专利名称：在线铁磁共振检测的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在线铁磁共振检测的方法和系统，特别是电力变压器的在线铁磁共振检测的方法和系统。
背景技术：
铁磁共振是在存在不稳定高电压时发生的一种现象，通常在三相电系统中发生， 并且仅在特定条件下发生。铁磁共振对于变压器馈线或者存在双架空线部分的网状拐角(meshcorner)和T 形连接构造是尤其危险的现象。确实，当将变压器馈线与电力系统的剩余部分断开时，由于被隔离系统的电容接地的放电，变压器被驱动为饱和。然后会在反应部件之间发生铁磁共振，所述铁磁共振由从保留在负载上的并行线的耦合电容传输的能量维持。在存在铁磁共振时，再激励 (re-energized)的变压器能够引起严重的操作过电压。因此铁磁共振检测和警报设备是必需的。铁磁共振是复杂的非线性电共振现象，由与系统电容耦合的变压器的饱和电感产生。对于电力系统中的大范围情形都会发生的该现象，由于其带来的过电压、过电流以及谐波的异常率，对于电力系统很危险，会导致介电和热损坏、绝缘体的性能和寿命降低、设备故障(例如保护设备的不时跳闸)、电子设备的提前老化，甚至整个系统的崩溃。铁磁共振的主要特点在于其对系统参数和初始条件高度敏感，这使得很难预测。根据铁磁共振电压的形状和频率，存在铁磁共振的四种不同模式，所述模式是基波模式、分谐波模式、拟周期模式和混乱模式。在电力系统中，基波模式和分谐波模式比其它两种模式更频繁。传统的UK实践已经适合铁磁共振检测，其通过在铁磁共振开始时通过打开终端断路器的操作自动初始化变压器与去激励线路的隔离在去激励时，如果三相电压中的两相维持高电压，则将发出警报。说明书的结尾处的参考文献[1]描述了由Reyrolle公司制造的保护继电器0(R 309)。在特大功率系统中，在直接连接的变压器去激励之后会出现铁磁共振。可以通过来自激励的并联电路的电感维持铁磁共振。在铁磁共振状态下再激励变压器能够引起严重的操作过电压的风险，因此在存在这样的铁磁共振风险的情况下，警报继电器是必需的。因此， 在系统激励或者去激励时，继电器XR309按照如下方式检测铁磁共振-在系统去激励时，次级电压下降到低于复位电平，并且三个元件急下降(drop off)。在发生铁磁共振的情况下，三个元件中的两个元件将保持激励。-如果在去激励系统上感应铁磁共振，则继电器仅在铁磁共振的幅度高于40VAC 的继电器元件吸合(pick-up)电平时才做出响应。-连线继电器触点以初始化定时器，该定时器将顺次初始化警报。该现有技术方法不能覆盖所有的铁磁共振情形例如电轨道电路中仅一个相位高电压的情况。该继电器的另一缺点在于其不是数字的而是模拟的。因而，其不能被结合到新的保护继电器中。本发明涉及铁磁共振的检测以及所述铁磁共振的模式的确定，特别是在电压器馈线连接条件下，或者诸如存在双电路架空线部分的网状拐角和电路T形连接的等同条件下。本发明的目的在于获得铁磁共振的精确检测和模式识别，集中于其最明显的特征及其谱性能，其最明显的特征为变压器铁心饱和。

发明内容
本发明涉及一种高电压电分配网络中的在线铁磁共振检测的方法，其特征在于所述方法包括-超通量(overflux)检测，其作为开始要素(startelement)，如果在规定的时间段内通量大于阈值，则设置超通量，-模式验证，用于识别所述铁磁共振的模式，使用模糊逻辑方法区分所述铁磁共振模式。有利的是，本发明方法是用于电力变压器馈线条件的铁磁共振检测方法。有利的是，在所述方法中，对于铁磁共振检测来说，根据去除DC分量的电压的积分得到所述通量，然后将所述通量与自适应阈值进行比较以确定是否存在超通量。有利的是，在检测到超通量时计算许多频率分量，然后存储所述频率分量的许多 (例如20)最新值，通过对每一个频率分量的标准偏差的和与每一个频率分量的期望值的和进行比较首先确定稳定状态或不稳定状态。如果所述状态不稳定并且持续规定的时间段，则验证混乱模式，并且如果所述状态稳定，则应用模糊逻辑区分所述铁磁共振模式。有利的是，所述频率分量是1/5分谐波分量、1/3分谐波分量、1/2分谐波分量、基波分量和三次谐波分量。有利的是，所述模糊逻辑使用自定义的“大”成员函数，通过所述函数对相同情况下的每一个分量的值进行模糊，规则如下-如果C1很大并且C3也很大，则其是基波模式；-如果C1很大并且C3不大，则其是正常状态；-如果C1不大并且C1/2很大，则其是1/2分谐波模式；-如果C1不大并且C1/3很大，则其是1/3分谐波模式；-如果C1不大并且C1/5很大，则其是1/5分谐波模式；C1, C3分别是基波和三次谐波的分量，C1/2, C173> C175分别是1/2、1/3、1/5分谐波的分量，其中所述“不大”的值等于“1-很大”，其中通过“最小”算子计算所述规则的前项 (antecedent) 0通过以具有最高前项的所述规则的相应模式实现去模糊作为结果；如果多余一个的规则具有最高前项，则所述结果是混乱模式。有利的是，如果模式发生多于所述最新值中的15个，则验证所述模式。有利的是，始终监控所述通量，并且如果三相通量中的两个下降到低于阈值，则认为所述变压器馈线被去激励。在这样的情形下，用于超通量和模式验证的所述阈值减半。有利的是，所述方法包括下列步骤
采样电压，并且-在第一方式中·通量计算，·阈值调节，·超通量检测，·超通量警报，-在第二方式中·分量计算， 模式验证，然后-计数，-报告。本发明还涉及一种用于高电压电分配网络中的在线铁磁共振检测的系统，其特征在于所述系统包括-超通量检测装置，其作为开始要素，如果在规定的时间段内通量大于阈值，则设置超通量，-模式验证装置，用于识别所述铁磁共振的模式，其包括用于区分所述铁磁共振模式的模糊逻辑装置。有利的是，所述系统包括用于根据去除DC分量的电压的积分得到所述通量的装置，以及用于将所述通量与自适应阈值进行比较以确定是否存在超通量的装置。有利的是，所述系统包括用于在检测到超通量时计算许多频率分量的装置，以及用于存储许多(例如20)最新值的装置，通过对每一个频率分量的标准偏差的和与每一个频率分量的期望值的和进行比较首先确定稳定状态或不稳定状态。如果所述状态不稳定并且持续规定的时间段，则验证混乱模式，并且如果所述状态稳定，则应用模糊逻辑区分所述铁磁共振模式。有利的是，所述频率分量是1/5分谐波分量、1/3分谐波分量、1/2分谐波分量、基波分量和三次谐波分量。有利的是，所述模糊逻辑使用自定义的“大”成员函数，通过所述函数对相同情况下的每一个分量的值进行模糊，规则如下
-如果C1很大并且C3也很大，则其是基波模式；-如果C1很大并且C3不大，则其是正常状态；-如果C1不大并且C1/2很大，则其是1/2分谐波模式；-如果C1不大并且C1/3很大，则其是1/3分谐波模式；-如果C1不大并且C1/5很大，则其是1/5分谐波模式；C1, C3分别是基波和三次谐波的分量，C1/2, C1/3、C175分别是1/2、1/3、1/5分谐波的分量，其中所述“不大”的值等于“1-很大”。通过“最小”算子计算所述规则的前项。通过以具有最高前项的所述规则的相应模式实现去模糊作为结果；如果多余一个的规则具有最高前项，则所述结果是混乱模式。有利的是，如果模式发生多于所述最新值中的15个，则验证所述模式。
有利的是，始终监控所述通量，其中如果三相通量中的两个下降到低于阈值，则认为所述变压器馈线被去激励。在这样的情形下，用于超通量和模式验证的所述阈值减半。有利的是，所述系统依次包括-接收电压输入的滤波器，-A/D 转换器，-数据存储器，-处理器，-放大器，-警报输出设备，用于输出警报输出。并且还包括连接到所述处理器的用户接口。本发明能够在线检测铁磁共振的发生，可应用于电力变压器。本发明使用超通量作为开始要素，其中使用模糊逻辑方法评估不同的特征频率分量以验证铁磁共振的发生同时确定其模式。基于超通量检测和模式验证的组合，本发明能够克服传统继电器算法的困难并且填充数字铁磁共振检测方法的空白。有利的是，本发明能够结合到新的数字保护继电器中。其在覆盖特别是电力变压器上的铁磁共振的所有情况和模式方面更加敏感和精确。


图1是本发明系统的方框图。图2是“大”成员函数。图3是本发明方法的组织图。图4是模式验证的组织图。
具体实施例方式本发明方案以超通量检测和频率分量评估为基波。铁心电感的饱和是铁磁共振的前提。因此超通量是铁磁共振的优秀指示器。基于电压的150Hz、50Hz、25Hz、162/3Hz、IOHz 分量，其中50Hz作为基波系统频率(或者基于电压的180Hz、60Hz、30Hz、20Hz和12Hz分量， 其中60Hz作为基波系统频率)，使用模糊逻辑方法确定铁磁共振的模式。如果在规定的时间段内通量保持为高，并且具有失真的电压波形，则假设已经发生了铁磁共振。1)超通量检测存在几种方式来检测超通量，例如检测V/f > Vn/fn(V 电压，f 频率)或者检测五次谐波。但是，由于波形的失真以及铁磁共振的分谐波模式，这样的方法在铁磁共振条件下不能用于超通量检测。本发明方案采取另一种方法，通过对电压的积分直接计算通量。
权利要求
1.一种高电压电分配网络中的在线铁磁共振检测方法，其特征在于所述方法包括-超通量检测03)，其作为开始要素，如果在规定的时间段内通量大于阈值，则设置超通量，-模式验证06)，用于识别所述铁磁共振的模式，使用模糊逻辑方法区分所述铁磁共振模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法是用于电力变压器铁磁共振的在线铁磁共振检测方法。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据去除DC分量的电压的积分得到所述通量，然后将所述通量与自适应阈值进行比较以确定是否存在超通量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在检测到超通量时计算许多频率分量，然后存储所述频率分量的许多最新值，通过对每一个频率分量的标准偏差的和与每一个频率分量的期望值的和进行比较首先确定稳定状态或不稳定状态，其中，如果所述状态不稳定并且持续规定的时间段，则验证混乱模式，并且其中如果所述状态稳定，则应用模糊逻辑区分所述铁磁共振模式。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述频率分量是1/5分量、1/3分量、1/2分谐波分量、基波分量和三次谐波分量。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述模糊逻辑使用大成员函数，通过所述函数对相同情况下的每一个分量的值进行模糊，规则如下-如果C1很大并且C3也很大，则其是基波模式； -如果C1很大并且C3不大，则其是正常状态； -如果C1不大并且Cv2很大，则其是1/2分谐波模式； -如果C1不大并且Cv3很大，则其是1/3分谐波模式； -如果C1不大并且Cv5很大，则其是1/5分谐波模式；C1X3分别是基波和三次谐波的分量，Cv2X1^cv5分别是1/2、1/3、1/5分谐波的分量， 其中，所述“不大”的值等于“ 1-很大”，其中，通过“最小”算子计算所述规则的前项，其中， 通过以具有最高前项的所述规则的相应模式实现去模糊作为结果；并且其中，如果多余一个的规则具有最高前项，则所述结果是混乱模式。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，如果所述模式发生在多于所述最新值中的15个， 则验证所述模式。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，始终监控所述通量，其中，如果三相通量中的两个下降到低于阈值，则认为所述变压器馈线被去激励，并且其中，在这样的情形下，用于超通量和模式验证的所述阈值减半。
9.根据权利要求1所述的方法，包括下列步骤 采样电压(20)，并且-在第一方式中 通量计算01)， 阈值调节02)， 超通量检测03)， 超通量警报04)， -在第二方式中 分量计算05)， 模式验证06)， 然后-计数(27)， -报告(28)。
10.一种用于高电压电分配网络中的在线铁磁共振检测的系统，其特征在于所述系统包括-超通量检测装置，其作为开始要素，如果在规定的时间段内通量大于阈值，则设置超通量，-模式验证装置，用于识别所述铁磁共振的模式，其包括用于区分所述铁磁共振模式的模糊逻辑装置。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述系统是用于电力变压器铁磁共振的在线铁磁共振检测系统。
12.根据权利要求10所述的系统，包括用于根据去除DC分量的电压的积分得到所述通量的装置，以及用于将所述通量与自适应阈值进行比较以确定是否存在超通量的装置。
13.根据权利要求10所述的系统，包括用于在检测到超通量时计算许多频率分量的装置，用于存储所述频率分量的许多最新值的装置，通过对每一个频率分量的标准偏差的和与每一个频率分量的期望值的和进行比较首先确定稳定状态或不稳定状态，其中，如果所述状态不稳定并且持续规定的时间段，则验证混乱模式，并且其中，如果所述状态稳定，则应用模糊逻辑以区分所述铁磁共振模式。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述频率分量是1/5分量、1/3分量、1/2分谐波分量、基波分量和三次谐波分量。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述模糊逻辑装置使用大成员函数，通过所述函数对相同情况下的每一个分量的值进行模糊，规则如下-如果C1很大并且C3也很大，则其是基波模式； -如果C1很大并且C3不大，则其是正常状态； -如果C1不大并且Cv2很大，则其是1/2分谐波模式； -如果C1不大并且Cv3很大，则其是1/3分谐波模式； -如果C1不大并且Cv5很大，则其是1/5分谐波模式；C1X3分别是基波和三次谐波的分量；C1^Cv3Wv5分别是1/2、1/3、1/5分谐波的分量， 其中，所述“不大”的值等于“ 1-很大”，其中，通过“最小”算子计算所述规则的前项，其中， 通过以具有最高前项的所述规则的相应模式实现去模糊作为结果；并且其中，如果多余一个的规则具有最高前项，则所述结果是混乱模式。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，如果所述模式发生在多于所述最新值中的15 个，则验证所述模式。
17.根据权利要求11所述的系统，其中，始终监控所述通量，其中如果三相通量中的两个下降到低于阈值，则认为所述变压器馈线被去激励，并且其中，在这样的情形下，用于超通量和模式验证的所述阈值减半。
18.根据权利要求10所述的系统，依次包括 -接收电压输入的滤波器(10)， -A/D转换器(11)， -数据存储器(12)， -处理器(13)， -放大器(14)，-输出警报输出的警报输出设备15。 并且还包括连接到所述处理器(1 的用户接口 16。
全文摘要
本发明涉及高电压电分配网络中的在线铁磁共振检测的方法和系统。所述方法包括超通量检测(23)，其作为开始要素，如果在规定的时间段内通量大于阈值，则设置超通量，模式验证(26)，用于识别所述铁磁共振的模式，使用模糊逻辑方法区分所述铁磁共振模式。
文档编号G01R23/16GK102269785SQ20101019226
公开日2011年12月7日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者A·克利梅克, R·查特菲尔德, 李旭阳, 董新洲, 薄志谦 申请人:清华大学, 阿海珐输配电英国有限公司