本發(fā)明涉及變壓器繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于形態(tài)學(xué)級聯(lián)腐蝕運算的變壓器勵磁涌流識別方法。

背景技術(shù)：

變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的元件之一，承擔(dān)著變換電壓、輸送電能的職能，變壓器的安全穩(wěn)定運行直接關(guān)乎電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。由于變壓器造價昂貴，且故障情況下切除過慢時易遭到破壞，一旦變壓器遭到破壞，其檢修難度大，周期長，會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此研究新的、可靠性高、延時短的變壓器保護(hù)方法具有很大的理論與工程應(yīng)用價值。

長期以來，差動保護(hù)因為具有良好的選擇性、速運性而作為變壓器的主保護(hù)。但是當(dāng)變壓器在空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)時，由于變壓器鐵芯的飽和，會在差動回路中產(chǎn)生很大的勵磁電流(勵磁涌流)，此電流可達(dá)變壓器額定電流的6～8倍，與變壓器內(nèi)部故障電流數(shù)值相當(dāng)。勵磁涌流是變壓器差動保護(hù)誤動的主要原因，因此正確區(qū)分勵磁涌流和內(nèi)部故障電流是保證變壓器保護(hù)可靠動作的關(guān)鍵所在。

對勵磁涌流的波形進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)勵磁涌流存在一個明顯的間斷角，對其波形進(jìn)行Fourier變換，發(fā)現(xiàn)其中二次諧波的含量很高，因此傳統(tǒng)的勵磁涌流識別方法主要采用間斷角原理和二次諧波制動原理。但是由于變壓器一般采用YNd11接線方式，因此變壓器從Y側(cè)空載合閘時，差動回路中的電流將是兩相繞組勵磁電流的差值，可能形成對稱性涌流，在對稱性涌流波形情況下，二次諧波含量與間斷角均減小，勵磁涌流的識別與差動保護(hù)的閉鎖變得困難。另外隨著變壓器制造水平的提高(鐵芯性能的改善)，勵磁涌流中二次諧波的含量降低。當(dāng)變壓器經(jīng)串補電容或超高壓長線接負(fù)荷時，當(dāng)發(fā)生變壓器內(nèi)部故障時也會產(chǎn)生二次諧波，會使保護(hù)靈敏性降低。當(dāng)電流互感器飽和時，間斷角、二次諧波含量都有所降低，增加了識別難度。因此間斷角原理與二次諧波判別方法均已不滿足繼電保 護(hù)可靠性與速運性的要求，需要進(jìn)一步提出原理簡單、可靠性高、計算速度快、延時短的勵磁涌流識別方法。

在目前已公開的專利、期刊和會議文獻(xiàn)中，許多國內(nèi)外學(xué)者針對如何識別變壓器勵磁涌流和內(nèi)部故障電流進(jìn)行了廣泛的研究，并提出了許多用于勵磁涌流識別的新原理、新方法，也取得了一定成效，主要包括基于波形對稱原理、小波理論、有功差動、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，多模糊判據(jù)等方法。但這些方法中仍存在著許多問題，如易受噪聲干擾、數(shù)據(jù)窗口長、計算量大、延時長，整定復(fù)雜等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于形態(tài)學(xué)級聯(lián)腐蝕運算的變壓器勵磁涌流識別方法，該方法在CT飽和時刻也能夠識別出勵磁涌流與內(nèi)部故障電流，具有延時小、可靠性高、計算量小的優(yōu)點。

本發(fā)明的目的通過采取如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于形態(tài)學(xué)級聯(lián)腐蝕運算的變壓器勵磁涌流識別方法，包括以下步驟：

(1)采集變壓器差動保護(hù)回路兩側(cè)電流互感器的差動電流信號；

(2)對采集到的差動電流信號進(jìn)行采樣，得到差動電流信號采樣值I_diff；

(3)判斷I_diff的是否超過差動保護(hù)電流的整定值I_zd，如果不超過，則繼續(xù)采樣，如果超過，則通過下述步驟判斷I_diff是否為勵磁涌流：

(3-1)選取一數(shù)據(jù)窗口；

(3-2)對數(shù)據(jù)窗口內(nèi)的I_diff值取絕對值，得到信號abs(I_diff)；對abs(I_diff)進(jìn)行多次數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)腐蝕運算，得到各次腐蝕運算后的波形圖；

(3-3)計算出每個波形圖中的最大值K_i，計算出所有K_i中的最大值K_max與最小值K_min，得到：

$\mathrm{\σ}=\frac{K_{min}}{K_{\max }};$

若σ<σ_set時，則判定I_diff為勵磁涌流，若σ≥σ_set時，則判定I_diff為變壓器內(nèi)部故障電流，σ_set為預(yù)設(shè)的閾值。

優(yōu)選的，步驟(3)中，判斷I_diff是否超過差動保護(hù)電流的整定值I_zd的具體步驟是：判斷I_diff中任一相差動電流突變量是否連續(xù)n次超過I_zd，n≥3。

優(yōu)選的，所述步驟(3-1)中數(shù)據(jù)窗口的選取是從I_diff>I_zd開始到下一次電流過零點。

優(yōu)選的，所述步驟(3-2)中，對abs(I_diff)進(jìn)行多次數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)腐蝕運算的公式是：

式中，g采用扁平結(jié)構(gòu)元素，即g＝{0₁,0₂,…,0_l-1,0_l}，l為結(jié)構(gòu)元素的長度， 代表數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)腐蝕運算算子，I表示差動電流信號在結(jié)構(gòu)元素g腐蝕下的結(jié)果。

優(yōu)選的，所述步驟(3-2)中選取不同的結(jié)構(gòu)元素長度對差動電流信號abs(I_diff)進(jìn)行三次腐蝕運算。

更進(jìn)一步的，所述結(jié)構(gòu)元素的長度取為3，19，35。

優(yōu)選的，所述σ_set的值設(shè)定為0.1。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點與效果：

1、本發(fā)明方法選取的數(shù)據(jù)窗口長度根據(jù)故障時間的變化而發(fā)生變化，在半個基頻周期長左右的數(shù)據(jù)窗口內(nèi)即可實現(xiàn)勵磁涌流的識別，因此本發(fā)明方法的延時小。

2、本發(fā)明方法在進(jìn)行勵磁涌流的判別時，運用的是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)腐蝕運算，只有加減運算，計算量小。

3、本發(fā)明只需要通過比值系數(shù)σ就能進(jìn)行各種情況下的勵磁涌流的判別，即使CT(Current transformer，電流互感器)飽和時也能可靠識別，因此本發(fā)明原理簡單、判別式簡單、效果好，通過簡單的硬件即可實現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明方法的CT未飽和情況下勵磁涌流及其腐蝕運算處理后的結(jié)果。

圖3是本發(fā)明方法的CT未飽和情況下內(nèi)部故障電流及其腐蝕去處理后的結(jié)果。

圖4是本發(fā)明方法在CT飽和時勵磁涌流及其腐蝕運算處理后的結(jié)果。

圖5是本發(fā)明方法在CT飽和時內(nèi)部故障電流及其腐蝕運算處理后的結(jié)果。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

一種基于形態(tài)學(xué)級聯(lián)腐蝕運算的變壓器勵磁涌流識別方法的流程圖如圖1所示。本實施例的系統(tǒng)電壓為220kV，選用三相雙繞組變壓器。系統(tǒng)頻率為50Hz，采樣頻率f_s＝4kHz，每個基頻周波采樣80個點。為了保證可靠性，當(dāng)檢測到差動回路內(nèi)電流連續(xù)三次大于0.1A時，對數(shù)據(jù)窗口內(nèi)的值取絕對值后，進(jìn)行灰度數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)腐蝕運算。

灰度數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)腐蝕運算：

式中：f為輸入信號，g為結(jié)構(gòu)元素，D_f為輸入信號定義域，D_g為結(jié)構(gòu)元素定義域，代表數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)腐蝕運算算子。

針對本實施例的信號abs(I_diff)進(jìn)行腐蝕運算的公式為：

式中：I表示差動電流信號abs(I_diff)在結(jié)構(gòu)元素g腐蝕下的結(jié)果，本算法中取扁平結(jié)構(gòu)元素，即：g＝{0₁,0₂,…,0_l-1,0_l}，結(jié)構(gòu)元素的中心在原點。本實施例中，結(jié)構(gòu)元素的長度l取為3、19、35，分別進(jìn)行三次腐蝕運算。當(dāng)數(shù)據(jù)窗口的長度發(fā)生變化時，需要適當(dāng)?shù)刈兓痩值的大小才能有效地提取數(shù)據(jù)窗口內(nèi)信號的特征量，從而進(jìn)行有效地判別，則各次腐蝕運算結(jié)構(gòu)元素間隔的長度也發(fā)生變化。間隔的長度即三次l取值之間的差，本實施例中為16。

求得三次腐蝕運算后I的最大值K₁，K₂，K₃后，計算出K₁，K₂，K₃中的最大值K_max與最小值K_min，計算通過σ對差動電流進(jìn)行勵磁涌流判別，當(dāng)σ<σ_set時，則判定差動電流信號I_diff為勵磁涌流，當(dāng)σ≥σ_set則判定為變壓器內(nèi)部故障電流，此實施例中σ_set＝0.1。

圖2是利用本實施例中的算法對勵磁涌流進(jìn)行腐蝕運算處理后的結(jié)果，圖3是利用本實施例中的算法對內(nèi)部故障電流進(jìn)行腐蝕運算處理后的結(jié)果。圖2中σ＝0.05<0.1，可以可靠地識別為勵磁涌流，對保護(hù)進(jìn)行閉鎖。圖3中σ＝0.40>0.1，可以準(zhǔn)確地識別為內(nèi)部故障，對保護(hù)發(fā)出跳閘信號。圖4是利用本實施例中的算法對在CT飽和情況下的勵磁涌流進(jìn)行腐蝕運算處理后的結(jié)果，圖5是利用本實施例中的算法對CT飽和情況下的內(nèi)部故障電流進(jìn)行腐蝕運算處理后的結(jié)果。圖4中σ＝0.02<0.1，可以可靠地識別為勵磁涌流，對保護(hù)進(jìn)行閉鎖。圖5中σ＝0.12>0.1，可以準(zhǔn)確地識別為內(nèi)部故障，對保護(hù)發(fā)出跳閘信號。由以上分析可見，無論在電流互感器是否飽和的情況下該算法均能可靠地識別變壓器勵磁涌流與內(nèi)部故障電流。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。