基于半周期積分波形對稱原理的電子式互感器數據失效識別研究

蘇建明, 姚　暉

(國網銅陵供電公司, 安徽　銅陵　244000)

1　電子式互感器信號失效的解決思路

基于羅氏線圈型的電子式電流互感器結構簡單，不存在電磁飽和現象，廣泛應用在智能變電站中[1-4]，但由于其輸出為弱電信號，易受到超高壓輸變電系統的電磁干擾[5-9]，輸出波形可能存在較大突變，容易引起繼電保護設備誤動作；同時，為了獲得該弱電信號，采集單元被放置到互感器內部，運行條件差，采集單元內部的電子元器件極易受到溫度和電磁干擾，使信號不穩定[10-11]，進一步加劇互感器輸出異常程度。

為了解決上述問題，工程技術人員提出了兩種解決辦法。

a. 對于電磁兼容問題，文獻[12]提出了通過修正互感器耦合路徑上的耦合電容CL、CH值來降低操作帶來的快速暫態過電壓的影響；文獻[13]通過低通濾波器來解決互感器采集單元輸入信號電壓值偏大的問題。

b. 對于互感器數據失效問題，文獻[14] 針對互感器數據失效提出一種波形系數識別方程來識別互感器波形對稱程度，該方法選取相鄰3個采樣點數值計算波形系數值，波形系數值選取困難誤差較大，文獻[15] 為了解決電子式互感器雙A/D采樣的理論偏差及采樣數據異常造成差動保護誤動作，設置絕對與相對誤差判據判斷互感器輸出采樣點是否異常。

本文對電子式互感器輸出數據失效進行分析，提出了一種通過比較1個周波的互感器信號的2個相鄰半周期矩形離散求和積分值的差值與該2個半周期矩形離散求和積分值的最大值的比值來判斷波形不對稱度，同時通過不對稱度的模糊延時判斷解決了該方法的可靠性問題，通過實例計算分析該方法的應用可以有效提高智能變電站繼電保護裝置運行的可靠性。

2　互感器數據失效識別原理及實施過程

2.1　半周期積分波形對稱原理

設正弦信號的角頻率為ω0，有效值為I，初相位角為δ的正弦電流為i(t)=Asin(ω0t+δ)，對其在任意相鄰2個半周期的積分值公式如式(1)所示：

(1)

式中：S1為正弦信號前半個周期信號積分值；S2為正弦信號后半個周期信號積分值。在正常運行條件下，1個周期內，電網正弦電流信號的前半個周期和后半個周期的波形是對稱的，基于此條件，在電子式電流互感器輸出正常條件下S1的絕對值等于S2的絕對值，在互感器異常條件下存在S1的絕對值不等于S2的絕對值；由此定義互感器數據不對稱度計算公式如式(2)所示：

(2)

式中：K為互感器數據不對稱度；分母表示取S1、S2中最大值。

根據上述分析，利用不對稱度K值是否為0可識別電子式互感器數據失效情況。

2.2　互感器異常數據識別步驟

在式(2)中定義的不對稱度在實際運行過程中，由于計算誤差及運行工況可能導致不對稱度值在系統正常及系統故障條件下存在輸出，影響判別結果。文獻[16]利用一種模糊累加計算器方法來識別變壓器勵磁涌流的波形不對稱，本文利用這一思想來解決可靠性問題，不對稱度K采用模糊區間延時判別，模糊延時判別策略如表1所示。

如表1所示，對于不對稱度K值的取值范圍有A1

表1　模糊區間延時判別策略

式(2)采用了2項比值形式，對于分母值應不為0，所以在使用過程中應采取非0判別，該方法完整實現流程如圖1所示。

圖1　互感器數據失效識別步驟

3　實例計算分析

為了驗證本文提出的電子式互感器數據失效識別方法的有效性，選取現場3組互感器輸出電流數據進行分析：第1組數據采用在電力系統無故障條件下互感器輸出異常電流波形數據分析；第2種采用系統故障且互感器輸出正常條件下電流數據分析；第3組采用系統正常運行負荷波動條件下互感器輸出數據分析數據。均選取某220 kV智能變電站，該智能變電站采用西電南自生產的PSET6220CVDW組合式互感器。仿真計算中參數選擇如下：T1、T2、T3、T4分別選取0.02 s、0.04 s、0.08 s、0.1 s；不對稱范圍A1、A2、A3分別選取0.5、0.8、1。

3.1　系統無故障互感器數據失效計算分析

如圖2所示，在一次系統無故障條件下，互感器輸出異常波形，該互感器輸出波形出現較大的負半軸分量，波形嚴重不對稱，根據本文提出的方法計算的不對稱度K值均大于1，按照模糊延時處理方法，在第2個半周期后延時處理計算結果值為1，代表互感器異常，可根據此種方法的判別結果去閉鎖相關保護邏輯。

圖2　系統正常互感器數據失效處理結果

3.2　系統故障互感器數據正常計算分析

如圖3所示，在一次系統出現故障條件下，互感器輸出正常，基于本文識別互感器異常數據的方法的計算結果，一次系統在0.15 s左右時出現故障，電流分量較大，與正常運行條件下的電流波形組成的1個周期分量中前后半周期出現了不對稱情況，該不對稱系正常情況，不對稱值K在1附近，但本文采用模糊延時處理策略經過2個周期后才識別，從而有效躲過，模糊延時處理計算結果一直維持為0的狀態，即認為互感器輸出數據正常，不影響繼電保護設備動作去切除該故障。

圖3　系統故障互感器輸出正常處理結果

3.3　系統無故障互感器輸出正常計算分析

系統正常運行條件下互感器輸出正常波形圖如圖4所示，從不對稱值的變動情況可以分析，正常電流波形存在一定的波動，即相鄰2個半個周期不是嚴格對稱，但模糊延時處理計算結果始終在零狀態，即認為該互感器輸出正常，符合實際情況。

圖4　系統無故障互感器數據正常處理結果

4　結束語

羅氏線圈型電子式互感器采集單元內置導致輸出數據不穩定，需要設置數據有效性識別邏輯來避免繼電保護設備誤動作。本文利用1個周期中波形前后2個周波波形對稱的原理，采用半周期積分相加原則來判斷波形對稱度。模糊延時處理策略可有效躲過一次設備故障瞬間產生的波形不對稱度，也可有效識別正常負荷變動條件下波形不對稱的可能性，同時可及時快速識別互感器輸出數據失效，為保護設備正確動作提供有效的判斷標準。但在系統故障并且伴隨互感器輸出異常條件下，本文提出的方法將無法保障保護設備的可靠性動作，因此需要在該方法識別出互感器數據失效后采取發信的措施來及時發現互感器故障。

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