專利名稱：用于進(jìn)行在線鐵磁共振檢測(cè)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行在線鐵磁共振檢測(cè)的方法和系統(tǒng)，尤其是電力變壓器鐵磁共振的在線檢測(cè)。
現(xiàn)有技術(shù)鐵磁共振是在高壓不穩(wěn)定，尤其是在三相電氣系統(tǒng)中高壓不穩(wěn)定時(shí)產(chǎn)生的一種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象僅在特定條件下發(fā)生。鐵磁共振對(duì)于變壓器饋線或者存在雙架空線部分的網(wǎng)角(mesh corner)或T形連接構(gòu)造是非常危險(xiǎn)的現(xiàn)象。實(shí)際上，當(dāng)將變壓器饋線與電力系統(tǒng)的剩余部分?jǐn)嚅_連接時(shí)，由于隔離系統(tǒng)的接地電容放電，變壓器將趨于飽和。接著在電抗組件之間可能會(huì)發(fā)生鐵磁共振，所述鐵磁共振由從保留在負(fù)載上的并行線耦合電容所傳輸?shù)哪芰烤S持。在發(fā)生鐵磁共振時(shí)，再次供電的變壓器能夠引起嚴(yán)重的切換過電壓。因此鐵磁共振的檢測(cè)和報(bào)警設(shè)備是必需的。鐵磁共振是復(fù)雜的非線性電氣共振現(xiàn)象，其是由與系統(tǒng)電容耦合的變壓器的飽和電抗引起的。對(duì)于電力系統(tǒng)中的大多數(shù)情形都會(huì)發(fā)生該現(xiàn)象，由于其帶來過電壓、過電流以及諧波的異常率，該現(xiàn)象對(duì)于電力系統(tǒng)來說很危險(xiǎn)，可能導(dǎo)致電介質(zhì)和熱損壞、絕緣體的性能和壽命降低、設(shè)備故障(例如保護(hù)設(shè)備的不合時(shí)宜的跳閘)、電氣設(shè)備的提前老化、甚至整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。鐵磁共振的主要特點(diǎn)在于其對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和初始條件高度敏感，這使得其很難被預(yù)測(cè)。根據(jù)鐵磁共振電壓的形狀和頻率，存在鐵磁共振的四種不同模式，所述模式是基頻模式、次諧波模式、準(zhǔn)周期模式和混沌模式。在電力系統(tǒng)中，基頻模式和次諧波模式比其它兩種模式更常見。傳統(tǒng)的UK實(shí)踐已經(jīng)適合鐵磁共振的檢測(cè)，其通過在鐵磁共振開始時(shí)打開端子斷路器的操作而自動(dòng)初始化變壓器與斷電線路的隔離:當(dāng)斷電時(shí)，如果三相電壓中的兩相維持高電壓，將發(fā)出報(bào)警。說明書結(jié)尾處的參考文獻(xiàn)[I]描述了一種由Reyrolle公司制造的保護(hù)繼電器(XR309)。在超級(jí)電網(wǎng)系統(tǒng)中，在直接連接的變壓器斷電之后可能會(huì)出現(xiàn)鐵磁共振。鐵磁共振可以通過感應(yīng)來自通電并行電路來保持。在鐵磁共振狀態(tài)下，變壓器的再次通電能夠引起嚴(yán)重的切換過電壓的風(fēng)險(xiǎn)，因此在存在這樣的風(fēng)險(xiǎn)的情況下，鐵磁共振報(bào)警繼電器是必需的。因此，在系統(tǒng)通電或者斷電時(shí)，繼電器XR 309按照如下方式檢測(cè)鐵磁共振:-在系統(tǒng)斷電時(shí)，次級(jí)電壓下降到復(fù)位電平之下，并且三個(gè)元件掉電(drop-off.)。在發(fā)生鐵磁共振的情況下，三個(gè)元件中的兩個(gè)元件將保持通電。-如果在斷電系統(tǒng)中引起鐵磁共振，則繼電器僅在鐵磁共振的幅值高于40VAC的繼電器元件吸合(pick-up)電平時(shí)才做出響應(yīng)。-連線繼電器觸點(diǎn)以初始化計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器隨之初始化報(bào)警。
該現(xiàn)有技術(shù)方法不能覆蓋所有的鐵磁共振情形:例如電氣軌道電路中僅一相高電壓的情況。該繼電器的另一缺點(diǎn)在于其不是數(shù)字的而是模擬的。因而，其不能被結(jié)合到新的保護(hù)繼電器中。本發(fā)明涉及鐵磁共振的檢測(cè)以及所述鐵磁共振的模式的確定，特別是在變壓器饋線連接條件下，或者例如存在雙電路架空線部分的網(wǎng)角和電路T形連接的等同條件下。本發(fā)明的目的在于著重于鐵磁共振的最顯著的特征-變壓器鐵心飽和及其頻譜特性，來獲得對(duì)鐵磁共振的精確檢測(cè)和模式識(shí)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于在高壓配電網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行在線鐵磁共振檢測(cè)的方法，其特征在于所述方法包括:-超通量(overflux)檢測(cè),其作為起始要素(startelement),如果持續(xù)規(guī)定的時(shí)間段通量大于閾值，則設(shè)置超通量，-模式驗(yàn)證，用于識(shí)別所述鐵磁共振的模式，使用模糊邏輯方法區(qū)分所述鐵磁共振模式。有利地，本發(fā)明的方法是用于電力變壓器饋線條件的鐵磁共振檢測(cè)的方法。有利地，在所述方法中，對(duì)于鐵磁共振檢測(cè)來說，根據(jù)去除了 DC分量的電壓的積分得到所述通量，然后將所述通量與自適應(yīng)閾值進(jìn)行比較以確定是否存在超通量。有利地，在檢測(cè)到超通量時(shí)計(jì)算多個(gè)頻率分量，然后存儲(chǔ)所述頻率分量的多個(gè)(例如20個(gè))最新值，通過對(duì)每一個(gè)頻率分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差的總和與每一個(gè)頻率分量的期望值的總和進(jìn)行比較首先確定穩(wěn)定狀態(tài)或不穩(wěn)定狀態(tài)。如果所述狀態(tài)不穩(wěn)定并且持續(xù)規(guī)定的時(shí)間段，則驗(yàn)證為混沌模式，如果所述狀態(tài)穩(wěn)定，則應(yīng)用模糊邏輯來區(qū)分所述鐵磁共振模式。有利地，所述頻率分量是:1/5次諧波分量、1/3次諧波分量、1/2次諧波分量、基頻分量和三次諧波分量。有利地，所述模糊邏輯使用自定義的“大”隸屬函數(shù)，通過所述函數(shù)對(duì)相同情況下的每一個(gè)分量的值進(jìn)行模糊，規(guī)則如下:-如果Cl很大并且C3也很大，則其是基頻模式；-如果Cl很大并且C3不大，則其是正常狀態(tài)；-如果Cl不大并且C1/2很大，則其是1/2次諧波模式；-如果Cl不大并且C1/3很大，則其是1/3次諧波模式；-如果Cl不大并且C1/5很大，則其是1/5次諧波模式；C1、C3分別是基頻和三次諧波的分量；Cl/2、Cl/3、Cl/5分別是1/2、1/3、1/5次諧波的分量。其中所述“不大”的值等于“1-很大”。其中通過“最小”算子計(jì)算所述規(guī)則的前提(antecedent)。通過以具有最高前提的所述規(guī)則的相應(yīng)模式作為結(jié)果來實(shí)現(xiàn)解模糊；如果一個(gè)以上的規(guī)則具有最高前提，則所述結(jié)果是混沌模式。有利地，如果一種模式在所述最新值中發(fā)生多于15次，則驗(yàn)證所述模式。有利地，始終監(jiān)控所述通量，并且如果三相通量中的兩相下降到低于閾值，則認(rèn)為所述變壓器饋線被斷電。在這種情形下，用于超通量和模式驗(yàn)證的所述閾值減半。
有利地，所述方法包括下列步驟: 對(duì)電壓進(jìn)行采樣，并且-在第一方式中:.通量計(jì)算，.閾值調(diào)節(jié)，.超通量檢測(cè)，

.超通量報(bào)警，-在第二方式中:.分量計(jì)算， 模式驗(yàn)證，并且，然后:-計(jì)數(shù)，-報(bào)告。本發(fā)明還涉及一種用于在高壓配電網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行在線鐵磁共振檢測(cè)的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括:-超通量檢測(cè)裝置，其作為開始要素，如果持續(xù)規(guī)定的時(shí)間段通量大于閾值，則設(shè)置超通量，-模式驗(yàn)證裝置，用于識(shí)別所述鐵磁共振的模式，其包括用于區(qū)分所述鐵磁共振模式的模糊邏輯裝置。有利地，所述系統(tǒng)包括用于根據(jù)去除了 DC分量的電壓的積分得到所述通量的裝置，以及用于將所述通量與自適應(yīng)閾值進(jìn)行比較以確定是否存在超通量的裝置。有利地，所述系統(tǒng)包括用于在檢測(cè)到超通量時(shí)計(jì)算多個(gè)頻率分量的裝置，以及用于存儲(chǔ)多個(gè)(例如20個(gè))最新值的裝置，通過對(duì)每一個(gè)頻率分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差的總和與每一個(gè)頻率分量的期望值的總和進(jìn)行比較首先確定穩(wěn)定狀態(tài)或不穩(wěn)定狀態(tài)。如果所述狀態(tài)不穩(wěn)定并且持續(xù)規(guī)定的時(shí)間段，則驗(yàn)證為混沌模式，并且如果所述狀態(tài)穩(wěn)定，則應(yīng)用模糊邏輯以區(qū)分所述鐵磁共振模式。有利地，所述頻率分量是:1/5次諧波分量、1/3次諧波分量、1/2次諧波分量、基頻分量和三次諧波分量。有利地，所述模糊邏輯使用自定義的“大”隸屬函數(shù)，通過所述函數(shù)對(duì)相同情況下的每一個(gè)分量的值進(jìn)行模糊化，規(guī)則如下:-如果Cl很大并且C3也很大，則其是基頻模式；-如果Cl很大并且C3不大，則其是正常狀態(tài)；-如果Cl不大并且C1/2很大，則其是1/2次諧波模式；-如果Cl不大并且C1/3很大，則其是1/3次諧波模式；-如果Cl不大并且C1/5很大，則其是1/5次諧波模式；C1、C3分別是基頻和三次諧波的分量，Cl/2、Cl/3、Cl/5分別是1/2、1/3、1/5次諧波分量，其中所述“不大”的值等于“1-很大”。通過“最小”算子計(jì)算所述規(guī)則的前提。通過以具有最高前提的所述規(guī)則的相應(yīng)模式作為結(jié)果來實(shí)現(xiàn)解模糊；如果一個(gè)以上的規(guī)則具有最高前提，則所述結(jié)果是混沌模式。
有利地，如果一種模式在所述最新值中發(fā)生多于15次，則驗(yàn)證所述模式。有利地，始終監(jiān)控所述通量，其中如果三相通量中的兩相下降到低于閾值，則認(rèn)為所述變壓器饋線被斷電。在這種情形下，用于超通量和模式驗(yàn)證的所述閾值減半。有利地，所述系統(tǒng)依次包括:-接收電壓輸入的濾波器，-A/D 轉(zhuǎn)換器，-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，-處理器，-放大器，-報(bào)警輸出設(shè)備，用于輸出報(bào)警輸出，并且所述系統(tǒng)還包括連接到所述處理器的用戶接口。本發(fā)明能夠在線檢測(cè)鐵磁共振的發(fā)生，可應(yīng)用于電力變壓器。本發(fā)明使用超通量作為起始要素，其中使用模糊邏輯方法評(píng)估不同的特征頻率分量以驗(yàn)證鐵磁共振發(fā)生的同時(shí)確定其模式?；诔繖z測(cè) 和模式驗(yàn)證的組合，本發(fā)明能夠克服傳統(tǒng)繼電器算法的困難并且填充數(shù)字鐵磁共振檢測(cè)方法的空白。有利地，本發(fā)明能夠結(jié)合到新的數(shù)字保護(hù)繼電器中。其在覆蓋特別是電力變壓器上的鐵磁共振的所有情況和模式方面更加敏感和精確。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的方框圖。圖2是“大”隸屬函數(shù)。圖3是本發(fā)明方法的組織圖。圖4是模式驗(yàn)證的組織圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明方案基于超通量檢測(cè)和頻率分量評(píng)估。鐵心電感的飽和是鐵磁共振的前提。因此超通量是鐵磁共振的優(yōu)良指示器。基于電壓的150ΗΖ、50ΗΖ、25ΗΖ、162/3ΗΖ、10ΗΖ分量，其中50Hz作為基頻系統(tǒng)頻率(或者基于電壓的180Hz、60Hz、30Hz、20Hz和12Hz分量，其中60Hz作為基頻系統(tǒng)頻率)，使用模糊邏輯方法確定鐵磁共振的模式。如果持續(xù)規(guī)定的時(shí)間段通量保持為高，并且具有失真的電壓波形，則假設(shè)已經(jīng)發(fā)生了鐵磁共振。I)超通量檢測(cè)存在幾種方式來檢測(cè)超通量，例如檢測(cè)V/f > Vn/fn(V:電壓，f:頻率)或者檢測(cè)5
次諧波。但是，由于波形的失真以及鐵磁共振的次諧波模式，這種方法在鐵磁共振條件下不
能用于超通量檢測(cè)。本發(fā)明方案采取另一種方法，通過對(duì)電壓的積分直接計(jì)算通量。tAux 二 fudt + Aux0
(I)通量的初始值是未知的，通過下面的公式去除通量的DC分量:
權(quán)利要求
1.一種用于在高壓配電網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行在線鐵磁共振檢測(cè)的方法，其特征在于所述方法包括: -超通量檢測(cè)(23)，其作為開始要素，如果持續(xù)規(guī)定的時(shí)間段通量大于閾值，則設(shè)置超通量， -模式驗(yàn)證(26)，用于識(shí)別所述鐵磁共振的模式，使用模糊邏輯方法區(qū)分所述鐵磁共振模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法是用于電力變壓器鐵磁共振的在線鐵磁共振檢測(cè)的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)去除了DC分量的電壓的積分得到所述通量，然后將所述通量與自適應(yīng)閾值進(jìn)行比較以確定是否存在超通量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在檢測(cè)到超通量時(shí)計(jì)算多個(gè)頻率分量，然后存儲(chǔ)所述頻率分量的多個(gè)最新值，通過對(duì)每一個(gè)頻率分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差的總和與每一個(gè)頻率分量的期望值的總和進(jìn)行比較來首先確定穩(wěn)定狀 態(tài)或不穩(wěn)定狀態(tài)，其中，如果所述狀態(tài)不穩(wěn)定并且持續(xù)規(guī)定的時(shí)間段，則驗(yàn)證為混沌模式，并且其中如果所述狀態(tài)穩(wěn)定，則應(yīng)用模糊邏輯來區(qū)分所述鐵磁共振模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述頻率分量是:1/5分量、1/3分量、1/2次諧波分量、基頻分量和三次諧波分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述模糊邏輯使用大隸屬函數(shù)，通過所述函數(shù)對(duì)相同情況下的每一個(gè)分量的值進(jìn)行模糊化，規(guī)則如下: -如果Cl很大并且C3也很大，則其是基頻模式； -如果Cl很大并且C3不大，則其是正常狀態(tài)； -如果Cl不大并且C1/2很大，則其是1/2次諧波模式； -如果Cl不大并且C1/3很大，則其是1/3次諧波模式； -如果Cl不大并且C1/5很大，則其是1/5次諧波模式； C1、C3分別是基頻和三次諧波的分量，Cl/2、Cl/3、Cl/5分別是1/2、1/3、1/5次諧波的分量，其中，所述“不大”的值等于“ 1-很大”，其中，通過“最小”算子計(jì)算所述規(guī)則的前提，其中，通過以具有最高前提的所述規(guī)則的相應(yīng)模式作為結(jié)果來實(shí)現(xiàn)解模糊；并且其中，如果多于一個(gè)的規(guī)則具有最高前提，則所述結(jié)果是混沌模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，如果一種模式在所述最新值中發(fā)生多于15次，則所述模式被驗(yàn)證。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，始終監(jiān)控所述通量，其中如果三相通量中的兩相下降到低于閾值，則認(rèn)為所述變壓器饋線被斷電，并且其中，在這種情形下，用于超通量和模式驗(yàn)證的所述閾值減半。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括下列步驟: 對(duì)電壓進(jìn)行采樣(20)，并且 -在第一方式中: 通量計(jì)算(21)， 閾值調(diào)節(jié)(22)， 超通量檢測(cè)(23)， 超通量報(bào)警(24)， -在第二方式中:分量計(jì)算(25)，模式驗(yàn)證(26)， 然后: -計(jì)數(shù)(27)， -報(bào)告(28) ο
10.一種用于在高壓配電網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行在線鐵磁共振檢測(cè)的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括: -超通量檢測(cè)裝置，其作為起始要素，如果持續(xù)規(guī)定的時(shí)間段通量大于閾值，則設(shè)置超通量， -模式驗(yàn)證裝置，用于識(shí)別所述鐵磁共振的模式，其包括用于區(qū)分所述鐵磁共振模式的模糊邏輯裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)是用于電力變壓器鐵磁共振的在線鐵磁共振檢測(cè)的系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，包括用于根據(jù)去除了DC分量的電壓的積分得到所述通量的裝置，以及用于將所述通量與自適應(yīng)閾值進(jìn)行比較以確定是否存在超通量的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，包括用于在檢測(cè)到超通量時(shí)計(jì)算多個(gè)頻率分量的裝置，用于存儲(chǔ)所述頻率分量的多個(gè)最新值的裝置，通過對(duì)每一個(gè)頻率分量的標(biāo)準(zhǔn)偏差的總和與每一個(gè)頻率分量的期望值的總和進(jìn)行比較來首先確定穩(wěn)定狀態(tài)或不穩(wěn)定狀態(tài)，其中，如果所述狀態(tài)不穩(wěn)定并且持續(xù)規(guī)定的時(shí)間段，則驗(yàn)證為混沌模式，并且其中，如果所述狀態(tài)穩(wěn)定，則應(yīng)用模糊邏輯以區(qū)分所述鐵磁共振模式。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述頻率分量是:1/5分量、1/3分量、1/2次諧波分量、基頻分量和三次諧波分量。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述模糊邏輯裝置使用大隸屬函數(shù)，通過所述函數(shù)對(duì)相同情況下的每一個(gè)分量的值進(jìn)行模糊化，規(guī)則如下: -如果Cl很大并且C3也很大，則其是基頻模式； -如果Cl很大并且C3不大，則其是正常狀態(tài)； -如果Cl不大并且C1/2很大，則其是1/2次諧波模式； -如果Cl不大并且C1/3很大，則其是1/3次諧波模式； -如果Cl不大并且C1/5很大，則其是1/5次諧波模式； C1、C3分別是基頻和三次諧波的分量；Cl/2、Cl/3、Cl/5分別是1/2、1/3、1/5次諧波的分量，其中，所述“不大”的值等于“ 1-很大”，其中，通過“最小”算子計(jì)算所述規(guī)則的前提，其中，通過以具有最高前提的所述規(guī)則的相應(yīng)模式作為結(jié)果來實(shí)現(xiàn)解模糊；并且其中，如果多于一個(gè)的規(guī)則具有最高前提，則所述結(jié)果是混沌模式。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，如果一種模式在所述最新值中發(fā)生多于15次，則驗(yàn)證所述模式。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，始終監(jiān)控所述通量，其中如果三相通量中的兩相下降到低于閾值，則認(rèn)為所述變壓器饋線被斷電，并且其中，在這樣的情形下，用于超通量和模式驗(yàn)證的所述閾值減半。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，依次包括: -接收電壓輸入的濾波器(10)， -A/D轉(zhuǎn)換器(11)， -數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(12)， -處理器(13)， -放大器(14), -輸出報(bào)警輸出的報(bào)警輸出設(shè)備15， 并且根據(jù)權(quán)利要求10所 述的系統(tǒng)還包括連接到所述處理器(13)的用戶接口 16。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在高壓配電網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行在線鐵磁共振檢測(cè)的方法和系統(tǒng)。該方法包括超通量檢測(cè)(23)，其作為起始要素，如果持續(xù)在規(guī)定的時(shí)間段通量大于閾值，則設(shè)置超通量，模式驗(yàn)證(26)，用于識(shí)別該鐵磁共振的模式，采用模糊邏輯方法以區(qū)分該鐵磁共振模式。
文檔編號(hào)H02H9/00GK103155329SQ201080067201
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2010年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者董新洲, 李旭陽, 薄志謙, R·查特菲爾德, A·克利梅克 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司, 清華大學(xué)