專利名稱：一種判別電壓互感器回路斷線的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統領域，更具體地涉及發(fā)電機電壓測量回路中電壓互感器回路
出現斷線的判別方法，并涉及應用該判別方法的繼電保護裝置和安全自動裝置。
背景技術：
發(fā)電機在機端裝設電壓互感器(TV)，用于監(jiān)測發(fā)電機運行時的電壓輸出。發(fā)電機機端TV的一次側串接了熔斷器，二次側串接了低壓小型斷路器。 一次側熔斷器可能出現瞬時熔斷、接觸不良或慢速熔斷等情況；二次側小型斷路器可能斷開；此外，還可能在回路中出現接線松動、TV小車沒有推到位導致接觸不良，等等。所有這些情況，統稱為"斷線"，可以劃分為三種類型完全斷線、經過渡電阻斷線、間隙性斷線。如果保護裝置能夠及時準確地判別出TV回路斷線，可避免發(fā)電機異常運行或跳閘停機，從而保證發(fā)電機可靠運行和電力系統安全穩(wěn)定。 以往的判別方法主要有兩種(1) 一種方法是通過計算TV測量的負序電壓，若出現明顯的負序電壓，判別認為TV回路斷線；為提高這種方法的可靠性，通常還需要結合機端電流互感器(TA)的負序電流來判別，當TV回路斷線時，TA測量到的負序電流很小，以區(qū)別于發(fā)電機不對稱短路故障時出現負序電壓且同時負序電流很大的情況。(2)另一種方法是直接比較發(fā)電機機端兩組TV測量的線電壓，正常情況下，兩組TV測量的線電壓差別很小，當某組線電壓差別較大且超過定值時，判別認為其中一組TV回路出現斷線。
當TV回路斷線是輕微的間隙性斷線或經較大過渡電阻斷線，由于TV測量的負序電壓不明顯，或者機端兩組TV線電壓差別不大，以往的TV回路斷線判別方法可能存在不能有效判別出TV回路斷線的情況。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服現有TV回路斷線判別方法不能有效判別出各種情況下的TV回路斷線，提供了一種采用三次諧波電壓值和三次諧波零序電壓值能有效進行TV回路斷線判別的方法。 發(fā)電機正常運行時，發(fā)電機機端TV測量到的三相電壓UpU"Uc均含有三次諧波電壓分量，分別為U^、仏3和^3。三次諧波電壓為零序性質，相位相同，又因為系統對稱，所以大小近似相等。當發(fā)電機內部出現短路故障時，會破壞三相三次諧波電壓的一致性，因此在內部故障保護啟動時，不進行TV回路斷線的判別。當發(fā)電機出現外部短路故障時，不影響三相三次諧波電壓的一致性。大型發(fā)電機中性點采用不接地或高阻抗接地方式，當發(fā)電機出現定子繞組單相接地故障時，同樣不影響發(fā)電機定子繞組相電壓的三次諧波電壓的一致性，雖然機端TV測量到的零序電壓(包括基波零序電壓、三次諧波電壓)將發(fā)生變化，但是只要TV正常，測量到的三相三次諧波電壓仍然近似相等。如果發(fā)電機正常運行情況下機端TV回路出現一相斷線或兩相斷線，則測量到的三相三次諧波電壓必然出現差異，故障相的三次諧波電壓會減小(比如完全斷線)，或增大(比如間隙性斷線)，而非故障相的三次諧波電壓基本不變。利用三次諧波電壓的這個特征可以實現TV回路斷線的準確判別。
本發(fā)明采取的技術方案是一種判別電壓互感器回路斷線的方法，保護裝置對發(fā) 電機機端電壓互感器TV二次側電壓進行采樣，得到三相電壓UrUpUc以及開口三角零序電 壓3U。；保護裝置對采樣的電壓進行計算，得到三相三次諧波電壓UA3、UB3、UC3，以及開口三角
零序電壓的三次諧波分量3U。3 ;設電壓互感器TV的電壓變比為
，射
g"
是 C/'
03
;式1
U ，U'
um
min{UA3， UB3， UC3， U' 。3};當式2與式3同
式2 式3
-般取1. 2 3. 0 ;US
是拐點電壓定值，為常數，
TV —次繞組的相電壓，U$是TV 二次繞組的相電壓，UA是TV 二次輔助繞組相電壓；其特征 是將3U。3按電壓互感器TV的電壓變比歸算到二次相電壓側的值為U' 。3 ; (3^/03) S 令U隨=maX{UA3，UB-— 時滿足時，判別TV回路斷線
U x>K*Uset0 U隨^K'U邁in 其中K是斜率定值，為常數， 般取0. 05V 0. 15V。 當式2與式3同時滿足時，經短延時tl發(fā)出TV回路斷線報警信號，TV回路斷線 消失后，經長延時t2取消TV回路斷線報警。tl為常數， 一般為60ms 120ms ;t2為常數， 一般為2. 5s 10s。 K、 Usrt。、 tl和t2都是內部參數，不需要用戶整定。
本發(fā)明的有益效果是通過測量并計算TV的三次諧波電壓，可以準確地判別出TV 回路是否出現斷線，判別出斷線時發(fā)出報警信號；用于保護裝置中，可閉鎖相關保護、防止 保護誤動。與以往判別方法相比，本發(fā)明只用到TV本身測量的電壓量，不需要測量其它TV 的電壓量或TA的電流量，判據簡單，易于實現；只要發(fā)電機正常運行時三次諧波電壓不是 特別小(小于U ，本發(fā)明可實現TV回路一相斷線、兩相斷線、開口三角斷線、二次側三相 斷線的判別，可適應完全斷線、經過渡電阻斷線、間隙性斷線等各種類型的斷線判別，尤其 對輕微的斷線故障有比較高的靈敏度。
圖1是發(fā)電機機端TV接線示意圖， 圖2是本發(fā)明TV回路斷線判別邏輯圖， 圖3是本發(fā)明TV回路斷線判別動作特性圖。 圖2中1、式1的邏輯元件，式l滿足時輸出l，否則輸出0 ; 2、式2的邏輯元件，式2滿足時輸出l，否則輸出0 ;3、"與"門操作； 4、"啟動延時"邏輯，當輸入由0變1時，經過延時tl輸出1，當輸入為0不變或由
1變?yōu)?時，不經延時直接讓輸出等于輸入； 5、"返回延時"邏輯，當輸入由1變0時，經過延時t2輸出0，當輸入為1不變或由 0變?yōu)?時，不經延時直接讓輸出等于輸入；
6、"TV回路斷線報警"信號輸出。 圖3中，直線QR的斜率為K ;折線PQR之上的陰影區(qū)域為TV回路斷線判別的動作區(qū)。
具體實施例方式
在圖1中，大型發(fā)電機G的中性點n經過接地設備NGD以高阻接地方式接地；發(fā) 電機的機端t安裝電壓互感器TV，其一次側串接熔斷器F、中性點直接接地；保護裝置測量 電壓互感器的三相電壓(UA、 UB、 Uc)和開口三角零序電壓3U。。通常，電壓互感器的電壓變
比為"^/，/^，其中"^是TV—次繞組的相電壓(Ugn也稱為發(fā)電機的額定電壓)，
100r/VJ是TV 二次繞組的相電壓，100V/3是TV 二次輔助繞組相電壓。 按圖2所示的邏輯進行TV回路斷線的判別。圖2中，式2的邏輯元件、式3的邏
輯元件經過"與"門輸出至"啟動延時"邏輯，再輸出至"返回延時"邏輯，最后輸出TV斷線報警。 對應于圖2邏輯框圖的TV回路斷線判別動作特性圖如圖3所示，TV回路斷線判 別的動作區(qū)是一條折線之上的陰影區(qū)域。 保護裝置在發(fā)電機內部短路故障(包括相間短路、同相匝間短路等故障)啟動后， 不進行TV回路斷線的判別。 本發(fā)明在具體實施過程中，首先需要計算UpUe、Uc的三次諧波電壓，采用全周波傅 氏濾波算法，得到三相三次諧波電壓UA3、 UB3、 UC3。 其次需要計算開口三角零序電壓3U0的三次諧波分量，同樣采用全周波傅氏濾波 算法，得到3U。3，再按TV電壓變比歸算到二次相電壓側，得 再取三次諧波的最大值與最小值 令Umax = max {UA3，UB3，UC3，U' 。3}，令Umin = min {UA3， UB3， UC3， U' 。3}，最后按式2和 式3，也就是圖2中的邏輯進行TV回路斷線的判別。
圖2中的幾個定值的范圍如下 1)斜率定值K，為常數，一般為1. 2 3. Oms，是內部參數，不需要用戶整定；
2)拐點電壓定值U^。，一般為0.05V 0. 15V，是內部參數，不需要用戶整定；
3)"啟動延時"邏輯的時間定值tl為常數，一般為60ms 120ms，是內部參數，不 需要用戶整定； 4)"返回延時"邏輯的時間定值t2為常數，一般為2. 5s 10s，是內部參數，不需
要用戶整定。
權利要求
一種判別電壓互感器回路斷線的方法，其特征是由保護裝置測量到發(fā)電機機端電壓互感器TV二次側三相電壓以及開口三角零序電壓，計算得到三次諧波電壓UA3、UB3、UC3，以及開口三角零序電壓的三次諧波分量3U03；設電壓互感器TV的電壓變比為其中是TV一次繞組的相電壓，Uφ是TV二次繞組的相電壓，UΛ是TV二次輔助繞組相電壓；將3U03按電壓互感器TV的電壓變比歸算二次相電壓側的值為U′03 <mrow><msub> <msup><mi>U</mi><mo>′</mo> </msup> <mn>03</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><msub> <mi>U</mi> <mn>03</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>3</mn></mfrac><mo>·</mo><mfrac> <msub><mi>U</mi><mi>φ</mi> </msub> <msub><mi>U</mi><mi>Δ</mi> </msub></mfrac><mo>;</mo> </mrow>式1。令Umax＝max{UA3，UB3，UC3，U′03}，Umin＝min{UA3，UB3，UC3，U′03}；當式2與式3同時滿足時，判別TV回路斷線Umax≥K·Uset0式2Umax≥K·Umin 式3其中K是斜率定值，Uset0是拐點電壓定值，均為常數。FSA00000049332500011.tif,FSA00000049332500012.tif
2. 如權利要求1所述的判別電壓互感器回路斷線的方法，其特征是斜率定值K取1. 2 3. 0 ;拐點電壓定值Uset。取0. 05V 0. 15V。
3. 如權利要求1所述的判別電壓互感器回路斷線的方法，其特征是當式2和式3同時滿足時，裝置經短延時tl發(fā)出TV回路斷線告警信號；TV回路斷線消失后，經長延t2時取消TV回路斷線告警信號。
4. 如權利要求3所屬的判別電壓互感器回路斷線的方法，其特征是tl為常數，取60ms 120ms ;t2為常數，取2. 5s 10s。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種判別電壓互感器回路斷線的方法，測量發(fā)電機機端電壓互感器TV二次側三相電壓以及開口三角零序電壓，計算得三次諧波電壓UA3、UB3、UC3，以及開口三角零序電壓的三次諧波分量3U03；將3U03按電壓互感器TV的電壓變比歸算二次相電壓側的值為U′03令Umax＝max{UA3，UB3，UC3，U′03}，Umin＝min{UA3，UB3，UC3，U′03}；當Umax≥K·Uset0與Umax≥K·Umin同時滿足時，判別TV回路斷線，其中K是斜率定值，Uset0是拐點電壓定值，均為常數。本發(fā)明可準確地判別出TV回路是否出現斷線，并且由于只用到TV本身測量的電壓量，不需要測量其它TV的電壓量或TA的電流量，判據簡單，易于實現。
文檔編號G01R31/02GK101788633SQ201010121170
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權日2010年3月10日
發(fā)明者嚴偉, 尹春, 張琦雪, 沈全榮, 陳佳勝, 陳俊 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術有限公司