一种变压器中性点电流直流分量的检测方法

摘要

本发明涉及一种变压器中性点电流直流分量的检测方法，包括如下步骤：1）通过实验确定：在变压器中性点交流电流互感器饱和时，组建饱和状态直流分量与三次谐波的对应关系库，在所述互感器不饱和时，组建不饱和状态直流分量与三次谐波的对应关系库；2）实际运行中，通过测量计算得到所述互感器二次侧三次谐波的数值；3）判断所述互感器是否饱和，分别查询饱和状态对应关系库与不饱和状态对应关系库，确定电流直流分量数值。本发明有益效果是：在变压器中性点没有装设直流电流互感器时，利用交流电流互感器测量三次谐波并间接得到中性点直流电流分量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器中性点电流直流分量的检测方法。

背景技术

近年来，特高压直流输电系统在我国发展迅猛。随着高压直流输电系统的相继建成投 产，随之而来也产生了不少问题。直流输电线路通常在运行初期会先建成单极投入运行， 之后才会完成双极运行，而且在出现故障时，为防止线路停运而造成较大影响，也会采用 单极运行的方式继续输送电能。当直流输电系统以单极大地方式运行时，将有很大的直流 电流通过直流接地极注入到大地中，这一部分入地电流将会对接地点附近的变压器产生很 大影响，由于直流接地极一般位于换流站附近，所以换流变压器所受影响尤其值得关注。 一般情况下土壤存在较高的电阻率，巨大的入地电流会在直流接地极附近随着距离的不同 产生不同的直流电位，这一直流电位会在变压器中性点产生一个直流电流分量入侵到交流 系统，直流电流将通过交流线路形成回路。同时直流电流还会造成变压器的直流偏磁，励 磁电流波形畸变，从而产生大量的谐波入侵到交流系统，造成一系列的不良影响，导致变 压器不能正常运行，严重时甚至会损坏变压器。

发明内容

本发明的目的是提供一种变压器中性点电流直流分量的检测方法，用以解决变压器由 于自身结构的限制，没有在变压器中性点装设直流电流互感器而无法测量中性点电流直流 分量的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种变压器中性点电流直流分量的检测方法，包括 如下步骤：

1）通过实验确定：在变压器中性点交流电流互感器饱和时，中性点电流直流分量与所 述互感器二次侧电流三次谐波的对应关系，组建饱和状态对应关系库，在所述互感器不饱 和时，中性点电流直流分量与所述互感器二次侧电流三次谐波的对应关系，组建不饱和状 态对应关系库；

2）实际运行中，通过测量计算得到所述互感器二次侧三次谐波数值；

3）判断所述互感器是否饱和，当饱和时，在饱和状态对应关系库中查询步骤2）中所 述的三次谐波数值所对应的电流直流分量数值，当不饱和时，在不饱和状态对应关系库中 查询步骤2）中所述的三次谐波数值所对应的电流直流分量数值。

采用波形相关系数法判断所述互感器是否饱和。

本发明的有益效果是：在变压器中性点没有装设直流电流互感器的情况下，利用交流电 流互感器测量分析得到三次谐波，并通过电流互感器二次侧三次谐波的数值间接得到中性 点直流电流分量，进而得到变压器的偏磁程度。

附图说明

图1是本发明一种实施例实现流程框图；

图2是电流互感器不饱和状态下中性点直流电流分量与互感器二次侧三次谐波数值关 系图；

图3是电流互感器饱和状态下中性点直流电流分量与互感器二次侧三次谐波数值关系 图；

图4是采样所得一周期数据处理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

通过实验建立变压器中性点电流互感器在不饱和状态下二次侧三次谐波数值与中性点 电流直流分量的对应关系，本实验共取10组数据，得到三次谐波分量在不同直流分量下的 数值组建饱和状态对应关系库，该对应关系库包括对应表与拟合曲线关系图，对应关系如 表1所示：

表1

变压器中性点直流/A 互感器副边3次谐波/A 11.47 1.59 21.11 2.72 31.16 3.64

40.90 4.34 50.86 4.89 60.89 5.31 70.97 5.60 80.72 5.79 90.47 5.89 100.23 5.91

由表1可以看出随着变压器中性点电流的直流分量的增加，三次谐波的含量（绝对值） 是逐渐增加的。利用表1所示的数据，描点拟合绘制出‘中性点直流电流分量—互感器二 次侧三次谐波’关系图如图2所示。由图2发现在中性点直流分量小于80A（变压器在直流 偏磁情况下，直流电流不会大于80A）时，三次谐波含量与中性点直流分量存在一一对应关 系。因此只需测量得到交流互感器二次侧的三次谐波数值，便可按照图2的关系对应得出 互感器不饱和状态下中性点直流分量，从而得到变压器的偏磁程度。

通过实验建立变压器中性点电流互感器在饱和状态下二次侧三次谐波数值与中性点电 流直流分量的关系，本实验共取10组数据，得到三次谐波分量在不同直流分量下的数值组 建不饱和状态对应关系库，该对应关系库包括对应表与拟合曲线关系图，对应关系如表2 所示：

表2

变压器中性点直流/A 互感器副边3次谐波/A 11.47 0.25 21.11 0.43 31.16 0.57 40.90 0.68 50.86 0.77 60.89 0.83 70.97 0.88 80.72 0.91 90.47 0.92 100.23 0.93

由表2可以看出随着变压器中性点电流的直流分量的增加，三次谐波的含量（绝对值） 是逐渐增加的。利用表2所示的数据，描点拟合绘制出‘中性点直流电流分量—互感器二 次侧三次谐波’关系图如图3所示。由图3发现在中性点直流分量小于80A（变压器在直流 偏磁情况下，直流电流不会大于80A）时，三次谐波含量与中性点直流分量存在一一对应关 系。因此只需测量得到交流互感器二次侧的三次谐波数值，便可按照图3的关系对应得出 互感器饱和状态下中性点直流分量，从而得到变压器的偏磁程度。

如图1所示为本发明一种实施例流程图，具体采样分析流程为：

变压器中性点以固定的采样频率（本实施例采样频率采用4800Hz）采集一周期三次谐 波电流波形数据；分析计算出变压器中性点电流的三次谐波含量（即计算互感器二次侧三 次谐波数值）；找出三次谐波最大值点；以最大值点为分界点，将最大值点左侧数据进行左 右翻转，记为数列X,将最大值点原右侧数据记为数列Y，处理方法如图4所示；以波形相 关系数法判断互感器是否饱和：利用下列公式，求相关系数r_XY，

$r_{\mathrm{XY}}=\frac{\underset{k=1}{\overset{15}{\Sigma }}(X_k-\bar{X})(Y_k-\bar{Y})}{\sqrt{\underset{k=1}{\overset{15}{\Sigma }}{(X_k-\bar{X})}^2\underset{k=1}{\overset{15}{\Sigma }}{(Y_k-\bar{Y})}^2}}$

式中，X_k是最大值点左侧波形左右翻转后由采样点组成的数组，从左至右依次为采样 点X₁，采样点X₂……,Y_k是原最大值点右侧采样点组成的数组，从左至右依次为采样点Y₁， 采样点Y₂……，是数列X所有采样点平均值,是数列Y所有采样点平均值，判断波形 相关系数r_XY与预设相关系数标准ε（0.9≤ε≤0.98）大小，若r_XY>ε，则变压器中性点 交流电流互感器未达到饱和，若r_XY≤ε，则变压器中性点交流电流互感器达到饱和；针对 互感器不饱和状态查询图2曲线或相应表格，针对互感器饱和状态查询图3曲线或相应表 格，找出互感器副边三次谐波数值对应的中性点电流直流分量大小。