[發明專利]利用變壓器繞組振動識別變壓器勵磁涌流的方法

無效

• 申請號: 201310033050.5
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103149470A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 李娟
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01H11/08
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技術領域

本發明涉及電力變壓器的勵磁涌流及磁路飽和的識別，屬于電力變壓器狀態監測及繼電保護領域，可用于構成變壓器差動保護新原理和判據。本發明適用于發電廠升壓變壓器、輸配電系統的變壓器的勵磁涌流識別，既可直接用于變壓器主保護，也可用于變壓器運行狀態在線監測。

背景技術

電力變壓器是電力系統的關鍵設備，實現不同電壓等級的能量傳遞和轉換。在發電廠側實現電壓升高并連接到輸電網，在電網側實現能量在不同電壓等級的傳輸和用電。電力變壓器的故障不但會燒毀變壓器，更會直接導致大面積停電或電力送出受限。變壓器采用電流差動保護作為主保護，而變壓器差動保護的核心技術是靈敏、可靠地區分勵磁涌流和短路電流。現有的識別勵磁涌流的方法主要是通過變壓器原邊、副邊電流的差動電流波形來識別，具體原理和方法主要包括幾類：1)計算差動電流中二次諧波分量的比例，當比例達到一定數值，認為發生勵磁涌流；2)識別差動電流中的間斷角的大小，認為電流波形在過零點附近存在較長時間，形成的間斷角達到一定數值時，判為勵磁涌流；3)識別差動電流波形上下半波的對稱性，認為去除分周期分量的差動電流波形上下半波存在較大不對稱時，則判為勵磁涌流；4)引入原邊、副邊的電壓量計算勵磁電抗，認為當勵磁電抗發生較大突變時，判為勵磁涌流。完全從差動電流波形特征中識別勵磁涌流的原理受一次電流互感器和二次電流互感器的傳變特性影響。現有原理未能十分有效地實現對電力變壓器勵磁涌流的識別，在工程中仍然存在識別錯誤導致的變壓器保護拒動和誤動。

電力變壓器產生勵磁涌流的根本原因在于其磁路飽和。電力變壓器的制造工藝非常復雜，大型電力變壓器具有磁通密度越來越大、變壓器越來越接近于飽和臨界點運行的技術趨勢。電力系統的故障和操作導致的電壓驟變都可能導致變壓器的磁路飽和，進而產生勵磁涌流。變壓器勵磁支路的磁通由穩態磁通和暫態磁通組成，穩態磁通相對穩定，暫態磁通是引發磁路飽和的關鍵。當總磁通超過變壓器鐵芯的飽和磁通后磁路飽和，開始出現勵磁涌流。

磁路飽和產生勵磁涌流的同時，也引發變壓器繞組受瞬時電動力激勵下的振動。在現有的識別勵磁涌流的技術中，繞組振動特征被忽略了。本發明提出利用磁路飽和引發的繞組振動特征識別勵磁涌流。變壓器繞組的電動力與繞組中流過的電流和磁通密度成正比，在勵磁涌流過程中，電流最大驟增到負荷電流的6-8倍，同時磁通密度大幅提高，這兩個因素都導致繞組電動力的增大，直接驅動變壓器繞組振動強度驟增。另一方面，變壓器的繞組和鐵芯的制造工藝使得繞組機械結構較為理想，與發電機定子繞組工藝相比，通常變壓器不容易產生繞組松動，這使得變壓器繞組振動具有更好的一致性。通過檢測繞組振動識別磁路飽和以及勵磁涌流，相對于其他通過勵磁涌流電流波形特征的識別方法具有更清晰的物理概念和魯棒性，是一種全新的監測方法。該方法的核心技術要點在于：1)如何快速地識別出振動特征；2)如何濾除振動信號中的噪聲，做到可靠識別。勵磁涌流和短路電流一樣，是變壓器運行中突然發生的電磁現象，需要快速檢測并準確識別勵磁涌流才能應用于變壓器差動保護的涌流閉鎖。這點不同于旋轉機械振動故障診斷的技術和算法，因此需要通過快速識別振動測量中的突變，利用有限的振動數據采集提取特征分量來識別。

發明內容

本發明涉及電力變壓器的勵磁涌流識別，公開了一種獨立于變壓器電流的、僅依靠變壓器繞組振動的實時特征識別變壓器勵磁涌流的方法及其算法。該方法利用變壓器磁路飽和導致的繞組電動力特征的變化，從變壓器繞組的多個位置采集繞組振動信號，提取振動信號的多模態特征，利用振動特征模態的相對比例判別勵磁涌流。特征模態選擇振動信號中的50Hz模態、100Hz模態以及150Hz模態，其中50Hz模態對應磁路中的直流偏磁、150Hz模態對應勵磁涌流中的二次諧波電流。此外本發明采用一個工頻周期內的振動短時窗數據作為計算輸入，利用短時窗數據的多周期延拓和窄帶無限沖擊響應濾波算法的配合實現窄帶模態特征提取，從而在一個工頻周期時間內快速識別勵磁涌流，并具有理想的抗干擾能力和魯棒性。本發明直接反映電力變壓器的磁路飽和及磁通的偏置直流分量，具有理想的識別勵磁涌流的靈敏度、實時性和可靠性。