[发明专利]变压器故障鉴别保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器故障鉴别保护方法，尤其涉及一种应用在特高压电网中大型变压器的基于广义瞬时功率波形特性的变压器故障鉴别保护方法。

背景技术

大型变压器作为特高压和超高压系统的核心元件之一，对其数字保护的速动性和可靠性都提出了更高的要求。但是，长期以来变压器保护的正确动作率一直偏低，变压器差动保护本身存在原理上的缺陷，其正确动作与否的关键仍然是区分励磁涌流和内部故障电流。传统的励磁涌流鉴别方法，如：二次谐波制动原理、间断角原理等，都是采用单一的电流信息作为鉴别的依据，且至少需要一个周波的数据才能做出判断，很难适应现代大型变压器主保护对速动性和可靠性的要求。虽然近年来，继电保护研究人员提出了众多的新原理，如磁通特性原理(刘玉欢，陆于平，袁宇波，等.基于磁制动原理的特高压变压器励磁涌流快速识别[J].中国电机工程学报，2007，27(34)：52-58.)、数学形态学法(Lu,Z.,Tang,W.H.,等.一种基于形态学方法的变压器励磁涌流识别.IEEETrans.onPowerDel.,2009,24(2):560-568.)等，但都存在着各种各样的问题，其差别只是误动的概率不同，距离现场实际应用还需进一步的理论研究，因此研究新型快速大型变压器保护原理显得十分迫切。

随着特高压电网的发展，由于特高压系统固有的特点，对变压器继电保护带来了不同的影响和诸多挑战：

1)为了提高输电线路的自然功率，特高压输电线路常采用多分裂导线，线路的分布电容较大，具有很大的容性充电电流，故在系统中一般接入电抗器加以补偿，在系统发生故障和操作过程中，相关电气量的暂态过程更加明显且衰减较慢(张武军，何奔腾，沈冰.特高压带并联电抗器的行波差动保护[J].中国电机工程学报，2007，27(10):5661)，这对差动保护的算法提出了新的要求。

2)特高压系统中分布电容产生的电容电流较大，会影响差动保护的可靠性和灵敏度。在变压器空载合闸、区外故障切除、重合闸等暂态过程中，受系统中并联电抗的影响(J.FaizandS.Lotfi-Fard.一种新型的基于小波变换的电力变压器励磁涌流和内部故障识别算法[J].IEEETrans.PowerDelivery,2006,21(4):1989-1996.)，电流很容易产生畸变，变压器两侧的电流相位有较大的偏差，对差动保护带来严重的影响。同时分布电容引起暂态电流中含有很高的高频分量，区外故障不平衡电流很大，更容易引起差动保护的误动。

3)对于特高压大型变压器保护而言，由于铁芯材料的改进以及变压器结构的改变，其励磁特性更为复杂，需要研究更加完善的保护方案。同时，特高压系统发生故障时，故障电流中的高次谐波成分增加，使得基于谐波制动原理的变压器保护在内部故障时延迟了保护的动作时间，影响到保护动作的快速性(X.Lin,Jin.Huang,等.基于二次谐波制动原理的特高压电力变压器差动保护原理的电磁暂态分析和适应性[J].IEEETrans.onPowerDelivery,2010,25(4):2299-2307.)。

4)由于特高压系统中串联补偿电容和并联补偿电抗的影响，其非周期分量衰减很慢以及非整次谐波含量的存在，对大型变压器保护的数字滤波算法，特别是短窗数字滤波算法产生很大的影响，进一步影响了保护的动作速度。

5)随着数字化变电站建设的逐步展开，基于IEC61850标准的二次设备得到了广泛应用。电子公式互感器及MU的延时不能完全消除，进一步延长了变压器差动保护的动作时间(徐广辉，李友军，王文龙，等.数字化变电站IED采样数据同步插值的设计[J].电力系统自动化，2009，33(04)：49–5)。

电力系统的迅速发展以及电压等级的不断升高对变压器保护的安全性、快速性和灵敏性提出了更高的要求。尤其是特高压大型变压器作为电力系统中电能传送的关键枢纽，造价昂贵，一旦因发生故障遭到损坏，其检修难度大、时间长，会造成惨重的经济损失。此外，大型变压器的铁芯工作在较高的磁化特性曲线处，距离铁芯饱和点很近，铁芯更容易饱和。所以，研究动作速度快，灵敏性和可靠性高的新型变压器保护方法具有十分重要的理论意义和实用价值。