基于小波變換的變壓器勵磁涌流和內(nèi)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(hù)中，勵磁涌流的準(zhǔn)確識別是保護(hù)可靠動作的保證，也是變壓器保護(hù)的難點(diǎn)之一。提出一種準(zhǔn)確可靠的基于小波變換的變壓器勵磁涌流和內(nèi)部故障電流識別新方法。采用Matlab/Simulink建立模型進(jìn)行仿真，得到了勵磁涌流與內(nèi)部故障電流的波形圖，利用db2小波進(jìn)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(nèi)部故障電流識別的判據(jù)。大量實(shí)驗(yàn)表明，此判據(jù)能有效識別變壓器差動保護(hù)中的勵磁涌流和故障電流。

關(guān)鍵詞：變壓器 勵磁涌流 內(nèi)部故障電流 小波變換 故障識別

中圖分類號：TM773 文獻(xiàn)標(biāo)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(hù)關(guān)鍵在于對勵磁涌流和內(nèi)部短路電流的快速識別。與內(nèi)部短路電流相比較，勵磁涌流有較大的二次諧波分量，傳統(tǒng)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(shù)的不斷進(jìn)步，在發(fā)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(yùn)行情況下，鐵芯工作在未飽和狀態(tài)，相對磁導(dǎo)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(dāng)變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)時，容易引起鐵芯飽和，鐵芯相對磁導(dǎo)率接近于1，繞組的電感值降低，從而繞組中會出現(xiàn)數(shù)值很大的勵磁電流，即勵磁涌流。當(dāng)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(chǎn)生與短路電流可比擬的勵磁涌流。

2 仿真模型及結(jié)果分析

該文用MATLAB來建立勵磁涌流和內(nèi)部故障電流的仿真模型，進(jìn)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(nèi)部故障電流的仿真建模及結(jié)果分析

變壓器內(nèi)部故障電流與勵磁涌流有明顯區(qū)別：

（1）勵磁涌流存在周期性的間斷現(xiàn)象，而內(nèi)部故障電流是連續(xù)的，不存在間斷現(xiàn)象。

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

（3）內(nèi)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(nèi)部故障電流的小波分解

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

3.2 基于小波變換的變壓器勵磁涌流和內(nèi)部故障電流識別方法

勵磁涌流和內(nèi)部故障電流經(jīng)小波變換后的結(jié)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(diǎn)處的小波系數(shù)也較大，而故障電流畸變程度較小，相應(yīng)的小波變換系數(shù)也較小。

（2）勵磁涌流的小波變換結(jié)果每個周波都有畸變，呈現(xiàn)一定的周期性，而故障電流小波變換結(jié)果就在故障發(fā)生短時間內(nèi)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(nèi)部故障電流的依據(jù)，具體識別方法為：（1）當(dāng)Yl/Y2<1時，判斷為勵磁涌流；（2）當(dāng)Yl/Y2>l時，判斷為內(nèi)部故障電流。

4 結(jié)語

通過仿真實(shí)驗(yàn)證明了該判據(jù)簡單直接，準(zhǔn)確性高，且能夠在故障發(fā)生后1/4周期內(nèi)快速地將勵磁涌流與故障電流區(qū)分開來。該方法符合電力系統(tǒng)繼電保護(hù)所提倡的速動性、靈敏性、選擇性和可靠性要求。

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