摘要：继电保护装置在电力系统中非常重要，它让电力系统的安全性和可靠性得到了保障。电网规模正在不停变大，同样对继电保护装置的能力要求也提高了。为提升保护装置的性能，我们需要对继电保护动作行为进行提前仿真，探究和对结果的校正、分析。到现在为止，继电保护数字仿真技术已经成为了继电保护装置研发的重要手段。
关键词：继电保护；系统设计；综述
0引言
发电系统、输电系统、变电系统、配电系统、用电系统等几个环节构成了电力系统。为了保证电力系统能安全快速稳定地运行，继电保护装置需要有非常重要的正确性和可靠性。继电保护装置在电力系统中举足轻重，它可以确保电力系统安全可靠的运行。但是，我们在系统装置正式放入使用之前必须进行一些测试，以保证装置的可以靠性。以面对系统在各种环境下发生的故障。但由于传统的理论分析与物理实验的局限性，因此需要用继电保护数字仿真来克服这些问题。继电保护数字仿真技术有很多优点，如投资少、功耗小、操作简单、可多次重复用、自动化水准高和占地面积小等。
1 目前变电站配电网保护现状
高压配电网保护的现状：目前我国高压配电网大多数为220kV线路。220kV线路保护均已趋于微机化。110kV线路保护设备根据各地区电网运行管理的习惯而并不统一，有的地区电网倾向于采用光纤纵联保护作为110kV线路主保护；也有一些地区电网倾向于采用距离保护作为主保护。随着光纤通道条件的改善，光纤电流差动保护成为了首选主保护类型。现有110kV变电站的母线一般没有配置专用的母线保护。110kV变电站一般也没有配置独立的故障录波设备。
中低压配电网保护的现状：目前，我国中低压配电网大都为单侧电源、辐射型35kV、10kV的配电网络，馈线保护设备安装在变电站靠近母线的馈线断路器处。中低压配电系统中性点不直接接地，馈线保护装置一般没有接入三相电流，为非三相式保护。
2 配电网保护的存在问题
1）微机保护装置的硬件、软件定型与规范化问题
随着大批量微机保护的投入运行，出现了很多问题，如：如何保证修改与更改后的软件能够可靠正确的动作。面对这些问题，应该系统化、标准化、规范化的管理微机保护的硬件，为软件的修改与更改制定相应的规章制度，保证微机保护的每一个更改步骤的都清晰明了，有相应的规定和必要的程序。
2）环网供电无保护
现阶段，我国主要采用负荷开关来进行环状配电网，并且不设置断路器，也没有添加其它的保护。如果对其进行装设断路器，也会由于负荷转移以及运行方式的变化等因素，我们还是无法协调继电保护的选择性。目前，电力系统通常采用开环运行方式来保护环网，当配电网发生故障时，环网会全部停电，通常，绝大多数要采用人工操作网络的方式来恢复供电。从环网供电的用户，小容量的还可以通过设置熔丝来防止故障的影响范围继续扩大。但是对于变压器容量较大的，我们就无法配置有选择性的熔丝进行保护了，所以，当这种用户出现故障时，环网就会发生全停的状况，从而扩大了配电网故障影响的范围。
3）分布式电源的发展对配电网保护的影响
分布式电源能够提高供电可靠性，实现节能和环保，其在电能生产中所占比重也越来越大。但是分布式电源接入到配网系统中会改变原有的简易辐射型网络结构，导致运行方式变化，使得运行管理更加复杂，还可能出现分布式电源孤岛运行的情况。因而目前研究分布式电源对配电网运行方式的影响需，要解决如何定位孤岛的位置以及如何实现孤岛内部的保护。
3 变电站主变保护配置
0.4MVA 及以上车间内油浸式变压器和0.8MVA 及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。变压器差动保护接线复杂，可靠性相对较低，在内部轻微故障时的灵敏度较低，快速性较差，因此，采用瓦斯保护对变压器油箱内故障构成双重主保护。瓦斯保护有轻、重瓦斯保护之分，当变压器严重漏油或轻微故障时，轻瓦斯保护动作，延时作用于信号；当变压器内部发生严重故障时，重瓦斯保护动作，瞬时作用于跳闸。瓦斯保护虽然简单、灵敏、经济，但它动作速度较慢，且仅能反映油箱内故障。因此，瓦斯保护需要与差动保护共同作用作为主保护。
对变压器的内部、套管及引出线的短路故障，电压在10kV 以上、容量在10MVA 及以上的变压器，采用纵差保护。相间短路后备保护宜选用过电流保护、复合电压（负序电压和线间电压）启动的过电流保护或复合电流保护（负序电流和单相式电压启动的过电流保护）。35kV-66kV 及以下中小容量的降压变压器，宜采用过电流保护。保护的整定值要考虑变压器可能出现的过负荷。
4 变压器差动保护的原理
4.1 变压器差动保护
①不平衡电流
理想情况下变压器变比以及各侧电流互感器的变比之间保持固定关系，在正常和区外故障时流入差动继电器的电流为零。而实际情况是正常和区外故障时差动继电器也存在电流，即不平衡电流。
综合考虑稳态和暂态影响下总的最大不平衡电流为：
其中
是区外最大故障电流；
是电流互感器误差，取0.1；
是各侧电流互感器的同型系数，取1； 
是非周期分量影响系数，取1.5-2；
是变压器调压范围，取0.05-0.15；
是电流互感器的变比不完全匹配产生的误差，取0.05。
②励磁涌流
当变压器空载投入和区外故障切除后电压恢复这个暂态过程中，变压器的受电侧会出现数值很大的励磁电流，数值约为额定电流的6-8倍，称为励磁涌流。导致流入差动继电器的电流很大，应采取措施闭锁差动保护，否则差动保护会误动。
防止励磁涌流：采用具有速饱和铁芯的差动继电器，消除非周期分量的影响；采用二次谐波制动，躲开励磁涌流；采用波形制动，即利用波形间断角、对称性鉴别励磁涌流。
差动电流速断保护，在变压器内部严重故障时，电流互感器因为严重饱和会产生很大的二次谐波，二次谐波制动会将此情况误认为是励磁涌流而闭锁保护，造成保护拒动。因此，为变压器配置不经过二次谐波制动的差动电流速断保护，按躲过励磁涌流、区外故障最大不平衡电流整定，其数值一般较大。电流互感器二次侧断线时会产生不平衡电流，可能使差动保护误动，所以应该为保护配置电流互感器二次侧断线闭锁。
4.2 变压器的后备保护
①过流保护。
，式中，可靠系数
取1.2-1.3，继电器返回系数
取0.85。
②低电压启动的过流保护。
式中，可靠系数
取1.2-1.3，继电器返回系数
取0.85。
③复合电压启动的过流保护
一般用于升压变压器、系统联络变压器、过流保护灵敏系数达不到要求的降压变压器。电流继电器动作值按式
计算，负序电压继电器动作值取0.06 
，低电压继电器动作值取（0.5-0.6）
，其中
是额定线电压。
5 变压器励磁涌流小波变换识别方法
对任意信号
，设
为基小波，则小波变换的定义为：
。
信号 
可由它的小波变换
重构为
其中 
称为小波系数。
小波变换可以由粗到细逐步观察信号，可以把小波变换看成用基本频率特性为
的带通滤波器在不同尺度s下对信号做滤波。适当地选择母小波，使
在时域上为有限支撑，
在频域上也比较集中，这样使得小波变换在时频两域都具有表征信号局部特征的能力，有利于检测信号的瞬态或奇异点。根据小波奇异点检测的基本原理可知，如果选择的小波函数为某一光滑函数的导数，对信号进行多尺度分析后，信号的突变点对应于小波系数的模极大值点。
变压器空载合闸时，与其并联运行的变压器会产生和应涌流，使并联运行的变压器电流中工频电流变化不大，而直流分量却显著增加。同时二次谐波分量也有所增加，但比变压器空载合闸的励磁涌流中二次谐波分量要小很多。由于和应涌流的影响，加上变压器两侧电流中谐波分量衰减不一致，使差动保护回路出现差流，而且和应涌流中二次谐波分量一般都比较小，很难达到定值，使二次谐波无法制动保护从而造成变压器差动保护误动出口。信号的奇异点及不规则的突变部分经常带有比较重要的信息，它是信号重要的特征之一。小波分析拥有独特的局部细化特性，这种特性能同时满足频域隔阂时域的要求。当变压器发生故障时，系统运行状态下信号会表现出奇异性。小波分析就是将信号进行不同尺度的多分辨分析。每个尺度分量对应着信号的不同频率成分，从小波分析结果可以明显看出信号的畸变点，信号经过某一尺度下小波变换后得到其局部模极大值，通过观察模极大值的演变趋势，以达到鉴别的目的。
根据信号在小波变换多尺度上模极大值可以定位信号的奇异点，并由模极大值沿尺度的演化趋势计算出信号的奇异性。励磁涌流和内部故障电流经小波变换后，结果突出反应了信号波形的畸变特征。励磁涌流的小波变换结果每个周期都有畸变，呈现一定的周期性，而故障电流小波变换结果就在故障发生短时间内有较大的畸变，之后波形平缓，几乎没有突变。所以，从这点可以正确鉴别变压器励磁涌流和内部故障电流。
参考文献：
[1] 许正亚.几个励磁涌流新判据分析，电力自动化设备 2002.1，22（1）：23-28
[2] 王增平，高中德，张举等.模糊理论在变压器保护中的应用.电力系统自动化，1998.2，22（2）：13-16
[3] 孙志杰，陈云仑.波形对称原理的变压器差动保护，电力系统自动化，1996，20（4）：42-46
[4] 苗友忠，贺家李，孙雅明.变压器波形对称原理差动保护不对称度 K 的分析和整定，电力系统自动化，2001，25（16）：26-29
论文作者:江小玲
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/18
标签：变压器论文; 电流论文; 故障论文; 小波论文; 信号论文; 谐波论文; 差动论文; 《电力设备》2017年第24期论文;