基于半周期积分波形对称原理的电子式互感器数据失效识别研究

苏建明, 姚　晖

(国网铜陵供电公司, 安徽　铜陵　244000)

1　电子式互感器信号失效的解决思路

基于罗氏线圈型的电子式电流互感器结构简单，不存在电磁饱和现象，广泛应用在智能变电站中[1-4]，但由于其输出为弱电信号，易受到超高压输变电系统的电磁干扰[5-9]，输出波形可能存在较大突变，容易引起继电保护设备误动作；同时，为了获得该弱电信号，采集单元被放置到互感器内部，运行条件差，采集单元内部的电子元器件极易受到温度和电磁干扰，使信号不稳定[10-11]，进一步加剧互感器输出异常程度。

为了解决上述问题，工程技术人员提出了两种解决办法。

a. 对于电磁兼容问题，文献[12]提出了通过修正互感器耦合路径上的耦合电容CL、CH值来降低操作带来的快速暂态过电压的影响；文献[13]通过低通滤波器来解决互感器采集单元输入信号电压值偏大的问题。

b. 对于互感器数据失效问题，文献[14] 针对互感器数据失效提出一种波形系数识别方程来识别互感器波形对称程度，该方法选取相邻3个采样点数值计算波形系数值，波形系数值选取困难误差较大，文献[15] 为了解决电子式互感器双A/D采样的理论偏差及采样数据异常造成差动保护误动作，设置绝对与相对误差判据判断互感器输出采样点是否异常。

本文对电子式互感器输出数据失效进行分析，提出了一种通过比较1个周波的互感器信号的2个相邻半周期矩形离散求和积分值的差值与该2个半周期矩形离散求和积分值的最大值的比值来判断波形不对称度，同时通过不对称度的模糊延时判断解决了该方法的可靠性问题，通过实例计算分析该方法的应用可以有效提高智能变电站继电保护装置运行的可靠性。

2　互感器数据失效识别原理及实施过程

2.1　半周期积分波形对称原理

设正弦信号的角频率为ω0，有效值为I，初相位角为δ的正弦电流为i(t)=Asin(ω0t+δ)，对其在任意相邻2个半周期的积分值公式如式(1)所示：

(1)

式中：S1为正弦信号前半个周期信号积分值；S2为正弦信号后半个周期信号积分值。在正常运行条件下，1个周期内，电网正弦电流信号的前半个周期和后半个周期的波形是对称的，基于此条件，在电子式电流互感器输出正常条件下S1的绝对值等于S2的绝对值，在互感器异常条件下存在S1的绝对值不等于S2的绝对值；由此定义互感器数据不对称度计算公式如式(2)所示：

(2)

式中：K为互感器数据不对称度；分母表示取S1、S2中最大值。

根据上述分析，利用不对称度K值是否为0可识别电子式互感器数据失效情况。

2.2　互感器异常数据识别步骤

在式(2)中定义的不对称度在实际运行过程中，由于计算误差及运行工况可能导致不对称度值在系统正常及系统故障条件下存在输出，影响判别结果。文献[16]利用一种模糊累加计算器方法来识别变压器励磁涌流的波形不对称，本文利用这一思想来解决可靠性问题，不对称度K采用模糊区间延时判别，模糊延时判别策略如表1所示。

如表1所示，对于不对称度K值的取值范围有A1

表1　模糊区间延时判别策略

式(2)采用了2项比值形式，对于分母值应不为0，所以在使用过程中应采取非0判别，该方法完整实现流程如图1所示。

图1　互感器数据失效识别步骤

3　实例计算分析

为了验证本文提出的电子式互感器数据失效识别方法的有效性，选取现场3组互感器输出电流数据进行分析：第1组数据采用在电力系统无故障条件下互感器输出异常电流波形数据分析；第2种采用系统故障且互感器输出正常条件下电流数据分析；第3组采用系统正常运行负荷波动条件下互感器输出数据分析数据。均选取某220 kV智能变电站，该智能变电站采用西电南自生产的PSET6220CVDW组合式互感器。仿真计算中参数选择如下：T1、T2、T3、T4分别选取0.02 s、0.04 s、0.08 s、0.1 s；不对称范围A1、A2、A3分别选取0.5、0.8、1。

3.1　系统无故障互感器数据失效计算分析

如图2所示，在一次系统无故障条件下，互感器输出异常波形，该互感器输出波形出现较大的负半轴分量，波形严重不对称，根据本文提出的方法计算的不对称度K值均大于1，按照模糊延时处理方法，在第2个半周期后延时处理计算结果值为1，代表互感器异常，可根据此种方法的判别结果去闭锁相关保护逻辑。

图2　系统正常互感器数据失效处理结果

3.2　系统故障互感器数据正常计算分析

如图3所示，在一次系统出现故障条件下，互感器输出正常，基于本文识别互感器异常数据的方法的计算结果，一次系统在0.15 s左右时出现故障，电流分量较大，与正常运行条件下的电流波形组成的1个周期分量中前后半周期出现了不对称情况，该不对称系正常情况，不对称值K在1附近，但本文采用模糊延时处理策略经过2个周期后才识别，从而有效躲过，模糊延时处理计算结果一直维持为0的状态，即认为互感器输出数据正常，不影响继电保护设备动作去切除该故障。

图3　系统故障互感器输出正常处理结果

3.3　系统无故障互感器输出正常计算分析

系统正常运行条件下互感器输出正常波形图如图4所示，从不对称值的变动情况可以分析，正常电流波形存在一定的波动，即相邻2个半个周期不是严格对称，但模糊延时处理计算结果始终在零状态，即认为该互感器输出正常，符合实际情况。

图4　系统无故障互感器数据正常处理结果

4　结束语

罗氏线圈型电子式互感器采集单元内置导致输出数据不稳定，需要设置数据有效性识别逻辑来避免继电保护设备误动作。本文利用1个周期中波形前后2个周波波形对称的原理，采用半周期积分相加原则来判断波形对称度。模糊延时处理策略可有效躲过一次设备故障瞬间产生的波形不对称度，也可有效识别正常负荷变动条件下波形不对称的可能性，同时可及时快速识别互感器输出数据失效，为保护设备正确动作提供有效的判断标准。但在系统故障并且伴随互感器输出异常条件下，本文提出的方法将无法保障保护设备的可靠性动作，因此需要在该方法识别出互感器数据失效后采取发信的措施来及时发现互感器故障。

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