专利名称：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UpU"Uc均含有三次谐波电压分量，分别为U^、仏3和^3。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UrUpUc以及开口三角零序电 压3U。；保护装置对采样的电压进行计算，得到三相三次谐波电压UA3、UB3、UC3，以及开口三角
零序电压的三次谐波分量3U。3 ;设电压互感器TV的电压变比为
，射
g"
是 C/'
03
;式1
U ，U'
um
min{UA3， UB3， UC3， U' 。3};当式2与式3同
式2 式3
-般取1. 2 3. 0 ;US
是拐点电压定值，为常数，
TV —次绕组的相电压，U$是TV 二次绕组的相电压，UA是TV 二次辅助绕组相电压；其特征 是将3U。3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' 。3 ; (3^/03) S 令U隨=maX{UA3，UB-— 时满足时，判别TV回路断线
U x>K*Uset0 U隨^K'U迈in 其中K是斜率定值，为常数， 般取0. 05V 0. 15V。 当式2与式3同时满足时，经短延时tl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。tl为常数， 一般为60ms 120ms ;t2为常数， 一般为2. 5s 10s。 K、 Usrt。、 tl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 ，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。
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l满足时输出l，否则输出0 ; 2、式2的逻辑元件，式2满足时输出l，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tl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。
具体实施例方式
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(UA、 UB、 Uc)和开口三角零序电压3U。。通常，电压互感器的电压变
比为"^/，/^，其中"^是TV—次绕组的相电压(Ugn也称为发电机的额定电压)，
100r/VJ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UpUe、Uc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UA3、 UB3、 UC3。 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3U。3，再按TV电压变比归算到二次相电压侧，得 再取三次谐波的最大值与最小值 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. Oms，是内部参数，不需要用户整定；
2)拐点电压定值U^。，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tl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。
权利要求
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TV一次绕组的相电压，Uφ是TV二次绕组的相电压，UΛ是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 <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}；当式2与式3同时满足时，判别TV回路断线Umax≥K·Uset0式2Umax≥K·Umin 式3其中K是斜率定值，Uset0是拐点电压定值，均为常数。FSA00000049332500011.tif,FSA00000049332500012.tif
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Uset。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tl发出TV回路断线告警信号；TV回路断线消失后，经长延t2时取消TV回路断线告警信号。
4. 如权利要求3所属的判别电压互感器回路断线的方法，其特征是tl为常数，取60ms 120ms ;t2为常数，取2. 5s 10s。
全文摘要
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UA3、UB3、UC3，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Umax＝max{UA3，UB3，UC3，U′03}，Umin＝min{UA3，UB3，UC3，U′03}；当Umax≥K·Uset0与Umax≥K·Umin同时满足时，判别TV回路断线，其中K是斜率定值，Uset0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。
文档编号G01R31/02GK101788633SQ201010121170
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者严伟, 尹春, 张琦雪, 沈全荣, 陈佳胜, 陈俊 申请人:南京南瑞继保电气有限公司;南京南瑞继保工程技术有限公司