CN101788633B - 一种判别电压互感器回路断线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种判别电压互感器回路断线的方法，测量发电机机端电压互感器TV二次侧三相电压以及开口三角零序电压，计算得三次谐波电压U_A3、U_B3、U_C3，以及开口三角零序电压的三次谐波分量3U₀₃；将3U₀₃按电压互感器TV的电压变比归算二次相电压侧的值为U′₀₃：令U_max＝max{U_A3，U_B3，U_C3，U′₀₃}，U_min＝min{U_A3，U_B3，U_C3，U′₀₃}；当U_max≥K·U_set0与U_max≥K·U_min同时满足时，判别TV回路断线，其中K是斜率定值，U_set0是拐点电压定值，均为常数。本发明可准确地判别出TV回路是否出现断线，并且由于只用到TV本身测量的电压量，不需要测量其它TV的电压量或TA的电流量，判据简单，易于实现。

Description

一种判别电压互感器回路断线的方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及发电机电压测量回路中电压互感器回路出现断线的判别方法，并涉及应用该判别方法的继电保护装置和安全自动装置。

背景技术

发电机在机端装设电压互感器(TV)，用于监测发电机运行时的电压输出。发电机机端TV的一次侧串接了熔断器，二次侧串接了低压小型断路器。一次侧熔断器可能出现瞬时熔断、接触不良或慢速熔断等情况；二次侧小型断路器可能断开；此外，还可能在回路中出现接线松动、TV小车没有推到位导致接触不良，等等。所有这些情况，统称为“断线”，可以划分为三种类型：完全断线、经过渡电阻断线、间隙性断线。如果保护装置能够及时准确地判别出TV回路断线，可避免发电机异常运行或跳闸停机，从而保证发电机可靠运行和电力系统安全稳定。

以往的判别方法主要有两种：(1)一种方法是通过计算TV测量的负序电压，若出现明显的负序电压，判别认为TV回路断线；为提高这种方法的可靠性，通常还需要结合机端电流互感器(TA)的负序电流来判别，当TV回路断线时，TA测量到的负序电流很小，以区别于发电机不对称短路故障时出现负序电压且同时负序电流很大的情况。(2)另一种方法是直接比较发电机机端两组TV测量的线电压，正常情况下，两组TV测量的线电压差别很小，当某组线电压差别较大且超过定值时，判别认为其中一组TV回路出现断线。

当TV回路断线是轻微的间隙性断线或经较大过渡电阻断线，由于TV测量的负序电压不明显，或者机端两组TV线电压差别不大，以往的TV回路断线判别方法可能存在不能有效判别出TV回路断线的情况。

发明内容

本发明的目的是：为了克服现有TV回路断线判别方法不能有效判别出各种情况下的TV回路断线，提供了一种采用三次谐波电压值和三次谐波零序电压值能有效进行TV回路断线判别的方法。

发电机正常运行时，发电机机端TV测量到的三相电压U_A、U_B、U_C均含有三次谐波电压分量，分别为U_A3、U_B3和U_C3。三次谐波电压为零序性质，相位相同，又因为系统对称，所以大小近似相等。当发电机内部出现短路故障时，会破坏三相三次谐波电压的一致性，因此在内部故障保护启动时，不进行TV回路断线的判别。当发电机出现外部短路故障时，不影响三相三次谐波电压的一致性。大型发电机中性点采用不接地或高阻抗接地方式，当发电机出现定子绕组单相接地故障时，同样不影响发电机定子绕组相电压的三次谐波电压的一致性，虽然机端TV测量到的零序电压(包括基波零序电压、三次谐波电压)将发生变化，但是只要TV正常，测量到的三相三次谐波电压仍然近似相等。如果发电机正常运行情况下机端TV回路出现一相断线或两相断线，则测量到的三相三次谐波电压必然出现差异，故障相的三次谐波电压会减小(比如完全断线)，或增大(比如间隙性断线)，而非故障相的三次谐波电压基本不变。利用三次谐波电压的这个特征可以实现TV回路断线的准确判别。

本发明采取的技术方案是：一种判别电压互感器回路断线的方法，保护装置对发电机机端电压互感器TV二次侧电压进行采样，得到三相电压U_A、U_B、U_C以及开口三角零序电压3U₀；保护装置对采样的电压进行计算，得到三相三次谐波电压U_A3、U_B3、U_C3，以及开口三角零序电压的三次谐波分量3U₀₃；设电压互感器TV的电压变比为

其中：

是TV一次绕组的相电压，U_φ是TV二次绕组的相电压，U_A是TV二次辅助绕组相电压；其特征是：将3U₀₃按电压互感器TV的电压变比归算到二次相电压侧的值为U′₀₃；

${U^{\′}}_{03}=\frac{\left({3U}_{03}\right)}{3}\·\frac{U_{\mathrm{\φ}}}{U_{\mathrm{\Δ}}};$ 式1

令U_max＝max{U_A3，U_B3，U_C3，U′₀₃}，U_min＝min{U_A3，U_B3，U_C3，U′₀₃}；当式2与式3同时满足时，判别TV回路断线：

U_max≥K·U_set0                    式2

U_max≥K·U_min                     式3

其中：K是斜率定值，为常数，一般取1.2～3.0；U_set0是拐点电压定值，为常数，一般取0.05V～0.15V。

当式2与式3同时满足时，经短延时t1发出TV回路断线报警信号，TV回路断线消失后，经长延时t2取消TV回路断线报警。t1为常数，一般为60ms～120ms；t2为常数，一般为2.5s～10s。K、U_set0、t1和t2都是内部参数，不需要用户整定。

本发明的有益效果是：通过测量并计算TV的三次谐波电压，可以准确地判别出TV回路是否出现断线，判别出断线时发出报警信号；用于保护装置中，可闭锁相关保护、防止保护误动。与以往判别方法相比，本发明只用到TV本身测量的电压量，不需要测量其它TV的电压量或TA的电流量，判据简单，易于实现；只要发电机正常运行时三次谐波电压不是特别小(小于U_set0)，本发明可实现TV回路一相断线、两相断线、开口三角断线、二次侧三相断线的判别，可适应完全断线、经过渡电阻断线、间隙性断线等各种类型的断线判别，尤其对轻微的断线故障有比较高的灵敏度。

附图说明

图1是发电机机端TV接线示意图，

图2是本发明TV回路断线判别逻辑图，

图3是本发明TV回路断线判别动作特性图。

图2中：1、式1的逻辑元件，式1满足时输出1，否则输出0；

2、式2的逻辑元件，式2满足时输出1，否则输出0；3、“与”门操作；

4、“启动延时”逻辑，当输入由0变1时，经过延时t1输出1，当输入为0不变或由1变为0时，不经延时直接让输出等于输入；

5、“返回延时”逻辑，当输入由1变0时，经过延时t2输出0，当输入为1不变或由0变为1时，不经延时直接让输出等于输入；

6、“TV回路断线报警”信号输出。

图3中，直线QR的斜率为K；折线PQR之上的阴影区域为TV回路断线判别的动作区。

具体实施方式

在图1中，大型发电机G的中性点n经过接地设备NGD以高阻接地方式接地；发电机的机端t安装电压互感器TV，其一次侧串接熔断器F、中性点直接接地；保护装置测量电压互感器的三相电压(U_A、U_B、U_C)和开口三角零序电压3U₀。通常，电压互感器的电压变比为

其中：

是TV一次绕组的相电压(U_gn也称为发电机的额定电压)，

是TV二次绕组的相电压，100V/3是TV二次辅助绕组相电压。

按图2所示的逻辑进行TV回路断线的判别。图2中，式2的逻辑元件、式3的逻辑元件经过“与”门输出至“启动延时”逻辑，再输出至“返回延时”逻辑，最后输出TV断线报警。

对应于图2逻辑框图的TV回路断线判别动作特性图如图3所示，TV回路断线判别的动作区是一条折线之上的阴影区域。

保护装置在发电机内部短路故障(包括相间短路、同相匝间短路等故障)启动后，不进行TV回路断线的判别。

本发明在具体实施过程中，首先需要计算U_A、U_B、U_C的三次谐波电压，采用全周波傅氏滤波算法，得到三相三次谐波电压U_A3、U_B3、U_C3。

其次需要计算开口三角零序电压3U0的三次谐波分量，同样采用全周波傅氏滤波算法，得到3U₀₃，再按TV电压变比归算到二次相电压侧，得：

${U^{\′}}_{03}=\frac{\left({3U}_{03}\right)}{3}\·\frac{100V/\sqrt{3}}{100V/3}=\frac{\left({3U}_{03}\right)}{\sqrt{3}}$

再取三次谐波的最大值与最小值：

令U_max＝max{U_A3，U_B3，U_C3，U′₀₃}，令U_min＝min{U_A3，U_B3，U_C3，U′₀₃}，最后按式2和式3，也就是图2中的逻辑进行TV回路断线的判别。

图2中的几个定值的范围如下：

1)斜率定值K，为常数，一般为1.2～3.0ms，是内部参数，不需要用户整定；

2)拐点电压定值U_set0，一般为0.05V～0.15V，是内部参数，不需要用户整定；

3)“启动延时”逻辑的时间定值t1为常数，一般为60ms～120ms，是内部参数，不需要用户整定；

4)“返回延时”逻辑的时间定值t2为常数，一般为2.5s～10s，是内部参数，不需要用户整定。

Claims (4)

1.一种判别电压互感器回路断线的方法，其特征是由保护装置测量到发电机机端电压互感器TV二次侧三相电压以及开口三角零序电压，计算得到三次谐波电压UA₃、UB₃、UC₃，以及开口三角零序电压的三次谐波分量3U₀₃；设电压互感器TV的电压变比为 其中： 

是电压互感器TV一次绕组的相电压，U_φ是电压互感器TV二次绕组的相电压，U_Δ是电压互感器TV二次辅助绕组相电压；将3U₀₃按电压互感器TV的电压变比归算二次相电压侧的值为U′₀₃：

式1

令U_max＝max{U_A3，U_B3，U_C3，U′₀₃}，U_min＝min{U_A3，U_B3，U_C3，U′₀₃}；当式2与式3同时满足时，判别电压互感器TV回路断线：

U_max≥K·U_set0    式2

U_max≥K·U_min     式3

其中：K是斜率定值，U_set0是拐点电压定值，均为常数。

2.如权利要求1所述的判别电压互感器回路断线的方法，其特征是：斜率定值K取1.2～3.0；拐点电压定值U_set0取0.05V～0.15V。

3.如权利要求1所述的判别电压互感器回路断线的方法，其特征是：当式2和式3同时满足时，装置经短延时t1发出电压互感器TV回路断线告警信号；电压互感器TV回路断线消失后，经长延t2时取消电压互感器TV回路断线告警信号。

4.如权利要求3所述的判别电压互感器回路断线的方法，其特征是：t1为常数，取60ms～120ms；t2为常数，取2.5s～10s。 

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