2.3.3波形对称原理
波形对称原理是利用励磁涌流在一个周期内前后半波不对称而故障电流是对称正弦波的特征来加以鉴别。首先将流入继电器的差流进行微分,去除直流分量,并将微分后差流的前半波和后半波作对称比较设差流导数前半波某一点的数值为Iθ'',后半波对应点的数值为Iθ+180''。定义波形对称的判据为[9,10]:
(2-6)
其中,K为不对称度(一般取0.3~0.4)。
连续比较半个周波,对于故障电流, K≤Kset恒成立,对于励磁涌流有¨周波以上的点不满足该式,即半波中若有50%以上的点对称,即判为故障电流。
波形对称原理虽然出现得晚,但由于其利用电流波形的信息充分,比起前两种方法更加准确,因而装置应用中一般采用分相制动。但是它的门槛取多少时能制动对称性涌流还存在较大争议。另外它的信息源仍局限于电流波形,实际上与二次谐波和间断角原理是共通的。它是基于对励磁涌流导数波宽及间断角的分析,是间断角原理的推广。
然而涌流波形与许多因素有关,具有不确定性和多样性,如果K值取得太大,保护可能误动;而故障电流也并非总是正弦波,实际系统中须考虑故障情况的多样性和故障波形的复杂性。当系统有分布电容较大的电缆线路存在时,故障波形中就含有大量的谐波,此时如果K值选得太小,保护就有可能拒动;而且电流互感器饱和必将引起差流变形[11]。因而K值以及对称百分比门槛的选择[10]是需要在应用中根据实际情况加以修正设定的,这其中就埋下了误判的隐患。
综上所述,虽然二次谐波、间断角和波形对称原理是目前装置中应用最为广泛的涌流制动方案,但都有其自身的缺陷和不足,需要加以研究并改进。
2.3.4传统涌流识别方法比较
为了对以上三种主要涌流判据的灵敏度之间做一个基本的比较,表2.1列出了单相变压器在合闸角取0º,剩磁比取.0.5~0.9,严重程度不同励磁涌流中的二次谐波含量、间断角和波形对称百分比。
表2-1单相变压器下三种主要涌流制动方案比较

从表中可以看到,随着剩磁逐渐增大,涌流越来越大,各种涌流特征也随之减弱。到剩磁O.7时,二次谐波含量首先低于门槛值;而剩磁至0.9时,波形对称原理也开始制动不住。而波形的问断角特征则始终比较明显,因此理论上间断角原理的差动保护最可靠,其次是波形对称原理,最容易误动则是二次谐波制动。当然,这只是针对单相变压器的简单比较,在三相变压器中的表现还需要进一步的分析。
2.3.5励磁涌流识别新原理
由于传统涌流制动原理表现的不尽人意,近几年来仍然有众多的文献在继续探索更加快速、准确鉴别变压器励磁涌流的新原理。这些新原理可分为三类:
1.直接或间接利用涌流电流波形特征:这个类别的原理往往比较简单可靠,是学者研究的主要方向,包括:波形相关性分析、积分型波形对称原理、改进型波形相关法、相移比较法、波形正弦度特征等等。这些原理的区别仅在于如何更加充分的利用电流波形中的信息。其挑战在于对称性涌流、深度饱和以及各种运行与故障情况下的性能。
2.同时利用电压电流:此类方法包括磁通特性判别、等效瞬时电感等,它们往往是直接考察各相铁芯的真实励磁情况,避开了相位校正、三角侧环流对涌流波形的影响。根据文献12,必须计及环流才能保证其精度,故其难题在于如何重构环流电流,以获得各相的励磁电流。已有文献[13,14]就此展开了研究。
3.基于现代信号处理技术和智能技术:包括小波理论、人工神经网络、模糊方法等。它们是学科交叉的结果,是国内外研究的热点,但是目前离实用化还有距离。
事实上,差动保护只能用于由纯电路组成的设备,而变压器是由磁路联系的若干独立电路构成,并不满足理论上的电流基尔霍夫定律。在此前提下最理想的当然是研制出不以励磁涌流波形特征为闭锁判据的新制动方案[15]。利用涌流电流波形的方法虽然比较简单易行,但所存在的诸多缺陷还需要根据各种情况加以改进,很难保证100%的正确动作。如能准确计算出环流或者直接在三角绕组内部加装CT,并根据第二类的方法获得本相励磁支路真实状态,那将是最直接而有效的涌流鉴别方法。
2.4小结
本章从单相变压器中励磁涌流的机理与计算出发,分析了剩磁、饱和磁通比和励磁电感对励磁涌流特征的影响。除去励磁电感对涌流的微弱影响以外,剩磁对涌流严重程度影响很大的同时也受到漏抗的显著分压而趋于平缓。而大型变压器差动保护中的制动比是按照一般饱和磁通为1.4来整定的,但由于变压器制造技术的提高和制造材料的改进,现代变压器的饱和磁通倍数甚至会低至1.15,同时饱和磁通比对涌流特征的显著影响使得差动保护存在误动的可能。在综述了目前常见的涌流识别方法以及新原理的同时,也对二次谐波原理、间断角原理及波形对称原理在单相变压器励磁涌流中作了一个初步的比较,发现间断角理论上最为灵敏,其次是波形对称原理,而二次谐波则很可能在涌流较为严重时就低于整定值,需要附加辅助的闭锁原理并采用合适的闭锁逻辑来提高其动作的可靠性。
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