[发明专利]一种基于耦合电感端口特性的变压器内部故障识别的测后模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于耦合电感端口特性的变压器内部故障识别的测后模拟方法，属于变压器继电保护技术领域。

背景技术

随着越来越多的超高压远距离输电系统在我国建成运行以及正在建设的特高压输电系统投入运行，系统中的大容量超高压、特高压变压器将日益增多，对变压器保护的可靠性和快速性提出了更高的要求。资料显示，目前220kV及以上的变压器保护正确动作率（70~80%）远低于线路保护的正确动作率(99.07%)，因此迫切需要对变压器保护做进一步的研究、发展和完善。

在变压器差动保护中，如何区分励磁涌流与内部故障电流是一个固有的、不可回避的难题。目前，不依赖于励磁涌流波形特征的保护方案主要有磁通特性识别法、等值电路参数鉴别法、基于变压器模型的算法等。以上各原理完全跳出了差动保护的框架，避免了励磁涌流的影响，但依旧存在很大不足。但凡用到电流、电压两个电气量的保护都需要已知变压器两侧绕组参数，需引入复杂的参数辨识方法，易引起数值振动等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提高变压器正确、快速地识别区内外故障的能力，提出一种基于耦合电感端口特性的变压器区内外故障测后模拟识别方法。

本发明的技术方案是：一种基于耦合电感端口特性的变压器内部故障识别的测后模拟方法，当含变压器的输电系统发生故障时，在短时间窗内，分别实测变压器一次侧出线端和二次侧出线端的电压u₁、u₂和电流i₁、i₂，根据变压器的电磁耦合关系，模拟计算二次侧出线端的电压                                                ，再将二次侧出线端的模拟电压与实测电压u₂的波形相比较，计算出二者波形的相关系数r，根据两者波形的相似程度即相关系数r的大小识别变压器是否发生内部故障。

本方法的具体步骤如下：

（1）当含变压器的输电系统发生故障时，在短时间窗内，分别实测变压器一次侧出线端和二次侧出线端的电压u₁、u₂和电流i₁、i₂，根据理想变压器（即无损耗条件下，通常变压器绕组电阻值较小，可忽略不计，即认为r₁=r₂=0）的电路模型，分析得到耦合电感端口特性的电压-电流方程（电压-电流为关联方程）：

                              （1）

                              （2）

式中， L₁₁、L₂₂为各侧绕组自感，L₁₂为互感，联立式（1）、式（2）并消去互感L₁₂，得到模拟计算二次侧出线端电压的计算公式如下：

                          （3）

其中，，式中i_mi为励磁电流，ω为角频率；

根据上述公式模拟计算二次侧出线端的电压；

（2）计算二次侧出线端的模拟电压与实测电压u₂波形的相关系数r：

                             （4）

式中，k=1、2、3...... Ｎ，Ｎ为短时窗内的采样数据长度； 

（3）根据计算出的相关系数r，识别变压器是否发生内部故障；

当r≤0时，为变压器区内故障；

当r>0时，为变压器区外故障。

所述测量变压器一二次侧出线端电压、电流时，短时间窗的长度为5ms，采样频率为20kHz。

本发明的原理是：

1、基于耦合电感的理想变压器模型

以单相变压器为例，其无损耗变压器的电路模型如图4，根据耦合电感电路的计算方法，其磁通链方程为

                                  （1）