基于波形识别的变压器自适应制动比率差动保护原理

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1、第26卷第23期Vol.26No.232002年12月10日Dec.10,200237基于波形识别的变压器自适应制动比率差动保护原理徐习东,颜伟林(浙江大学电机系,浙江省杭州市310027)摘要:带多段折线或非线性特性的比率差动保护引起了广泛的关注,其中三折线比率制动特性的差动保护已在变压器保护中得到了应用,但是,如何整定各段折线拐点及非线性特性依然是一难题。文中分析了差动不平衡电流、电流互感器(TA)饱和、TA传变误差及波形相关系数之间的关系,并通过大量的仿真计算,得到了TA传变误差与相关系数的比率关系,在此基础上,提出了一种根据波形相关系数自动调

2、整制动比率特性的变压器差动保护原理。关键词:变压器差动保护;比率差动保护;TA饱和;相关系数中图分类号:TM7720引言i2

3、,还与二次负载等有关。由于在现场很难获动特性的优点是兼顾了区外故障TA严重饱和时保得实际的TA负载等参数,难以计算由于TA饱和护的可靠性及重负荷下内部轻微匝间短路时的灵敏而产生的不平衡电流,因此,比率制动曲线与TA误度。当内部轻微匝间短路时,穿越电流有限,采用较差产生的实际不平衡电流配合困难。小的制动系数,可提高差动保护的灵敏度。当高压侧为一个半断路器接线方式时,高压侧外部短路电流很大,TA在很大外部短路电流作用下可能深度饱和,因此有必要提高第3折线的斜率K,根据文献[3],K可取0.5～0.7。但是,由于TA饱和程度不仅与一次电流的大小有关,还与一

4、次电流中非周期分量的大小、一次系统的时间常数、TA二次负载及TA铁心特性有关。因此,如何整定第2拐点的位图1TA等效电路图置,是三折线保护的关键。Fig.1EquivalentcircuitofacurrenttransformerTA的传变误差随着TA饱和程度的不同而变化,因此采用不同的比率制动系数对应不同的传变设短路时折算到二次侧的一次暂态电流表达式误差,显然能提供更好的保护性能。文献[4]中的非为:-töT线性制动(双曲线型)式差动保护原理就是基于这一i1=-I1mcos(Xt+A)+(I1mcosA)e1(1)[7]设想而提出的,然而如何使这

5、一曲线与TA误差配TA饱和可以按照下述方法分为3种情况:合也是一个难题。为此,本文提出了一种基于波形比a.当短路初相角A=90°时,cosA=0,即非周期分量为0,若激磁电流超过临界电流值,此时TA较法的自适应比率制动差动保护原理。处于交流饱和状态,二次电流波形如图2(a)所示。1TA饱和时二次电流波形特点b.当A=0°时,cosA=1,非周期分量最大,若激磁电流超过临界电流值,此时TA处于直流饱和TA等效电路如图1所示。图中,i1为折算到二状态,二次电流波形如图2(b)所示。次侧的一次侧电流,由于存在激磁电流iL,二次电流c.在其他情况下,TA可能

6、既处于交流饱和状态又处于直流饱和状态,可称为混合饱和,二次电流收稿日期:2002203219;修回日期:2002209202。波形如图2(c)所示。图3为此情况下TA一次电流、38二次电流和激磁电流的波形。于直流饱和状态时,激磁电流单向剧增,因此二次电流波形只有一侧发生缺损。当TA处于混合饱和状态(如图3)时,激磁电流双向剧增,但剧增幅度不同,因此,二次电流波形也表现为双向缺损,正负向缺损大小不同。2波形相关性原理和分析波形相关性原理通过计算两段波形的相关系数来提取波形特征,对于判别故障电流是否发生畸变[8]有非常好的效果。由于在P(极值)点后TA进

7、入饱和,二次电流波形i2出现缺损,P点前后1ö4周期的波形是不对称的(如图2所示)。随着TA电流传变误差的增加,这种不对称性将会更加明显。因此,可通过计算P点前后1ö4周期波形的相关系数来判别TA饱和程图2TA饱和时二次电流波形Fig.2Secondarycurrentwaveformsof度,并由此估计TA传变误差大小。currenttransformersaturation设P点时刻为t0,x(t)是P点前1ö4周期波形,t0-Pö2≤t≤t0;x′(t)为P点后1ö4周期波形,t0≤t≤t0+Pö2;对x′(t)进行如下变换。设S=t0+Pö2

8、-t,y(S)=x′(t0+Pö2-S),即y(S)为x′(t)关于t0点的对称波形。令Tö44E(x)=x