小波分析法在變壓器縱差保護(hù)中的應(yīng)用

冷海濱

摘要：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是目前電力變壓器的主保護(hù)，但由于正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生不平衡電流的因素多，差動(dòng)保護(hù)容易誤動(dòng)。運(yùn)用小波分析法對(duì)于正確識(shí)別變壓器勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路故障電流，保證差動(dòng)保護(hù)的可靠性有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：小波分析；勵(lì)磁涌流；變壓器；縱差保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）01-0038-02

變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的可靠性主要依賴(lài)于正常運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路故障電流的鑒別。

1 變壓器縱差保護(hù)的原理

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)變壓器兩側(cè)電流的大小和相位的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。變壓器兩側(cè)電流互感器二次側(cè)按環(huán)流法接線(xiàn)。正常運(yùn)行時(shí)，流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流（在理想情況下）等于零或者有一個(gè)很小的不平衡電流，保護(hù)裝置不動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生相間短路時(shí)，流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流為互感器兩個(gè)二次電流之和，即，該電流為短路電流，數(shù)值較大，從而使差動(dòng)繼電器動(dòng)作，變壓器兩側(cè)斷路器跳閘。

但在正常運(yùn)行時(shí)，如果不平衡電流較大，保護(hù)則容易誤動(dòng)作，所以必須設(shè)法減小不平衡電流。形成不平衡電流的因素很多，其中最主要的是勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生。

2 勵(lì)磁涌流分析

變壓器空載合閘或外部短路故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，由于鐵心中總磁通不能突變，在變壓器電源側(cè)繞組中將產(chǎn)生很大的勵(lì)磁電流，也就是一種暫態(tài)勵(lì)磁電流，該電流通常稱(chēng)為勵(lì)磁涌流。其波形如圖1（b）所示。

如果變壓器空載合閘，電源電壓瞬時(shí)值u為零，由于鐵心中磁通總是落后于外加電壓90，如圖1（a）所示，這時(shí)鐵心中周期分量的磁通Φ1瞬時(shí)值恰好達(dá)到負(fù)的最大值-Φm。因?yàn)楹祥l瞬間鐵心中總磁通不能突變，在鐵心中將出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通Φ2，初始幅值為+Φm。經(jīng)半周期后，若不考慮Φ2的衰減，鐵心中總磁通將達(dá)到最大值2Φm，見(jiàn)圖1（a）中的ΦΣ。此時(shí)，變壓器鐵心處于高度飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流劇烈增大，可達(dá)到變壓器額定電流的

6～8倍。

由圖1可知，變壓器勵(lì)磁涌流的波形具有如下特點(diǎn)：

（1）波形中含有很大成分的非周期分量，使曲線(xiàn)偏于時(shí)間軸的一側(cè)，形狀為尖頂波。

（2）波形包含大量的高次諧波，以二次諧波所占比例最大。

（a）電源電壓u=0合閘時(shí)的各磁通波形

（b）勵(lì)磁涌流波形

圖1 變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生及波形

（3）勵(lì)磁涌流的波形出現(xiàn)間斷，即有間斷角α。

（4）勵(lì)磁涌流的衰減常數(shù)與鐵芯的飽和程度、變壓器容量有關(guān)，鐵芯越飽和，衰減越快。變壓器容量越大，衰減的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。

3 小波變換方法

多年來(lái)，變壓器差動(dòng)保護(hù)新原理有很多國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家在研究，涌現(xiàn)出了很多判別勵(lì)磁涌流的新方法，例如波形相關(guān)原理、二次諧波制動(dòng)原理、間斷角原理、波形對(duì)稱(chēng)原理、磁通特性原理等。由于涌流間斷角處的電流非常小，絕對(duì)值接近于零，故需要高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片，對(duì)硬件的要求較高。而二次諧波制動(dòng)原理的問(wèn)題在于制動(dòng)比如何去選擇。

小波變換最初由法國(guó)石油信號(hào)處理工程師J.Morlet在1974年首先提出，小波變換具有時(shí)-頻局部化特性，在時(shí)-頻域自動(dòng)調(diào)節(jié)取樣的疏密頻率高時(shí)密、頻率低時(shí)疏，所以它可以根據(jù)信號(hào)不同的頻率成分，通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行多尺度變換分析，精確地提取信號(hào)中的特征信息。小波變換時(shí)域分析圖如圖2所示：

圖2 小波變換時(shí)域分析圖

小波分析法的奇異性檢測(cè)理論應(yīng)用于差動(dòng)保護(hù)的案例較多。它的基本核心思想是：故障電流與勵(lì)磁涌流雖然都是暫態(tài)量，但還有些區(qū)別。因?yàn)閮煞N電流產(chǎn)生的機(jī)理不同，諧波成分不同。諧波成分相對(duì)于基波是較小的，基波的影響可能造成涌流與故障電流間微小差別的消失，各奇異點(diǎn)分布在不同的地方，如果可通過(guò)小波變換找出這些各自的某些隱蔽的奇異點(diǎn)，就可以將故障電流和勵(lì)磁涌流區(qū)分開(kāi)來(lái)。

由于勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路電流所包含的各次諧波不同，將電流信號(hào)進(jìn)行小波分解后，分布在各高頻段的能量也不同，涌流和內(nèi)部故障電流在這個(gè)頻率段呈現(xiàn)明顯差異，勵(lì)磁涌流情況下具有較大的奇異度。當(dāng)判據(jù)λ>1時(shí)，判斷其為勵(lì)磁涌流。以此作為鑒別勵(lì)磁涌流的判據(jù)的

依據(jù)。

三相奇異度和值的涌流制動(dòng)判據(jù)：

（1）

λ的計(jì)算方法：

λ=|WTxd（ f1）|+|WTxd（ f2）|+|WTxd（ f3）|+|WTxd（ f4）| （2）

|WTxd（ f1）|+|WTxd（ f2）|+|WTxd（ f3）|+|WTxd（ f4）|分別為采樣數(shù)據(jù)窗內(nèi)頻率含量最多的四個(gè)相對(duì)小波系數(shù)，一個(gè)數(shù)據(jù)窗計(jì)算一個(gè)奇異度。

小波奇異度判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)于電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種相間短路、單相短路以及各種匝間故障，小波分析法都能在故障后很短的時(shí)間內(nèi)作出正確判斷，判出涌流，閉鎖差動(dòng)保護(hù)，防止保護(hù)誤動(dòng)作，可靠性高。

（2）對(duì)于電力變壓器的空投后發(fā)生的故障，小波奇異度判據(jù)能及時(shí)解除涌流制動(dòng)，不會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)的拒動(dòng)，這一點(diǎn)比二次諧波判據(jù)等其他的判據(jù)要好得多。當(dāng)電力變壓器空投單相短路、匝間短路時(shí)，二次諧波持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間也長(zhǎng)，應(yīng)用其他的判據(jù)很有可能會(huì)導(dǎo)致變壓器的差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)甚至可能會(huì)拒動(dòng)，從而導(dǎo)致事故的擴(kuò)大。而小波奇異度判據(jù)基本上能在極短的時(shí)間范圍內(nèi)判出故障，不會(huì)造成電力變壓器差動(dòng)保護(hù)的延時(shí)，可以滿(mǎn)足繼電保護(hù)裝置的速動(dòng)性和可靠性、靈敏性。

（3）當(dāng)出現(xiàn)保護(hù)區(qū)外故障切除后在端電壓恢復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的涌流，其他的判據(jù)有可能不能辨別，但小波奇異度判據(jù)可以在極短的時(shí)間內(nèi)作出判斷，不會(huì)造成差動(dòng)誤

動(dòng)作。

綜上所述，將小波奇異度判據(jù)應(yīng)用在電力變壓器故障電流和勵(lì)磁涌流的判斷上以及保護(hù)區(qū)內(nèi)與保護(hù)區(qū)外的故障判斷上，在保護(hù)裝置的可靠性、靈敏性、快速性上都有較明顯的優(yōu)點(diǎn)，值得推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)傳統(tǒng)原理設(shè)計(jì)的差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用于變壓器時(shí)，越來(lái)越難以勝任高的技術(shù)要求，出現(xiàn)誤動(dòng)事故增多。本文在變壓器差動(dòng)保護(hù)原理的基礎(chǔ)之上，分析了變壓器的勵(lì)磁涌流特性，然后探討了將小波變換奇異性檢測(cè)理論用于差動(dòng)保護(hù)，具有良好的鑒別性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢(qián)莉莉.元件保護(hù)新原理的探索—基于小波分析的

變壓器保護(hù)原理的研究[D].華北電力大學(xué)，

1999.

[2] 李升健.小波變換在變壓器微機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用研究

[D].西安科技大學(xué)，2004.

[3] 鐘榮安.論勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響[J].廣

東輸電與變電技術(shù)，2007.

[4] 吳丹.變壓器繼電保護(hù)中勵(lì)磁涌流識(shí)別方法的研究

[D].湖南大學(xué)，2007.

摘要：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是目前電力變壓器的主保護(hù)，但由于正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生不平衡電流的因素多，差動(dòng)保護(hù)容易誤動(dòng)。運(yùn)用小波分析法對(duì)于正確識(shí)別變壓器勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路故障電流，保證差動(dòng)保護(hù)的可靠性有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：小波分析；勵(lì)磁涌流；變壓器；縱差保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）01-0038-02

變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的可靠性主要依賴(lài)于正常運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路故障電流的鑒別。

1 變壓器縱差保護(hù)的原理

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)變壓器兩側(cè)電流的大小和相位的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。變壓器兩側(cè)電流互感器二次側(cè)按環(huán)流法接線(xiàn)。正常運(yùn)行時(shí)，流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流（在理想情況下）等于零或者有一個(gè)很小的不平衡電流，保護(hù)裝置不動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生相間短路時(shí)，流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流為互感器兩個(gè)二次電流之和，即，該電流為短路電流，數(shù)值較大，從而使差動(dòng)繼電器動(dòng)作，變壓器兩側(cè)斷路器跳閘。

但在正常運(yùn)行時(shí)，如果不平衡電流較大，保護(hù)則容易誤動(dòng)作，所以必須設(shè)法減小不平衡電流。形成不平衡電流的因素很多，其中最主要的是勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生。

2 勵(lì)磁涌流分析

變壓器空載合閘或外部短路故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，由于鐵心中總磁通不能突變，在變壓器電源側(cè)繞組中將產(chǎn)生很大的勵(lì)磁電流，也就是一種暫態(tài)勵(lì)磁電流，該電流通常稱(chēng)為勵(lì)磁涌流。其波形如圖1（b）所示。

如果變壓器空載合閘，電源電壓瞬時(shí)值u為零，由于鐵心中磁通總是落后于外加電壓90，如圖1（a）所示，這時(shí)鐵心中周期分量的磁通Φ1瞬時(shí)值恰好達(dá)到負(fù)的最大值-Φm。因?yàn)楹祥l瞬間鐵心中總磁通不能突變，在鐵心中將出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通Φ2，初始幅值為+Φm。經(jīng)半周期后，若不考慮Φ2的衰減，鐵心中總磁通將達(dá)到最大值2Φm，見(jiàn)圖1（a）中的ΦΣ。此時(shí)，變壓器鐵心處于高度飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流劇烈增大，可達(dá)到變壓器額定電流的

6～8倍。

由圖1可知，變壓器勵(lì)磁涌流的波形具有如下特點(diǎn)：

（1）波形中含有很大成分的非周期分量，使曲線(xiàn)偏于時(shí)間軸的一側(cè)，形狀為尖頂波。

（2）波形包含大量的高次諧波，以二次諧波所占比例最大。

（a）電源電壓u=0合閘時(shí)的各磁通波形

（b）勵(lì)磁涌流波形

圖1 變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生及波形

（3）勵(lì)磁涌流的波形出現(xiàn)間斷，即有間斷角α。

（4）勵(lì)磁涌流的衰減常數(shù)與鐵芯的飽和程度、變壓器容量有關(guān)，鐵芯越飽和，衰減越快。變壓器容量越大，衰減的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。

3 小波變換方法

多年來(lái)，變壓器差動(dòng)保護(hù)新原理有很多國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家在研究，涌現(xiàn)出了很多判別勵(lì)磁涌流的新方法，例如波形相關(guān)原理、二次諧波制動(dòng)原理、間斷角原理、波形對(duì)稱(chēng)原理、磁通特性原理等。由于涌流間斷角處的電流非常小，絕對(duì)值接近于零，故需要高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片，對(duì)硬件的要求較高。而二次諧波制動(dòng)原理的問(wèn)題在于制動(dòng)比如何去選擇。

小波變換最初由法國(guó)石油信號(hào)處理工程師J.Morlet在1974年首先提出，小波變換具有時(shí)-頻局部化特性，在時(shí)-頻域自動(dòng)調(diào)節(jié)取樣的疏密頻率高時(shí)密、頻率低時(shí)疏，所以它可以根據(jù)信號(hào)不同的頻率成分，通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行多尺度變換分析，精確地提取信號(hào)中的特征信息。小波變換時(shí)域分析圖如圖2所示：

圖2 小波變換時(shí)域分析圖

小波分析法的奇異性檢測(cè)理論應(yīng)用于差動(dòng)保護(hù)的案例較多。它的基本核心思想是：故障電流與勵(lì)磁涌流雖然都是暫態(tài)量，但還有些區(qū)別。因?yàn)閮煞N電流產(chǎn)生的機(jī)理不同，諧波成分不同。諧波成分相對(duì)于基波是較小的，基波的影響可能造成涌流與故障電流間微小差別的消失，各奇異點(diǎn)分布在不同的地方，如果可通過(guò)小波變換找出這些各自的某些隱蔽的奇異點(diǎn)，就可以將故障電流和勵(lì)磁涌流區(qū)分開(kāi)來(lái)。

由于勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路電流所包含的各次諧波不同，將電流信號(hào)進(jìn)行小波分解后，分布在各高頻段的能量也不同，涌流和內(nèi)部故障電流在這個(gè)頻率段呈現(xiàn)明顯差異，勵(lì)磁涌流情況下具有較大的奇異度。當(dāng)判據(jù)λ>1時(shí)，判斷其為勵(lì)磁涌流。以此作為鑒別勵(lì)磁涌流的判據(jù)的

依據(jù)。

三相奇異度和值的涌流制動(dòng)判據(jù)：

（1）

λ的計(jì)算方法：

λ=|WTxd（ f1）|+|WTxd（ f2）|+|WTxd（ f3）|+|WTxd（ f4）| （2）

|WTxd（ f1）|+|WTxd（ f2）|+|WTxd（ f3）|+|WTxd（ f4）|分別為采樣數(shù)據(jù)窗內(nèi)頻率含量最多的四個(gè)相對(duì)小波系數(shù)，一個(gè)數(shù)據(jù)窗計(jì)算一個(gè)奇異度。

小波奇異度判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)于電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種相間短路、單相短路以及各種匝間故障，小波分析法都能在故障后很短的時(shí)間內(nèi)作出正確判斷，判出涌流，閉鎖差動(dòng)保護(hù)，防止保護(hù)誤動(dòng)作，可靠性高。

（2）對(duì)于電力變壓器的空投后發(fā)生的故障，小波奇異度判據(jù)能及時(shí)解除涌流制動(dòng)，不會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)的拒動(dòng)，這一點(diǎn)比二次諧波判據(jù)等其他的判據(jù)要好得多。當(dāng)電力變壓器空投單相短路、匝間短路時(shí)，二次諧波持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間也長(zhǎng)，應(yīng)用其他的判據(jù)很有可能會(huì)導(dǎo)致變壓器的差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)甚至可能會(huì)拒動(dòng)，從而導(dǎo)致事故的擴(kuò)大。而小波奇異度判據(jù)基本上能在極短的時(shí)間范圍內(nèi)判出故障，不會(huì)造成電力變壓器差動(dòng)保護(hù)的延時(shí)，可以滿(mǎn)足繼電保護(hù)裝置的速動(dòng)性和可靠性、靈敏性。

（3）當(dāng)出現(xiàn)保護(hù)區(qū)外故障切除后在端電壓恢復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的涌流，其他的判據(jù)有可能不能辨別，但小波奇異度判據(jù)可以在極短的時(shí)間內(nèi)作出判斷，不會(huì)造成差動(dòng)誤

動(dòng)作。

綜上所述，將小波奇異度判據(jù)應(yīng)用在電力變壓器故障電流和勵(lì)磁涌流的判斷上以及保護(hù)區(qū)內(nèi)與保護(hù)區(qū)外的故障判斷上，在保護(hù)裝置的可靠性、靈敏性、快速性上都有較明顯的優(yōu)點(diǎn)，值得推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)傳統(tǒng)原理設(shè)計(jì)的差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用于變壓器時(shí)，越來(lái)越難以勝任高的技術(shù)要求，出現(xiàn)誤動(dòng)事故增多。本文在變壓器差動(dòng)保護(hù)原理的基礎(chǔ)之上，分析了變壓器的勵(lì)磁涌流特性，然后探討了將小波變換奇異性檢測(cè)理論用于差動(dòng)保護(hù)，具有良好的鑒別性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢(qián)莉莉.元件保護(hù)新原理的探索—基于小波分析的

變壓器保護(hù)原理的研究[D].華北電力大學(xué)，

1999.

[2] 李升健.小波變換在變壓器微機(jī)保護(hù)中的應(yīng)用研究

[D].西安科技大學(xué)，2004.

[3] 鐘榮安.論勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響[J].廣

東輸電與變電技術(shù)，2007.

[4] 吳丹.變壓器繼電保護(hù)中勵(lì)磁涌流識(shí)別方法的研究

[D].湖南大學(xué)，2007.

摘要：縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是目前電力變壓器的主保護(hù)，但由于正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生不平衡電流的因素多，差動(dòng)保護(hù)容易誤動(dòng)。運(yùn)用小波分析法對(duì)于正確識(shí)別變壓器勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路故障電流，保證差動(dòng)保護(hù)的可靠性有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：小波分析；勵(lì)磁涌流；變壓器；縱差保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）01-0038-02

變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的可靠性主要依賴(lài)于正常運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路故障電流的鑒別。

1 變壓器縱差保護(hù)的原理

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)是按比較被保護(hù)變壓器兩側(cè)電流的大小和相位的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。變壓器兩側(cè)電流互感器二次側(cè)按環(huán)流法接線(xiàn)。正常運(yùn)行時(shí)，流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流（在理想情況下）等于零或者有一個(gè)很小的不平衡電流，保護(hù)裝置不動(dòng)作。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生相間短路時(shí)，流過(guò)差動(dòng)繼電器的電流為互感器兩個(gè)二次電流之和，即，該電流為短路電流，數(shù)值較大，從而使差動(dòng)繼電器動(dòng)作，變壓器兩側(cè)斷路器跳閘。

但在正常運(yùn)行時(shí)，如果不平衡電流較大，保護(hù)則容易誤動(dòng)作，所以必須設(shè)法減小不平衡電流。形成不平衡電流的因素很多，其中最主要的是勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生。

2 勵(lì)磁涌流分析

變壓器空載合閘或外部短路故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，由于鐵心中總磁通不能突變，在變壓器電源側(cè)繞組中將產(chǎn)生很大的勵(lì)磁電流，也就是一種暫態(tài)勵(lì)磁電流，該電流通常稱(chēng)為勵(lì)磁涌流。其波形如圖1（b）所示。

如果變壓器空載合閘，電源電壓瞬時(shí)值u為零，由于鐵心中磁通總是落后于外加電壓90，如圖1（a）所示，這時(shí)鐵心中周期分量的磁通Φ1瞬時(shí)值恰好達(dá)到負(fù)的最大值-Φm。因?yàn)楹祥l瞬間鐵心中總磁通不能突變，在鐵心中將出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通Φ2，初始幅值為+Φm。經(jīng)半周期后，若不考慮Φ2的衰減，鐵心中總磁通將達(dá)到最大值2Φm，見(jiàn)圖1（a）中的ΦΣ。此時(shí)，變壓器鐵心處于高度飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流劇烈增大，可達(dá)到變壓器額定電流的

6～8倍。

由圖1可知，變壓器勵(lì)磁涌流的波形具有如下特點(diǎn)：

（1）波形中含有很大成分的非周期分量，使曲線(xiàn)偏于時(shí)間軸的一側(cè)，形狀為尖頂波。

（2）波形包含大量的高次諧波，以二次諧波所占比例最大。

（a）電源電壓u=0合閘時(shí)的各磁通波形

（b）勵(lì)磁涌流波形

圖1 變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生及波形

（3）勵(lì)磁涌流的波形出現(xiàn)間斷，即有間斷角α。

（4）勵(lì)磁涌流的衰減常數(shù)與鐵芯的飽和程度、變壓器容量有關(guān)，鐵芯越飽和，衰減越快。變壓器容量越大，衰減的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。

3 小波變換方法

多年來(lái)，變壓器差動(dòng)保護(hù)新原理有很多國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家在研究，涌現(xiàn)出了很多判別勵(lì)磁涌流的新方法，例如波形相關(guān)原理、二次諧波制動(dòng)原理、間斷角原理、波形對(duì)稱(chēng)原理、磁通特性原理等。由于涌流間斷角處的電流非常小，絕對(duì)值接近于零，故需要高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片，對(duì)硬件的要求較高。而二次諧波制動(dòng)原理的問(wèn)題在于制動(dòng)比如何去選擇。

小波變換最初由法國(guó)石油信號(hào)處理工程師J.Morlet在1974年首先提出，小波變換具有時(shí)-頻局部化特性，在時(shí)-頻域自動(dòng)調(diào)節(jié)取樣的疏密頻率高時(shí)密、頻率低時(shí)疏，所以它可以根據(jù)信號(hào)不同的頻率成分，通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行多尺度變換分析，精確地提取信號(hào)中的特征信息。小波變換時(shí)域分析圖如圖2所示：

圖2 小波變換時(shí)域分析圖

小波分析法的奇異性檢測(cè)理論應(yīng)用于差動(dòng)保護(hù)的案例較多。它的基本核心思想是：故障電流與勵(lì)磁涌流雖然都是暫態(tài)量，但還有些區(qū)別。因?yàn)閮煞N電流產(chǎn)生的機(jī)理不同，諧波成分不同。諧波成分相對(duì)于基波是較小的，基波的影響可能造成涌流與故障電流間微小差別的消失，各奇異點(diǎn)分布在不同的地方，如果可通過(guò)小波變換找出這些各自的某些隱蔽的奇異點(diǎn)，就可以將故障電流和勵(lì)磁涌流區(qū)分開(kāi)來(lái)。

由于勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路電流所包含的各次諧波不同，將電流信號(hào)進(jìn)行小波分解后，分布在各高頻段的能量也不同，涌流和內(nèi)部故障電流在這個(gè)頻率段呈現(xiàn)明顯差異，勵(lì)磁涌流情況下具有較大的奇異度。當(dāng)判據(jù)λ>1時(shí)，判斷其為勵(lì)磁涌流。以此作為鑒別勵(lì)磁涌流的判據(jù)的

依據(jù)。

三相奇異度和值的涌流制動(dòng)判據(jù)：

（1）

λ的計(jì)算方法：

λ=|WTxd（ f1）|+|WTxd（ f2）|+|WTxd（ f3）|+|WTxd（ f4）| （2）

|WTxd（ f1）|+|WTxd（ f2）|+|WTxd（ f3）|+|WTxd（ f4）|分別為采樣數(shù)據(jù)窗內(nèi)頻率含量最多的四個(gè)相對(duì)小波系數(shù)，一個(gè)數(shù)據(jù)窗計(jì)算一個(gè)奇異度。

小波奇異度判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)于電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種相間短路、單相短路以及各種匝間故障，小波分析法都能在故障后很短的時(shí)間內(nèi)作出正確判斷，判出涌流，閉鎖差動(dòng)保護(hù)，防止保護(hù)誤動(dòng)作，可靠性高。

（2）對(duì)于電力變壓器的空投后發(fā)生的故障，小波奇異度判據(jù)能及時(shí)解除涌流制動(dòng)，不會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)的拒動(dòng)，這一點(diǎn)比二次諧波判據(jù)等其他的判據(jù)要好得多。當(dāng)電力變壓器空投單相短路、匝間短路時(shí)，二次諧波持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間也長(zhǎng)，應(yīng)用其他的判據(jù)很有可能會(huì)導(dǎo)致變壓器的差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)甚至可能會(huì)拒動(dòng)，從而導(dǎo)致事故的擴(kuò)大。而小波奇異度判據(jù)基本上能在極短的時(shí)間范圍內(nèi)判出故障，不會(huì)造成電力變壓器差動(dòng)保護(hù)的延時(shí)，可以滿(mǎn)足繼電保護(hù)裝置的速動(dòng)性和可靠性、靈敏性。

（3）當(dāng)出現(xiàn)保護(hù)區(qū)外故障切除后在端電壓恢復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的涌流，其他的判據(jù)有可能不能辨別，但小波奇異度判據(jù)可以在極短的時(shí)間內(nèi)作出判斷，不會(huì)造成差動(dòng)誤

動(dòng)作。

綜上所述，將小波奇異度判據(jù)應(yīng)用在電力變壓器故障電流和勵(lì)磁涌流的判斷上以及保護(hù)區(qū)內(nèi)與保護(hù)區(qū)外的故障判斷上，在保護(hù)裝置的可靠性、靈敏性、快速性上都有較明顯的優(yōu)點(diǎn)，值得推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)傳統(tǒng)原理設(shè)計(jì)的差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用于變壓器時(shí)，越來(lái)越難以勝任高的技術(shù)要求，出現(xiàn)誤動(dòng)事故增多。本文在變壓器差動(dòng)保護(hù)原理的基礎(chǔ)之上，分析了變壓器的勵(lì)磁涌流特性，然后探討了將小波變換奇異性檢測(cè)理論用于差動(dòng)保護(hù)，具有良好的鑒別性能。

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