基于小波理论的变压器区内外故障研究

基于小波理论的变压器区内外故障研究

肖雅文张健廖晓宇

（湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲412007）

摘要：当变压器发生故障时，无法正确区分变压器内外部故障是变压器保护中尚未得到完善解决的问题，且保护动作的灵敏度较低，会给变压器带来不良后果。本文通过对小波理论的分析，以及对变压器绕组故障的研究，进行相关的仿真实验，能够准确判断出变压器的区内外故障类型。且能够快速进行保护响应，大大提高了灵敏度，较好的提高判断的准确度。

关键词：小波理论；灵敏度；区内故障；区外故障

Abstract：Whenthetransformerfails,itisunsolvedproblemintransformerprotectionthatisunabletodistinguishcorrectlytheinternalandexternalfaultsofthetransformer,andthesensitivityoftheprotectionislowerwhichwouldcausestheundesirableconsequences.Thispapercandistinguishthetypeofinternalandexternalfaultsoftransformerpreciselybyuseoftherelevantsimulationtrialsbasedontheanalysisofthewavelettheoryandtheresearchoftransformerwindingfaults.Inaddition,itisquicklytoprotectresponse,andthesensitivityandtheaccuracyofthejudgmentareincreasedgreatly.

Keywords:wavelettheory;accuracy;internalfault;externalfault

0引言

小波分析是近年来兴起的一种信号分析和处理理论，属于时频分析的一种数字信号处理工具。其突出特点是在时域、频域同时具有良好的局部化及多分辨率分析的性质。使得它比傅立叶分析及短时傅立叶分析更为准确可靠，并使得具有奇异性、瞬时性的故障信号检测也变得更加准确。对于电力变压器暂态现象分析,小波变换是新兴的和有力的工具,因为它能从暂态信号中在时、频域中快速提取信号特征[1-2]。本文将小波理论应用于变压器区分内外部故障的研究，利用其理论进行变压器区内外故障的判别，消除了过渡电阻对其故障的影响，提高了灵敏度。

1小波理论分析

小波分析能将短时窗高频信号和长时窗低频信号同时聚焦，改善分析信号的局部性和冲击性。从而更完善的提取更可靠的电流波形特征。

对任意信号（为能量有限的信号空间），其小波变换定义为：

信号可以由它的小波变换重构，重构公式为：

其中称为小波系数，函数关系：

称为小波函数，它是由母小波函数经过不同的尺度伸缩和不同的时间平移得到的。其中，是尺度伸缩参数，值的大小代表对应的小波在时间轴上的伸缩量；是时间平移参数，不同的值的小波沿时间轴移动到不同的位置[3-5]。

母小波函数有很多种类，处理信号时，需选择适当的小波族。在本文中，重点研究对象为分析幅值小、持续时间短、快速衰减且振动的高频电流信号。而适用于这范围应用的常用母小波函数是Daubichies小波，本文使用Daubichies3小波。

2变压器内外部故障判别

2.1区内区外故障判别

基于小波分析的基本原理，提出了检测变压器区内故障及区外故障区分的方法。首先对原、副边的电流信号进行分析，在信号出现突变处，其小波变换后的系数具有模量极大值，则由小波变换的模极大值点，可以检测到信号的突变点，从而可以确定故障发生的准确时刻。发生区内故障时，在小波变换下至少有一相突变点极大值的极性相同；而发生区外故障时，三相突变点模极大值的极性相反[6-9]。利用这一特征点，可以实现变压器内部故障的检测和内外部故障的区分。设原副边模极大值极性相同则为逻辑1，极性相反则为逻辑0，三相取或判断。若为逻辑1，则判为区内判断，反之则判为区外故障。

表1各种故障情况下的判别表

2.2检验算法中的灵敏度

1）变压器原副边故障区内区外故障时，过渡电阻对故障形式的判别有其影响。当原边发生故障时，过渡电阻大于300Ω，不能正确区分出区内外故障，会将区内故障误判为区外故障；当副边发生故障时，过渡电阻对区内外故障形式的判别无影响。

2）利用小波算法进行仿真实验，通过采取不同的过渡电阻阻值对原副边单相短路、两相短路，三相短路等进行实验，均能得到正确的逻辑值，准确判断出区内外故障类型，消除了原边故障时过渡电阻过大导致无法判断出故障类型的影响。同时，在故障采样点处能快速判断出结果，进行保护响应，提高了灵敏度。各种故障情况下的判别结果如下表1所示。

2.3匝间匝地故障判别

匝间、匝地故障均属于变压器区内故障，本算法对于变压器匝间和匝地短路故障，具有很高的灵敏度，通过在不同阻值的过渡电阻下分别对匝间匝地故障进行实验，依然均可判断出其属于内部故障。匝间匝地故障的逻辑值如表2所示。

表2匝间匝地故障的判别表

3结语

通过对小波理论的分析，以及针对不同情况下的变压器绕组故障的研究，对其进行相关的仿真实验，能够准确判断出变压器的区内外故障类型。针对在原边发生故障时，过渡电阻过大导致故障类型误判的情况，此算法能够较好的提高判断的准确度，减小误判对变压器带来的不良后果。同时，在故障采样点处能快速判断出结果，进行保护响应，大大提高了灵敏度。

参考文献

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