【導(dǎo)讀】變壓器容量的大小和鐵芯飽和程度軼芯的剩磁以及合閘時(shí)的相角等因素有關(guān)。件下，還可能會(huì)引起電力系統(tǒng)諧振，產(chǎn)生過(guò)電壓。變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作正確率長(zhǎng)期偏低的一個(gè)主要原因是勵(lì)磁涌流的存在。涌流有很多方法，由于受變壓器鐵芯材料磁飽和點(diǎn)的降低、TA暫態(tài)飽和等諸多因素的影響，其可靠性可能大幅降低。因此有待研究一種可靠性更高的識(shí)別，抑制勵(lì)磁涌流的新方法。所產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)進(jìn)行分析。并且對(duì)于這些方法進(jìn)行仿真分析，確實(shí)這些方確實(shí)簡(jiǎn)單易行。

　　

【正文】 用還有一定的距離。主要有以下三個(gè)原因：（ 1）要想獲得好的檢測(cè)效果，則要求信號(hào)的采樣率較高，同時(shí)算法本身計(jì)算量也很大，這對(duì)保護(hù)的軟硬件提出了很高的要求，目前還很難達(dá)到。（ 2）算法本身受系統(tǒng)諧波的影響較大，必須提高其抗干擾能力。（ 3）相關(guān)研究人員對(duì)小波變換的認(rèn)識(shí)還不夠深入，將其應(yīng)用到涌流檢測(cè)還停留在比較初步的階段，需要對(duì)其進(jìn)一步的分析研究。 基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)提取涌流的方法 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)是一門新興的學(xué)科，它包括兩種基本 運(yùn)算 :腐蝕和膨脹，并由這兩種運(yùn)算進(jìn)一步拓展外開(kāi)運(yùn)算和閉運(yùn)算，這兩種運(yùn)算具有濾波的功能，開(kāi)運(yùn)算可以抑制采樣信號(hào)中的峰值噪聲，而閉運(yùn)算可以抑制采樣信號(hào)中的低谷噪聲。在此基礎(chǔ)上，利用這兩種形態(tài)算子的不同組合方式可以構(gòu)造出不同形式的形態(tài)濾波器，使信號(hào)的特征更加明顯，目前被廣泛應(yīng)用于數(shù)字圖像識(shí)別和邊緣檢測(cè)中。近年來(lái)，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)也被電力研究人員引入到電力系統(tǒng)相關(guān)研究中，文獻(xiàn)【 28】提出了一種利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理識(shí)別勵(lì)磁涌流的新方法，作者數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)基本原理的基礎(chǔ)上，利用 Top Hat 算子和 BotomHat 算子構(gòu)造出一種 采樣信號(hào)峰谷檢測(cè)器，利用此檢測(cè)器可以準(zhǔn)確的提取采樣信號(hào)的峰谷點(diǎn)。對(duì)于變壓器非對(duì)稱性涌流，一周波數(shù)據(jù)窗內(nèi)只能檢測(cè)到信號(hào)的波峰點(diǎn)，而檢測(cè)不到波谷點(diǎn)，而對(duì)稱性涌流和故障電流能同時(shí)檢測(cè)到峰谷點(diǎn)，這樣就可以先將非對(duì)稱性涌流識(shí)別出來(lái)，然后再利用對(duì)稱性涌流和故障電流在形態(tài)梯度上的差異進(jìn)行區(qū)分，具有特征明顯、計(jì)算量小、抗 TA 飽和能力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前此種方法還屬于探討階段，離實(shí)際應(yīng)用還有一定的距離。 基于電流電壓識(shí)別勵(lì)磁涌流的方法 傳統(tǒng)的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別方法一般是僅利用變壓器的某一個(gè)電氣量 (電流或電壓 )來(lái)進(jìn)行勵(lì) 磁涌流和故障電流的鑒別。而單純地利用電流判據(jù)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，它只能從電流的波形特征中找到一些區(qū)別于內(nèi)部故障的特征，但不免存在一定的局限性。變壓器是通過(guò) 18 電磁禍合的方式進(jìn)行電能傳輸和轉(zhuǎn)換的，就其本質(zhì)而言，是一個(gè)時(shí)變的非線性系統(tǒng)，因此，僅僅運(yùn)用單一的電氣量難以完整地描述鐵芯的狀態(tài)特征。由于變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜的電磁暫態(tài)過(guò)程，考慮磁的特性可以通過(guò)測(cè)量電壓來(lái)反應(yīng)。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者提出了一系列的基于電流電壓的判據(jù)，包括磁通特性、回路電壓方程、差有功法、電路參數(shù)辨識(shí)等方法。實(shí)際應(yīng)用這些判據(jù)要增加電壓互感器 TV，下面將 分別闡述。 磁通特性判別方法 文獻(xiàn)【 29】提出了一種利用內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流時(shí)變壓器磁鏈一差流曲線的差別，來(lái)構(gòu)成磁通特性的識(shí)別方法。下面描述一下其基本原理 :設(shè) ?lL 二為變壓器原邊漏感，忽略繞組電阻后可得變壓器互感磁鏈 ? 與繞組端電壓 u和繞組電流 i的關(guān)系： dtdiLudtd l /./ ?? ?? （ ） 如圖 (21) 為經(jīng)試驗(yàn)所得的差動(dòng)電流與變壓器磁鏈關(guān)系曲線，由圖可見(jiàn)，當(dāng)變壓器產(chǎn)生涌流時(shí) (1, 2 曲線 )，無(wú)論變壓器剩磁大小如何，在變壓器未飽和時(shí)，斜率 ddid /? 都比較大，在變壓器進(jìn)入飽和區(qū)域時(shí)， ddid /? 很小， di?? 勵(lì)磁特性曲線圖 21 idid ?/? 關(guān)系曲線圖 22 因此 ddid /? 隨著 di 得變化在大值和小值間周期性的變化 。而對(duì)于變壓器 內(nèi)部故障狀態(tài) ((3 曲線 )， ddid /? 基本不變且數(shù)值較小。 根據(jù)上述特征，可以確定兩個(gè)區(qū)域，如圖 22 所示，區(qū)域 B 反應(yīng)變壓器內(nèi)部故障和飽 19 和狀態(tài) 。區(qū)域 A為非飽和運(yùn)行狀態(tài)。變壓器故障時(shí)， ddid /? 處于區(qū)域 B，而變壓器空 載合閘出現(xiàn)涌流是 ddid /? 則在區(qū)域 A與 B交替出現(xiàn)，在利用此特征進(jìn)行涌流檢測(cè)時(shí)，設(shè)一個(gè)計(jì)數(shù)器 Kc，若 ddid /? 位于區(qū)域 B 內(nèi)，則加 1。若 ddid /? 位于區(qū)域 A，則減 1。由前面分析可知，對(duì)于變壓器故障 Kc單調(diào)增加。因此，得到下面判據(jù) : setKK CC .? （ ） 其中 setCK. ，為整定值。當(dāng)判據(jù)成立時(shí)，判別為變壓器勵(lì)磁涌流。 該方法由于計(jì)及了勵(lì)磁涌流時(shí)變壓器鐵芯飽和，深入到勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生原因而實(shí)現(xiàn)判別勵(lì)磁涌流的目的，因而具有一定的先進(jìn)性，但仍有不足 : （ 1）判據(jù)需要變壓器的實(shí)際磁化曲線及漏抗參數(shù)，這些參數(shù)的精確程度對(duì)涌流鑒別的影響還有待研究 。 （ 2）判據(jù)整定值 setCK. 需要通過(guò)試驗(yàn)確定，增加了整定的復(fù)雜性 。 （ 3）判別區(qū)域 A, B 的確定比較困難，特別是變壓器內(nèi)部輕微故障時(shí)， ddid /? 數(shù)值較大，幾乎可與正常運(yùn)行情況相比擬，這樣，區(qū) B范圍較大，而且 可能與區(qū)域 A重合 .從而導(dǎo)致判據(jù)失效失扮。 等值電路參數(shù)鑒別方法 在變壓器導(dǎo)納型等值電路中，可以通過(guò)檢 測(cè)對(duì)地導(dǎo)納參數(shù)的變化來(lái)鑒別變壓器的故障。在對(duì)變壓器各側(cè)繞組進(jìn)行歸一化后，可以用圖 23(a)的導(dǎo)納型等值電路來(lái)表示。其中圖23(b)為內(nèi)部故障等值電路，其中的 10Y 、 20Y 和 30Y 。分別為高、中、低三側(cè)線圈對(duì)地導(dǎo)納，ijY 為轉(zhuǎn)移導(dǎo)納 .[22] 20 (a) (b) 變壓器導(dǎo)納型等值電路型圖 23 此方法進(jìn)行研究時(shí)做了如下假設(shè)： （ 1） 鐵芯線圈的漏抗和空心線圈的漏抗相近。 （ 2） 鐵芯未飽和時(shí)，對(duì)地導(dǎo)納 10Y , 20Y , 30Y 幾乎為零。當(dāng)鐵芯飽和時(shí) 10Y ， 20Y ,30Y 又與空心變壓器的對(duì)地導(dǎo)納幾乎一致，且是一常量。 通過(guò)以上兩點(diǎn)假設(shè)，我們可以得到 : （ 1）當(dāng)發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí)，高壓繞組 30Y 。和低壓繞組 10Y 都大于零，而中壓側(cè)繞 組 20Y 。等于零或者略小于零。 （ 2）各個(gè)繞組的互導(dǎo)納與磁通密度和匝間短路數(shù)無(wú)關(guān)。 （ 3）故障繞組的對(duì)地導(dǎo)納是短路匝數(shù)的一個(gè)非線形函數(shù)，非故障繞組的對(duì)地 導(dǎo)納與故障匝數(shù)無(wú)關(guān)，是一個(gè)接近于零的常數(shù)。 因此可以通過(guò)計(jì)算 10Y ， 20Y ， 30Y 值的變化來(lái)區(qū)分故障。我們?cè)O(shè)定兩個(gè)門檻值 1K 和 3K ，所以給出了一個(gè)區(qū)別的判據(jù) : 若 : 330 KY ? 或者 110 KY ? ，則判定為內(nèi)部故障電流。 若 : 330 KY ? 或者 110 KY ? ，則判定為涌流。 其中 302021 , YYY 的數(shù)值可以用下面的式子計(jì)算得到 : 21 ? ?? ? 13121313212110 / YYdtudtuYdtuYIY ????? ?? ? () ? ?? ? 23212323121220 / YYdtudtuYdtuYIY ????? ?? ? （ ） ? ?? ? 32313232131130 / YYdtudtuYdtuYIY ????? ?? ? （ ） 該方法的優(yōu)點(diǎn)是速度快，一般可以在半個(gè)周波內(nèi)給出正確的判斷結(jié)果，同時(shí)在鑒別勵(lì)磁 涌流時(shí)，將不再用諧波判斷，而對(duì)內(nèi)部故障卻可以快速識(shí)別。 但該方法需要獲取變壓器漏電感參數(shù)，以求取 302021 , YYY 實(shí)時(shí)采樣得到的各相繞組電壓、電流值計(jì)算瞬時(shí)導(dǎo)納 Y10和 Y30 。整定較難。 基于變壓器模型的勵(lì)磁涌流識(shí)別方法 此類方法嚴(yán)格的說(shuō)不屬于涌流鑒別方法，而是屬于一類有別于差動(dòng)保護(hù)的新的變壓器保護(hù)原理，它擺脫了勵(lì)磁涌流和過(guò)勵(lì)磁電流的困擾，而是基于變壓器其原、副邊的互感器磁鏈平衡方程與原、副邊電壓關(guān)于電流、互感磁鏈的 方程，在消去互感磁鏈后，得到只含有原、副邊電壓、電流的線性模型，與鐵芯的非線性磁通無(wú)關(guān)。對(duì)于單相變壓器其表達(dá)式為 : ?????? ????? dtdiLiRkdtdiLiRuku 2222111121 .. ???? （ ）式中， ???? 21212121 ,, LLRRiiuu 分別為原、副邊電壓、電流、漏阻和漏感， k 為變壓器變比。 根據(jù)此關(guān)系式，引出兩種研究思路 : 由于式 (()是根據(jù)變壓器器正常運(yùn)行的 模型得到的，所以此等式適合外部故障、勵(lì)磁涌流及過(guò)勵(lì)磁情況 。只有內(nèi)部故障時(shí)，由于變壓器模型本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生了變化，等式則不成立。定義 : ?????? ?????? dtdiLiRkdtdiLiRuku 2222111121 .... ????? （ ） 當(dāng) set??? 時(shí)，判斷為變壓器內(nèi)部故障。其中 set? 為整定值。 利用變壓 器在正常運(yùn)行、勵(lì)磁涌流以及外部故障時(shí)結(jié)構(gòu)及某些參數(shù)不變，而內(nèi)部故障時(shí)結(jié)構(gòu)及參數(shù)會(huì)改變，來(lái)識(shí)別變壓器內(nèi)部故障。變壓器在正常運(yùn)行、外部故障、發(fā)生勵(lì)磁 22 涌流及過(guò)勵(lì)磁時(shí)，變壓器繞組的匝數(shù)和漏磁通所經(jīng)過(guò)的磁路均未發(fā)生變化，變壓器繞組的漏磁亦不會(huì)發(fā)生變化 。但當(dāng)變壓器繞組發(fā)生單相接地故障、各相繞組之間發(fā)生相間短路或單相繞組部分線匝之間發(fā)生匝間短路時(shí)，繞組電流通過(guò)的繞組匝數(shù)會(huì)發(fā)生變化，漏電感定會(huì)發(fā)生變化?；谶@一特征，可把變壓器繞組的漏感和電阻值是否發(fā)生變化作為區(qū)分內(nèi)部故障和正常運(yùn)行、外部故障、勵(lì)磁涌流情況的判據(jù)。當(dāng)然，也可 以把變壓器兩側(cè)繞組的電流、電壓作為輸出量，兩端繞組的電阻和漏感值作為待辨識(shí)的參數(shù)，構(gòu)成系統(tǒng)辨識(shí)的模型，然后利用相關(guān)系統(tǒng)辨識(shí)手段在線實(shí)時(shí)的進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)對(duì)辨識(shí)函數(shù)的要求比較高，需要計(jì)算量少、運(yùn)行速度快。 目前變壓器差動(dòng)保護(hù)相比，基于變壓器模型保護(hù)新原理無(wú)需進(jìn)行涌流識(shí)別，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(jiǎn)明。但要將其應(yīng)用到實(shí)際中還有一定的困難 : （ 1）變壓器內(nèi)部結(jié)果非常復(fù)雜，其等效電路參數(shù)只能通過(guò)外部試驗(yàn)獲得，對(duì)于原、副邊的漏電感 , 21 ?? LL 只能得到 ?? 21 LL ? ，而判據(jù)中一般都是利用假設(shè) ?? 21 LL ? 。來(lái)獲得漏感，而對(duì)于此假設(shè)的科學(xué)性，還有待于進(jìn)一步的研究。 （ 2）判據(jù)的整定比較困難，受多種因素的影響，一般都需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。 利用瞬時(shí)電感判據(jù)識(shí)別法 根據(jù)勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障時(shí)變壓器鐵芯導(dǎo)磁率變化情況的不同，應(yīng)用瞬時(shí)勵(lì)磁電感和等效瞬時(shí)電感的概念，提出了一 種行之有效的判別變壓器內(nèi)部故障與勵(lì)磁涌流的方法。見(jiàn)文獻(xiàn)【 29】 根據(jù)單相變壓器的 T型等效電路可以得到 : dtdiLirdtdiliru ???? ? ???? 11111 （ ） 式中 : 111 , iurL? 分別為原邊繞組漏感電阻、端電壓和電流 ??ir, 分別為勵(lì)磁電阻， 電流 。 ?L為瞬時(shí)勵(lì)磁電感。 若 ? 為原副邊的互感磁鏈，則 ?L 可表示為 : ???didL ? （ ） 當(dāng)空載合閘發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí)，變壓器鐵芯將交替經(jīng)歷飽和與非飽和過(guò)程，其勵(lì)磁電感 23 ?L 的瞬時(shí)值將隨勵(lì)磁涌流的瞬時(shí)值的變化而發(fā)生較大的變化，對(duì) ?L 進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，發(fā)現(xiàn)其中含有較大的基波分量，并且該基頻分量不會(huì)低于某一個(gè)值，通過(guò)該值的整定就可以鑒別勵(lì)磁涌流。 瞬時(shí)勵(lì)磁電感可以通過(guò)dtdiLiru kk 111 ??計(jì)算，其中 kr 為等效電阻， kL 為等效勵(lì)磁電感。忽略第一項(xiàng)，得到瞬時(shí)電感的計(jì)算表達(dá)式 : dtdiuLk /1? （ ） 該方案的優(yōu)點(diǎn)是 不需要變壓器的任何參數(shù)，只需要測(cè)量三相差流與原邊各相電壓。 [29] 多條件制動(dòng)判據(jù)方法 將二次諧波含量分成高低兩種含量定值，高定值配合確定的涌流狀態(tài)，保證此時(shí)變壓器處于空投狀態(tài) 。低定值配合其他的條件和狀態(tài)進(jìn)一步地判定。這樣保證了二次諧波達(dá)到正常值時(shí)，能按照傳統(tǒng)理論快速閉鎖差動(dòng)，而當(dāng)諧波很小，低于低定值時(shí)，可容易判定變壓器處于 (區(qū)內(nèi)或區(qū)外 )短路故障。當(dāng)諧波介于二定值之間時(shí)，多條件制動(dòng)將起作用。高低二次諧波含量判據(jù) : dzhII .2122 / ?? ?? ?? dzhII .2122 / ?? ?? ?? （ ） 其中 : 2? 為二次諧波制動(dòng)比 。 ?12 ,IIh 為二次諧波和基波分量 。 dzhdzh . ,?? .為二次諧波含量的高低定值。 當(dāng)檢測(cè)電流中的二次諧波含量介于高定值 ? 和低定值 ? 之間時(shí)