CN102998583A - 电压回路中性线断线的判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统继电保护领域。提出继电保护装置电压回路中性线是否断线的准确判据，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，电压回路中性线断线的判定方法，包括如下步骤：1）首先设定判据（1）式的制动系数K和继电保护装置最小测量误差D；2）计算得到零序电压的工频分量幅值和三次谐波分量幅值；3）将计算得到的零序电压工频分量幅值和三次谐波分量幅值代入判据，计算是否满足，若满足，则判定继电保护装置电压回路中性线发生断线；若不满足，则电压回路中性线未断线。本发明主要应用于电力系统继电保护。

Description

电压回路中性线断线的判定方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域,具体讲，涉及电压回路中性线断线的判定方法。

背景技术

电力系统要求其继电保护装置在出现任何扰动或者事故情况下都能够正确动作。但是近年来由于继电保护装置自身存在隐藏性故障而导致电网发生连锁事故、乃至大停电事故时有发生，因此对继电保护隐性故障的识别得到了广泛的关注。

继电保护的隐性故障原因和表现形式是复杂的。目前继电保护对于电压回路断线的自检措施只能检测出非中性线是否断线而对中性线是否断线没有效果。因此电压回路中性线断线是继电保护装置可能出现的一种隐性故障。当电力系统中某些部分发生变化时，这种故障会被触发，从而导致连锁故障的发生。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，针对电压回路中性线断线的隐性故障，提出继电保护装置电压回路中性线是否断线的准确判据，为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，电压回路中性线断线的判定方法，包括如下步骤：

1）首先设定判据（1）式的制动系数K和继电保护装置最小测量误差D，K取大于等于1的常数，D由继电保护装置本身精度确定，（1）式：

$\left\{\begin{array}{c}\left|3{\stackrel{\·}{U}}_{0.3}\right|\≥K\left|3{\stackrel{\·}{U}}_{0.1}\right|\\ \left|3{\stackrel{\·}{U}}_{0.3}\right|\≥D\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中

分别表示继电保护装置测量的零序电压中的工频分量与三次谐波分量的幅值；

2）定义电力系统的三相电压的相量值分别用

表示，采集三相电压

进行傅里叶分解得到工频分量

与三次谐波分量

由式（2）计算得到零序电压的工频分量幅值和三次谐波分量幅值：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{0.1}=({\stackrel{\·}{U}}_{A.1}+{\stackrel{\·}{U}}_{B.1}+{\stackrel{\·}{U}}_{C.1})/3\\ {\stackrel{\·}{U}}_{0.3}=({\stackrel{\·}{U}}_{A.3}+{\stackrel{\·}{U}}_{B.3}+{\stackrel{\·}{U}}_{C.3})/3\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中

是电力系统A、B、C三相电压

的工频分量的相量值；

是电力系统A、B、C三相电压

的三次谐波分量的相量值；

3）将计算得到的零序电压工频分量幅值和三次谐波分量幅值代入判据（1），计算是否满足（1）式，若满足，则判定继电保护装置电压回路中性线发生断线；若不满足，则电压回路中性线未断线。

K=1；D=0.25V。

本发明的技术特点及效果：

本发明所提出的通过检测继电保护装置测量到的零序电压中三次谐波分量的幅值与工频分量的幅值的比值来判断继电保护装置电压回路中性线是否断线的方法，该方法解决了现有继电保护装置无法检测中性线是否断线的缺陷，能够有效的防止由于电压回路中性线断线引起继电保护装置的错误动作。

附图说明

图1为电压互感器及继电保护装置内电压互感器接线示意图。

图2为电压互感器内励磁电流与感应电动势的关系示意图。图中，（a）为正弦磁通对应尖顶波励磁电流。（b）为正弦励磁电流对应平顶波磁通和尖顶波感应电动势。

图3为继电保护测量得到的电压回路中性线断线前后的三相电压与零序电压波形以及对应波形的频谱特征。图中（a）A相电压，（b）零序电压，（c）A相电压谐波分析，（d）零序电压谐波分析。

具体实施方式

本发明针对电压回路中性线断线的隐性故障，分析了继电保护测量到的电压的谐波含量，利用测量到的零序电压工频分量幅值与三次谐波分量幅值的比值在正常情况及中性线断线情况下的差别，提出了继电保护装置电压回路中性线是否断线的判据。

a)继电保护装置电压回路中性线断线的判据

本发明提出的判断继电保护装置电压回路中性线断线的判据如下：

$\left\{\begin{array}{c}\left|3{\stackrel{\·}{U}}_{0.3}\right|\≥K\left|3{\stackrel{\·}{U}}_{0.1}\right|\\ \left|3{\stackrel{\·}{U}}_{0.3}\right|\≥D\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中

分别表示继电保护装置测量的零序电压中的工频分量与三次谐波分量的幅值。定义电力系统的三相电压的相量值分别用

表示。

的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{0.1}=({\stackrel{\·}{U}}_{A.1}+{\stackrel{\·}{U}}_{B.1}+{\stackrel{\·}{U}}_{C.1})/3\\ {\stackrel{\·}{U}}_{0.3}=({\stackrel{\·}{U}}_{A.3}+{\stackrel{\·}{U}}_{B.3}+{\stackrel{\·}{U}}_{C.3})/3\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中

是电力系统A、B、C三相电压

的工频分量的相量值；

是电力系统A、B、C三相电压

的三次谐波分量的相量值。D为继电保护装置最小测量误差，K为比例系数。

b)判据的基本原理

如图1为继电保护装置电压回路的示意图，其中包括系统侧的电压互感器，以及包含继电保护装置内小型电压互感器在内的二次回路。电磁式电压互感器的铁磁材料具有非线性特性，且电压互感器在额定工作电压情况下均工作于饱和点。因此当电压回路正常情况下，正弦的电压对应铁心中正弦的磁通，而正弦的磁通要求励磁电流为含有三次谐波的尖顶波，如图2.(a)所示。

由于三相电压互感器的励磁电流中的三次谐波同相位，因此三次谐波的励磁电流通过电压回路的中性线流通形成回路，从而使得继电保护装置所测量得到的相电压呈工频正弦特征。然而，当电压回路的中性线断开时，如图1中的N点与N′点断开，这种情况下，励磁电流中的三次谐波分量将无法流通，即励磁电流中仅有工频正弦波流通，产生平顶波的磁通，该磁通进而分解为工频分量和三次谐波分量的磁通，最终使得继电保护装置所测量得到的三相电压呈现出畸变的、含有三次谐波分量的电压波形，如图2.(b)所示。

图3所示是在电压回路中性线断线前后，电压互感器二次侧的三相电压以及零序电压的变化情况。由图3.（a）、（b）可见，图中0-40ms是当电压回路正常时电压互感器二次侧所测量得到的相电压（由于三相电压完全对称，所以以A相电压代表）和零序电压，40-80ms是电压回路中性线断线情况下电压回路二次侧所测量得到的相电压和零序电压。显然，电压回路完好的情况下，相电压为标准的工频正弦波，零序电压为零。而当电压回路中性线断线的情况下，相电压发生畸变，零序电压不再为零。

对电压回路中性线断线之后的相电压和零序电压进行幅频分析，可得图3.（c）、（d）。由图可知，当电压回路中性线断线以后，相电压不仅含有工频分量，还含有大量三次谐波分量，如图3.(c)所示；零序电压基本是由三次谐波构成。这是因为三个相电压的工频分量之和为零，即零序电压的工频分量为零；而三个相电压中的三次谐波分量相位相同，故零序电压的三次谐波分量等于三个相电压三次谐波分量之和，如下式所示。

$\left\{\begin{array}{c}3{\stackrel{\·}{U}}_{0.1}={\stackrel{\·}{U}}_{A.1}+{\stackrel{\·}{U}}_{B.1}+{\stackrel{\·}{U}}_{C.1}=0\\ 3{\stackrel{\·}{U}}_{0.3}={\stackrel{\·}{U}}_{A.3}+{\stackrel{\·}{U}}_{B.3}+{\stackrel{\·}{U}}_{C.3}=3{\stackrel{\·}{U}}_{A.3}\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中变量的含义同公式（2）。

由式（3）所示的零序电压特征可知，在电压回路中性线断线情况下测量得到的零序电压中

的值趋近于无穷大。因此本文提出电压回路中性线断线的识别方法如式（1）所示。式中K可选为大于等于1的常数，并作为固定值在继电保护装置的自检功能中设置。D为继电保护装置最小测量误差。在判据式（1）满足一定的短延时后（毫秒级，如10ms），继电保护装置即可发出电压回路中性线断线的告警，并采取相应的补救措施。

下面结合附图和具体实施方式进一步详细说明本发明。

目前继电保护装置无法检测电压回路中性线的断线，而电压回路中性线的断线将引起继电保护装置的错误动作。为此，本发明提出了一种检测继电保护装置电压回路中性线是否断线的方法。这里以判据式（1）来说明本发明进行电压回路中性线是否断线的判定流程。

1．首先需要设定判据（1）式的制动系数K和继电保护装置最小测量误差D，K一般取大于等于1的常数，如取值实例：K=1；D=0.25V。

2．采集三相电压

进行傅里叶分解得到工频分量

与三次谐波分量

由式（2）计算得到零序电压的工频分量幅值和三次谐波分量幅值。

3．将计算得到的零序电压工频分量幅值和三次谐波分量幅值代入判据（1），计算是否满足（1）式，若满足，则判定继电保护装置电压回路中性线发生断线；若不满足，则电压回路中性线未断线。

Claims (2)

1.一种电压回路中性线断线的判定方法，包括如下步骤：

1）首先设定判据（1）式的制动系数K和继电保护装置最小测量误差D，K取大于等于1的常数，D由继电保护装置本身精度确定，（1）式：

$\left\{\begin{array}{c}\left|3{\stackrel{\·}{U}}_{0.3}\right|\≥K\left|3{\stackrel{\·}{U}}_{0.1}\right|\\ \left|3{\stackrel{\·}{U}}_{0.3}\right|\≥D\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中

分别表示继电保护装置测量的零序电压中的工频分量与三次谐波分量的幅值；

2）定义电力系统的三相电压的相量值分别用

表示，采集三相电压

进行傅里叶分解得到工频分量

与三次谐波分量

由式（2）计算得到零序电压的工频分量幅值和三次谐波分量幅值：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{0.1}=({\stackrel{\·}{U}}_{A.1}+{\stackrel{\·}{U}}_{B.1}+{\stackrel{\·}{U}}_{C.1})/3\\ {\stackrel{\·}{U}}_{0.3}=({\stackrel{\·}{U}}_{A.3}+{\stackrel{\·}{U}}_{B.3}+{\stackrel{\·}{U}}_{C.3})/3\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中

是电力系统A、B、C三相电压

的工频分量的相量值；

是电力系统A、B、C三相电压

的三次谐波分量的相量值；

3）将计算得到的零序电压工频分量幅值和三次谐波分量幅值代入判据（1），计算是否满足（1）式，若满足，则判定继电保护装置电压回路中性线发生断线；若不满足，则电压回路中性线未断线。

2.如权利要求1所述的电压回路中性线断线的判定方法，其特征是，K=1；D=0.25V。

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