[发明专利]基于采样序列绝对值偏态分布的变压器励磁涌流鉴别方法

说明书

技术领域

本发明涉及变压器继电保护技术领域，具体涉及一种基于采样序列绝对值偏态分布的变压器励磁涌流鉴别方法。

背景技术

变压器是电力系统中十分重要的电气设备，电网中的电力变压器往往容量巨大，造价昂贵，必须由继电保护装置保证其安全、可靠运行。纵联差动保护灵敏度高，选择性好，工程中常作为变压器的主保护。但是，变压器的纵联差动保护需要避开流过差动回路的不平衡电流。

当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，差动回路中可能出现数值很大的励磁涌流。某些情况下，励磁涌流的大小甚至可与故障电流相比拟，变压器纵联差动保护难以通过比率制动避开此电流，保护将误动作。因此，正确鉴别励磁涌流，对纵联差动保护进行准确制动是保证变压器保护可靠动作的关键之一。

工程中主要利用二次谐波判据制动、间断角闭锁原理来防止励磁涌流造成差动保护误动作。但是，随着电力系统快速发展，长距离高压输电线路串补电容和各种新型无功补偿装置广泛存在，当发生严重内部故障时，谐振可能使故障电流中的二次谐波含量显著增大，容易导致二次谐波制动装置阻止差动保护的正确动作；现代变压器铁心材料的磁饱和点已大幅降低，励磁涌流的二次谐波分量最少仅为7％，此时，二次谐波判据将难以有效闭锁差动保护。此外，变压器铁芯材料不断改进，新型电力电子装置大量接入，也会使特定情况下的励磁涌流波形间断角变得很小，严重影响了间断角闭锁方法的可靠性。

针对上述问题，专家、学者们进行了广泛的研究，并提出了许多新型的励磁涌流鉴别方法。但是，这些方法种类繁多，性能各异，理论上还不够完善，性能上有待实践检验。例如，电感参数识别法、磁通特性法等，原理清晰，效果优良，但需获取电压信息，使保护硬件配置复杂，且容易受电压互感器饱和或二次回路断线影响而退出运行；小波分析法、波形分布特征法等，仅依据电流波形信息即可正确区分励磁涌流与故障电流，但对采样率要求高，对数据的处理过程复杂，不利于现场装置实现；积分面积比较法辨识励磁涌流，拥有计算简单、不受高次谐波影响的优点，但需测算变压器投入时刻，且投入时刻的计算误差容易导致方法失效。

事实上，变压器励磁涌流与非励磁涌流的采样数据取绝对值后，其数值分布存在很大差异：

(1)变压器的非励磁涌流(内部故障电流、外部故障电流、负荷电流等)为正弦信号或准正弦信号，其导数为余弦函数，所以，在波峰处其导数为零，在过零点处其导数达到最大，并且导数随信号波形缓慢变化。不难发现，正弦曲线波峰附近，导数较小，采样点分布也较为稠密；而正弦曲线过零点附近，导数较大，采样点分布较为稀疏。如图2(a)所示，正弦(或准正弦)电流信号波形采样数据取绝对值后，其数值分布稠密区位于数值分布稀疏区的上方，呈负偏态。对变压器差动电流进行以指定的采样频率进行采样，取1个工频周期(即0.02秒)内的采样数据进行分析、处理，根据偏态分布系数计算公式计算的偏态分布系数小于0。

(2)励磁涌流波形有多种显著特征，都影响着采样点的分布。间断角特征将使采样点数据在间断角处分布十分稠密；涌流波形也往往偏向时间轴的一侧，使波形在靠近时间轴处变化缓慢，形成了另一个采样点稠密分布区。此外，涌流具有尖顶波特征，虽然在波峰处导数也为零，但因其为尖顶波，导数急剧变化，采样点也会较为稀疏；从机理方面也可以得到印证，因为涌流尖顶波归根到底是由正弦信号经非线性励磁曲线传导而来的，而励磁曲线过拐点后斜率变得很小，形成涌流的尖顶波，所以涌流尖顶波处采样点可看作正弦信号采样点的分散(或稀释)，涌流信号在尖顶波处采样点分布自然比较稀疏。如图2(b)所示，变压器励磁涌流信号波形采样数据取绝对值后，其数值分布稠密区位于数值分布稀疏区的下方，呈正偏态。取差动电流1个工频周期内的采样数据进行分析、处理，根据偏态分布系数计算公式计算的偏态分布系数大于0。

总之，变压器励磁涌流和非励磁涌流的采样数据绝对值的偏态分布系数分别大于和小于零，差异显著，可以利用差动电流采样数据绝对值的偏态分布系数的符号来鉴别励磁涌流与非励磁涌流(故障电流等)。

基于上述原理，本专利提出基于采样序列绝对值偏态分布的变压器励磁涌流鉴别方法，采用该方法能够有效鉴别变压器励磁涌流与其它电流，保证变压器差动保护的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的缺点与不足，提供一种判据清晰，区分明显、鉴别正确率高、可靠性强、对装置的硬件要求低，不需要人为整定值，实现方便的基于采样序列绝对值偏态分布的变压器励磁涌流鉴别方法。

本发明通过以下技术方案实现：