自適應(yīng)采樣值差動(dòng)在變壓器保護(hù)中的應(yīng)用 騰龍電腦 免費(fèi)下載

1、年 月 日適應(yīng) 采 樣 值差動(dòng)在變壓器保護(hù) 中 的 應(yīng)用自胡玉峰 陳德樹 尹項(xiàng)根 張 哲華中科技大學(xué)電力系 武漢摘要 在簡(jiǎn)要介紹基于采樣值差動(dòng)的變壓器保護(hù)的基礎(chǔ)上 重點(diǎn)分析了采樣值差動(dòng)的靈敏度和可靠性問題 并提出了自適應(yīng)的采樣值差動(dòng)保護(hù)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明 自適應(yīng)采樣值差動(dòng)可有效地將變壓器制動(dòng)特性與勵(lì)磁涌流的鑒別結(jié)合起來 并具有較高的靈敏度關(guān)鍵詞 變壓器保護(hù) 采樣值差動(dòng) 勵(lì)磁涌流 自適應(yīng)原理中圖分類號(hào) ×引言采樣值差動(dòng)與常規(guī)相量差動(dòng)相比 一個(gè)較明顯的區(qū)別是它的動(dòng)作出口主要靠差流波形的集散度 而波形幅值變化對(duì)它的影響相對(duì)較小基于這種特性 可利用采樣值差動(dòng)將變壓器的制動(dòng)特性與勵(lì)磁涌流的鑒別有

2、效結(jié)合 但采樣值差動(dòng)在同一定值的情況下 與常規(guī)相量差動(dòng)相比 靈敏度有所下降本文在分析其靈敏度的基礎(chǔ)上 提出自適應(yīng)采樣值差動(dòng) 可有效解決靈敏度問題中 盡管幅值與內(nèi)部故障相差不大 但無法滿足采樣值差動(dòng)條件而被閉鎖動(dòng)模實(shí)驗(yàn)表明 當(dāng) 可達(dá)到上述目的 采樣率為 點(diǎn)每周期采樣值差動(dòng)在變壓器保護(hù)中的應(yīng)用采樣值差動(dòng)作為微機(jī)與繼電保護(hù)結(jié)合的新產(chǎn)物 其突出的特點(diǎn)在于它可利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)性能 將傳統(tǒng)的差流有效值與定值比較轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散采樣點(diǎn)與定值相比較 并通過多點(diǎn)重復(fù)判別來保證可靠性基于這個(gè)原因 采樣值差動(dòng)的出口不僅依賴于差流幅值的大小 還依賴于差流波形的集散度比較而言 后者對(duì)出口的影響更為重要將這一原理用于變壓器保護(hù)

3、 可有效地將變壓器制動(dòng)特性與勵(lì)磁涌流的鑒別相結(jié)合 圖 !圖 分別為動(dòng)模實(shí)驗(yàn)所記錄的勵(lì)磁涌流和變壓器內(nèi)部故障的差流波形 兩者幅值相差不大 若用常規(guī)相量差動(dòng) 兩者均能滿足差動(dòng)出口條件 此時(shí)需采用其他判據(jù)來區(qū)分勵(lì)磁涌流 如二次諧波制動(dòng)或間斷角制動(dòng) 但若用采樣值差動(dòng) 便可利用變壓器發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí)差流波形較集中于某一區(qū)間 由于間斷角的存在 來區(qū)分內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流此時(shí)可根據(jù)勵(lì)磁涌流波形特征 取一判別數(shù)據(jù)窗 若連續(xù)個(gè)采樣點(diǎn)中有個(gè)滿足采樣值差動(dòng)判據(jù) 則認(rèn)為是內(nèi)部故障而出口 勵(lì)磁涌流由于波形集收稿日期 2 2 修回日期 2 2 圖1 變壓器勵(lì)磁涌流時(shí)三相差流波形11 µµ圖2 變壓器內(nèi)部故

4、障時(shí)三相差流波形12 µ采樣值差動(dòng)靈敏度分析考慮到過零點(diǎn)附近采樣值較小 一般無法滿足判據(jù)條件 采樣值差動(dòng)一般選取 如第 節(jié)所述 在變壓器保護(hù)中 采用 取 可有效結(jié)合制動(dòng)特性與勵(lì)磁涌流鑒別但這種方法需要降低內(nèi)部故障時(shí)的靈敏度如圖 所示 考慮一種較為嚴(yán)重的情況 即差流波形過零點(diǎn)與采樣點(diǎn)重合 圖 中所示為第 點(diǎn) 設(shè)為短路電流幅值 為變壓器差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)曲線中的低值門檻定值 即 由于一個(gè)采樣間隔對(duì)應(yīng) 采樣率為 點(diǎn)每周期 從而有 即短路差流幅值 才能保證短路時(shí)有 點(diǎn)滿足采樣值差動(dòng)的動(dòng)作條件折算成有效值即短路時(shí)差流 保護(hù)才能動(dòng)作 而常規(guī)相量差動(dòng)保護(hù)在 時(shí)即能動(dòng)作 故相對(duì)而言 采樣值差動(dòng)在動(dòng)作靈敏度

5、上不如常規(guī)相量差動(dòng) 在變壓器發(fā)生輕微匝間短路差動(dòng)電流較小時(shí)有可能拒動(dòng)圖3 采樣值差動(dòng)靈敏度分析圖13 µµ自適應(yīng)采樣值差動(dòng)原理自適應(yīng)原理在繼電保護(hù)中的應(yīng)用同樣是微機(jī)保護(hù)相對(duì)于傳統(tǒng)保護(hù)的一個(gè)突破其基本原理已在許多文獻(xiàn)中闡述值得一提的是 實(shí)踐證明 自適應(yīng)原理是提高微機(jī)保護(hù)靈敏度的一條有效途徑同樣 對(duì)于應(yīng)用采樣值差動(dòng)所產(chǎn)生的靈敏度問題 也可運(yùn)用自適應(yīng)原理加以解決 使采樣值差動(dòng)在靈敏度上等于或優(yōu)于常規(guī)相量差動(dòng)具體原理如下先以簡(jiǎn)化的變壓器模型定量分析勵(lì)磁涌流波形特性 以單相變壓器為例 考慮變壓器空載合閘的最嚴(yán)重情況假設(shè)電源內(nèi)阻為 同時(shí)不計(jì)合閘回路電阻設(shè)合閘方電源電壓 則在忽略變壓器漏

6、抗壓降并假設(shè)一次繞組匝數(shù)為 的前提下有 即5 其中積分常數(shù)由合閘瞬間的鐵心剩磁5 決定 即 5 從而可得變壓器空載合閘時(shí)鐵心磁通為5 5 5 55 為對(duì)應(yīng)電壓 的磁通幅值為得到空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流 須考慮變壓器鐵心磁化曲線為簡(jiǎn)化分析 取圖 中的折線作為變壓器磁化曲線其中點(diǎn)由變壓器飽和磁通5 決定根據(jù)定義 55 時(shí) 5 5 時(shí) 勵(lì)磁涌流為5 5 5 5 5 5 5 圖4 變壓器磁化曲線14 µµ圖 為變壓器勵(lì)磁涌流波形其中 為采樣值差動(dòng)判據(jù)中的低值門檻定值 為電流極大值圖5 變壓器勵(lì)磁涌流波形15 µµ µ現(xiàn)以 與 的相關(guān)關(guān)系為研究對(duì)象 令式 等

7、于 可得 再令 則有 故可得 再考慮 由式 可知 將代入 化簡(jiǎn)可得#應(yīng)用研究及成果# 胡玉峰等 自適應(yīng)采樣值差動(dòng)在變壓器保護(hù)中的應(yīng)用 將式 與式 合并 可得 與 的關(guān)系如下 化簡(jiǎn)得 由式 可以看出 與 的變化趨勢(shì)相同 即 增大 隨之變大 反之亦然這個(gè)規(guī)律說明 勵(lì)磁涌流波形中能滿足采樣值差動(dòng)的區(qū)域是隨 變化的 增大 則次判別中能滿足判據(jù)的采樣點(diǎn)增大 反之就減小但需指出的是 由于勵(lì)磁涌流間斷角的存在 這種變大的趨勢(shì)是有限度的正是由于這種限度 采樣值差動(dòng)才能鑒別勵(lì)磁涌流和變壓器內(nèi)部故障波形下面再分析變壓器內(nèi)部故障時(shí) 與 的變化規(guī)律由于變壓器內(nèi)部故障時(shí)差流波形可認(rèn)為是正 余 弦波 由第 節(jié)靈敏度分析可

8、看出 變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí) 與 之間的關(guān)系與勵(lì)磁涌流時(shí)一致 即 變大 隨之增大 變小 隨之減小綜合以上分析 對(duì)于采樣值差動(dòng)的變壓器保護(hù) 可運(yùn)用以下自適應(yīng)方法來提高靈敏度 首先確定采樣值差動(dòng)重復(fù)判別次數(shù) 一般取 在確定值時(shí) 不取固定值 而讓其隨比值 的變化而變化具體應(yīng)用時(shí) 可先設(shè)幾個(gè)定值 使得 此時(shí)的取值如下 設(shè) 其中 一般取 的選取以及區(qū)間段劃分的個(gè)數(shù)與整定計(jì)算有關(guān) 這里不做詳細(xì)討論但必須指出 的最小值與最大值的選取要充分考慮可靠性其中 ¬的取值主要考慮內(nèi)部故障時(shí)不能拒動(dòng) 一般取 較為合適 相對(duì)于 而言 的取值則主要考慮區(qū)外短路時(shí)不能因不平衡電流的影響而導(dǎo)致誤動(dòng) 特別是外部短路電流互

9、感器飽和時(shí) 兩端的暫態(tài)不平衡帶來的差流影響一般取 可有效躲開不平衡差流動(dòng)模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表 是針對(duì)變壓器采樣值差動(dòng)原理所記錄的一組動(dòng)模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 列舉了變壓器在各種狀況下滿足采樣值差動(dòng)條件的點(diǎn)數(shù)同時(shí)也給出了值表1 變壓器動(dòng)模實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表1 µµ編號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 側(cè) 相接地 側(cè) 相接地 側(cè)相接地 側(cè) 相間短路 側(cè) 相間短路 側(cè) 相間短路 側(cè) 相接地 側(cè) 相接地 側(cè) 相接地 側(cè)三相短路 側(cè)三相接地短路 側(cè) 相間短路 側(cè) 相間短路 側(cè) 相間短路 側(cè)三相短路 側(cè) 相匝間短路短路匝比側(cè) 相匝間短路短路匝比空載合閘 空載合閘 空載合閘 空載合閘 空載合閘 空載合閘 空載合閘 空載合閘空載合閘

10、注 分別為 相滿足采樣值差動(dòng)的點(diǎn)數(shù) 分別為 相 的值從表 中可以看出 對(duì)于變壓器內(nèi)部故障 除輕微的匝間短路外 其比值一般較大 均滿足 此時(shí)滿足采樣值差動(dòng)的點(diǎn)數(shù) 而在發(fā)生匝間短路 且短路匝數(shù)比較小時(shí) 值會(huì)相對(duì)變小 如編號(hào) 若仍取 作為采樣值差動(dòng)出口定值 則有可能造成拒動(dòng) 編號(hào) 中滿足動(dòng)作條件的點(diǎn)數(shù)只有 點(diǎn) 此時(shí)若相應(yīng)地減小值則可大大提高保護(hù)的靈敏度對(duì)于勵(lì)磁涌流而言 由于受合閘角和剩磁的影響 其比值具有較大的分散性 但總體而言 對(duì)于相同的比值 勵(lì)磁涌流由于受間斷角的影響 其滿足采樣值差動(dòng)條件的點(diǎn)數(shù)要小于內(nèi)部故障 如編號(hào) 與編號(hào) 前者為變壓器低壓側(cè) 相間短路 后者為變壓器空載合閘產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流 兩者

11、的值非常接近 但滿足采樣值差動(dòng)動(dòng)作條件的點(diǎn)數(shù)卻相差很大 基于這種原因 采用自適應(yīng)方法后 不會(huì)因值的變小而導(dǎo)致勵(lì)磁涌流時(shí)的誤動(dòng)針對(duì)上述數(shù)據(jù) 考慮一定的裕度 可假設(shè) 時(shí) 1 時(shí) 1 時(shí) 具體應(yīng)用時(shí)需進(jìn)行整定計(jì)算 此處僅舉例說明一下 則可在確保閉鎖勵(lì)磁涌流的前提下 保證輕微匝間短路時(shí)保護(hù)可靠動(dòng)作另一方面 對(duì)于值的確定 可以由以下思路進(jìn)行整定參考圖 可以得出 要保證故障正弦波能滿足 取 的條件 考慮最嚴(yán)重的情況 由于采樣點(diǎn)相位的影響 須滿足 但必須指出 圖 中的分析僅針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)正弦波 未考慮波形畸變和非周期分量的影響尤其是非周期分量 使得內(nèi)部故障電流波形偏于時(shí)間軸一方 導(dǎo)致在波形過零點(diǎn)附近可能連續(xù)幾點(diǎn)不

12、滿足采樣值差動(dòng)動(dòng)作條件這一點(diǎn) 從圖 編號(hào) 實(shí)驗(yàn)記錄的變壓器三相差流波形可以看出 由于是 相匝間故障 所以只有兩相差流較大觀察其大小和波形可以發(fā)現(xiàn) 存在明顯的非周期分量 導(dǎo)致電流波形偏于時(shí)間軸一方 同時(shí) 其峰值已滿足 的條件 但從表 可以看出 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 此時(shí)滿足采樣值差動(dòng)的點(diǎn)數(shù)達(dá)不到 取 的動(dòng)作要求究其原因 就是因?yàn)榉侵芷诜至坑绊懯沟貌盍鞑ㄐ卧谶^零點(diǎn)附近 圖 中的第 點(diǎn) 連續(xù)幾點(diǎn)都不滿足動(dòng)作條件為此 在考慮值的整定時(shí) 需要考慮一定的裕度 否則無法起到提高靈敏度的效果對(duì)表 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 可以發(fā)現(xiàn)前面所說的 值的選取可以滿足靈敏度和可靠性的要求結(jié)語針對(duì)變壓器保護(hù)采用采樣值差動(dòng)存在的靈敏度下降問題 將自適應(yīng)原理用于采樣值差動(dòng) 可在保證勵(lì)磁涌流不誤動(dòng)的前提下 大大提高采樣值差動(dòng)的靈敏度動(dòng)模數(shù)據(jù)分析表明 該法與固定滿足采樣值差動(dòng)點(diǎn)數(shù)的采樣值差動(dòng)相比 具有較大的優(yōu)越性參考文獻(xiàn)胡玉峰 陳德樹 尹項(xiàng)根 ÷ 采樣值差動(dòng)及其應(yīng)用 ° ° 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 ° 胡玉峰 陳德樹 基于采樣值差動(dòng)的勵(lì)磁涌流鑒別方法中國(guó)電機(jī)工 程學(xué)報(bào) ° 陳德樹 馬天皓 劉 沛 等 ×采樣值電流差動(dòng)微機(jī)保護(hù)的一些問題 ° ° 電 ° 力自動(dòng)化設(shè)備 ° 王維儉 侯炳蘊(yùn) 大型機(jī)組繼電保護(hù)理論基礎(chǔ) × ×&