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1、第38卷第18期Vol.38No.182014年9月25日Sept.25,2014DOI:10.7500/AEPS20130831009基于能量信息的变压器励磁涌流识别方法黄少锋,申洪明,刘欣,赵远(新能源电力系统国家重点实验室,华北电力大学,北京市102206)摘要:目前电力变压器差动保护的主要问题仍是如何准确识别励磁涌流与内部故障。励磁涌流中包含大量谐波分量,各谐波分量除幅值、频率信息之外还包括能量信息。文中基于Prony算法给出了一种能量表达式,在此能量表达式下发现变压器内部故障时基波的能量与二次谐波能量之比远大于励磁涌流时基波能量与二次谐波能量之比,因此可以利用此特征区分励磁涌流和内
2、部故障。最后仿真验证了该方法的有效性及与传统识别方法相比所具有的优势。关键词:Prony算法;内部故障;励磁涌流;谐波能量;变压器;差动保护0引言涌流时,其二次谐波的幅值较大;内部故障时二次谐波幅值较小。衰减速度方面,励磁涌流时二次谐波电力变压器是电力系统中十分重要的供电设[6]的衰减速度与基波的衰减速度相当;而内部故障备,变压器发生故障将对供电的可靠性和系统的正时二次谐波衰减速度远远大于基波的衰减速度。基常运行带来严重的影响,因而人们对变压器保护进于上述特点提出了二次谐波制动原理。但二次谐波行了大量研究。但变压器保护的正确动作率一直不制动原理仅比较二次谐波与基波的幅值,并未对衰太理想。对于
3、目前普遍应用的变压器差动保护而减速度进行比较。言,如何有效避免励磁涌流引起的差动保护误动一[1-6]通过上面的分析可以看出,励磁涌流时二次谐直是研究的热点。波无论在幅值还是衰减速度方面都与内部故障时相现有的励磁涌流识别方案包括二次谐波制动原[1]差较大。因此构建一个既包含幅值信息,又包含衰理和间断角闭锁原理。但这两种方案都存在弊减信息的指标,将会更加容易区分励磁涌流和内部端,如系统中二次谐波含量减小时,将导致二次谐波故障。下面基于Prony算法构建能量表达式,利用制动原理失效;随着无功补偿装置的影响,变压器能量的信息识别励磁涌流和内部故障。内部故障时,二次谐波含量可能达到15%左右。另1.2
4、Prony算法外某些情况下,三相涌流的间断角将会消失或者变Prony算法的基本原理是使用一系列指数函数得很小,也会导致基于间断角原理的涌流闭锁算法的线性组合来描述等间隔采样数据的数学模型,非灵敏度下降。常适合分析电力系统暂态变量,已在电力系统中得本文基于Prony算法给出了一种能量表达式,[7]到广泛应用。Prony算法采用的数学模型为一组在此表达式下变压器在不同状态下各次谐波分量的能量有很大的差异。其中,内部故障时基波的能量p个具有任意幅值、相位、频率与衰减因子的指数函[8]数,其离散时间的数学形式为:与二次谐波能量之比远大于励磁涌流时基波能量与p二次谐波能量之比。通过设定一个合理的门槛值
5、,nx′(n)=∑bizi(1)利用基波能量与二次谐波能量之比就能很好地识别i=1θji(2)出励磁涌流和内部故障。该方法在励磁涌流二次谐bi=Aie(α)Δt波较低、内部故障二次谐波较高时也能正确识别。zi=ei+j2πfi(3)式中:n=0,1,…,N-1,N为一周期采样点数;bi,1新判据的基本原理zi为复数;fi为信号频率,既可以是50Hz的整数1.1不同工况下电流特征分析倍,也可以是非整数次倍;Δt为采样间隔;Ai,θi,αi相对于基波而言,幅值方面,当变压器发生励磁分别表示信号的幅值、相位、衰减因子。全周期傅里叶算法中除衰减的直流分量外,认为其余分量的αi收稿日期:2013-08
6、-31;修回日期:2014-01-05。都为0,即其余的分量都是不衰减的,但Prony算法—110—·研制与开发·黄少锋,等基于能量信息的变压器励磁涌流识别方法认为其余分量也是衰减的。因此,Prony算法更加在特殊工况下,励磁涌流时二次谐波的含量可准确。fi,Ai,θi,αi可以通过一定的算法分别予以能相对较低,而内部故障时二次谐波含量相对较高。求解,限于篇幅,在此不再赘述。但励磁涌流时二次谐波衰减较慢,而内部故障时二定义能量Ei的大小为:次谐波衰减速度很快。考虑到能量不仅仅与幅值有N-1关,而且也与衰减速度相关,所以励磁涌流时二次谐2(eαinΔt)2(4)Ei=Ai∑波能量与基波能量的比
7、值仍然大于内部故障时二次n=0式(4)中的未知量可以通过Prony算法求出[9]。谐波与基波的比值。即在对保护最不利的工况下,通过式(4)可知,能量不但与信号的幅值有关,而且新判据仍然成立。与信号的衰减因子有关,是一个关于时间的累积量,3MATLAB仿真分析本文定义其为具有能量信息的无量纲变量。3.1仿真模型2新的涌流识别方法的提出本文基于MATLAB进行仿真验证。仿真模型如图1所示。变压器为饱和三相变压器,
