基于小波變換的變壓器勵磁涌流和內部故障電流的識別研究

王俊俊 曹龍漢 姜昆

摘 要：在變壓器差動保護中，勵磁涌流的準確識別是保護可靠動作的保證，也是變壓器保護的難點之一。提出一種準確可靠的基于小波變換的變壓器勵磁涌流和內部故障電流識別新方法。采用Matlab/Simulink建立模型進行仿真，得到了勵磁涌流與內部故障電流的波形圖，利用db2小波進行4尺度小波變換，將高頻分量在第4尺度上的2個初始峰值比作為勵磁涌流和內部故障電流識別的判據。大量實驗表明，此判據能有效識別變壓器差動保護中的勵磁涌流和故障電流。

關鍵詞：變壓器 勵磁涌流 內部故障電流 小波變換 故障識別

中圖分類號：TM773 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0038-01

Research of Magnetizing Inrush Current and Internal Fault Current Identification Basedon Wavelet Transform in Transformer Protection

Wang Junjun1 Cao longhan2 Jiang kun1

（1.Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing，400065，China；

2. Chongqing Communication Institute of Key laboratory of control engineering， Chongqing，400035，China）

Abstract：In differential protection of transformer， the accurate identification of magnetizing inrush current is a guarantee of reliable action， which also is difficult point in the protection of transformer. This paper proposes a new accurate and reliable method of transformer magnetizing inrush current and internal fault current based on wavelet transform. We get the oscillograms of magnetizing inrush current and internal fault current by Matlab/Simulink modeling simulation， in which we make use of the db2 4-scale wavelet transform and treat the 4th dimension of two initial peak values as the identify basis of magnetizing inrush current and internal fault current in high frequency components. Experiments show that this criterion can effectively recognize the magnetizing inrush current and internal fault current in differential protection of transformer.

Key Words：Transformer；Inrush Current；Internal fault current；Wavelet Transforms；Fault Identification

變壓器保護關鍵在于對勵磁涌流和內部短路電流的快速識別。與內部短路電流相比較，勵磁涌流有較大的二次諧波分量，傳統的判別方法是通過比較二次諧波的大小[1-2]。但是，隨著變壓器技術的不斷進步，在發生勵磁涌流時，其中所包含的二次諧波的分量值也越來越小，使諧波分量的檢測變得更加困難，這些均顯示出二次諧波判別的一些局限性。

1 勵磁涌流

變壓器在正常運行情況下，鐵芯工作在未飽和狀態，相對磁導率很大，繞組的勵磁電感也很大，因而勵磁電流很小，一般不會超過額定電流的2%～5%。當變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復時，容易引起鐵芯飽和，鐵芯相對磁導率接近于1，繞組的電感值降低，從而繞組中會出現數值很大的勵磁電流，即勵磁涌流。當變壓器空載合閘時，由于其鐵芯飽和的非線性磁特性，從而可能產生與短路電流可比擬的勵磁涌流。

2 仿真模型及結果分析

該文用MATLAB來建立勵磁涌流和內部故障電流的仿真模型，進而得出仿真波形。

2.1 勵磁涌流的波形分析

改變電源的合閘初相角以及變壓器的剩磁Φr，可以得到不同情況下的勵磁涌流波形圖。

2.2 內部故障電流的仿真建模及結果分析

變壓器內部故障電流與勵磁涌流有明顯區別：

（1）勵磁涌流存在周期性的間斷現象，而內部故障電流是連續的，不存在間斷現象。

（2）勵磁涌流偏于時間軸的一側，而內部故障電流波形并不偏于時間軸的一側，而是隨著時間的推移逐漸關于時間軸對稱。

（3）內部故障電流的直流分量不像勵磁涌流的那樣，它比勵磁涌流中的直流分量衰減的快。

3 基于小波變換的變壓器勵磁涌流識別

3.1 勵磁涌流和內部故障電流的小波分解

該文選擇db2小波函數對，時的勵磁涌流和內部故障電流波形進行四尺度小波分解。（由于篇幅有限，本文只選取和的結果進行分析）

3.2 基于小波變換的變壓器勵磁涌流和內部故障電流識別方法

勵磁涌流和內部故障電流經小波變換后的結果突出反映了信號波形的畸變特征。

（1）由于勵磁涌流波形的畸變程度較大，所以在畸變點處的小波系數也較大，而故障電流畸變程度較小，相應的小波變換系數也較小。

（2）勵磁涌流的小波變換結果每個周波都有畸變，呈現一定的周期性，而故障電流小波變換結果就在故障發生短時間內有較大的畸變，之后波形平緩，幾乎沒有突變。

我們采用Yl與Y2的比值Y1/Y2作為識別勵磁涌流與內部故障電流的依據，具體識別方法為：（1）當Yl/Y2<1時，判斷為勵磁涌流；（2）當Yl/Y2>l時，判斷為內部故障電流。

4 結語

通過仿真實驗證明了該判據簡單直接，準確性高，且能夠在故障發生后1/4周期內快速地將勵磁涌流與故障電流區分開來。該方法符合電力系統繼電保護所提倡的速動性、靈敏性、選擇性和可靠性要求。

參考文獻

[1] 袁宇波，李鵬，黃浩聲.變壓器差動保護誤動原因分析及對策綜述[J].江蘇電機工程，2013，32（6）：8-14.

[2] 呂珍，岳蔚，劉沛.變壓器差動保護二次諧波制動判據的仿真研究[J].繼電器，2003，31（6）：69-72.

[3] 王桔紅，段煒.變壓器勵磁涌流對差動保護的影響及解決方法[J].科技信息，2012，31（25）：377-378.