[发明专利]一种基于压力特征的变压器数字式自适应保护装置及方法

说明书

一种基于压力特征的变压器数字式自适应保护装置及方法，包括：瞬态油压特征量测量模块、开关量输入模块、信号调理与采集模块、数字核心模块；其中，瞬态油压特征量测量模块与信号调理与采集模块相连，信号调理与采集模块和开关量输入模块均与数字核心模块相连。本发明实时获取油箱内部多个测点瞬态油压数字信息，运算得到表征油压幅度的动作压力值，利用变压器不同运行条件下该特征量存在的显著差异构建保护判据及门槛值整定方法，实现对变压器油箱内部故障的可靠、快速、灵敏甄别与切除，且不受励磁涌流影响。同时，本发明设计了故障状态自适应、门槛值自适应的保护方案以提高保护的动作速度。

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及一种基于压力特征的变压器数字式自适应保护装置及方法，用于可靠、快速、灵敏甄别油浸式电力变压器油箱内部故障。

背景技术

电力变压器作为电能传输的重要元件，一旦发生故障将会对电力系统供电可靠性和运行稳定性带来严重影响。尤其是安装于系统枢纽位置的大型电力变压器，因其电压等级高、容量大、结构复杂、造价高昂，由于故障而损坏势必造成巨大的经济损失。因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。

继电保护技术的发展有赖于对故障特征的认识，一般认为变压器内部故障主要有三个特征，一是相电流增加，二是差电流增加，三是故障气体形成。对应前两种电气量特征，广泛应用的保护措施包括过电流保护和电流差动保护，而后者是目前变压器内部短路故障的主要保护方式之一。然而，变压器电流差动保护在原理上主要存在两方面缺陷：其一，变压器空载合闸时励磁回路存在的励磁涌流将可能导致差动保护误动发生；其二，在面对单匝或小匝数短路等弱故障时，差动保护可能因灵敏度不足而发生拒动作。鉴于此，早在上世纪20年代学者们便发明了变压器瓦斯保护以弥补电气量保护的不足。相较于电气量保护，反应于故障气体产生的非电量保护更为全面、直接反应保护对象的运行状态，且在灵敏度等方面独具优势。传统机械式非电量保护在近百年的使用过程中虽然成功保护了数以万计的油浸式变压器，但由于存在理论建模困难、原理性缺陷、凭经验取门槛值以及机械结构动作性能不足等问题，越来越难以满足当前大容量、高电压等级电力变压器的更高要求。因保护拒动、误动事故引起的系统停电、变压器爆炸事故时有发生，严重影响到电力系统的安全、可靠运行，严重威胁变电站运行人员及周围人民群众生命财产安全。

油浸式电力变压器内部发生严重过热或电弧故障时，液态绝缘油将被瞬间汽化、分解形成具有一定体积的高内能气泡。在故障电能的持续注入下，故障气泡内压也不断升高，同时由于故障点附近液态绝缘油存在膨胀惰性，故障气泡与周围液态绝缘油之间的气液相界面必然产生显著的压力升高，并以压力波的形式在变压器油箱内部传播，导致油箱内部油压的整体骤升。此外，由于变压器油箱并非压力容器，箱体往往在内部压力波冲击下发生形变、开裂。另一方面，当变压器发生外部短路故障时，故障点位于变压器出口处，对于油箱内部压力的影响仅体现在短路穿越电流引起的绕组振动上。同时，由于绕组的机械应变将消耗大量能量，因此该过程引起的油压变化有限。与外部故障类似，变压器正常运行、励磁涌流均为电流流过绕组产生振动引发油压变化。因此，利用不同运行条件下变压器内部油压特征的差异便可以有效甄别变压器内部故障状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于压力特征的变压器数字式自适应保护装置及方法，该方法的应用能够可靠、灵敏、快速识别油浸式电力变压器内部故障，且不受励磁涌流的影响。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于压力特征的变压器数字式自适应保护装置，包括：瞬态油压特征量测量模块、开关量输入模块、信号调理与采集模块、数字核心模块；其中，瞬态油压特征量测量模块与信号调理与采集模块相连，信号调理与采集模块和开关量输入模块均与数字核心模块相连；

瞬态油压特征量测量模块用于测量变压器内部不同位置的油压变化特征，并输出与之相对应的模拟电压/电流信号；