基于小波理論的變壓器勵(lì)磁涌流和短路電流的判定

小波理論分析

小波分析雖然是一種先進(jìn)的數(shù)學(xué)理論 ,但它跟博里葉變換一樣，也僅僅是一種信號(hào)處理工具 ,在勵(lì)磁涌流識(shí)別中的應(yīng)用也只是作為一種工具 ,還是利用了勵(lì)磁涌流的基本特點(diǎn)。

圖1 非對(duì)稱性涌流的飽和波形及其小波變換

小波變換的模局部極大值 ,即 | W₂^jf( x) |的局部極大值 ,對(duì)于檢測(cè)信號(hào)的邊緣和奇異性具有重要意義 。根據(jù)小波變換的局部極大值及其跨尺度傳遞 ,可準(zhǔn)確地確定突變點(diǎn)的位置。本文利用小波分析的這一特性來提取變壓器勵(lì)磁涌流的間斷角特征。

勵(lì)磁涌流的小波變換特征

微機(jī)的變壓器保護(hù)處理一般是經(jīng) CT轉(zhuǎn)變的二次側(cè)電流。線性 CT不存在飽和問題 ,而實(shí)際運(yùn)行中的 CT由于勵(lì)磁電流很大且存在直流偏移 ,因而有可能出現(xiàn)飽和。CT飽和是困擾變壓器差動(dòng)保護(hù)原理的重要問題之一。非對(duì)稱性涌流的數(shù)值比對(duì)稱性涌流大很多。引起飽和的一個(gè)重要原因是原邊電流中非周期分量的影響 ,本文主要考慮非對(duì)稱性涌流的飽和問題。

本文分別給出了非對(duì)稱性涌流和故障電流的飽和波形及小波變換，如圖1、圖2所示。

圖2 變壓器帶故障空投時(shí)一次電流的差分波形機(jī)器小波變換

圖 1、圖 2中的小波變換模極大值與電流波形的奇異邊界相對(duì)應(yīng)，并沿尺度傳遞 ,為了去除高頻噪聲的影響 ,選取第 3尺度的小波變換的模極大值作為所提取的特征。對(duì)比非對(duì)稱性涌流和短路電流的第3尺度的小波變換 ,即圖 1(d)、圖2(d) ,可見，故障電流的小波變換的模極大值是一正一負(fù)等間距出現(xiàn)的 ,而涌流的小波變換的相鄰兩模極大值是同號(hào)。這兩個(gè)極大值對(duì)應(yīng)于涌流波形的間斷角。這一現(xiàn)象是由涌流的間斷角導(dǎo)致的。可以利用這一特征來識(shí)別對(duì)稱性涌流。

圖 1給出了 CT飽和的仿真結(jié)果。圖 1(b)是飽和后的單側(cè)涌流 ,由于 CT嚴(yán)重飽和 ,因此，涌流波形的間斷角已經(jīng)不再存在。圖 1(c)是對(duì)飽和后的波形進(jìn)行差分后的波形。顯然 ,差分后間斷角有所恢復(fù) ,但是差分也放大了高頻分量。圖1 (d)、 (e) 、( f)是對(duì)差分后CT飽和涌流波形的小波變換 1~ 3尺度的結(jié)果。從中明顯看出 ,第 3尺度的小波變換不但具有前面所分析的相鄰模極大值同號(hào)的涌流特征 ,而且濾除高頻分量的效果很好。這說明前面得出的判據(jù)不受 CT飽和的影響。

圖 2是故障電流的差分及其小波變換 ,這里考慮了最嚴(yán)重情況 (帶故障空投變壓器 ) ,此時(shí)波形的畸變很嚴(yán)重。但是故障電流差分后仍是沒有間斷角的準(zhǔn)正弦波形 ,其第 3尺度的小波變換的模極大值仍是相鄰異號(hào)?？梢岳眠@一特征識(shí)別非對(duì)稱性涌流和故障電流。

結(jié)語
本文提出了基于小波理論的區(qū)分勵(lì)磁涌流和故障波形的新方法。利用小波理論進(jìn)行特征提取 ,通過小波變換的模局部極大值提取勵(lì)磁涌流的間斷角特征 ,可定性地識(shí)別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部短路。該原理對(duì) CT飽和具有很強(qiáng)的魯棒性 ,理論分析和仿真試驗(yàn)均表明該原理不受 CT飽和的影響。