开题报告沈明已修改.docx

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开题报告沈明已修改

毕业设计（论文）

开题报告

题目变压器励磁涌流识别

方案的研究

专业电气工程及其自动化

班级电气046

学生沈明

指导教师王海燕

2008年

一、毕业设计（论文）课题来源、类型

本毕业设计（论文）的课题来源为科研生产实践，课题类型为工科工程类中的系统仿真。

二、选题的目的及意义

随着超高压远距离输电线路在我国越来越多地建成和投入运行，大容量变压器的应用日益增多，这就对变压器保护运行的可靠性和快速性提出了更高的要求。

根据相关文献统计，目前220kv变压器差动保护正确动作率不到70%，远低于其它设备保护的运行水平，因此有必要对现有的技术进行深入的综合研究。

无论是传统的模拟式保护，还是目前崛起的微机保护，其中的变压器差动保护主要要解决两个问题：

一是正确鉴别励磁涌流和内部故障短路电流；二是区分外部故障和内部故障。

运行经验表明，差动保护能够准确地区分区内和区外故障，因此励磁涌流和内部故障短路电流的判别是变压器差动保护的关键问题。

本次毕业设计“变压器励磁涌流识别方案的研究”，通过分析变压器在励磁涌流和内部故障时差动电流波形所具有的特征差异，研究比较目前现有的励磁涌流识别方法，同时利用EMTDC软件形成变压器故障、涌流数据，对其中两种涌流识别方案进行仿真分析，并以现场实录数据验证差动保护中涌流识别方法。

三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势

1．国内外的发展现状

近年来,随着电力系统规模的扩大,电压等级的升高,增加了很多大容量的电机和变压器。

大容量变压器发生事故的次数也随之增加,大容量变压器主要采用纠结式绕组,匝间绝缘水平尚不能满足这种接线方式的需要,因而变压器的匝间短路事故有所增加。

因此,对变压器保护提出了新的更高的要求。

国内外都在探索新的变压器保护原理。

励磁涌流的判别方法在当前的应用及研究中,主要有如下几种:

二次谐波制动、间断角、电压制动、磁通特性原理、等值电路法等;另外,将新兴学科和方法（如模糊集合论、专家系统、人工神经网络等）运用到变压器的保护中也是研究的热点之一。

二次谐波制动原理是利用励磁涌流中含有较大的偶次谐波分量,并且二次谐波分量最大。

因此计算出差流中的二次谐波分量,如果其值较大就可以判断出是励磁涌流。

二次谐波原理简单明了,在常规保护中有较多

的运行经验,用微机实现比常规保护更容易。

因此,目前国内外实际投入运行的计算机变压器保护大都采用这个原理。

但是,采用二次谐波制动的变压器保护,也有很大的局限性。

变压器端部接长线或接静补电容时,内

部故障的暂态电流也可能产生较大的二次谐波。

因此,系统的扩大和运行方式的增多使二次谐波不再是励磁涌流的独有特征。

变压器有时会造成误动。

间断角原理率先由我国提出并制成样机,其模拟式保护装置已经得到应用。

间断角原理是基于励磁涌流波形中有较大的间断这个特征实现其鉴别的。

一般采用的判据:

间断角为65°,波宽为140°。

当差流的间断角大于65°时,判别为励磁涌流;当间断角小于65°且波宽大于140°时,则判别为可能不是励磁涌流,并短时开放出口比率差动继电器。

与二次谐波制动原理相比,间断角原理有如下优点:

利用了励磁涌流明显的波形特征,能清楚地区分内部故障和励磁涌流;一般采用分相涌流判别方法,在变压器内部故障时能迅速跳闸;具备一定的抗过励磁的能力。

但因为要较为精确的测量间断角，对硬件的要求较高。

而CT饱和的时候，容易是间断角变形，小电流情况下电流中的谐波含量和频率的变化对间断角的测量影响比较大,因此在系统振荡情况下有可能误动。

电压制动原理的基本思路是:

当变压器因励磁涌流出现严重饱和时,端电压会发生畸变,其中包含较大的谐波分量;当处于内部故障时,变压器的端电压会降到较低的水平。

这样就可以鉴别励磁涌流或加速保护的出口。

谐波电压制动原理的应用与系统阻抗的大小关系密切，因此应用该原理的保护必然要求对系统阻抗有比较精确的了解。

这就使整定变得比较复杂，而且在系统阻抗较小时，基于该原理的保护的动作特性有可能变坏。

磁特性原理考虑变压器的励磁特性,能完全消除励磁涌流的影响。

其基础是变压器每一绕组的电压回路方程:

u=Ri+Ldi/dt+dΨ/dt.其中,R、L分别为该绕组电阻、漏感,u、i、Ψ为该绕组的电压、电流和磁通的瞬时值。

上式在变压器正常运行、外部短路、空载合闸、过励磁等各种情况下均满足,但在内部故障时不满足,从而可以明确区分内部故障。

基于磁通特性的识别方法与传统的差动保护迥然不同，完全摆脱了励磁涌流和过励磁电流的困扰，不再以励磁电流的波形特征来区分内部短路和空载

合闸异常工况，是一次有益的探索。

但需要知道绕组的漏感,这在实际工作中是不太可能的。

而通过估算得来的漏感有较大的误差。

等值电路原理是一种基于变压器导纳型等值电路的励磁涌流判别方法。

该方法是通过检测对地等值导纳的参数变化,鉴别变压器的内部故障。

铁心线圈的漏抗和空心线圈的漏抗相近,故此时变压器的等值导纳参数的互导纳几乎与变压器的铁心饱和程度无关。

铁心未饱和时,变压器各侧对地导纳几乎为零,当铁心饱和时,变压器各侧对地导纳明显增大,当铁心严重饱和时,变压器各侧对地导纳几乎与空心变压器的对地导纳一致,且是一个不等于零的常量。

因此,可以计算出变压器的各侧对地导纳,通过其值的变化判别变压器是否发生内部故障。

这种算法计算速度快,即使在内部故障叠加励磁涌流的情况下,也能快速地识别是否发生故障。

这

种算法计算速度快，即使在内部故障叠加励磁涌流的情况下，也能快速地识别是否发生故障。

等值电路法存在的不足是要求测量各侧绕组电流，因此对于d联结，只适应于单相变压器组。

无论是谐波制动原理还是波形特征识别原理都是基于变压器差动保护的励磁涌流鉴别方法，是在利用励磁涌流和内部故障电流发生时变压器的电压或电流信息的基础上，构造比较特征量来达到正确识别的目的。

变压器是通过电磁耦合的方式来进行电能传输和转换的，一个变压器的运行状态，应同时包括电压、电流的信息才能完全表征。

传统的二次谐波制动原理利用了励磁涌流中明显的谐波特征信息，但是随着电压等级的提高以及变压器制造技术的发展，单一的谐波信息已经不能满足保护正确动作的要求。

而各种辅助判据的使用意味着通过增加信息量来保证保护的正确动作。

间断角原理利用了电流波形明显特征来识别励磁涌流，与二次谐波制动原理相比利用了更多的信息，但由于微机实现的困难没有得到广泛使用。

而其它的基于波形特征的识别方法本质上与间断角原理类似，只是在实现方法上采用了不同的数学工具和算法来获得更多的信息。

总之，为保证变压器差动保护正确可靠动作，综合利用变压器电压、电流两个变量特征提取信息来识别励磁涌流是今后一段时间内的发展趋势。

构造的差动保护就是将谐波制动原理与波形特征识别原理相结合来提高保护的可靠性。

从差动保护作为变压器的主保护那一天起，正

确识别励磁涌流就成为变压器差动保护所需要解决的重要问题。

事实上，将差动保护应用到变压器保护中来存在着先天不足。

纵差保护原理上全不反映外部短路，因此取得了被保护设备内部故障时保护动作的灵敏性、快速性和选择性，被广泛用于电气主设备和输电线的主保护。

差动保护的最基本的条件是当被保护设备内部无故障时只能用于满足电流基尔霍夫定律的纯电路设备。

而变压器差动保护范围内，不仅包含电路，而且包含非线性的铁心磁路，造成当变压器本身无故障空载合闸或过励磁时，差动保护中流过很大的差动电流。

因此，最初变压器采用差动保护作为主保护就隐含了不满足差动保护应用的基本前提。

从而摆脱现有技术束缚，探寻新的变压器保护原理是今后研究的重点方向。

基于磁通特性的原理、等值电路法原理以及功率差动原理就是一次有益的探索，但是这些新原理在实际应用中还存在着很多问题，需要更进一步的完善和发展。

3.励磁涌流识别的展望

传统的识别励磁涌流和内部故障的方法由于它们都基于单一的特征量,不能识别出所有情况下的励磁涌流和故障电流,其中部分算法在实际

应用中遇到困难。

解决这个问题有两个途径：

一条途径就是尽量使用更多的特征量进行综合判断。

人工神经网络是采用计算系统模拟人脑神经细胞的结构和功能并将其应用于工程和其他领域它具有高度神经计算能力极强的自适应性.容错性及自学习能力等特点。

模糊理论核心是用数学手段仿效人脑思维对复杂事务进行模糊度量,模糊识别,模糊推理,模糊控制和模糊决策,在继电保护方面表现为利用模糊数学的理论和方法对输入的电气量,开关量等信息更有效地进行综合决策从而得出更加精确和符合实际情况的输出结果。

近来,国内外学者已将神经网络和模糊逻辑等技术应用到这一领域中。

运用模糊神经网络这一新型的人工智能技术来实现励磁涌流和内部故障的鉴别,模糊神经网络将模糊推理系统用神经网络的结构来实现,它利用神经网络的学习计算功能来形成隶属度和模糊推理规则,因而结合了两者的优点,这样的网络结构已被证明具有极强的模糊模式分类功能。

而另一条途径就是更加精确研究变压器的模型,找出变压器励磁涌流的新的特征量来。

小波变换分析方法具有多分辨分析和时频局部化特征特别适合于边缘和峰值突变信号的处理与特征抽取。

变压器励磁涌流信号就属于上述的奇异信号。

利用小波包变换进行

分析得到涌流波形与各种故障电流小波包变换结果之间的奇异度大小方面的显著差异。

涌流波形的变换结果呈现出明显的奇异性。

该方法能够准确快速地区分励磁涌流和内外部故障。

该方法的显著特点是引入短时数据窗对采样数据进行分析从而避免了将仿真输入数据一并作为滤波器的输入实时性得不到满足的问题。

各种新技术有着各自的优势，但在具体应用于实际保护中还存在很多问题：

小波算法的一大明显特征是提取出涌流波形与各种故障波形的奇异性，通过比较各种波形奇异度的差异区分涌流和故障情况。

如果实际运行现场的干扰较重，实测信号的奇异度是否被干扰噪声所淹没而无法提供足够的裕度以满足保护可靠性的问题还有待商榷。

神经网络的突出矛盾体现在训练样本能否涵盖过去及将来电力系统中各种运行方式下可能发生的不同故障类型将同一权值网络应用于不同类型的变压器中。

其可能性微乎其微。

模糊理论应用于实际保护中面临的问题是隶属度的确定和模糊推理规则的形成以及如何调整权值和阀值以保证系统最优化。

如何扬长避短综合利用各种新技术手段以确保继电保护动作的可靠性.快速性.灵敏性及选择性将是一个重要的发展方向。

四、本课题主要研究内容

本课题是对借助于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，搭建变压器的仿真模型进行故障计算与励磁涌流实验，以此对其中两种涌流识别算法进行仿真分析比较。

本文拟定要做如下工作:

1）查阅国内外相关文献，了解变压器差动保护的特点。

2）掌握励磁涌流的产生机理、特征、识别原理。

3）分析比较目前现有的二次谐波制动、间断角励磁涌流识别方案及其各自优缺点，了解它们在现实中的应用范围及其各自的普及程度，并分析比较其原因；

4）借助于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，搭建变压器的仿真模型进行故障计算与励磁涌流实验，以此对二次谐波制动、间断角进行仿真分析比较；

5）以现场实录故障数据对这两种涌流识别算法进行测试，观察励磁涌流中是否有明显的二次谐波分量，是否有明显的间断角。

及二次谐波制动、间断角的适用范围。

找出并验证它们的优缺点；

五、完成论文的条件和拟采用的研究手段（途径）

1.完成论文的条件

（1）校图书馆提供相关资料；

（2）校园网提供网上查询；

（3）电气工程系机房提供充足的上机条件；

（4）其他条件协商解决。

2.采用的研究手段

借助于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，搭建变压器的仿真模型进行故障计算与励磁涌流实验，以此对其中两种涌流识别算法进行仿真分析比较

六、本课题进度安排、各阶段预期达到的目标

（第3周）查阅国内外相关文献，了解变压器差动保护的特点

（第4周）掌握励磁涌流的产生机理、特征、识别原理

（第5周）掌握励磁涌流的产生机理、特征、识别原理

（第6周）分析比较目前现有的励磁涌流识别方案各自优缺点

（第7周）分析比较目前现有的励磁涌流识别方案各自优缺点

（第8周）用PSCAD/EMTDC仿真软件，搭建模型对二次谐波制动、间断角识别算法进行仿真分析比较

（第9周）以用PSCAD/EMTDC仿真软件，搭建模型对二次谐波制动、间断角识别算法进行仿真分析比较

（第10周）以现场实录故障数据对二次谐波制动、间断角识别算法进行测试

（第11周）以现场实录故障数据对二次谐波制动、间断角识别算法进行测试

（第12周）完善仿真模型，改正错误之处，改进不足之处

（第13周）完善仿真模型，改正错误之处，改进不足之处。

（第14周）整理笔记，撰写毕业论文

（第15周）撰写毕业论文

（第16周）撰写毕业论文

（第17周）提交论文定稿，答辩。

七、参考文献

1）王维俭,候炳蕴.大型机组继电保护理论基础（第二版）.北京:

中国电力出版社,1989.

2）王维俭.发电机变压器继电保护应用（第二版）.北京:

中国电力出版社,2005.

3）张保会，尹项根电力系统继电保护中国电力出版社，2004

4）郝治国，张保会，褚云龙变压器励磁涌流鉴别技术的现状和发展2005

5）王国兴张传利黄益庄变压器励磁涌流判别方法的现状及发展1998

6）肖国军变压器励磁涌流现象分析及应对措施，2004

7）宋芸乐秀钱峰李稚鹏励磁涌流鉴别方法在变压器保护中的应用2002

8）孙宏伟李梅寇晓括李彦明基于PSCAD/EMTDC的谐波仿真分析2004

9）褚云龙张保会郝治国新技术手段在变压器差动保护励磁涌流识中应用研究的现状2004

10）郭一夫500kV牡丹变励磁涌流实测波形数据分析2001