CN110912161B - 一种牵引变电所电源进线缺相故障判别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种牵引变电所电源进线缺相故障判别方法，涉及牵引供电系统故障诊断领域。对牵引变电所电源进线电压和牵引母线电压进行监测，使用对称分量法分析其电压不平衡度；当牵引变压器两侧中仅有一侧的电压不平衡度大于设定值，判定为PT断线；当两侧的电压不平衡度均大于设定值时，才判定为电源进线缺相。本发明概念简单、直观，可准确判别PT断线故障和电源进线缺相故障。

Description

一种牵引变电所电源进线缺相故障判别方法
技术领域
本发明涉及牵引供电系统技术领域，具体为一种牵引变电所电源进线缺相故障判别方法。
背景技术
铁路交通运送量大，速度快，成本较低，一般不受气候条件限制，是我国目前正在大力发展的一种交通方式。其中，电气化铁路里程约占总里程的70％。牵引变电所是牵引供电系统的枢纽。由于各种原因，牵引变电所的电源进线可能存在缺相问题，可能引起牵引变电所电力设备的烧损。因此，及时、准确的缺相故障判别方法有助于维护设备安全，提高交通运输效率。目前，对牵引变电所的电源进线缺相问题的研究比较少，目前的各种判别方法不够准确，不能准确区分电源进线缺相故障和电压互感器(PT)断线故障。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种牵引变电所电源进线缺相判别方法，它能有效、准确地识别牵引变电所电源进线的缺相故障、PT断线故障等故障类型。技术方案如下：
一种牵引变电所电源进线缺相故障判别方法，包括以下步骤：
(1)计算电源进线的电压不平衡度：将三个线电压视作相电压，使用三相对称分量法，由式(1)和式(2)提取线电压的1序分量和2序分量；
Figure BDA0002314927060000011
Figure BDA0002314927060000012
其中，
Figure BDA0002314927060000013
和
Figure BDA0002314927060000014
为三个线电压，a＝ej120°，
Figure BDA0002314927060000015
和
Figure BDA0002314927060000016
分别为线电压
Figure BDA0002314927060000017
和
Figure BDA0002314927060000018
的1序分量和2序分量；
再按式(3)计算电源进线的电压不平衡度εp2
Figure BDA0002314927060000019
(2)计算牵引母线的电压不平衡度：牵引变电所中两牵引母线的电压分别记为
Figure BDA00023149270600000110
和
Figure BDA00023149270600000111
正常运行时，牵引母线电压
Figure BDA00023149270600000112
和
Figure BDA00023149270600000113
的幅值相等；
a)假设正常电压运行时，
Figure BDA00023149270600000114
超前
Figure BDA00023149270600000115
则对
Figure BDA00023149270600000116
和
Figure BDA00023149270600000117
使用三相对称分量法提取牵引母线电压的1序分量和2序分量，再根据式(3)计算牵引母线的电压不平衡度εs2；
b)假设正常电压运行时，
Figure BDA0002314927060000021
超前
Figure BDA0002314927060000022
对
Figure BDA0002314927060000023
和
Figure BDA0002314927060000024
使用三相对称分量法提取牵引母线电压的1序分量和2序分量，再根据式(3)计算牵引母线的电压不平衡度εs2；
c)假设正常电压运行时，
Figure BDA0002314927060000025
超前
Figure BDA0002314927060000026
令
Figure BDA0002314927060000027
则按式(4)所示的两相对称分量法计算
Figure BDA0002314927060000028
和
Figure BDA0002314927060000029
的1序分量和2序分量：
Figure BDA00023149270600000210
其中，再由式(3)得到牵引母线的电压不平衡度εs2；
(3)设定电压不平衡度阈值用于判定电压缺相故障；不同的牵引变压器接线，其阈值取值不同；若牵引变压器为YNd11接线或为阻抗平衡变压器，则电源进线和牵引母线的电压不平衡度阈值设定为10％；若牵引变压器为Vv或Vx接线，则电源进线和牵引母线的电压不平衡度阈值设定为30％；若牵引变压器为Scott接线，则电源进线的电压不平衡度阈值设定为30％，牵引母线的电压不平衡度阈值设定为20％；电压不平衡度εp2和εs2超过阈值的时间均应大于断路器不同期合闸的时间；否则，认为电压不平衡度没有超过阈值；
(4)电源进线缺相的判定算法如下：
步骤1)：分析牵引变电所电源进线电压是否均为零：若是，则判定为牵引变电所电源停电故障，转入步骤6)；否则，计算电源进线的电压不平衡度εp2，并进入下一步；
步骤2)：分析牵引母线电压是否均为零：若是，则判定牵引变压器两侧或一侧的断路器已跳开，转入步骤6)；否则，计算牵引母线的电压不平衡度εs2，进入下一步；
步骤3)：判定电源进线的电压不平衡度εp2是否超过阈值：若是，则进入下一步；否则，转入步骤5)；
步骤4)：判定牵引母线的电压不平衡度εs2是否超过阈值：若是，则判定牵引变电所发生电源进线缺相故障；否则，判定牵引变电所发生电源进线PT断线故障；然后转入步骤6)；
步骤5)：判定牵引母线的电压不平衡度εs2是否超过阈值：若是，则判定牵引变电所发生牵引母线PT断线故障；否则，判定牵引变电所正常运行，转下一步；
步骤6)：输出判定结果，判别过程结束。
本发明的有益效果是：本发明对牵引变电所电源进线电压和牵引母线电压进行监测，并使用对称分量法分析其电压不平衡度，当牵引变压器两侧中仅有一侧的电压不平衡度大于设定值，判定为PT断线；当两侧的电压不平衡度均大于设定值时，才判定为电源进线缺相；概念清晰、直观，即可确定电源进线缺相，也可确定PT断线故障。
附图说明
图1为牵引变电所电源进线缺相故障判别流程图(PT为电压互感器)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本发明对电源进线缺相判别方法原理的阐述包括三部分，分别为电压不平衡度的计算，阈值的设定和故障判别的实现。
(1)电源进线电压不平衡度的计算
根据所获得的电压不同，电压不平衡度的计算方法阐述如下：
1)可获得三相相电压
若电压传感器测量的是三相相电压，则可直接由对称分量法提取相电压的1序、2序分量，并按式(1)计算电压不平衡度εp2
Figure BDA0002314927060000031
其中，
Figure BDA0002314927060000032
和
Figure BDA0002314927060000033
分别为相电压的1序、2序分量。
2)可获得三相线电压
正常情况下，
Figure BDA0002314927060000034
和
Figure BDA0002314927060000035
构成对称的三相电压。将这三个线电压视作相电压并使用对称分量法，可提相电压的1序分量。例如，
Figure BDA0002314927060000036
同理，可由式(2)提取相电压的2序分量
Figure BDA0002314927060000037
并按式(3)计算线电压的不平衡度ε′p2
Figure BDA0002314927060000038
式(3)表明，使用该方法计算出的线电压不平衡度ε′p2与使用三相相电压计算出的电压不平衡度εp2相同。因此，两者可不予区分。
(2)牵引母线电压不平衡度的计算
牵引变电所两牵引母线电压分别记为
Figure BDA0002314927060000041
和
Figure BDA0002314927060000042
正常运行时两者的幅值相等。
1)假设正常电压运行时，
Figure BDA0002314927060000043
超前
Figure BDA0002314927060000044
则
Figure BDA0002314927060000045
和
Figure BDA0002314927060000046
可构成三相对称电压。使用三相对称分量法可提取这三个电压的1序和2序分量，并由(1)计算这三个电压的不平衡度，并记为εs2。
2)假设正常电压运行时，且
Figure BDA0002314927060000047
超前
Figure BDA0002314927060000048
则
Figure BDA0002314927060000049
和
Figure BDA00023149270600000410
组成三相对称电压。使用三相对称分量法可提取这三个电压的1序和2序分量，并由(1)计算这三个电压的不平衡度，并记为εs2。
3)假设正常电压运行时，且
Figure BDA00023149270600000411
超前
Figure BDA00023149270600000412
令
Figure BDA00023149270600000413
则可按式(4)所示的两相对称分量法可计算
Figure BDA00023149270600000414
和
Figure BDA00023149270600000415
的1序分量和2序分量
Figure BDA00023149270600000416
并由(1)计算这三个电压的不平衡度，并记为εs2。
(3)阈值的设定
为准确判别电源进线是否缺相，应设定阈值并将其与电压不平衡度的计算值相比。不同的牵引变压器接线，其阈值取值不同。若牵引变压器为YNd11接线或为阻抗平衡变压器，则电源进线和牵引母线的电压不平衡度阈值可设定为10％；若牵引变压器为Vv或Vx接线，则电源进线和牵引母线的电压不平衡度阈值可设定为30％；若牵引变压器为Scott接线，则电源进线的电压不平衡度阈值可设定为30％，牵引母线的电压不平衡度阈值可设定为20％。电压不平衡度εp2和εs2超过阈值的时间均应大于断路器不同期合闸的时间。否则，认为电压不平衡度没有超过阈值。
(3)故障判别方法的具体实现
步骤1)：分析牵引变电所电源进线电压是否均为零：若是，则判定为牵引变电所电源停电故障，转入步骤6)；否则，计算电源进线的电压不平衡度εp2，并进入下一步；
步骤2)：分析牵引母线电压是否均为零：若是，则判定牵引变压器两侧或一侧的断路器已跳开，转入步骤6)；否则，计算牵引母线的电压不平衡度εs2，进入下一步；
步骤3)：判定电源进线的电压不平衡度εp2是否超过阈值：若是，则进入下一步；否则，转入步骤5)；
步骤4)：判定牵引母线的电压不平衡度εs2是否超过阈值：若是，则判定牵引变电所发生电源进线缺相故障；否则，判定牵引变电所发生电源进线PT断线故障；然后转入步骤6)；
步骤5)：判定牵引母线的电压不平衡度εs2是否超过阈值：若是，则判定牵引变电所发生牵引母线PT断线故障；否则，判定牵引变电所正常运行，转下一步；
步骤6)：输出判定结果，判别过程结束。

Claims (1)

1.一种牵引变电所电源进线缺相故障判别方法，包括两相和三相对称分量法，其特征在于：
(1)计算电源进线的电压不平衡度：将三个线电压视作相电压，使用三相对称分量法，由式(1)和式(2)提取线电压的1序分量和2序分量；
Figure FDA0002314927050000011
Figure FDA0002314927050000012
其中，
Figure FDA0002314927050000013
和
Figure FDA0002314927050000014
为三个线电压，a＝ej120°，
Figure FDA0002314927050000015
和
Figure FDA0002314927050000016
分别为线电压
Figure FDA0002314927050000017
和
Figure FDA0002314927050000018
的1序分量和2序分量；
再按式(3)计算电源进线的电压不平衡度εp2
Figure FDA0002314927050000019
(2)计算牵引母线的电压不平衡度：牵引变电所中两牵引母线的电压分别记为
Figure FDA00023149270500000110
和
Figure FDA00023149270500000111
正常运行时，牵引母线电压
Figure FDA00023149270500000112
和
Figure FDA00023149270500000113
的幅值相等；
a)假设正常电压运行时，
Figure FDA00023149270500000114
超前
Figure FDA00023149270500000115
120°，则对
Figure FDA00023149270500000116
和
Figure FDA00023149270500000117
使用三相对称分量法提取牵引母线电压的1序分量和2序分量，再根据式(3)计算牵引母线的电压不平衡度εs2；
b)假设正常电压运行时，
Figure FDA00023149270500000118
超前
Figure FDA00023149270500000119
对
Figure FDA00023149270500000120
和
Figure FDA00023149270500000121
使用三相对称分量法提取牵引母线电压的1序分量和2序分量，再根据式(3)计算牵引母线的电压不平衡度εs2；
c)假设正常电压运行时，
Figure FDA00023149270500000122
超前
Figure FDA00023149270500000123
令
Figure FDA00023149270500000124
则按式(4)所示的两相对称分量法计算
Figure FDA00023149270500000125
和
Figure FDA00023149270500000126
的1序分量和2序分量：
Figure FDA00023149270500000127
再根据式(3)计算牵引母线的电压不平衡度εs2；
(3)设定电压不平衡度阈值用于判定电压缺相故障；不同的牵引变压器接线，其阈值取值不同；若牵引变压器为YNd11接线或为阻抗平衡变压器，则电源进线和牵引母线的电压不平衡度阈值设定为10％；若牵引变压器为Vv或Vx接线，则电源进线和牵引母线的电压不平衡度阈值设定为30％；若牵引变压器为Scott接线，则电源进线的电压不平衡度阈值设定为30％，牵引母线的电压不平衡度阈值设定为20％；电压不平衡度εp2和εs2超过阈值的时间均应大于断路器不同期合闸的时间；否则，认为电压不平衡度没有超过阈值；
(4)电源进线缺相的判定算法如下：
步骤1)：分析牵引变电所电源进线电压是否均为零：若是，则判定为牵引变电所电源停电故障，转入步骤6)；否则，计算电源进线的电压不平衡度εp2，并进入下一步；
步骤2)：分析牵引母线电压是否均为零：若是，则判定牵引变压器两侧或一侧的断路器已跳开，转入步骤6)；否则，计算牵引母线的电压不平衡度εs2，进入下一步；
步骤3)：判定电源进线的电压不平衡度εp2是否超过阈值：若是，则进入下一步；否则，转入步骤5)；
步骤4)：判定牵引母线的电压不平衡度εs2是否超过阈值：若是，则判定牵引变电所发生电源进线缺相故障；否则，判定牵引变电所发生电源进线PT断线故障；然后转入步骤6)；步骤5)：判定牵引母线的电压不平衡度εs2是否超过阈值：若是，则判定牵引变电所发生牵引母线PT断线故障；否则，判定牵引变电所正常运行，转下一步；
步骤6)：输出判定结果，判别过程结束。
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