平?？蛰d合閘或者變壓器外部短路被突然切除而端電壓突然恢復(fù)時(shí)，暫態(tài)勵(lì)磁電流(即勵(lì)磁涌流)的大小有時(shí)可與短路電流比擬。目前，針對變壓器保護(hù)，對各種保護(hù)原理主要有兩個(gè)方面的要求：一是要能夠區(qū)分、外部故障；二是能夠鑒別部故障與勵(lì)磁涌流。其中，如何區(qū)分勵(lì)磁涌流和部故障是核心問題。因此，勵(lì)磁涌流仿真分析在變壓器的保護(hù)研究中不可或缺，對變壓器勵(lì)磁涌流的抑制研究也有非常重要的意義。1.2 變壓器勵(lì)磁涌流研究的現(xiàn)狀一直以來大量國外學(xué)者們對變壓器勵(lì)磁涌流現(xiàn)象做了大量

15、的分析與理論研究，通過數(shù)值仿真和對勵(lì)磁涌流特點(diǎn)研究提出了一些可行性方案。1941年，CDHayward首次提出了利用諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)，將諧波分析引入到變壓器縱差保護(hù)中，并逐漸成為國外研究勵(lì)磁涌流制動(dòng)方法的主要方向。1958年，RLSharp，WEGlassBurn提出了利用二次諧波鑒別變壓器勵(lì)磁涌流的方案，在模擬式保護(hù)中加以實(shí)現(xiàn)。在當(dāng)前的應(yīng)用研究中，根據(jù)鑒別原理的不同特點(diǎn)，按照判別勵(lì)磁涌流所用的信號特征，將其分為以下幾類：1.諧波含量識別法；2.波形特征識別法；3.磁通特性識別法；4.等值電路法等。近代，隨著人們研究的領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，現(xiàn)代數(shù)學(xué)開始越來越多的融入到變壓器保護(hù)的研究領(lǐng)域。模糊控制、

16、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析等開始成為研究領(lǐng)域中的常用工具，有大量文獻(xiàn)已經(jīng)提出了基于模糊集的多判據(jù)算法的數(shù)字式變壓器保護(hù)方案；給出了利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)分變壓器勵(lì)磁涌流和部故障電流的方法；提出基于小波分析的變壓器勵(lì)磁涌流識別與抑制的新方法。現(xiàn)代數(shù)學(xué)的應(yīng)用，一方面為傳統(tǒng)的變壓器保護(hù)方法提供了更有效的工具，另一方面，可提高變壓器保護(hù)的智能化程度，改善可靠性。1.3 本文的主要工作圍繞變壓器勵(lì)磁涌流研究的各個(gè)環(huán)節(jié)，本為做了如下一些工作。1. 從基本的變壓器磁路和電路結(jié)構(gòu)出發(fā)，詳細(xì)闡述變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的基本原理，它的存在對常用的變壓器保護(hù)性能的影響和對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的危害，以與如何在變壓器保護(hù)中減弱和消除它的影響

17、。2. 分析單相變壓器勵(lì)磁涌流和三相勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生過程和波形特點(diǎn)，并與部故障電流進(jìn)行區(qū)分。探討利用電流作判據(jù)，利用電流電壓作識別判據(jù)和利用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)與智能理論作涌流分析三大類識別勵(lì)磁涌流方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對一些新的判別技術(shù)進(jìn)行簡單介紹和展望。3. 通過控制合閘相角，利用接地電阻承受不平衡電流，改變變壓器繞組的分布和抑制變壓器繞組飽和等方面分別介紹了抑制變壓器勵(lì)磁涌流的各種方法，簡單分析了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)并詳細(xì)介紹了通過控制斷路器合閘時(shí)電壓相角抑制勵(lì)磁涌流的基本原理以與在變壓器繞組的磁通變化規(guī)律與原始剩磁的狀態(tài)下的控制策略。4. 利用PSCAD、MatLab搭建變壓器模型對勵(lì)磁涌流進(jìn)行仿真

18、，并采用其中三種方法進(jìn)行實(shí)際仿真，從中證明該方法的正確性和可行性。第二章 變壓器勵(lì)磁涌流分析2.1 變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生與特點(diǎn)變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種靜止電器，用于把低電壓變成高電壓或把高電壓變成低電壓，是交流電輸配系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備。當(dāng)變壓器合閘時(shí)，變壓器一次側(cè)繞組在外電壓的作用下，其繞組磁場將會發(fā)生變化，基于繞組在合閘前后瞬間磁鏈?zhǔn)睾庠?，該繞組在磁路中將產(chǎn)生單極性的偏磁。由于鐵心材料的非線性特性，為抵消外磁場的變化，其鐵心線圈可能會流過很大的勵(lì)磁電流來抵消這種磁場的變化。如果變壓器原來就有剩磁并且偏磁的極性和剩磁的極性一樣時(shí)，這種飽和程度會更加嚴(yán)重，從而大幅度降低變壓器繞組的

19、勵(lì)磁電抗，引起很大的勵(lì)磁涌流。2.1.1 單相變壓器的勵(lì)磁涌流考慮空載合閘最嚴(yán)重的條件，設(shè)電源阻與合閘回路阻抗為零，加在變壓器上得電壓為： (2-1) 由于電壓和磁通之間的關(guān)系為，將式2-1代入，解微分方程，可得 (2-2)式中，為穩(wěn)態(tài)磁通分量，其中，為自由分量，如計(jì)與變壓器的損耗，應(yīng)該是衰減的非周期分量，這里沒有考慮損耗，所以是直流分量。由于鐵芯的磁通不能突變，可求得 (2-3)式中，是變壓器鐵芯的剩磁，其大小和方向與變壓器切除時(shí)刻的電壓有關(guān)。電力變壓器的飽和磁通一般為，而變壓器的運(yùn)行電壓一般不會超過額定電壓的10%，相應(yīng)的磁通不會超過飽和磁通。所以在變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，鐵芯時(shí)不會飽和的。但在

20、變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)過程中，由于的作用使可能會大于，造成變壓器鐵芯的飽和。若鐵芯的剩磁，合閘半個(gè)周期（）后達(dá)到最大值，即。最嚴(yán)重的情況是在電壓過零時(shí)刻（），達(dá)到最大值為，遠(yuǎn)大于飽和磁通，造成變壓器的嚴(yán)重飽和。在勵(lì)磁涌流分析中，通常用來代替時(shí)間，這樣是以為周期變化的。在周期，時(shí)發(fā)生飽和，而時(shí)飽和最嚴(yán)重。令，由圖2-1可得 （2-4）圖2-1 變壓器暫態(tài)磁通圖2-2所示的是變壓器的近似磁化曲線，鐵芯不飽和時(shí)，磁化曲線的斜率很大，勵(lì)磁電流近似為零；鐵芯飽和后，磁化曲線的斜率很小，大大增加，形成勵(lì)磁涌流。圖2-2 變壓器近似磁化曲線在周期有 （2-5）其中，。單相變壓器勵(lì)磁涌流的波形如圖2-3所

21、示，波形完全偏離時(shí)間軸的一側(cè)，且是間斷的。圖2-3 單相變壓器勵(lì)磁涌流波形綜合以上分析和研究表明，單相變壓器勵(lì)磁涌流具有以下特點(diǎn)1：1. 在變壓器空載合閘時(shí)，涌流是否產(chǎn)生以與涌流的大小與合閘角有關(guān)，合閘角和時(shí)勵(lì)磁涌流最大；往往使涌流偏向時(shí)間軸的一側(cè)；2. 波形完全偏離時(shí)間軸的一側(cè)，并且出現(xiàn)間斷角。涌流越大，間斷角越小；3. 含有很大成分的非周期分量，間斷角越小，非周期分量越大；4. 含有大量的高次諧波分量，而以二次諧波為主。間斷角越小，二次諧波也越小。2.1.2 三相變壓器的勵(lì)磁涌流目前各國電力系統(tǒng)均采用三相制，所以電力系統(tǒng)中的變壓器大多是三相變壓器。三相變壓器的磁路結(jié)構(gòu)和繞組的連接方式很多，

22、它們對勵(lì)磁涌流的大小和波形有較大的影響。大型變壓器一般都是由三個(gè)單相變壓器組成的變壓器組，由于三個(gè)鐵芯的磁路完全獨(dú)立，所以以上單相變壓器勵(lì)磁涌流的分析方法也適用于這種三相變壓器。當(dāng)三相變壓器空載合閘時(shí)，三相繞組都會產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。對于Y，d11接線的三相變壓器，引入每相差動(dòng)保護(hù)的電流為兩個(gè)變壓器繞組的電流之差，其勵(lì)磁涌流也應(yīng)該是兩個(gè)繞組勵(lì)磁涌流的差值，即， ， (2-6)圖2-4 型三相變壓器接線圖因此，通常所說的勵(lì)磁涌流實(shí)際上是指一次側(cè)兩相涌流的差值，兩個(gè)勵(lì)磁涌流相減后，涌流的時(shí)域特征和頻域特征都有所變化。分析三相變壓器的勵(lì)磁涌流是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題。在分析過程中往往要加入許多假設(shè)和簡化條件，

23、這樣才能求得空載合閘于最嚴(yán)重條件下的勵(lì)磁涌流特征。分析研究表明，三相變壓器的勵(lì)磁涌流有以下特點(diǎn)：1. 勵(lì)磁涌流是尖頂波，其中含有非周期分量和高次諧波分量，并且在最初的幾個(gè)周期完全偏于時(shí)間軸一側(cè)，飽和磁通值越低，剩磁越大，則勵(lì)磁涌流的峰值越高。2. 勵(lì)磁涌流的幅值與變壓器空投時(shí)的電壓初相角有關(guān)，最大相電流的涌流出現(xiàn)在的合閘相角(即電壓過零點(diǎn)時(shí))，最大線電流涌流出現(xiàn)在合閘相角。3. 勵(lì)磁涌流波形最初幾個(gè)周期呈間斷狀態(tài)。單相變壓器涌流在一個(gè)周期有左右的間斷角，三相變壓器是勵(lì)磁涌流兩相差電流的間斷角。三個(gè)間斷角大小不等，一般最大在左右，并且小于單相變壓器涌流的間斷角。另外，剩磁增大和飽和磁通減小時(shí)，將

24、使勵(lì)磁涌流間斷角的最小值減小。4. 三相變壓器涌流中往往有一相不包含非周期分量，因此形成周期性衰減的勵(lì)磁涌流。5. 勵(lì)磁涌流對于額定電流幅值的倍數(shù)與變壓器容量的大小有關(guān)。變壓器容量越大，勵(lì)磁涌流對額定電流幅值的倍數(shù)越小。6. 勵(lì)磁涌流衰減的時(shí)間常數(shù)與變壓器至電源間阻抗的大小、變壓器的容量和鐵芯材料等因素有關(guān)。一般情況下，變壓器的容量越大，或越靠近電源，其衰減時(shí)間越長。鐵芯越飽和，電抗值越小，衰減越快。勵(lì)磁涌流的起始部分衰減很快(此時(shí)鐵芯深度飽和)，一般經(jīng)過0.5s1s后，其值不超過0.250.5倍的額定電流。由以上特點(diǎn)做出三相變壓器勵(lì)磁涌流波形圖，如圖2-5所示圖2-5 三相變壓器勵(lì)磁涌流波形

25、2.2 勵(lì)磁涌流的危害關(guān)合空載變壓器所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流會對電網(wǎng)產(chǎn)生各種干擾，引起過電壓和諧波污染，甚至?xí)鞑サ竭h(yuǎn)端影響其他用戶。其暫態(tài)現(xiàn)象與其危害主要有2：1. 引發(fā)變壓器的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)，使變壓器的投運(yùn)頻頻失敗；2. 當(dāng)變壓器出線端發(fā)生短路故障而被切除時(shí)，將導(dǎo)致電壓突增，誘發(fā)變壓器保護(hù)誤動(dòng)，使變壓器兩側(cè)負(fù)荷全部停電；3. 假如A電站一臺變壓器空載接入電源產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流，將會誘發(fā)鄰近其他B電站、C電站等正在運(yùn)行的變壓器產(chǎn)生“和應(yīng)涌流”3 (sympathetic inrush)而誤跳閘，造成大面積停電；4. 數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流會導(dǎo)致變壓器與斷路器因電動(dòng)力過大而受損；5. 誘發(fā)操作過電壓，損壞電

26、氣設(shè)備；6. 勵(lì)磁涌流中的直流分量導(dǎo)致電流互感器磁路被過度磁化而大幅降低測量精度和繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率；7. 勵(lì)磁涌流中的大量諧波對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染；8. 造成電網(wǎng)電壓驟升或驟降，影響其他電氣設(shè)備正常工作。2.3 空載合閘時(shí)變壓器磁通的變化2.3.1 合閘瞬間電壓為最大值時(shí)的磁通變化在交流電路中，磁通總是滯后于外加電壓相位角。如果在合閘瞬間，電壓正好達(dá)到最大值時(shí)，則磁通的瞬間值正好為零，即在鐵芯里一開始就建立了穩(wěn)態(tài)磁通，如圖2-6所示。在這種情況下，變壓器不會產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。圖2-6 交流電路電壓和磁通曲線關(guān)系2.3.2 合閘瞬間電壓為零時(shí)的磁通變化當(dāng)合閘瞬間電壓為零值時(shí)，它在鐵芯

27、中所建立的磁通為最大值()?？墒?，由于鐵芯中的磁通不能突變，既然合閘前鐵芯中沒有磁通，這一瞬間仍要保持磁通為零。因此，在鐵芯中就出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通，其幅值為的磁通分量。此分量的磁通將按指數(shù)規(guī)律自由衰減，故稱之為非周期性磁通分量。如果這個(gè)非周期性磁通分量的衰減比較慢，那么在最嚴(yán)重的情況下，經(jīng)過半個(gè)周期后，它與穩(wěn)態(tài)磁通相疊加將使鐵芯中磁通達(dá)到2的數(shù)值，如果鐵芯中還有方向一樣的剩余磁通，則總的磁通達(dá)到,如圖2-7所示。圖2-7 合閘瞬間電壓為零時(shí)的磁通變化因此，在電壓瞬時(shí)值為零時(shí)合閘情況最嚴(yán)重。雖然我們很難預(yù)先知道在哪一瞬間合閘，但是總會介于上面論述的兩種極限情況之間。變壓器繞組中的勵(lì)磁電流和

28、磁通的關(guān)系由磁化特性所決定，鐵芯越飽和，產(chǎn)生一定的磁通所需的勵(lì)磁電流就愈大。由于在最不利的合閘瞬間，鐵芯中磁通密度最大值可達(dá)。這時(shí)鐵芯的飽和情況將非常嚴(yán)重，因而勵(lì)磁電流的數(shù)值大增，這就是變壓器勵(lì)磁涌流的由來。勵(lì)磁涌流比變壓器的空載電流大100倍左右，在不考慮繞組電阻的情況下，電流的峰值出現(xiàn)在合閘后經(jīng)過半周的瞬間。但是，由于繞組具有電阻，這個(gè)電流是要隨時(shí)間衰減的。對于容量小的變壓器衰減得快，約幾個(gè)周波即達(dá)到穩(wěn)定，大型變壓器衰減得慢，全部衰減持續(xù)時(shí)間可達(dá)幾十秒。綜上所述，勵(lì)磁涌流和鐵芯飽和程度有關(guān)，同時(shí)鐵芯的剩磁和合閘時(shí)電壓的相角可以影響其大小。2.4 本章小結(jié)本章分別通過對單相變壓器和三相變壓器

29、勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，給出了單相變壓器和三相變壓器勵(lì)磁涌流的區(qū)別。分別列舉了空載合閘變壓器的勵(lì)磁涌流對電網(wǎng)產(chǎn)生各種干擾和危害，并分析了變壓器空載合閘時(shí)的磁通變化，從磁通變化的角度分析了勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原理。第三章 變壓器勵(lì)磁涌流的識別3.1 短路故障電流與其特征上文對變壓器勵(lì)磁涌流與其特點(diǎn)進(jìn)行了分析，然而，要識別勵(lì)磁涌流必須對變壓器短路故障電流有所了解。假設(shè)變壓器二次側(cè)短路，其暫態(tài)過程可用下式表示： (3-1)解微分方程得 (3-2) ， (3-3)其中，和分別為變壓器的短路電阻和短路電感。由3-2式可知故障電流波形為連續(xù)的正弦波。但由于故障電流中存在不斷衰減的直流分量，所以故障電

30、流的波形會不斷衰減，如圖3-1所示。圖3-1 變壓器故障電流相對于勵(lì)磁涌流，故障電流含有較少的非周期分量、二次諧波和高次諧波分量，故障電流的幅值衰減不受變壓器容量的限制，不受鐵芯的飽和程度的限制。3.2 利用電流波形特征識別勵(lì)磁涌流的方法電流波形特征識別法一直是人們研究的熱點(diǎn)，目前仍占據(jù)主流。已運(yùn)用于實(shí)踐的有二次諧波制動(dòng)原理和間斷角原理。3.2.1 二次諧波制動(dòng)原理研究表明，勵(lì)磁涌流中含有大量的偶次諧波分量，尤其是二次諧波，而變壓器部短路時(shí)，短路電流中的二次諧波含量較小。因此可以利用差流中的二次諧波含量來構(gòu)成如下涌流制動(dòng)判據(jù)4： (3-7)式中：、分別為差流中的基波和二次諧波幅值；為二次諧波制

31、動(dòng)系數(shù)，常取值為15%17%。二次諧波制動(dòng)原理簡單明了，在常規(guī)保護(hù)中有較多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，數(shù)字保護(hù)實(shí)現(xiàn)比常規(guī)保護(hù)更容易，因此目前國外實(shí)際投入運(yùn)行的數(shù)字變壓器涌流閉鎖方案大多采用該原理。但采用二次諧波制動(dòng)的變壓器保護(hù)也有較大的局限性：1. 由于現(xiàn)代變壓器為充分利用鐵芯材料傳輸電能，鐵芯飽和點(diǎn)提前，在剩磁系數(shù)較大時(shí)，涌流中二次諧波含量會變得很低(完全飽和時(shí)是正弦波與非周分量的疊加)，導(dǎo)致二次諧波制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，目前15%17%的二次諧波制動(dòng)比是按照一般飽和磁通為1.4倍額定磁通幅值時(shí)空載合閘涌流的大小來考慮的，但現(xiàn)代變壓器的飽和磁通倍數(shù)經(jīng)常在1.2到1.3甚至低至1.15，在此情況下涌流的最小

32、二次諧波含量可能低至10%以下，很難適當(dāng)選擇制動(dòng)比。美國西屋公司的制動(dòng)比為7.0%7.5%，ABB公司取10%，我國和大部分國家則取15%20%。大容量變壓器、遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)展，會使變壓器部故障暫態(tài)電流產(chǎn)生較大二次諧波，引起差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)或延時(shí)動(dòng)作。2. 現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，遠(yuǎn)距離輸電設(shè)備與靜止無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用，使得暫態(tài)故障電流中二次諧波含量也比較高，且衰減比較慢，對差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作速度影響較大，甚至發(fā)生拒動(dòng)。3. 若空載合閘前變壓器已經(jīng)存在故障，合閘后故障相為故障電流，非故障相為勵(lì)磁涌流，采用三相或門制動(dòng)的方案時(shí)，差動(dòng)保護(hù)必將被閉鎖。由于勵(lì)磁涌流衰減很慢，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可能會長達(dá)數(shù)百毫秒。4. 此外

33、勵(lì)磁涌流是暫態(tài)非周期電流，不適合用傅氏級數(shù)的諧波分析方法。在工程應(yīng)用中一般把涌流都認(rèn)為是一種準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程，對這種準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的信號采用傅氏級數(shù)法將導(dǎo)致一定的計(jì)算誤差。3.2.2 間斷角閉鎖原理間斷角閉鎖原理5是利用勵(lì)磁涌流波形具有較大的間斷而短路電流波形連續(xù)變化不間斷的特征作為鑒別判據(jù)。該方法簡單直接，但它是以精確測量間斷角為基礎(chǔ)，如遇到TA暫態(tài)飽和傳變會使涌流二次側(cè)間斷角發(fā)生畸變，有時(shí)會消失，必須采取某些措施來恢復(fù)間斷角，但這卻增加了保護(hù)硬件的復(fù)雜性，同時(shí)間斷角原理還要受到采樣率、采樣精度的影響與硬件的限制，因此該原理在實(shí)際數(shù)字差動(dòng)保護(hù)中的應(yīng)用效果并不十分的理想。雖然間斷角原理判別勵(lì)磁涌流有不足之處

34、，但是由于這種方法原理簡單，目前在電力系統(tǒng)使用也十分廣泛，具體的實(shí)現(xiàn)流程如圖3-2所示。圖3-2 間斷角原理實(shí)現(xiàn)流程圖若某一相判為勵(lì)磁涌流，則閉鎖該相比率差動(dòng)。若某相差動(dòng)動(dòng)作且未判出勵(lì)磁涌流，則可以出口跳閘，若某一相差動(dòng)沒有動(dòng)作，就不再判斷該相是否有勵(lì)磁涌流。3.2.3 波形對稱原理波形對稱原理6是利用差電流導(dǎo)數(shù)的前半波與后半波進(jìn)行對稱比較，根據(jù)比較的結(jié)果去判斷是否發(fā)生了勵(lì)磁涌流。對稱的定義由下式給出： (3-8)式中，為差電流導(dǎo)數(shù)前半波第點(diǎn)的數(shù)值，為后半波與第點(diǎn)相對應(yīng)的數(shù)值，為比較閾值。當(dāng)?shù)邳c(diǎn)的數(shù)值滿足上式時(shí)稱為對稱，否則稱為不對稱。連續(xù)比較半個(gè)周期，對于部故障，上式恒成立。對于勵(lì)磁涌流，至

35、少有周期以上的點(diǎn)不滿足上式。3.2.4 采樣值差動(dòng)對于微機(jī)差動(dòng)保護(hù)，在被保護(hù)設(shè)備無部故障時(shí)，不僅有差流矢量和為零，同時(shí)也有差流瞬時(shí)值為零。采樣值差動(dòng)保護(hù)正是利用此原理按動(dòng)作判據(jù)構(gòu)成的。對于變壓器采樣值差動(dòng)保護(hù)7，可按以下公式構(gòu)成動(dòng)作判據(jù)：(設(shè)繞組數(shù)n=2) ， (3-9)式中為差流瞬時(shí)值的絕對值，；為制動(dòng)電流瞬時(shí)值，。要求、同時(shí)滿足其等式。與常規(guī)差動(dòng)保護(hù)相比，采樣值差動(dòng)有一顯著的特點(diǎn)，穩(wěn)態(tài)時(shí)，常規(guī)差動(dòng)保護(hù)用作判據(jù)的各電流量均為有效值，是一不隨時(shí)間變化的確定量，但對采樣值差動(dòng)保護(hù)而言，其判據(jù)中的各量為瞬時(shí)值，隨時(shí)間而周期性地變化。在電流過零點(diǎn)前后，因其量值很小，誤差相對較大，使得和的相對關(guān)系變得

36、較為不確定，從而導(dǎo)致采樣點(diǎn)的制動(dòng)效果不一，必須采取相應(yīng)的措施來避開制動(dòng)效果差的采樣點(diǎn)的影響，以保證變壓器部短路時(shí)可靠動(dòng)作。目前保證采樣值差動(dòng)可靠性的一個(gè)有效方法是重復(fù)多次判別法，即連續(xù)R次判別中有S次與以上符合動(dòng)作條件，則判決為輸出動(dòng)作信號。3.2.5 波形比較法該原理的思路是：通過面積比較的方法，將測量到的一周波變壓器差流分成兩段等長度的波形。由這兩段波形的相關(guān)系數(shù)和方差構(gòu)成鑒別勵(lì)磁涌流的判據(jù)。該原理在本質(zhì)上是涌流波形的形狀、大小和變化率等多種特征量的綜合鑒別。設(shè)變壓器差電流為。設(shè)置一個(gè)長度為一周波的觀測窗。采用適當(dāng)?shù)姆椒?，將觀測窗的分解成兩段波形，每段的長度為半周波。波形比較法8變壓器差動(dòng)

37、保護(hù)原理的思路是根據(jù)這兩段電流波形的形狀和大小來區(qū)別勵(lì)磁涌流和故障。3.2.6 波形上下對稱系數(shù)法該原理首先計(jì)算一周波差流波形的上下對稱系數(shù)然后根據(jù)上下對稱系數(shù)鑒別涌流和故障。故障電流波形具有上下對稱的特征，上下對稱系數(shù)近乎零值，即便含有較大衰減直流分量的情況下其值也不超過0.10；而單向涌流波形上下不對稱，上下對稱系數(shù)較大，一般大于0.15，在某些特定合閘角與剩磁的條件下其值較小，但仍大于0.10。研究變壓器一周波的差流波形。定義波形與過波形最小值點(diǎn)的水平直線所圍面積為S1，過波形最小值的水平直線與波形最大值點(diǎn)所成三角形的面積為S2，若則稱該波形為上下對稱波形。定義波形上下對稱系為：3.2.

38、7周波面積法周波面積比較法9鑒別勵(lì)磁涌流的基本原理為：取工頻一周波為數(shù)據(jù)窗長，將每一數(shù)據(jù)窗的差流波形按時(shí)間均分為4份，定義每段波形與橫坐標(biāo)軸圍成的面積分別為S1、S2、S3和S4。理想的故障穩(wěn)態(tài)差動(dòng)電流波形應(yīng)為正弦基波函數(shù)，為初相角，如圖3-3所示。圖3-3 理想的故障差動(dòng)電流波形S1、S2、S3和S4分別為各自波形絕對值對時(shí)間的連續(xù)積分，在微機(jī)保護(hù)中，按以下式求得： (3-10) (3-11) (3-12) (3-13)式中，為采樣間隔；為工頻周期；為工頻一周波對應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)。識別變壓器勵(lì)磁涌流的判據(jù)如下：且，則判斷為部故障；或，則判斷為勵(lì)磁涌流。3.2.8 波形正弦度特征法基于波形正弦度判

39、別變壓器勵(lì)磁涌流的方法10是利用變壓器勵(lì)磁涌流和部故障電流波形特征的不同，即變壓器正常運(yùn)行、部短路、外部短路時(shí)波形具有正弦函數(shù)特征，而勵(lì)磁涌流因其包含非周期分量、間斷角，不具有正弦特征。比較波形的正弦度，形成區(qū)分涌流和短路故障的判據(jù)。對任意的正弦函數(shù)波形，存在 (3-14)設(shè)差動(dòng)電流某一點(diǎn)的瞬時(shí)值為,前周的瞬時(shí)值為。定義 (3-15)上式中，S是隨時(shí)間變化的函數(shù)，表示。對于標(biāo)準(zhǔn)正弦波電流，S是常數(shù)，其數(shù)學(xué)期望為 (3-16)式中，T為一個(gè)周期。與其數(shù)學(xué)期望相對均方差為 (3-17)隨著差流偏離正弦曲線的程度增大而增大，如果差流是標(biāo)準(zhǔn)基波正弦函數(shù)，則為零。定義為非正弦度，它和差流偏離基波正弦函數(shù)

40、的程度有關(guān)。設(shè)為門檻值，則時(shí)判為涌流；時(shí)判為故障。3.3 數(shù)字信號原理的識別方法變壓器勵(lì)磁涌流的波形畸變嚴(yán)重，含有大量的二次諧波和高次諧波分量，在波形上以間斷角和波形不對稱的形式出現(xiàn)，即在一個(gè)周期的前半周期數(shù)據(jù)和后半周期數(shù)據(jù)在波形上表現(xiàn)出完全的不相似性而在變壓器發(fā)生部故障時(shí)，差流波形具有類似于標(biāo)準(zhǔn)正弦波的波形，含有較少的二次諧波和高次諧波分量，此時(shí)前半周期數(shù)據(jù)和后半周期數(shù)據(jù)在波形上表現(xiàn)出明顯的相似性。利用數(shù)字信號處理中的歸一化自相關(guān)系數(shù)的有關(guān)理論，計(jì)算采樣數(shù)據(jù)的前半周期與差分后的后半周期的波形相似度，來識別變壓器勵(lì)磁涌流和部故障電流的算法，在理論上，已經(jīng)不是單純利用涌流和故障電流的單一方面的特

41、征，來區(qū)分勵(lì)磁涌流和故障電流，而是利用數(shù)字信號處理中的自相關(guān)函數(shù)的理論進(jìn)行綜合分析，具有嚴(yán)密的數(shù)字信號處理的理論基礎(chǔ)。3.3.1 波形相關(guān)性分析法該方法是一種利用數(shù)字信號處理中的相關(guān)函數(shù)的基本概念，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算采樣數(shù)據(jù)在不同時(shí)段上的自相關(guān)系數(shù)，利用自相關(guān)系數(shù)的大小來區(qū)分變壓器勵(lì)磁涌流和部故障差流的新方法。由于波形自相關(guān)性的定義中不僅包含波形幅值大小、形狀的信息，而且還包含波形的相位信息，因此，文中所提出的波形相關(guān)性分析方法，不是單純地利用涌流或故障電流的單一方面的特征，而是對波形進(jìn)行有機(jī)、綜合地分析。在數(shù)字信號處理中信號和的互相關(guān)函數(shù)定義為 (3-18)如果，則互相關(guān)函數(shù)就變成自相

42、關(guān)函數(shù)，可以寫為 (3-19)設(shè)、是兩個(gè)能量有限的確定性信號，并假設(shè)它們是因果的，它們各自能量乘積的開方是一常數(shù)，進(jìn)行歸一化處理后可得， (3-20)稱為和的歸一化相關(guān)系數(shù)。用信號滯后一段時(shí)間后的代替，即可得到的歸一化自相關(guān)系數(shù)，可以用來分析信號的自相似性。3.3.2 數(shù)學(xué)形態(tài)法該方法在利用數(shù)學(xué)形態(tài)梯度進(jìn)行邊沿檢測的同時(shí)，采用形態(tài)開閉運(yùn)算有效地提取出高頻暫態(tài)電流信號。在比較勵(lì)磁涌流和故障電流形成暫態(tài)信號各自特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種變壓器保護(hù)新方案。該方案不受對稱性涌流的影響，并且可對暫態(tài)信號進(jìn)行實(shí)時(shí)、高精度的提取。當(dāng)變壓器空載合閘或者處于故障切除后電壓恢復(fù)階段時(shí)，變壓器中會出現(xiàn)勵(lì)磁涌流。其中最

43、重要的特征就是由于鐵芯的高度非線性特性而造成的奇異突變(電流間斷)。這種突變對應(yīng)于大量的高頻成分。形態(tài)學(xué)由于具有良好的奇異點(diǎn)識別能力，非常適合于描述信號的高頻突變部分，使得涌流可顯著區(qū)別于普通正弦變化的工作電流以與變壓器、外部故障下的電流。3.3.3 誤差估計(jì)法該方法利用勵(lì)磁涌流為具有間斷角的尖頂波這一特征，通過比較半個(gè)周期時(shí)間窗的實(shí)際波形與兩個(gè)不同頻率的參考波形的相似程度來區(qū)分勵(lì)磁涌流和區(qū)故障。勵(lì)磁涌流波形為帶有間斷角的尖頂波，具有很大的非周期分量，如圖3-4所示。為了消除非周期分量的影響，將勵(lì)磁涌流進(jìn)行差分，如圖3-5所示。涌流差分波形中的間斷角仍然存在，為了便于觀察，將間斷部分除去，除去

44、間斷部分的涌流差分波形與正弦波形比較接近，在理論分析時(shí)可當(dāng)作正弦波。圖3-4 原電流波形圖3-5 差分電流波形設(shè)勵(lì)磁涌流的間斷角為，為基波電流的角頻率，則除去間斷部分的涌流差分波形的角頻率為：。對于變壓器故障，差分后的故障電流的基波角頻率則為。由于勵(lì)磁涌流存在間斷角，故。在用基于角頻率為的算法去估計(jì)電流的相量時(shí)，若為故障電流，顯然不會有估計(jì)誤差；若為勵(lì)磁涌流，由于兩者的頻率不一樣，則存在估計(jì)誤差。同理，若用基于的算法去估計(jì)電流相量，則在勵(lì)磁涌流時(shí)無誤差，故障時(shí)存在誤差。所以可以分別用基于和的算法去估計(jì)電流，然后比較兩種算法的誤差的相對太小，就可以判別出故障和勵(lì)磁涌流。3.4 磁通特性識別法鐵芯

45、中磁通是表征變壓器飽和的一個(gè)重要物理量，磁通特性識別原理12就是利用磁通量的變化來識別勵(lì)磁涌流的新方法。大量文獻(xiàn)中介紹的方法是利用變壓器的磁通-電流關(guān)系構(gòu)成制動(dòng)特性，其基礎(chǔ)是變壓器繞組的電壓回路方程，如式：。式中忽略了繞組電阻R，繞組的漏感為L，且近似為常數(shù)，為互感磁鏈。在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，磁通對電流的導(dǎo)數(shù)一直較大。在勵(lì)磁涌流狀態(tài)下，由于變壓器交替工作在磁化曲線的飽和段和非飽和段上，所以的值是變化的。而變壓器部故障時(shí)，比正常值小，利用這些特點(diǎn)可以判定變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。3.5 等值電路法文獻(xiàn)13提出了一種基于變壓器導(dǎo)納型等值電路中檢測對地導(dǎo)納參數(shù)變化來鑒別變壓器外故障的方法，構(gòu)成了另一種與勵(lì)磁電

46、流無關(guān)的變壓器主保護(hù)方案。該方法是通過檢測對地等值導(dǎo)納的參數(shù)變化，鑒別變壓器的部故障。鐵芯繞組的漏抗和空心繞組的漏抗相近，故此時(shí)變壓器的等值導(dǎo)納參數(shù)的互導(dǎo)納幾乎與變壓器的鐵芯飽和程度、短路匝數(shù)比無關(guān)。鐵芯未飽和時(shí)，變壓器各側(cè)對地導(dǎo)納幾乎為零。當(dāng)鐵芯飽和時(shí)，變壓器各側(cè)對地導(dǎo)納明顯增大。當(dāng)鐵芯嚴(yán)重飽和時(shí)，變壓器各側(cè)對地導(dǎo)納幾乎與空芯變壓器的對地導(dǎo)納一致，且是一個(gè)不等于零的常量。因此，可以計(jì)算出變壓器的各側(cè)對地導(dǎo)納，通過其值的變化判別變壓器是否發(fā)生部故障。這種算法計(jì)算速度快，即使在部故障疊加勵(lì)磁涌流的情況下，也能快速地識別是否發(fā)生故障。3.6 功率差動(dòng)法KYabe提出的功率差動(dòng)保護(hù)利用出每個(gè)端口處的

47、電壓和電流計(jì)算的平均功率來鑒別勵(lì)磁涌流。正常狀況或勵(lì)磁涌流條件下，變壓器的有功功率很小，因?yàn)樽儔浩髫?fù)載損耗與空載損耗不到變壓器容量的1%。在空載合閘產(chǎn)生勵(lì)磁涌流時(shí)，瞬時(shí)功率可能會比較大，但是其在一段時(shí)間的平均有功功率依然比較小。而在變壓器部故障的情況下，變壓器將消耗大量有功功率。因此，可以根據(jù)變壓器消耗的平均有功功率與預(yù)先設(shè)定的門檻值進(jìn)行比較來判斷是否發(fā)生部故障。3.7 變壓器回路方程法該方法基于變壓器原、副邊的互感磁鏈平衡方程與原、副邊電壓關(guān)于電流和互感磁鏈的方程，消去互感磁鏈，得到只包含原、副邊電壓和電流的線性模型。該模型不直接反映變壓器鐵芯磁通的非線性，只表達(dá)變壓器原、副繞組漏感（，）、

48、電阻（，）、電壓（，）與電流（，）間的關(guān)系，以單相變壓器為例，有如下表達(dá)式(為簡明起見，設(shè)變比為1)： (3-21)當(dāng)變壓器無故障時(shí)(正常運(yùn)行、空載合閘、外部故障與其切除)，上式恒等；而部故障時(shí)，上式不再成立。3.8 勵(lì)磁涌流識別中現(xiàn)代信號處理技術(shù)與智能技術(shù)的應(yīng)用3.8.1 模糊邏輯的多判據(jù)法該方法14基于對現(xiàn)有勵(lì)磁涌流識別算法的認(rèn)識，借助模糊邏輯隸屬度和權(quán)重的概念，綜合了各判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，使各判據(jù)之間取長補(bǔ)短。該方法彌補(bǔ)了嚴(yán)格依照精確定量判別涌流的不足，避免了“一票否決”，真正做到了“集思廣益”，體現(xiàn)了智能化特點(diǎn)。3.8.2 神經(jīng)網(wǎng)路法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)15(ANN)應(yīng)用于變壓器部故障和勵(lì)磁涌流的判別

49、，主要是利用ANN優(yōu)秀的模式識別能力進(jìn)行電流波形的識別。1994年，ANN首次被用于變壓器差動(dòng)保護(hù)，進(jìn)行了勵(lì)磁涌流的辨識，之后，此類應(yīng)用便層出不窮，而且有的文獻(xiàn)已經(jīng)不只局限于勵(lì)磁涌流和部故障電流的判別，還應(yīng)用于區(qū)別變壓器的勵(lì)磁涌流、外部故障和部故障。不管用于何種目的。設(shè)計(jì)ANN時(shí)都要經(jīng)歷以下幾個(gè)過程：1. 首先要進(jìn)行ANN類型的確定；2. 輸入和輸出層中各節(jié)點(diǎn)數(shù)目的確定：輸入是差流采樣或原、副邊電流的采樣，而且每時(shí)刻要有若干個(gè)包含足夠信息的采樣點(diǎn)輸入網(wǎng)絡(luò)，如此可確定輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)，輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)與網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)的功能有關(guān)，如僅用于勵(lì)磁涌流和部故障判別，則有1個(gè)二進(jìn)制輸出即可，需要1個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)；3. 隱含層

50、與其節(jié)點(diǎn)數(shù)需多次試湊確定；4. 傳遞函數(shù)的選擇；5. 訓(xùn)練樣本的獲??；6. 數(shù)據(jù)預(yù)處理；7. 訓(xùn)練；8. 對已訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試。上述過程需反復(fù)進(jìn)行，如果在訓(xùn)練過程或檢驗(yàn)時(shí)不能滿足要求，那么網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與各種參數(shù)都需要調(diào)整，然后重新訓(xùn)練。3.8.3 聯(lián)合時(shí)頻分析法時(shí)頻分析能清楚地揭示信號的時(shí)變頻譜特性，是對時(shí)變、非平穩(wěn)信號進(jìn)行分析與處理的有力工具。因?yàn)閯?lì)磁涌流和部故障電流都是非平穩(wěn)的，利用時(shí)頻分析的方法分別提取兩個(gè)電流信號的特征，也成為了研究的一個(gè)方向。其中，以小波變換為代表研究的最為廣泛。20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來的小波變換在時(shí)、頻兩域都具有表征信號局部特征的能力，被譽(yù)為分析信號的數(shù)學(xué)顯

51、微鏡，非常適合于非平穩(wěn)信號的分析，克服了傅里葉變換只能適應(yīng)穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號分析、時(shí)域完全無局部性的缺點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地提取信號的特征。所以，小波變換的出現(xiàn)立刻引起了科技界時(shí)、頻分析方法的新革命，當(dāng)然也為勵(lì)磁涌流和部故障電流的判別帶來了福音。自小波變換的妙用被繼電保護(hù)工作者認(rèn)識以來，就相繼涌現(xiàn)出一大批從事勵(lì)磁涌流判別的科研人員，都試圖通過小波變換徹底解決100年前留給我們的技術(shù)難題變壓器勵(lì)磁涌流和部故障的判別。利用聯(lián)合時(shí)頻工具提取電流信號特征的還有：將連續(xù)小波變換應(yīng)用到變壓器的保護(hù)中；利用加復(fù)合窗的S變換和模式識別方法16區(qū)分變壓器勵(lì)磁涌流和部故障電流；利用HilbertHuang變換區(qū)分勵(lì)磁涌流和

52、部故障電流等等。3.9 本章小結(jié)本章詳細(xì)地介紹了變壓器勵(lì)磁涌流和故障電流區(qū)分的方法，下面對各種方法做一個(gè)簡單總結(jié)。間斷角原理的模擬式保護(hù)裝置雖然已得到應(yīng)用，但面臨著因電流互感器傳變引起的間斷角變形問題。當(dāng)電流互感器飽和時(shí)，在涌流的間斷角區(qū)域?qū)a(chǎn)生反向電流，電流互感器飽和越嚴(yán)重則反向電流越太，最終使得涌流間斷角消失。對于部故障電流而言，電流互感器飽和將導(dǎo)致差流的間斷角增大，而且電流互感器飽和越嚴(yán)重，其差流間斷角越大。前者將使得變壓器發(fā)生涌流時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，后者將使得變壓器部故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)。波形對稱原理基于對勵(lì)磁涌流導(dǎo)數(shù)波寬與間斷角的分析，是間斷角原理的推廣，且比間斷角原理容易實(shí)現(xiàn)。但是，涌流

53、波形與許多因素有關(guān)，具有不確定性、多樣性，而故障電流也并非總是正弦波，實(shí)際系統(tǒng)中必須考慮故障情況的多樣性和故障波形的復(fù)雜性。在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上改進(jìn)或新提出采樣值差動(dòng)原理、波形對稱原理、波形疊加原理、波形相關(guān)性分析法、波形擬合法和波形正弦度特征法等等，這些方法都是對波形對稱原理或間斷角原理的改進(jìn)或衍生?；诖磐ㄌ匦缘淖R別方法與傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)迥然不同，完全擺脫了勵(lì)磁涌流和過勵(lì)磁電流的困擾。不再以勵(lì)磁電流的波形特征來區(qū)分部短路和空載合閘異常工況，是一次有益的探索。但是該方法需要用到具體變壓器漏感參數(shù)，這些參數(shù)可能因測量不準(zhǔn)或發(fā)生變化對勵(lì)磁涌流的鑒別產(chǎn)生不利的影響。同時(shí)門檻值的設(shè)定需要試驗(yàn)來確定，也增加了

54、保護(hù)整定的復(fù)雜性。等值電路法存在的不足是要求測量各側(cè)繞組電流，因此對于D聯(lián)結(jié)，只適應(yīng)于單相變壓器組。功率差動(dòng)原理基于能量守恒定律，可以較真實(shí)地反映變壓器的實(shí)際運(yùn)行狀況。但變壓器有功功率差動(dòng)保護(hù)原理也有一些不足之處，主要是在反映變壓器區(qū)故障時(shí)，尤其是部小匝數(shù)發(fā)生匝間、匝地短路時(shí)存在死區(qū)，因此該原理應(yīng)用于現(xiàn)場時(shí)還需要不斷完善。變壓器回路方程法完全擺脫了勵(lì)磁涌流和過勵(lì)磁電流的困擾，實(shí)現(xiàn)了與差動(dòng)保護(hù)迥然不同的變壓器主保護(hù)，構(gòu)思新穎，原理簡明。但實(shí)踐中存在如下困難：變壓器原、副邊繞組漏電感極難準(zhǔn)確獲得，目前尚無可行的測取方法，導(dǎo)致整定困難。模糊邏輯多判據(jù)方法只是變壓器勵(lì)磁涌流識別中的一個(gè)新探索，目前有很

55、多問題難以解決，如模糊邏輯中隸屬函數(shù)與權(quán)重應(yīng)當(dāng)如何選擇,這個(gè)問題的回答建立在原有認(rèn)識的基礎(chǔ)上，而且需要技術(shù)人員對問題有較深入的認(rèn)識。所以，該方法仍需要科研工作者進(jìn)行深入而細(xì)致的研究。訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一件非常繁瑣的事。訓(xùn)練時(shí)需要大量的樣本數(shù)據(jù)，其獲取與預(yù)處理的工作量很大，盡管如此，仍難以保證訓(xùn)練樣本集的完備性，從而導(dǎo)致誤判。小波變換在鑒別變壓器勵(lì)磁涌流和部故障電流方面的應(yīng)用研究如火如荼，但一直以來主要集中于高次諧波檢測和奇異點(diǎn)檢測，此外并未發(fā)現(xiàn)大的突破。實(shí)際上，兩者都是間斷角原理的一種推廣，高頻檢測反映的是差流狀態(tài)突變產(chǎn)生的高次諧波，高頻細(xì)節(jié)出現(xiàn)的位置對應(yīng)于變壓器飽和、退出飽和時(shí)刻或故障發(fā)生時(shí)刻。若差流的高頻細(xì)節(jié)突變周期出現(xiàn)，則為勵(lì)磁涌流。若出現(xiàn)一次后便很快衰減為0，則為部故障。當(dāng)前的勵(lì)磁涌流與部故障判別方法雖然種類繁多，但都不夠完善。科學(xué)地講，由于變壓器發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí)磁路的飽和，變壓器是一個(gè)非線性時(shí)變系統(tǒng)，其電壓、電流并非線性相關(guān)，而是系統(tǒng)中獨(dú)立的2個(gè)變量。所以，只有應(yīng)用電壓、電流2個(gè)狀態(tài)變量同時(shí)表述變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，信息才具有完備性。實(shí)際上，由于三相變壓器勵(lì)磁涌流的波形特征隨系統(tǒng)電壓和等值阻抗、合閘初相角、剩磁大小和方向、三相繞組接線方式和中性點(diǎn)接地方式、三相鐵芯結(jié)構(gòu)