signal 摘要 变压器漏感采用纵联差动保護时 如何正确识别励磁涌流和内部故障时的短路电流是关键问题。 文章将变压器漏感励磁涌流和各种内部故障电流均看作随机信号 应鼡数字信号处理中的相关函数原理对采样数据进行分析， 计算采样数据的自相关函数 并与正弦电流形成的标准自相关函数进行相似比较運算， 利用相似系数大小区分短路电流和励磁涌流 理论分析和动模试验结果验证了该方案的可行性。 关键词变压器漏感；纵联差动保护；相关函数；励磁涌流；短路电流；随机信号 1 引言 变压器漏感差动保护主要解决两个问题一是区外 故障时最大不平衡电流与内部故障时灵敏度之间的矛盾；二是正确识别励磁涌流和内部故障时的短 路电流现场运行的绝大部分电力变压器漏感均采用纵 联差动保护作为主保护鉯解决前一个问题，因此关 键问题是如何正确识别励磁涌流和短路电流 现场运行的变压器漏感差动保护主要采用二次谐 波制动原理和间斷角原理来识别励磁涌流，其中二 次谐波制动原理应用最为广泛但电流互感器的饱 和及用于无功补偿的并联电容或超高压长输电线 分布電容的存在，使得变压器漏感发生内部故障时也会 产生很大的二次谐波而且变压器漏感铁心材料的改进 导致其饱和点降低，分析大量实際数据可知[1]当 剩磁较大且合闸角满足一定条件时，三相励磁涌流 中二次谐波含量可能均小于 15 其中最小一相可 能在 7以下，对应的间断角將小于 30°。此时无论 采用二次谐波制动还是按相制动的间断角原理均 无法避免变压器漏感纵差保护误动近年来，国内外学 者提出了很多識别励磁涌流的新原理和新算法如 磁通特性鉴别法、等值电路参数鉴别法等。这些算 法都需预先计算变压器漏感漏感参数而且整定困難， 其应用前景取决于理论上的进一步突破[1- 6] 本文在综合分析变压器漏感励磁涌流和内部故障 差流的基础上，提出应用数字信号处理中的楿关函 数原理计算采样数据的自相关函数再利用正弦电 流的自相关函数与其作相似分析，以此来区分变压 器励磁涌流和内部故障电流悝论分析和动模试验 结果均表明该方案具有原理清晰、识别正确、特征 明显等优点。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第 29 卷 第 6 期 电 网 技 术 79 2 相关函數用于随机信号分析的理论基础 在数字信号处理中随机信号与确定性信号不 同，它不能用一个确定的数学公式来描述也不能 准确预测。因此一般只能在统计意义上研究两个 随机信号的相似性或一个随机信号自身的相似性， 以实现信号的检测、识别与提取等因此相关函数 是研究随机信号的重要特征量。 两个随机信号 Xn、Yn的互相关函数可定义 为 1212,{ }xyrn nE Xn Y n? 1 式中 1Xn?为1X n的共轭 若 X nY n，则式1定义的互相关函数转化为自相关函数可表示为 2 12 ,{| | }xxrn nEX n 2 自相关函数 rxxn1,n2反映了信号 Xn1与其经 过一段延时后的信号间的相似程度。实际应用中遇 到的大都是实际物理信号因此是因果性嘚，即当 0n 时 Xn0且 Xn是实信号，其自相关函数 可由下式给出 101 lim NNnr 将变压器漏感副边电流幅值和相位均归算到原边并对 各相原、副边电流做差流，嘫后将各相差流做相间 差流每种情况下可得到 3 组相间差动电流波形， 分别为abxjI、bcxjI、caxjI下面以abxjI波形为例进行 分析，差流计算公式为 aa1a1bb1b1abxjabIII III III′?? ?′?? ???5 式中 a1I 、b1I 、c1I 分别为 a、 b、 c 相原边电流；a1I′ 、b1I′ 、c1I′ 分别为 a、b、c 相副边归算到原边的电流；abxjI为归算到原边的 a、b 相间差动电流 （2）將得到的差动电流进行差分滤波，滤去直流分量同时采用半周期数据窗（设采样周期为每周期 2N32 点） ，计算该数据窗在时间轴上的投影面積取其中最大面积对应的起点作为保护启动点[7]。计算公式为 abxjabxj 1I nInIn?? 6 1 kNj kS kI j?∑7 式中 I n 为经差分滤波后得到的相间差动电流； S k 为半周期数据窗在时间軸上的投影面积 （3） 本文采用自相关函数直接法估计[8]， 以半 周期为数据窗利用式4对相间差动电流估计自相 关函数从保护启动点延后 3/4 周期作为数据窗的 起点，逐采样点移动该数据窗依次计算 N/2 组自 相关函数估计值，再对其进行归一化并取绝对值 max[abs]i i iiqqq 13 式中 NIn 、ZXN In 分别为相间差动电鋶和基波 电流采样值（采样周期均为每周期 2N32 点） ； ? p m 、 ? q m 分别为相间差动电流自相关函数估计 值及正弦电流自相关函数估计值，长度均为 2N?1 由 ? p m 、 ? q m 可形成向量 p 和q ；ip 、iq 分别为对ip 、iq 进行归一化并取绝对值后得到的值。 （5）将每种状态下得到的 N/2 组相似系数最 小值相加求平均值 J设 Jset为判定值，当 JJset时 判为励磁涌流否则判为内部故障电流。 4 动模试验及结果 4.1 动模试验系统 为验证上述方法的准确性和可行性笔者通过 動模试验获得了变压器漏感在各种运行状况下的大量 真实数据[10,11]，本文利用这些数据对保护判据进行 验证 动模试验系统接线如图 1 所示。此系统中的试 验变压器漏感为三单相变压器漏感组采用 Y,d11 接线，单 相变压器漏感参数如下额定容量为 10kVA；低压侧额定电压为 380V；低压侧额定电流為 25.3A；高压侧 额定电压为 1kV；高压侧额定电流为 10A；空载电 流为 1.45；空载损耗为 1；短路损耗为 0.35； 短路电压为 9.015.0 无穷大系统 ∞ ? ? CT PT 负荷 试验变压器漏感 图 1 动模试验系统接线图

基于ANSYS 的电力变压器漏感漏感参数計算 及其在绕组变形中的应用研究 李 朋 1张保会1，郝治国 1 褚云龙2 （1．西安交通大学 电气学院 ， 陕西 西安 . 西北电网有限公司陕西 西安） 摘 要：介绍大型有限元软件ANSYS 在电力变压器漏感电磁分 计算结果比较表明仿真计算原理的实用性。同时提 析与参数计算中的应用；针对电力變压器漏感运行过程中发生绕 出建立变压器漏感铁心绕组模型通过改变绕组几何尺 组变形将会导致绕组漏感参数发生变化的基本特征，夲文提 寸模拟绕组变形为变压器漏感绕组变形在线监测的研 出利用有限元软件ANSYS 对电力变压器漏感铁心和绕组进行建 究提供一定的理论参栲。 模仿真计算变压器漏感漏电感参数；同时通过改变绕组的基本 1 基于ANSYS 软件的电力变压器漏感电磁分析 几何尺寸模拟绕组变形，为电力變压器漏感绕组变形在线监测的 与漏电感参数计算原理 变型判据研究提供一定的理论基础 1.1 电力变压器漏感场路耦合有限元分析方法 关键詞：电力变压器漏感；绕组变形；ANSYS ；漏电感 变压器漏感的原副边线圈均为载压线圈，即输入端 为电压源在ANSYS 中将输入、输出等效为集中 0 引訁 参数，线圈区域按有限元剖分离散化求解这一方 电力变压器漏感是电力系统最重要也是最昂贵的 [4] 法可以称为场路耦合有限元法 ，如图 1 所示场 电气设备之一,在运行过程中,其核心部件——绕 路耦合法的优点是在已知输入电压的条件下，可以 组不可避免地要遭受各种故障短蕗电流引起的大 一次求解线圈区域的磁场分布和流过线圈的电流 电磁力的冲击，可能使绕组局部或整体发生变形, 同时还可以求得负载端電压和电流 从而使得变压器漏感无法正常运行，因绕组变形导致的 [1] 变压器漏感事故率尤为突出 电力变压器漏感绕组变形是指在电动力囷机械力 R1 R2 的作用下，绕组的尺寸和形状发生不可逆的变化； 变形发生后有的立即发生损坏事故，有的则可以 U ZL 1 继续运行运行时间的长短取决于变形的严重程 L L 1 2 度；一旦变压器漏感绕组发生严重变形而未被及时发 现，很有可能导致事故的发生对变压器漏感本体及电 M 12 网安全的危害很大。因此为了预知变压器漏感健康隐 患、实现故障的早期预防、延长变压器漏感使用寿命， 图1变压器漏感的场路耦合模型 研究绕組变形程度及其特征描述就具有重要意义 在ANSYS 建模过程中，有限元求解区域的自 近年来国内外提出并应用于现场的绕组变形 由度选取比較严格，线圈区域选择动态矢量磁位A 诊断方法对于绕组变形程度的描述尚未量化

变压器漏感漏感对整流电路的影响
实际的交流供电电源总存在电源阻抗,如电源变压器漏感的漏电抗、导线电阻以及为了限制短路电流而加上的交流进线電抗器等
该漏感(也称漏抗)可用一个集中的电感LB表示,并将其折算到变压器漏感二次侧。
在许多情况下, LB不能忽略由于电感对电流的变化起阻碍作用,电感电流不能突变,它使得电流换相过程不能瞬时完成,而是会持续一段时间。
换相过程中,整流输出电压ud为同时导通的两个晶闸管所對应的两个相电压的平均值这导致ud的波形出现一个明显的缺口。同时各相的电流也不是突变的
换相重叠角:当负载电流从 a相换到b相时,由於漏感的存在,故ia、ib均不能突变,于是VT1和VT2同时导通,相当于将a、b两相短路,在两相组成的回路中产生环流ik。ik=ib是逐渐增大的,而ia=Id-ik是逐渐减小的当ik增大箌等于Id时,ia=0,VT1关断,换流过程结束。
电流的下降和上升的变化过程,要经过一段时间,称为换相过程,这个换相时间称为换相重叠角,用电角度γ表示。
斜率反映出电感LB上的压降
(以α=0,即自然换相点做为时间
可见,γ随其它参数变化的规律
  当?≤90?时,?越小γ越大。
换相压降△Ud——与不考虑变壓器漏感漏感时相比,ud平均值降低的多少换相压降相当于阴影部分的面积的平均值,它使得输出的整流电压下降。
变压器漏感漏抗对各种整鋶电路的影响
各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算
注:①单相全控桥电路中,环流ik是从-Id变为Id本表所列通用公式不适用;
②三相桥等效为楿电压等于的6脉波整流电路,故其m=6,相电压按代入。
变压器漏感漏感对整流电路影响的一些结论
出现换相重叠角γ,整流输出电压平均值Ud降低,电壓的脉动系数也增加;
整流电路的工作状态增多;
晶闸管的di/dt 减小,有利于晶闸管的安全开通;
有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt;
换相时晶闸管电压出现缺口,产生正的du/dt,可能使晶闸管误导通,为此必须加吸收电路;
换相使电网电压出现缺口,成为干扰源
整流电路的谐波和功率因数
许多電力电子装置要消耗无功功率,会对公用电网带来不利影响:
电力电子装置还会产生谐波,对公用电网产生危害;
许多国家都发布了限制电网谐波嘚国家标准,或由权威机构制定限制谐波的规定。制定的基本原则是限制谐波源注入电网的谐波电流,把电网谐波电压控制在允许范围内,使接茬电网中的电气设备能免受谐波干扰而正常工作.
国家标准(GB/T14549-93)《电能质量公用电网谐波》从1994年3月1日起开始实施 内容来自淘豆网转载请标明出處.