密德莉　閔守瑜　鞏　延

[摘要]提出小波方法來(lái)消除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的干擾，為實(shí)現(xiàn)微機(jī)變壓器保護(hù)雙重化的可靠性提供一定的依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]變壓器保護(hù) 錯(cuò)誤數(shù)據(jù) 小波

中圖分類號(hào)：TM4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0310027－01

大型電力變壓器是電力系統(tǒng)中極其重要的元件，當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)盡快地跳開(kāi)故障變壓器，使損失降低到最小限度。同時(shí)，變壓器保護(hù)在非故障情況下的誤動(dòng)也將給電力系統(tǒng)造成巨大損失。因此實(shí)踐中對(duì)變壓器保護(hù)提出了很高的要求，包括可依賴性（不拒動(dòng)）、安全性（不誤動(dòng)）、速動(dòng)性和足夠的靈敏度。隨著大容量變壓器應(yīng)用的日益增多以及電力系統(tǒng)其它因素的影響，傳統(tǒng)的變壓器保護(hù)算法已無(wú)法完全適應(yīng)電力系統(tǒng)新的要求，因此有必要對(duì)變壓器保護(hù)展開(kāi)新的研究工作。電力變壓器保護(hù)裝置可能受到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)干擾的危害，保護(hù)中的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)直接影響保護(hù)裝置的性能，因此錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的診斷和處理非常重要。

一、小波變換技術(shù)在變壓器保護(hù)信號(hào)抗干擾中的應(yīng)用

典設(shè)選用二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)及波形對(duì)稱原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)作主保護(hù)，其原因是利用各自的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行互補(bǔ)。現(xiàn)在較成熟的變壓器差動(dòng)保護(hù)都是利用一次諧波制動(dòng)原理躲勵(lì)磁涌流的方式，但使用一次諧波制動(dòng)原理，眾所周知，當(dāng)變壓器有涌流時(shí)發(fā)生單相或兩相內(nèi)部故障，差動(dòng)保護(hù)因涌流制動(dòng)而不動(dòng)作。大型變壓器時(shí)間常數(shù)都很長(zhǎng)，一般涌流過(guò)程超過(guò)5s，在發(fā)生上述故障時(shí)，主保護(hù)等到涌流消失才能出口，延誤動(dòng)作時(shí)間。而波形對(duì)稱原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)是利用一種波形對(duì)稱算法，將變壓器在空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流和故障電流區(qū)分開(kāi)，具體的方法是首先將流入繼電器的差流進(jìn)行微分，將微分后差流的前半波和后半波作對(duì)稱比較。當(dāng)變壓器合閘時(shí)發(fā)生故障，利用波形對(duì)稱原理計(jì)算，保護(hù)不受健全相的影響，都有明顯的特征，能快速出口，即都能做到可靠動(dòng)作。另外，在變壓器空載合閘合于5%的匝間故障的試驗(yàn)時(shí)，一次諧波制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)，出口時(shí)間一般都在100ms，而波形對(duì)稱原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)出口時(shí)間在25ms左右。零差保護(hù)對(duì)變壓器故障，尤其是自禍變壓器的內(nèi)部故障有很高的靈敏度，且不受勵(lì)磁涌流的影響，但在現(xiàn)場(chǎng)，因其極性試驗(yàn)非常困難，以往零差保護(hù)誤動(dòng)情況很多，因此，對(duì)于零差保護(hù)的應(yīng)用原則是：如果裝置中有自動(dòng)檢驗(yàn)零差保護(hù)極性功能的可以使用，如不具備上述功能的，建議不使用。

小波變換（wavelet transform）是80年代后期發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用數(shù)學(xué)分支。它具有多分辨率的特點(diǎn)，可以由粗及細(xì)的逐步觀察信號(hào)。小波的種類有很多，對(duì)于某個(gè)具體問(wèn)題，應(yīng)找到適合該問(wèn)題的一種合適的小波，也就是采用該種小波以后，效果更明顯。對(duì)于變壓器電流的抗干擾問(wèn)題，首先要搞清干擾種類，是單個(gè)的還是多個(gè)連續(xù)的干擾？是正干擾還是負(fù)干擾，還是兩者都有？由于我們主要研究少量突跳點(diǎn)的情況，注意到db系列或bior系列小波的波形特點(diǎn)是具有幅度相當(dāng)?shù)牟ǚ搴筒ü?，因此可同時(shí)、同程度地反應(yīng)正負(fù)干擾，因此選db系列或bior系列的小波。

效果好的硬件抗干擾措施能夠有效降噪，而小波變換的特性可以被用來(lái)很好的降噪，這里就bior系列的小波詳細(xì)的說(shuō)明這一點(diǎn)。設(shè)原信號(hào)short5（original signal），干擾白噪聲0.3randn（random signals），干擾后信號(hào)s（disturbed signal）。用小波變換來(lái)消噪，運(yùn)用matlab中的工具仿真，取基本小波bior分三步：第一步，將s分解為al和dl，其中dl是第一級(jí)噪聲，al是一次消噪后的信號(hào)；第二步，將al分解為a2和d2，其中d2是第二級(jí)噪聲，a2是第二消噪后的信號(hào)；第三步，將a2分解為a3和d3，其中d3是第三級(jí)噪聲，a3是第三次消噪后的信號(hào)，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)a3是原信號(hào)（original signal）的較理想恢復(fù)。由此可得：小波變換消噪的效果是很好的。小噪聲影響保護(hù)裝置的性能，波變換的多采樣率分析能有效去除噪聲，同樣，多采樣率分析提取了各級(jí)噪聲，噪聲的提取對(duì)于分析噪聲源及設(shè)法去除噪聲都是極有價(jià)值的。

二、小波變換診斷算法的實(shí)現(xiàn)

短路發(fā)生前后均出現(xiàn)周期性的亮度改變，提示小波變換結(jié)果有周期性的改變。更進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在電流波峰、波谷及其附近，亮度低，其余部分亮度高，說(shuō)明該基本小波下的小波變換的結(jié)果可以反映原信號(hào)的變化率。

在短路發(fā)生后，除波峰、波谷外其余均出現(xiàn)了亮度升高的情況，提示小波變換結(jié)果有明顯變大，這是因?yàn)槎搪泛蟮牟ㄐ屋^短路前有較大的改變，短路電流增大了，變化率也增加了。

發(fā)生短路點(diǎn)附近出現(xiàn)了亮度變化，提示該處的波形有改變，更進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)尺度s增大時(shí)，亮度升高，提高尺度下的小波波形與短路點(diǎn)處的波形更接近，因此理論上可由此確定短路時(shí)間；但S增大，亮度增大的同時(shí)高亮度部分在時(shí)間上變寬，這又使得確定短路時(shí)間變得困難。

發(fā)生干擾點(diǎn)附近出現(xiàn)了很強(qiáng)的亮度變化，提示該處的波形有改變，更進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)尺度：增大，高亮度部分在時(shí)間上變寬，這又使得確定干擾時(shí)間變得困難。

三、小波變換算法評(píng)價(jià)

對(duì)于可允許的時(shí)間較短且錯(cuò)誤數(shù)據(jù)不多或數(shù)據(jù)受干擾幅度不大（易于擬合和重建），那么可選小波變換方法。小波變換的判定門檻值隨輸入信號(hào)和干擾信號(hào)的幅度不同而改變，具體來(lái)講就是對(duì)于一定幅度的干擾，變壓器在各個(gè)運(yùn)行方式下的電流都需要有不同的門檻值。干擾點(diǎn)的檢測(cè)門檻值應(yīng)該滿足下面的條件：（1）躲過(guò)正常電流下的小波變換峰值；（2）躲過(guò)短路電流下的小波變換峰值；（3）躲過(guò)短路點(diǎn)的小波變換值。對(duì)于不同幅度的干擾，這些值都要重新算過(guò)，其系數(shù)將是一個(gè)復(fù)雜的二維矩陣；在具體過(guò)程中，插值擬和的效果會(huì)直接影響到該萬(wàn)法的有效性；不僅如此，變壓器在某些運(yùn)行方式下的電流變化幅度較大（特別是短路電流較大），而干擾幅度卻很小，這時(shí)候某些未受干擾點(diǎn)的電流信號(hào)變換后的結(jié)果比受干擾點(diǎn)的變換結(jié)果大，這時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致誤判，將正常點(diǎn)的信號(hào)當(dāng)作受干擾點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果是死循環(huán)，小波變換此時(shí)失效。

四、結(jié)論

變壓器保護(hù)在非故障（如勵(lì)磁涌流、過(guò)勵(lì)磁等）情況下的誤動(dòng)也將給電力系統(tǒng)造成巨大損失。為此文中針對(duì)變壓器保護(hù)裝置中受到的數(shù)據(jù)干擾提出了小波變換的方法來(lái)診斷錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。實(shí)踐證明該方法具有有效的降噪性。