CN200953039Y - 电力保护线路用的接线分析装置 - Google Patents

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Abstract

电力保护线路用的接线分析装置，主要由测量单元、人机操作界面及与此二部分联接的计算分析单元构成，该计算分析单元通过采集信息、数据调整、矢量合成、分析判断，最终查找出所有的接线错误的位置和类型并作出显示。本实用新型装置，用计算机的智能化分析，取代复杂、繁琐的人工分析、判断过程，使之更为准确、可靠，大大提高了检测效率，能迅速发现保护线路的故障类型和具体位置，为电力系统安全可靠运行提供了有力保证。

Description

电力保护线路用的接线分析装置
技术领域  本实用新型涉及一种电力保护线路的接线检查装置。
背景技术  电力保护线路接线的正确性分析，包括母线差动保护分析、变压器差动保护分析等，是变电站投运、检修工作中的重要环节，它直接关系到电力系统的安全可靠运行。在电力生产运行中，若不能及时发现接线错误的隐患，会导致保护设备误动或拒动，给国家、人民造成重大的生命、财产损失。接线正确性分析工作，是一件非常繁琐、复杂的任务，至今尚没有一个规范性的规程，且基本是靠人力的测量、计算来完成的，其程序大致是：
(1)测量电流幅值、角度
工作人员首先用传统的相位伏安表测量保护线路中电流互感器(简称CT)的电流幅值以及该电流相对于参考相的角度，即该电流的相位。对变压器保护分析而言，要测量高压侧CT、中压侧CT以及低压侧CT的数据；对母线保护分析而言，要测量母线上所有线路单元CT的数据；
(2)调整电流幅值
由于每处电流互感器的CT变比不同，所以需要将直接测量出的CT的电流幅值进行调整，调整方法如下：
1)、对变压器的保护分析，用公式【1】计算出高、中、低压侧的额定电流，
I e = S 3 × U × N CT 公式【1】
公式【1】中，Ie指额定电流；S指变压器的容量(单位：KVA)；U指额定电压；NCT指CT变比。
若设定额定电流最小一侧的平衡系数为1(其实测电流为Ie0)，则其它侧的平衡系数的数值之计算是：用该侧的额定电流值(Ie)除以平衡系数为1的那侧的额定电流值(Ie/Ie0)。用该方法计算出高、中、低压侧的平衡系数，然后给高、中、低压侧的CT的实测值乘以其相对应的平衡系数，就是调整后的电流幅值。
2)、对母线的保护分析，也用公式【1】计算各线路单元的额定电流。由于母线上所有线路单元的额定电压(U)相等且无变压器，故计算时，额定电压(U)和变压器的容量(S)可以用常数代替。同样，也设定指定额定电流最小的线路单元的平衡系数为1，则其他线路单元的平衡系数，也是用该线路单元的额定电流值除以平衡系数为1的那个线路单元的额定电流值得出。用该方法计算出所有的线路单元的平衡系数，然后给该线路单元的CT的实测值乘以其相对应的平衡系数，就是调整后的电流幅值。
(3)根据具体的接线方式对相角进行换算和调整
例如：进行变压器的保护分析时，需根据接线方式进行相角的调整。变压器高、中、低压侧的接线方式通常有以下12种类型：Y0、Δ1、Y2、Δ3、Y4、Δ5、Y6、Δ7、Y8、Δ9、Y10、Δ11、Y12(注：这些符号都是通用的表示方式，如Y0表示星形0°接线，Δ1表示三角形30°接线，Y2表示星形60°接线，Δ3表示三角形90°接线，……)。相位调整时，要分别用高、中、低压侧CT的相角值，减去其实际所用的接线方式所对应的角度，得到调整后的角度。
(4)绘制矢量图，判断结果
对电流幅值和相角调整后，用人工分别绘制每相的电源侧之电流和负荷侧之电流的合成矢量图，判断电源侧的合成矢量和负荷侧的合成矢量是否大小相等、方向相反(注：应在一定的误差范围内，误差范围由经验确定)，如果全部三相合成矢量大小相等、方向相反并且各侧相序是正序(即三相的相序是A、B、C)及相角平衡(即三相相角互成120°角，凭经验判断)，说明接线正确，否则说明接线有错误。
(5)对接线错误的处理
发现接线错误时，工作人员利用向量图和凭经验，可以判断出一些简单的接线错误(如某相极性接反……)出现的位置。但对于复杂的错误(如多相极性接反或相-相之间接错……)，工作人员就无能为力了，只能到工作现场逐一进行检查。
上述接线正确性的人工分析方法，存在下述缺点：
(1)由于没有科学统一的检测规程，故一定程度地存在随意性，影响检测结果的准确性。
(2)对工作人员的业务能力要求较高。工作人员既要能判断出接线的正确与否，又要能判断出具体的错误位置，故要求工作人员需要掌握较高的电力系统理论知识和具有保护线路接线分析的丰富经验。
(3)分析判断过程中依赖人工计算的工作量很大，工作效率低，费时耗力，且在复杂的工作程序和大量的人工计算中难免发生错误。
(4)另外，工作人员主观素质的高低、客观环境因素等，也会在一定程度上影响分析的准确性。
发明内容  针对目前电力保护线路接线正确性人工分析存在的缺点和不足，本实用新型装置在整理、总结、归纳形成检测规程的基础上，高效、准确地实现了对电力保护线路接线的智能化分析，指出了接线错误的具体类型及位置。主要由：含有电压测量线和电流测量线(或者只含有电流测量线)、信号采集处理电路组成的测量单元(该测量单元也可以采用普通的相位测量仪表或类似装置来替代)；人机操作界面；与前述两部分相联接的计算分析单元，该计算分析单元是在计算机系统(该计算机系统可以是PC、掌上电脑或单片机系统)的基础上，装载有的分析判断软件构成。
一.本实用新型之分析判据包括的基本要素
1、依据以下判断条件，通过专有分析判断软件的计算机技术，判断接线的正确与否。
(1)对于主变压器差动保护有以下判断条件：
a、电源端和负载端的矢量和为0时(幅度相等、角度相差180°)；
b、各高、中、低压侧的CT的相角平衡(ABC三相之间角度互成120°)；
c、高、中、低压侧都是正序，即相序为顺时针A、B、C。
(2)对于母线差动保护、单母线接线正确的判断条件与主变压器相同；而对于双母线接线正确的必要条件是：
a、母线一上的线路单元各自平衡(电源端和负载端的矢量和为0)；母线二上的线路单元各自平衡(电源端和负载端的矢量和为0)；
b、所有线路单元(母线一及母线二)平衡；
c、所有线路单元相角平衡；
d、各线路单元都是正序，即相序为顺时针A、B、C。
2、电力保护线路常见的两种接线错误：
一种情况是极性接反。此时测量的结果是：电流的幅值是正确的，但是其相位角与正确值差180°；
另一种情况是二个相之间的位置相互接错。此时测得的电流值和相角，实际上是与其相互接错的那根相线的电流值和相角。
当然，实际情况往往是存在一处或多处上述两种错误情况的组合。
二、通过计算机(即计算分析单元)对上述诸多因素进行自动化分析、判别
对于以上叙述的人工接线分析的种种弊端，本实用新型装置采用：由计算机对测量数据自动进行调整，对测量的数据自动进行矢量合成，对接线的正确与否自动进行判断，查找出所有的接线错误的位置和类型。
总之，使用计算机对接线分析的相关判据进行归纳、优化，形成完备的判断模型及数据库，并使之更清晰化、条理化；用先进的计算机算法取代复杂、繁琐的人工分析、判断过程，使之更为准确、可靠；用电脑代替人工，避免了人为因素、环境因素对工作质量的影响；在不降低工作质量要求的前提下，降低对操作人员业务素质的综合要求；依托计算机的强大功能，使得对原始测量数据的统计、分析、汇总处理更加方便、准确，便于供电、用电企业掌握设备的运转情况，能迅速发现保护线路的故障及故障前兆，及时对设备进行维护，高效率数十倍以上。
本实用新型装置的思路和方法，用于采用继电器保护、集成电路保护、微机保护等所有类型的保护线路接线分析。
下面结合附图以实施例对本实用新型进行详细说明。
附图说明
图1本实用新型主要电路结构的方框图；
图2数据分析流程图
图3接线分析流程图
具体实施方式
图1所示为本实用新型的电路结构方框图。各个部分的主要结构和作用是：首先将电压、电流信号通过电压测量线和电流测量线引入测量单元1中，再由信号采集处理电路对被测信号进行采集、处理；计算分析单元2使用专有的分析判断软件，先对采集处理过的原始数据进行计算，得出某个CT的电流幅值以及该电流相对于参考相电压的角度，也就是该电流的相角，再应用该软件的分析、判断功能进行综合分析判断，得出接线是否正确的结论；最后在人机操作界面3显示其分析判断的结果。
图2所示为计算分析单元2的整个分析过程之流程图，具体工作过程如下：
第一步：首先，测量单元1在依次采集保护线路所有的CT的原始数据的同时，再通过本装置的人机操作界面3，逐一输入与CT有关的参考电压、CT变比、额定电压、参考相的功率角、供电方式、接线方式4；
第二步：由计算机判断所有CT是否测量完毕5。若未测完所有数据，则返回第一步继续测量；若已测完所有数据，则进入下一步；
第三步：分别进行以下工作：
1)在测量完数据后，计算分析单元2根据测量单元输入的信息，就能立刻获得调整后的电流幅值和电流的相角(注：调整后的电流的相角都是以所选的参考电压所在位置的A相电压为基准，并且参考相电流的功率因数角为零)，该调整的原理和人工调整的原理是相同的，不同之处在于，本实用新型将调整的公式运算用计算机实现。
2)进行完电流幅值和相角调整后，进行接线正确性的初步分析判断。对于参考电压所处位置的3个CT，接线正确时必须满足以下条件：A相电流的角度为0°，B相电流的角度为120°，C相电流的角度为240°，如果不符合这个条件，说明这3个CT的接线有错误。针对单个绕组，有47种错误的情况(见表1)，只要用实际的三相相位数据与各种错误接线情况下的相位数据一一对比，即可得出此单个绕组的接线的错误类型。
错误类型 此种错误数量
一相相位接反 3
两相极性接反 3
三相相位接反 1
两相位置相互接反 3
三相位置相互接反 2
两相位置相互接反，其中一相又极性接反 6
两相位置相互接反，第三相又极性接反 3
两相位置相互接反，这两相的极性也全接反 3
两相位置相互接反，其中一相和第三相的极性接反 6
两相位置相互接反，极性全部接反 3
三相位置相互接反，其中一相极性接反 6
三相位置相互接反，其中两相极性接反 6
三相位置相互接反，极性全部接反 2
                           表1
3)对参考相的3个CT进行正确性修正后，本实用新型装置接着逐个判断高、中、低压侧(对变压器保护分析)或者各线路单元(对母线保护)的3个CT的电流相角是否是正序，如果不是，则将B相CT和C相CT的幅值和角度互换，互换后该处3个CT为正序，其相序修正图【1】如下所示：
                          图【1】
4)接下来进行相角平衡修正：先判断高、中、低压侧(对变压器保护分析)或者各线路单元(对母线保护)的3个CT的电流相角是否平衡(见判断条件)，根据接线错误的情况，如果相角不平衡，向量图类似图4所示的形状，其中有一相与其他两相的夹角都是60°，将该相的相角加180°，调整后的向量图【2】如下所示：
Figure Y20062007949200081
相角不平衡之向量图                      调整后之向量图
                            图【2】
5、判断、修正完相角平衡之后，依据其修正的结果，进行接线错误具体位置查找的分析、判断6，其具体过程如图3所示。
图3所示为接线正确与否的分析判断6过程。首先分别对所有电源侧绕组5(变压器指高、中、低压侧其中一侧的3个CT，母线指某线路单元的3个CT)3相的测量值和所有负荷侧绕组3相的测量值进行矢量合成8，分别判断每相的电源侧矢量合成和负荷侧矢量合成是否幅值大小相等、方向相反9，如果大小相等、方向相反，就可以输出判断结果11，否则对绕组的相角进行修正10，修正后继续进行矢量合成和正确性判断，直到得出结论。修正方法是将绕组的相角加60°，依照从电源侧到负荷侧的顺序，每次只修正一处的相角(即加60°)，每个绕组共修正6次。
6、判断完后可以得出分析结果，分析结果输出可以参见表2：
A  B  C -A  -B -C
A’ 接线正确 A相与B相接反 A相与C相接反 A相极性接反 A相与B相接反且当前B相极性接反 A相与C相接反且当前C相极性接反
B’ A相与B相接反 接线正确 B相与C相接反 A相与B相接反且当前A相极性接反 B相极性接反 B相与C相接反且当前C相极性接反
C’ A相与C相接反 B相与C相接反 接线正确 A相与C相接反且当前A相极性接反 B相与C相接反且当前B相极性接反 C相极性接反
                                表2
按照表2的列的项逐次比较各绕组修正过的值与测量后的调整值，可得出接线正确与否的结论。
此处A，B，C表示原值(测量后的调整值)，A’，B’，C’表示修正过的值。-A表示A加180度，-B，-C同理。
第四步：最后在本装置的人机操作界面3输出结果7，显示其分析判断的结果；至此，本装置的工作过程结束。
例如：以某变压器保护线路接线分析为例，叙述本实用新型之计算分析单元执行以上各步骤及分析、判断的具体程序。参考电压为高压侧的A相电压，测量得到如下数据，测量时将参考电压、供电方式、额定电压、CT变比等信息也输入4给本装置。测量数据见表3
参考电压高压侧UA∠0°；接线方式Y/Δ-11。
名称 A相 B相 C相 供电方式 额定电压 CT变比
高压侧 1.03∠7° 0.97∠117.6° 1.12∠241.7° 电源 220KV  800/1
中压侧 1.85∠93.4°  1.62∠151.7° 1.69∠209.2° 负荷 35KV  1200/1
                                     表3
测量完所有数据后5，就可以进行分析判断6。首先对测量值进行调整，设定中压侧的平衡系数为1，计算高压侧的平衡系数为1.676，给高压侧三相电流值乘平衡系数；根据接线方式调整相位，给中压侧3相各减30°。调整后的数据见表4。
名称 A相 B相 C相 供电方式 额定电压 CT变比
高压侧 1.726∠7° 1.626∠117.6°  1.877∠241.7° 电源 220KV  800/1
中压侧 1.85∠63.4° 1.62∠121.7°  1.69∠179.2° 负荷 35KV  1200/1
其矢量图【a】如下所示：
Figure Y20062007949200091
高压侧                            中压侧
                    图【a】
接下来判断参考相电压所在绕组接线是否正确。参考绕组为高压侧，其结果在误差范围内，为正确值，因此不作修正。
接下来判断所有绕组的3相是不是都为相角平衡。判断后，中压侧不平衡，则调整相角平衡，对中压侧进行修正，修正后的示意图如图【b】所示：
Figure Y20062007949200101
高压侧                                         中压侧
                        图【b】
接下来判断所有绕组是否是正序。判断结果为中压侧不是正序，交换BC相的电流幅值和相角。修正后的示意图如图【c】所示。
Figure Y20062007949200102
高压侧                                         中压侧
                        图【c】
分别进行每相电源侧和负荷侧的矢量合成8。由于电源侧和负荷侧只有一个绕组，合成后与原来的值一样，电源侧和负荷侧的矢量合成并不满足大小相等、方向相反9，对中压侧绕组的各电流相角加60°后继续进行矢量合成及平衡判断10，多次循环判断后，得出矢量合成平衡的结论，此时中压侧绕组的各相的电流相角已修正为如图【d】所示形状：
Figure Y20062007949200103
高压侧                                         中压侧
                         图【d】
比较图【a】和图【d】利用表1就可以得出以下结论，输出判断结果7：
高压侧：  A相接线正确     B相接线正确    C相接线正确；
中压侧：  A相与C相接错    B相极性接反    C相与A相接错。

Claims (1)

1.电力保护线路用的接线分析装置，其特征在于：有电压测量线和电流测量线或者只含有电流测量线、信号采集处理电路的测量单元(1)；有人机操作界面(3)；有与前述两部分相联接的计算分析单元(2)，该计算分析单元系在计算机系统的基础上装载的分析判断软件；计算分析单元(2)分别与测量单元(1)和人机操作界面(3)连接。
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