基于波形相似度的水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

吳 程

（江蘇省江陰中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 無(wú)錫 214433）

0 引 言

水電站電流飽和變壓器是集合科學(xué)化信息技術(shù)的產(chǎn)物，具備自控能力強(qiáng)和智能化程度高的優(yōu)點(diǎn)。但由于水電站電流飽和變壓器智能化程度的不斷提高，輸入水電站電流飽和變壓器兩端電流矢量差不斷加大，必然會(huì)對(duì)水電站電流飽和變壓器保護(hù)提出更高的要求。水電站電流飽和變壓器保護(hù)是此方面研究的重點(diǎn)問(wèn)題，必須提高對(duì)其的關(guān)注度[1-3]。通過(guò)水電站電流飽和變壓器保護(hù)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的動(dòng)作值時(shí)啟動(dòng)水電站電流飽和變壓器，進(jìn)而保證水電站電流飽和變壓器安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。在我國(guó)，針對(duì)此方面的研究并不少見(jiàn)，但由于沒(méi)有結(jié)合實(shí)際應(yīng)用分析，導(dǎo)致設(shè)計(jì)保護(hù)裝置在實(shí)際應(yīng)用中存在保護(hù)及時(shí)率低的問(wèn)題，證明其研究本身存在很大的局限性。波形相似度的出現(xiàn)能夠很好地解決這一問(wèn)題，通過(guò)分析波形之間具有的相似特征，提高水電站電流飽和變壓器保護(hù)的及時(shí)率。為此，本文以此為理論依據(jù)，提出基于波形相似度的水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)，致力于提高水電站電流飽和變壓器保護(hù)及時(shí)率。

1 波形相似度

波形相似度作為一種分析技術(shù)，能夠在大量波形數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)其中的相關(guān)性，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的規(guī)律。波形相似度的核心是相位，其相位差越低證明兩者之間具有的波形相似度越高；反之，則越低。以此，判斷出波形之間存在的Hausdorff 距離，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算的方式得出波形幅值。波形相似度以其頻繁模式對(duì)波形信息具有出色的保留能力，能夠廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)挖掘中，并取得良好的應(yīng)用效果。也就是說(shuō)，通過(guò)波形相似度中的Hausdorff 距離計(jì)算表達(dá)式，能夠作為水電站電流飽和變壓器保護(hù)判據(jù)，從而提高水電站電流飽和變壓器保護(hù)的及時(shí)率，為水電站電流飽和變壓器保護(hù)提供理論依據(jù)?；诖?，本文提出基于波形相似度的水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)，具體研究?jī)?nèi)容如下。

2 基于波形相似度的水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

2.1 計(jì)算水電站電流飽和變壓器保護(hù)運(yùn)維動(dòng)態(tài)基線

考慮到水電站電流飽和變壓器保護(hù)的數(shù)據(jù)基數(shù)過(guò)大，根據(jù)基線規(guī)則中的數(shù)據(jù)粒度，可采用計(jì)算水電站電流飽和變壓器保護(hù)運(yùn)維動(dòng)態(tài)化基線的方式，掌握水電站電流飽和變壓器保護(hù)過(guò)程中的不變化特性[4-6]。根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)水電站電流飽和變壓器保護(hù)運(yùn)維動(dòng)態(tài)基線算法的具體流程為：假定輸入水電站電流飽和變壓器兩端電流矢量差表示為n，水電站電流飽和變壓器保護(hù)運(yùn)維動(dòng)態(tài)基線計(jì)算公式，使用D表示方程式，則有：

式中，E表示為實(shí)際計(jì)算結(jié)果與預(yù)期計(jì)算結(jié)果的偏離值；y表示為水電站電流飽和變壓器保護(hù)的權(quán)重系數(shù)，通常情況下可以常數(shù)表達(dá)。結(jié)合計(jì)算公式，輸出計(jì)算結(jié)果中的最小數(shù)據(jù)值，以此作為基線的下限數(shù)據(jù)值，同理計(jì)算上限值，作為基線的上限數(shù)據(jù)值，得出最終的水電站電流飽和變壓器保護(hù)范圍。

2.2 補(bǔ)償水電站電流飽和變壓器保護(hù)功率因數(shù)

在水電站電流飽和變壓器保護(hù)的過(guò)程中，不僅要平衡水電站電流飽和變壓器保護(hù)電壓，同時(shí)還要利用低壓電纜接入母排補(bǔ)償水電站電流飽和變壓器保護(hù)功率因數(shù)。提高水電站電流飽和變壓器保護(hù)功率因數(shù)是實(shí)現(xiàn)變壓器保護(hù)的核心內(nèi)容，為此本文在設(shè)計(jì)水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置中，運(yùn)用低壓電纜接入母排的方式，補(bǔ)償水電站電流飽和變壓器保護(hù)功率因數(shù)。設(shè)此過(guò)程的計(jì)算表達(dá)式為K，則有：

式中，m指的是水電站電流飽和變壓器電源基波角頻率；ω指的是水電站電流飽和變壓器固有振蕩角頻率；h指的是低壓電纜接入母排時(shí)的電流，單位為A；e指的是水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置的調(diào)控相應(yīng)時(shí)間，單位為s；a指的是使用低壓電纜接入母排補(bǔ)償時(shí)的衰減系數(shù)。通過(guò)低壓電纜接入母排，補(bǔ)償水電站電流飽和變壓器保護(hù)功率因數(shù)。在此過(guò)程中，需要注意的是使用低壓電纜接入母排時(shí)，必然會(huì)對(duì)水電站電流飽和變壓器造成一定的干擾，加速絕緣介質(zhì)的老化速度，導(dǎo)致水電站電流飽和變壓器損耗程度增加?；诖?，低壓電纜接入母排時(shí)要選用交流—直流變頻的方式投、切電容組，控制投、切頻率，從而避免對(duì)水電站電流飽和變壓器的干擾程度。

2.3 基于波形相似度分析水電站電流飽和變壓器保護(hù)信號(hào)

通過(guò)上文補(bǔ)償水電站電流飽和變壓器保護(hù)功率因數(shù)后，基于波形相似度分析水電站電流飽和變壓器保護(hù)信號(hào)[7]。首先，基于波形相似度，將水電站電流飽和變壓器保護(hù)信號(hào)近似按離散點(diǎn)取和的方式，獲取水電站電流飽和變壓器保護(hù)信號(hào)波形，如圖1所示。

結(jié)合圖1所示，為水電站電流飽和變壓器保護(hù)信號(hào)波形。以BCD碼轉(zhuǎn)地址為數(shù)字世界中水電站電流飽和變壓器保護(hù)的身份標(biāo)識(shí)，通過(guò)波形相似度進(jìn)行可視化展示，直接以圖形化組件的方式分析水電站電流飽和變壓器保護(hù)信號(hào)。本文選用基于波形相似度，MFC基本類庫(kù)的CFileDialog類的成員函數(shù)來(lái)選取數(shù)文件，以此判斷水電站電流飽和變壓器保護(hù)信號(hào)之間的波形相似度，波形相似度越高證明該水電站電流飽和變壓器保護(hù)信號(hào)越可靠、穩(wěn)定。

2.4 采用 NBC 疊片式彈片

基于波形相似度分析水電站電流飽和變壓器保護(hù)信號(hào)的基礎(chǔ)上，本文采用 NBC 疊片式彈片，設(shè)計(jì)水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置。在未插合狀態(tài)下，可以提供IP2X級(jí)別的觸摸保護(hù)，在插合狀態(tài)下則可滿足IP65/IP67的防護(hù)等級(jí)。較高的IP防護(hù)等級(jí)體現(xiàn)了水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置防水防塵的能力，同時(shí)也保證了水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置在長(zhǎng)時(shí)間使用后仍能確保內(nèi)部電性能不受外界環(huán)境的影響。在插合或拔出過(guò)程中，PE 系列的卡栓鎖緊系統(tǒng)都要求有旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作，這個(gè)動(dòng)作對(duì)于防止工作人員誤操作具有較為現(xiàn)實(shí)的意義。同時(shí)，為了更加明確這種防護(hù)，PE 系列產(chǎn)品還增加了類似于顏色代碼、機(jī)械碼等的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步提供保護(hù)。

2.5 設(shè)定水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置額定電壓

對(duì)于水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置來(lái)說(shuō)，其絕緣性能至關(guān)重要，因此本文將水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置的額定電壓設(shè)定為DC 1 500 V/AC 1 000 V，在實(shí)驗(yàn)室條件下可承受6.6 kV的工頻電壓及8 kV的脈沖電壓。這些參數(shù)是完全可以滿足低壓電纜接入母排需求的。此外，為通流載體提供外力作用保護(hù)的塑料外殼也是非常重要的零件。設(shè)計(jì)的水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置采用了高強(qiáng)度的塑料材料，為水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置無(wú)論從耐候性還是防外力沖擊方面都提供了很好的性能支撐。

2.6 實(shí)現(xiàn)水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

結(jié)合上述設(shè)定的水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置額定電壓，實(shí)現(xiàn)水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)。首先，選取實(shí)現(xiàn)水電站電流飽和變壓器保護(hù)的狀態(tài)參數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集；而后，設(shè)定實(shí)現(xiàn)水電站電流飽和變壓器保護(hù)的狀態(tài)參量經(jīng)典域和節(jié)域，根據(jù)實(shí)現(xiàn)水電站電流飽和變壓器保護(hù)運(yùn)維數(shù)據(jù)管理的參量權(quán)重進(jìn)行歸一化處理。利用運(yùn)維動(dòng)態(tài)基線min-max進(jìn)行線性縮放，將實(shí)現(xiàn)水電站電流飽和變壓器保護(hù)特征歸一化縮放到0～1之間。實(shí)際測(cè)試時(shí)，根據(jù)測(cè)得的水電站電流飽和變壓器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成對(duì)水電站電流飽和變壓器的保護(hù)，以此實(shí)現(xiàn)水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

提出實(shí)例分析，選取皖南泰溪水電站作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。在泰溪水電站中隨機(jī)選用電流飽和變壓器作為保護(hù)目標(biāo)，并搭建電流飽和變壓器保護(hù)信息傳輸區(qū)域。相關(guān)準(zhǔn)備歷史數(shù)據(jù)樣例，如表1所示。

表1 歷史數(shù)據(jù)樣例

結(jié)合表1中的歷史數(shù)據(jù)樣例，先用傳統(tǒng)的保護(hù)裝置對(duì)水電站電流飽和變壓器進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)matalb軟件記錄保護(hù)及時(shí)率，記為對(duì)照組；再采用本文設(shè)計(jì)的保護(hù)裝置對(duì)水電站電流飽和變壓器進(jìn)行保護(hù)，同樣通過(guò)MATALB軟件記錄保護(hù)及時(shí)率，記為實(shí)驗(yàn)組。保護(hù)及時(shí)率越高，證明保護(hù)裝置在實(shí)際中應(yīng)用有效性越高，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

根據(jù)上述表2可知，運(yùn)用本文設(shè)計(jì)的保護(hù)裝置保護(hù)及時(shí)率明顯高于對(duì)照組，可以投入現(xiàn)實(shí)使用。

4 結(jié) 論

通過(guò)基于波形相似度的水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)水電站電流飽和變壓器保護(hù)中存在的問(wèn)題。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大波形相似度在水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)中的應(yīng)用力度。截止目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)基于波形相似度的水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置設(shè)計(jì)研究仍存在一些問(wèn)題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)水電站電流飽和變壓器保護(hù)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高裝置的綜合性能提供參考。