利用磁通軌跡特征識別變壓器勵磁涌流
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2 勵磁涌流的磁通軌跡特征
選擇和提取特征是區分變壓器勵磁涌流和內部短路故障過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。由于發(fā)生勵磁涌流時(shí)，主磁通交替經(jīng)歷進(jìn)入和退出飽和區的過(guò)程，則對于正方向的勵磁涌流，在電流最大點(diǎn)imax附近，主磁通嚴重飽和，該處附近的磁通軌跡曲線(xiàn)與橫軸的夾角α近似為0°；在電流最小值imin附近，磁通退出飽和，該處附近的磁通軌跡曲線(xiàn)與橫軸的夾角β近似為90°，如圖3(b)所示；而對于反方向的勵磁涌流，情形剛好相反。但在變壓器發(fā)生內部故障時(shí)，磁通變化范圍始終處于非飽和區，磁通軌跡曲線(xiàn)與橫軸的夾角在電流最大值與最小值附近基本相同，即α≈β，如圖3(a)所示。根據這一特點(diǎn)，我們提出采用最大、最小勵磁電流處磁通軌跡曲線(xiàn)傾角的正弦值之差作為區分勵磁涌流與內部故障的特征指標。定義特征指標：
k的取值范圍為0≤k≤1。顯然，對于勵磁涌流，由于α與β相差較大，測算出的k值將接近于1。而對于內部故障，由于α≈β，測算出的將接近于0。
應當注意的是，在最大、最小勵磁電流處磁通軌跡曲線(xiàn)的傾角通常經(jīng)歷了一個(gè)較大的變化過(guò)程，因此直接采用磁通軌跡曲線(xiàn)局部的微分或差分計算傾角α和β存在數值不穩定問(wèn)題。類(lèi)似的問(wèn)題在一些基于dΨ/di的方法中也常會(huì )遇到。為此，我們需要將傾角α和β理解為最大、最小勵磁電流附近相對較寬時(shí)間范圍內磁通軌跡曲線(xiàn)的平均傾角，例如，這個(gè)時(shí)間范圍可以取到1/10周期。我們將該時(shí)間段內的所有采樣數據點(diǎn)(Φm，Δi)擬合為一條直線(xiàn)，然后以該直線(xiàn)的傾角作為磁通軌跡曲線(xiàn)的平均傾角。
區分勵磁涌流與內部故障的判據為：如果k>kcr則判為勵磁涌流，否則判定為內部故障。其中kcr是一個(gè)由用戶(hù)整定的臨界值。通常情況下可設置為0.5。
3 仿真驗證
我們利用EMTP仿真程序對單相變壓器勵磁涌流與內部故障進(jìn)行了仿真研究，并用這些仿真數據繪制了磁通軌跡圖，計算了勵磁涌流與內部故障的特征指標。
單相變壓器空載合閘與空載匝間短路故障仿真波形分別如圖5(a)、6(a)所示，其相應的磁通軌跡曲線(xiàn)如圖5(b)、6(b)所示。由于勵磁涌流和短路電流的實(shí)際數值可能很大，為了比較和計算方便起見(jiàn)，對磁通軌跡圖曲線(xiàn)進(jìn)行歸一化處理，即磁通軸和電流軸分別除以其最大值與最小值之差。把電流最大值、最小值之前0.002s內的所有數據點(diǎn)用一條直線(xiàn)擬合。分別計算電流最大值處的擬合直線(xiàn)與橫軸夾角α的正弦值s1和電流最小值處的擬合直線(xiàn)與橫軸夾角β的正弦值s2。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/195102.htm
對于圖5(a)中所示的空載合閘波形，求得s1=0.2417，s2=0.9982，k=‖s1|- |s2‖=0.7565；對于圖6(a)中所示的空載匝間短路故障波形，求得s1=s2=0.9495，k=‖s1|-|s2‖=0.0。顯然，按照k>0.5判據，可以很容易地識別出勵磁涌流。
4 動(dòng)模實(shí)驗
下面用清華大學(xué)動(dòng)模實(shí)驗室的單相雙繞組變壓器實(shí)驗數據，來(lái)驗證識別方案以及設定的門(mén)檻值。該變壓器的額定參數為：額定容量5kVA，額定電壓460V/400V，原副邊繞組匝數比為271/234。
單相變壓器空載合閘(勵磁涌流)、小匝數匝間短路、大匝數匝間短路時(shí)的電壓、電流波形以及經(jīng)過(guò)處理后的磁通軌跡圖分別如圖7、8、9所示。多次實(shí)驗均具有相似的波形。求得變壓器八次空投實(shí)驗(出現勵磁涌流)時(shí)k的值均大于0.9332，均滿(mǎn)足判據；求得變壓器四次空載匝間短路故障(包括大匝數短路和小匝數短路)時(shí)k的值均小于0.0434，均不滿(mǎn)足判據k>0.5。
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