[发明专利]基于标准化图形相似度匹配识别的变压器零序差动保护算法

说明书

技术领域

本发明一种基于标准化图形相似度匹配识别的变压器零序差动保护算法，涉及变压器零序差动保护领域。

背景技术

通常，变压器零序差动保护具有较强的抗涌流能力和较高的准确性。由于零差不平衡电流的大小与零序差动保护两端电流大小具有相关关系，因此近年来改进型零序差动保护策略都会增设比例制动判据来保证准确性。

但是，仍有多次500kV和220kV变压器在外部发生单相接地瞬时性故障或外部单相接地故障被切除后，变压器零序差动保护误动的报道，此类零序差动保护的动作均属于其保护区外故障越级误动。事实上，经过现场录波报告分析，零序差动保护误动的时刻往往不是在故障存续期间中，而是在故障消除之后一段时间。这是因为对于含有比例制动特性的零序差动保护而言，其制动电流在故障消除后会有一定程度的下降，制动能力降低；而由于变压器铁芯存在饱和特性，在故障消除后电压恢复过程中会产生恢复性涌流，此类涌流在保护用电流互感器(TA)中经过一段时间的累积效应可能导致TA的偏置饱和，劣化传变特性而引起虚假差动电流的上升。

图1为故障发生及故障切除后变压器零序电流的变化情况。故障发生在1s时刻，0.05s后切除。可以看出，在故障发生及切除后的暂态演化过程中，零序电流幅值显著增大，并且明显向某一方向偏置。变压器处于正常运行状态时，零序电流的幅值并不大，故为了保证测量精度，中性线TA的抗饱和能力一般低于三相进线TA。因此在零序电流明显不对称时，剩磁的累积效应会导致TA铁芯的磁链逐渐向某一个方向偏置，最终可能导致TA单向饱和。而对于零序差动保护这种灵敏度较高而没有配置二次谐波制动的保护而言，中性线TA的单向饱和带来的传变特性误差有可能引入误动风险。另一方面，对于三相进线TA而言，由于涌流分量在总电流中的占比并不大，因此电流中的直流分量使得进线TA达到饱和所需的时间，要比中性线TA达到饱和所需时间长很多。而考虑到变压器本身铁芯的阻尼效应及TA铁芯的阻尼效应，通常情况下涌流现象的持续时间不足以使三相进线TA达到饱和，故一般认为故障切除恢复性涌流不会造成三相进线TA的传变特性的变化。

图2为故障切除前后考虑TA传变特性的零序差动保护的差动电流，变压器Y侧三相自产零序电流与中性线电流之差。可以明显看出，在零序差动保护内部没有发生故障，实际零序差动电流为0的情况下，故障切除后恢复性涌流在中性线TA上的偏磁累积已经严重影响了零序差动测量电流的准确性。零序差动电流波动的峰值可观，将导致零序差动保护误动。并且，很显然地，以比幅跳闸特性的传统零序差动保护为例，凭借提高比例制动判据的动作电流、制动系数或动作段斜率等方式，均无法有消除此类零序差动保护误动的发生。因此，需要考虑构建基于新原理的零序差动保护策略。

发明内容

针对变压器内外部故障零序差动保护两侧电流波形的整体特征，本发明提供一种基于标准化图形相似度匹配识别的变压器零序差动保护算法，图形相似度识别算法是一种比较两个波形的整体特性而不局限于某些小范围特征影响的算法，该算法能提高零序差动保护抗采样值缺失以及抗TA饱和的能力，有效解决故障消除后恢复性涌流给零序差动保护带来的误动风险问题。

本发明所采用的技术方案是：

基于标准化图形相似度匹配识别的变压器零序差动保护算法，包括以下步骤：

步骤1：在一定采样率下获取变压器中性线TA测量零序电流序列I_n0(k)，采集变压器Y侧三相TA测量电流序列并在零序差动保护装置中将三相电流相加形成自产零序电流序列I_self0(k)，利用自产零序电流序列和中性线零序电流序列做差形成零序差动电流序列I_diff(k)，其中k∈{1,2,3,...,n}，n为一个周波内采样点数；

步骤2：判断3I_n0>I_REF是否成立，其中I_REF为变压器中性线电流的参考值；若成立则启动本发明所提保护算法，至步骤3；否则返回持续对该不等式进行判别；

步骤3：判断I_diff>I_set是否成立，其中I_set为零序差动电流I_diff的门槛整定值；若成立则至步骤4；否则计算终止，返回步骤2；