基于半周期積分波形對(duì)稱原理的電子式互感器數(shù)據(jù)失效識(shí)別研究

蘇建明, 姚　暉

(國(guó)網(wǎng)銅陵供電公司, 安徽　銅陵　244000)

1　電子式互感器信號(hào)失效的解決思路

基于羅氏線圈型的電子式電流互感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不存在電磁飽和現(xiàn)象，廣泛應(yīng)用在智能變電站中[1-4]，但由于其輸出為弱電信號(hào)，易受到超高壓輸變電系統(tǒng)的電磁干擾[5-9]，輸出波形可能存在較大突變，容易引起繼電保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作；同時(shí)，為了獲得該弱電信號(hào)，采集單元被放置到互感器內(nèi)部，運(yùn)行條件差，采集單元內(nèi)部的電子元器件極易受到溫度和電磁干擾，使信號(hào)不穩(wěn)定[10-11]，進(jìn)一步加劇互感器輸出異常程度。

為了解決上述問(wèn)題，工程技術(shù)人員提出了兩種解決辦法。

a. 對(duì)于電磁兼容問(wèn)題，文獻(xiàn)[12]提出了通過(guò)修正互感器耦合路徑上的耦合電容CL、CH值來(lái)降低操作帶來(lái)的快速暫態(tài)過(guò)電壓的影響；文獻(xiàn)[13]通過(guò)低通濾波器來(lái)解決互感器采集單元輸入信號(hào)電壓值偏大的問(wèn)題。

b. 對(duì)于互感器數(shù)據(jù)失效問(wèn)題，文獻(xiàn)[14] 針對(duì)互感器數(shù)據(jù)失效提出一種波形系數(shù)識(shí)別方程來(lái)識(shí)別互感器波形對(duì)稱程度，該方法選取相鄰3個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)值計(jì)算波形系數(shù)值，波形系數(shù)值選取困難誤差較大，文獻(xiàn)[15] 為了解決電子式互感器雙A/D采樣的理論偏差及采樣數(shù)據(jù)異常造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，設(shè)置絕對(duì)與相對(duì)誤差判據(jù)判斷互感器輸出采樣點(diǎn)是否異常。

本文對(duì)電子式互感器輸出數(shù)據(jù)失效進(jìn)行分析，提出了一種通過(guò)比較1個(gè)周波的互感器信號(hào)的2個(gè)相鄰半周期矩形離散求和積分值的差值與該2個(gè)半周期矩形離散求和積分值的最大值的比值來(lái)判斷波形不對(duì)稱度，同時(shí)通過(guò)不對(duì)稱度的模糊延時(shí)判斷解決了該方法的可靠性問(wèn)題，通過(guò)實(shí)例計(jì)算分析該方法的應(yīng)用可以有效提高智能變電站繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性。

2　互感器數(shù)據(jù)失效識(shí)別原理及實(shí)施過(guò)程

2.1　半周期積分波形對(duì)稱原理

設(shè)正弦信號(hào)的角頻率為ω0，有效值為I，初相位角為δ的正弦電流為i(t)=Asin(ω0t+δ)，對(duì)其在任意相鄰2個(gè)半周期的積分值公式如式(1)所示：

(1)

式中：S1為正弦信號(hào)前半個(gè)周期信號(hào)積分值；S2為正弦信號(hào)后半個(gè)周期信號(hào)積分值。在正常運(yùn)行條件下，1個(gè)周期內(nèi)，電網(wǎng)正弦電流信號(hào)的前半個(gè)周期和后半個(gè)周期的波形是對(duì)稱的，基于此條件，在電子式電流互感器輸出正常條件下S1的絕對(duì)值等于S2的絕對(duì)值，在互感器異常條件下存在S1的絕對(duì)值不等于S2的絕對(duì)值；由此定義互感器數(shù)據(jù)不對(duì)稱度計(jì)算公式如式(2)所示：

(2)

式中：K為互感器數(shù)據(jù)不對(duì)稱度；分母表示取S1、S2中最大值。

根據(jù)上述分析，利用不對(duì)稱度K值是否為0可識(shí)別電子式互感器數(shù)據(jù)失效情況。

2.2　互感器異常數(shù)據(jù)識(shí)別步驟

在式(2)中定義的不對(duì)稱度在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于計(jì)算誤差及運(yùn)行工況可能導(dǎo)致不對(duì)稱度值在系統(tǒng)正常及系統(tǒng)故障條件下存在輸出，影響判別結(jié)果。文獻(xiàn)[16]利用一種模糊累加計(jì)算器方法來(lái)識(shí)別變壓器勵(lì)磁涌流的波形不對(duì)稱，本文利用這一思想來(lái)解決可靠性問(wèn)題，不對(duì)稱度K采用模糊區(qū)間延時(shí)判別，模糊延時(shí)判別策略如表1所示。

如表1所示，對(duì)于不對(duì)稱度K值的取值范圍有A1

表1　模糊區(qū)間延時(shí)判別策略

式(2)采用了2項(xiàng)比值形式，對(duì)于分母值應(yīng)不為0，所以在使用過(guò)程中應(yīng)采取非0判別，該方法完整實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。

圖1　互感器數(shù)據(jù)失效識(shí)別步驟

3　實(shí)例計(jì)算分析

為了驗(yàn)證本文提出的電子式互感器數(shù)據(jù)失效識(shí)別方法的有效性，選取現(xiàn)場(chǎng)3組互感器輸出電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：第1組數(shù)據(jù)采用在電力系統(tǒng)無(wú)故障條件下互感器輸出異常電流波形數(shù)據(jù)分析；第2種采用系統(tǒng)故障且互感器輸出正常條件下電流數(shù)據(jù)分析；第3組采用系統(tǒng)正常運(yùn)行負(fù)荷波動(dòng)條件下互感器輸出數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)。均選取某220 kV智能變電站，該智能變電站采用西電南自生產(chǎn)的PSET6220CVDW組合式互感器。仿真計(jì)算中參數(shù)選擇如下：T1、T2、T3、T4分別選取0.02 s、0.04 s、0.08 s、0.1 s；不對(duì)稱范圍A1、A2、A3分別選取0.5、0.8、1。

3.1　系統(tǒng)無(wú)故障互感器數(shù)據(jù)失效計(jì)算分析

如圖2所示，在一次系統(tǒng)無(wú)故障條件下，互感器輸出異常波形，該互感器輸出波形出現(xiàn)較大的負(fù)半軸分量，波形嚴(yán)重不對(duì)稱，根據(jù)本文提出的方法計(jì)算的不對(duì)稱度K值均大于1，按照模糊延時(shí)處理方法，在第2個(gè)半周期后延時(shí)處理計(jì)算結(jié)果值為1，代表互感器異常，可根據(jù)此種方法的判別結(jié)果去閉鎖相關(guān)保護(hù)邏輯。

圖2　系統(tǒng)正?；ジ衅鲾?shù)據(jù)失效處理結(jié)果

3.2　系統(tǒng)故障互感器數(shù)據(jù)正常計(jì)算分析

如圖3所示，在一次系統(tǒng)出現(xiàn)故障條件下，互感器輸出正常，基于本文識(shí)別互感器異常數(shù)據(jù)的方法的計(jì)算結(jié)果，一次系統(tǒng)在0.15 s左右時(shí)出現(xiàn)故障，電流分量較大，與正常運(yùn)行條件下的電流波形組成的1個(gè)周期分量中前后半周期出現(xiàn)了不對(duì)稱情況，該不對(duì)稱系正常情況，不對(duì)稱值K在1附近，但本文采用模糊延時(shí)處理策略經(jīng)過(guò)2個(gè)周期后才識(shí)別，從而有效躲過(guò)，模糊延時(shí)處理計(jì)算結(jié)果一直維持為0的狀態(tài)，即認(rèn)為互感器輸出數(shù)據(jù)正常，不影響繼電保護(hù)設(shè)備動(dòng)作去切除該故障。

圖3　系統(tǒng)故障互感器輸出正常處理結(jié)果

3.3　系統(tǒng)無(wú)故障互感器輸出正常計(jì)算分析

系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下互感器輸出正常波形圖如圖4所示，從不對(duì)稱值的變動(dòng)情況可以分析，正常電流波形存在一定的波動(dòng)，即相鄰2個(gè)半個(gè)周期不是嚴(yán)格對(duì)稱，但模糊延時(shí)處理計(jì)算結(jié)果始終在零狀態(tài)，即認(rèn)為該互感器輸出正常，符合實(shí)際情況。

圖4　系統(tǒng)無(wú)故障互感器數(shù)據(jù)正常處理結(jié)果

4　結(jié)束語(yǔ)

羅氏線圈型電子式互感器采集單元內(nèi)置導(dǎo)致輸出數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，需要設(shè)置數(shù)據(jù)有效性識(shí)別邏輯來(lái)避免繼電保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作。本文利用1個(gè)周期中波形前后2個(gè)周波波形對(duì)稱的原理，采用半周期積分相加原則來(lái)判斷波形對(duì)稱度。模糊延時(shí)處理策略可有效躲過(guò)一次設(shè)備故障瞬間產(chǎn)生的波形不對(duì)稱度，也可有效識(shí)別正常負(fù)荷變動(dòng)條件下波形不對(duì)稱的可能性，同時(shí)可及時(shí)快速識(shí)別互感器輸出數(shù)據(jù)失效，為保護(hù)設(shè)備正確動(dòng)作提供有效的判斷標(biāo)準(zhǔn)。但在系統(tǒng)故障并且伴隨互感器輸出異常條件下，本文提出的方法將無(wú)法保障保護(hù)設(shè)備的可靠性動(dòng)作，因此需要在該方法識(shí)別出互感器數(shù)據(jù)失效后采取發(fā)信的措施來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)互感器故障。

參考文獻(xiàn)：

[1]王紅星，張國(guó)慶，郭志忠，等. 電子式互感器及其在數(shù)字化變電站中應(yīng)用[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2009(9)：115-120.

[2]肖霞，徐雁，張中學(xué)，等．電子式互感器的光傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．高壓電器，2006，42 (2)：146-148．

[3]互感器第7部分：電子式電壓互感器：GB/T 20840.7—2007[S]．

[4]互感器第8部分：電子式電流互感器：GB/T 20840.8—2007[S]．

[5]馮利民, 王曉波, 吳聯(lián)梓，等. 500 kV GIS變電站VFTO對(duì)于電子式互感器的電磁騷擾研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2016, 31(1):85-90.

[6]童悅，張勤，葉國(guó)雄，等. 電子式互感器電磁兼容性能分析[J]. 高電壓技術(shù)，2013，39(11)：2 829-2 835.

[7]Tong Y, Li H, Cheng L, et al. A Highly Accurate ECT cali bration system Based on Virtual Instrument Technology[C]// Proceedings of the 11～(th) International Conference on Electrical Machines and Systems Volume 1. 2008:246-248.

[8]Kang B, Shu N, Guan X, et al. Analysis of Very Fast Transient Overvoltage Frequency Spectrum Characteristics and Their Influence Factors Based on Generalized S Transform[J]. Zhongguo Dianji Gongcheng Xuebao/proceedings of the Chinese Society of Electrical Engineering, 2015, 35(15):3 988-3 996.

[9]陳維江，李志兵，孫崗，等．特高壓氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備中特快速瞬態(tài)過(guò)電壓特性的試驗(yàn)研究[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31(31)：38-47．

[10] 宋濤. Rogowski線圈電流互感器中的高精度數(shù)字積分器技術(shù)研究[J]. 高電壓技術(shù), 2015，41(1)：237-244.

[11] 王鵬, 張貴新, 朱小梅，等. 電子式電流互感器溫度特性分析[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2007，22(10)：60-64.

[12]李振華，胡蔚中，閆蘇紅，等. 隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合下電子式互感器傳導(dǎo)干擾分析及抗干擾方法[J]. 高電壓技術(shù), 2016,42(1)：233-240.

[13]劉志恒，段雄英，廖敏夫，等. 電子式電流互感器電磁抗干擾仿真與測(cè)試[J]. 高電壓技術(shù)，2017，43(3)：994-1 000.

[14]樊占峰, 尹明, 宋國(guó)兵，等. 基于波形系數(shù)方程識(shí)別智能變電站采樣值數(shù)據(jù)失效的方法研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2016(S1):36-42.

[15]李秀麗，李文正，鮑都都，等. 基于電子式互感器雙A/D采樣的差動(dòng)保護(hù)可靠性方案研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40(16)：106-110.

[16]焦邵華, 劉萬(wàn)順. 區(qū)分變壓器勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路的積分型波形對(duì)稱原理[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1999，19(8)：35-38.