專利名稱：電壓回路中性線斷線的判定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，具體講，涉及電壓回路中性線斷線的判定方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)要求其繼電保護(hù)裝置在出現(xiàn)任何擾動(dòng)或者事故情況下都能夠正確動(dòng)作。 但是近年來(lái)由于繼電保護(hù)裝置自身存在隱藏性故障而導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生連鎖事故、乃至大停電事故時(shí)有發(fā)生，因此對(duì)繼電保護(hù)隱性故障的識(shí)別得到了廣泛的關(guān)注。繼電保護(hù)的隱性故障原因和表現(xiàn)形式是復(fù)雜的。目前繼電保護(hù)對(duì)于電壓回路斷線的自檢措施只能檢測(cè)出非中性線是否斷線而對(duì)中性線是否斷線沒(méi)有效果。因此電壓回路中性線斷線是繼電保護(hù)裝置可能出現(xiàn)的一種隱性故障。當(dāng)電力系統(tǒng)中某些部分發(fā)生變化時(shí)，這種故障會(huì)被觸發(fā)，從而導(dǎo)致連鎖故障的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)電壓回路中性線斷線的隱性故障，提出繼電保護(hù)裝置電壓回路中性線是否斷線的準(zhǔn)確判據(jù)，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，電壓回路中性線斷線的判定方法，包括如下步驟I)首先設(shè)定判據(jù)(I)式的制動(dòng)系數(shù)K和繼電保護(hù)裝置最小測(cè)量誤差D，K取大于等于I的常數(shù)，D由繼電保護(hù)裝置本身精度確定，(I)式
i|3t/0J|>4i4.t ,i(I)式中|仏」|、|么.3|分別表示繼電保護(hù)裝置測(cè)量的零序電壓中的工頻分量與三次諧波分量的幅值；2)定義電力系統(tǒng)的三相電壓的相量值分別用匕私、仏表示，采集三相電壓匕、Uc，進(jìn)行傅里葉分解得到工頻分量、(冬,與三次諧波分量A3武.3，由式(2)計(jì)算得到零序電壓的工頻分量幅值和三次諧波分量幅值\(2)
Uo3=(UA3+UB3+lfC3)/3式中欠是電力系統(tǒng)A、B、C三相電壓么、的工頻分量的相量值；f>A3、 3是電力系統(tǒng)A、B、C三相電壓匕Aij、仏.的三次諧波分量的相量值；3)將計(jì)算得到的零序電壓工頻分量幅值和三次諧波分量幅值代入判據(jù)(1)，計(jì)算是否滿足(I)式，若滿足，則判定繼電保護(hù)裝置電壓回路中性線發(fā)生斷線；若不滿足，則電壓回路中性線未斷線。K=1;D=0.25V。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及效果本發(fā)明所提出的通過(guò)檢測(cè)繼電保護(hù)裝置測(cè)量到的零序電壓中三次諧波分量的幅值與工頻分量的幅值的比值來(lái)判斷繼電保護(hù)裝置電壓回路中性線是否斷線的方法，該方法解決了現(xiàn)有繼電保護(hù)裝置無(wú)法檢測(cè)中性線是否斷線的缺陷，能夠有效的防止由于電壓回路中性線斷線引起繼電保護(hù)裝置的錯(cuò)誤動(dòng)作。


圖1為電壓互感器及繼電保護(hù)裝置內(nèi)電壓互感器接線示意圖。圖2為電壓互感器內(nèi)勵(lì)磁電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系示意圖。圖中，(a)為正弦磁通對(duì)應(yīng)尖頂波勵(lì)磁電流。(b)為正弦勵(lì)磁電流對(duì)應(yīng)平頂波磁通和尖頂波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。圖3為繼電保護(hù)測(cè)量得到的電壓回路中性線斷線前后的三相電壓與零序電壓波形以及對(duì)應(yīng)波形的頻譜特征。圖中(a)A相電壓，(b)零序電壓，(C)A相電壓諧波分析，(d) 零序電壓諧波分析。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對(duì)電壓回路中性線斷線的隱性故障，分析了繼電保護(hù)測(cè)量到的電壓的諧波含量，利用測(cè)量到的零序電壓工頻分量幅值與三次諧波分量幅值的比值在正常情況及中性線斷線情況下的差別，提出了繼電保護(hù)裝置電壓回路中性線是否斷線的判據(jù)。a)繼電保護(hù)裝置電壓回路中性線斷線的判據(jù)本發(fā)明提出的判斷繼電保護(hù)裝置電壓回路中性線斷線的判據(jù)如下
]3么'3|坤>0」\\(I)
Ψ'φο式中^彳彳江彳分別表示繼電保護(hù)裝置測(cè)量的零序電壓中的工頻分量與三次諧波
分量的幅值。定義電力系統(tǒng)的三相電壓的相量值分別用匕、4表示。計(jì)算公式為
\ 0Λ-( ΛΛ+ ΒΛ+ €Λ)/3^ . : · .'(2)
θ3 = {^Α3 + Β3 +Uc.1)p式中//是電力系統(tǒng)A、B、C三相電壓也、&、4的工頻分量的相量值' A3、Id3是電力系統(tǒng)A、B、C三相電壓匕、匕、f>c的三次諧波分量的相量值。D為繼電保護(hù)裝置最小測(cè)量誤差，K為比例系數(shù)。b)判據(jù)的基本原理如圖1為繼電保護(hù)裝置電壓回路的示意圖，其中包括系統(tǒng)側(cè)的電壓互感器，以及包含繼電保護(hù)裝置內(nèi)小型電壓互感器在內(nèi)的二次回路。電磁式電壓互感器的鐵磁材料具有非線性特性，且電壓互感器在額定工作電壓情況下均工作于飽和點(diǎn)。因此當(dāng)電壓回路正常情況下，正弦的電壓對(duì)應(yīng)鐵心中正弦的磁通，而正弦的磁通要求勵(lì)磁電流為含有三次諧波的尖頂波，如圖2. (a)所示。由于三相電壓互感器的勵(lì)磁電流中的三次諧波同相位，因此三次諧波的勵(lì)磁電流通過(guò)電壓回路的中性線流通形成回路，從而使得繼電保護(hù)裝置所測(cè)量得到的相電壓呈工頻正弦特征。然而，當(dāng)電壓回路的中性線斷開(kāi)時(shí)，如圖1中的N點(diǎn)與N'點(diǎn)斷開(kāi)，這種情況下，勵(lì)磁電流中的三次諧波分量將無(wú)法流通，即勵(lì)磁電流中僅有工頻正弦波流通，產(chǎn)生平頂波的磁通，該磁通進(jìn)而分解為工頻分量和三次諧波分量的磁通，最終使得繼電保護(hù)裝置所測(cè)量得到的三相電壓呈現(xiàn)出畸變的、含有三次諧波分量的電壓波形，如圖2. (b)所示。圖3所示是在電壓回路中性線斷線前后，電壓互感器二次側(cè)的三相電壓以及零序電壓的變化情況。由圖3. (a)、(b)可見(jiàn)，圖中0-40ms是當(dāng)電壓回路正常時(shí)電壓互感器二次側(cè)所測(cè)量得到的相電壓(由于三相電壓完全對(duì)稱，所以以A相電壓代表)和零序電壓，40-80ms是電壓回路中性線斷線情況下電壓回路二次側(cè)所測(cè)量得到的相電壓和零序電壓。顯然，電壓回路完好的情況下，相電壓為標(biāo)準(zhǔn)的工頻正弦波 ，零序電壓為零。而當(dāng)電壓回路中性線斷線的情況下，相電壓發(fā)生畸變，零序電壓不再為零。對(duì)電壓回路中性線斷線之后的相電壓和零序電壓進(jìn)行幅頻分析，可得圖3. (C)、(d)。由圖可知，當(dāng)電壓回路中性線斷線以后，相電壓不僅含有工頻分量，還含有大量三次諧波分量，如圖3. (C)所示；零序電壓基本是由三次諧波構(gòu)成。這是因?yàn)槿齻€(gè)相電壓的工頻分量之和為零，即零序電壓的工頻分量為零；而三個(gè)相電壓中的三次諧波分量相位相同，故零序電壓的三次諧波分量等于三個(gè)相電壓三次諧波分量之和，如下式所示。
r ^ I3^01= 4Λ+ ΒΛ +Uci=OS..·()
[3^0 3 = UA3 + UB3 + Uc3 = 3UJ3式中變量的含義同公式(2)。由式(3)所示的零序電壓特征可知，在電壓回路中性線斷線情況下測(cè)量得到的零序電壓中3fje3/3C>ai的值趨近于無(wú)窮大。因此本文提出電壓回路中性線斷線的識(shí)別方法如式(I)所示。式中K可選為大于等于I的常數(shù)，并作為固定值在繼電保護(hù)裝置的自檢功能中設(shè)置。D為繼電保護(hù)裝置最小測(cè)量誤差。在判據(jù)式(I)滿足一定的短延時(shí)后(毫秒級(jí)，如IOms),繼電保護(hù)裝置即可發(fā)出電壓回路中性線斷線的告警，并采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。目前繼電保護(hù)裝置無(wú)法檢測(cè)電壓回路中性線的斷線，而電壓回路中性線的斷線將引起繼電保護(hù)裝置的錯(cuò)誤動(dòng)作。為此，本發(fā)明提出了一種檢測(cè)繼電保護(hù)裝置電壓回路中性線是否斷線的方法。這里以判據(jù)式(I)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明進(jìn)行電壓回路中性線是否斷線的判定流程。1.首先需要設(shè)定判據(jù)(I)式的制動(dòng)系數(shù)K和繼電保護(hù)裝置最小測(cè)量誤差D，K 一般取大于等于I的常數(shù)，如取值實(shí)例K=1 ；D=0. 25V。2.采集三相電壓化、匕、,進(jìn)行傅里葉分解得到工頻分量Cj11 Acu與三次諧波分量，由式(2)計(jì)算得到零序電壓的工頻分量幅值和三次諧波分量幅值。3.將計(jì)算得到的零序電壓工頻分量幅值和三次諧波分量幅值代入判據(jù)(I )，計(jì)算是否滿足(I)式，若滿足，則判定繼電保護(hù)裝置電壓回路中性線發(fā)生斷線；若不滿足，則電壓回路中性線未斷線。
權(quán)利要求
1.一種電壓回路中性線斷線的判定方法，包括如下步驟1)首先設(shè)定判據(jù)(I)式的制動(dòng)系數(shù)K和繼電保護(hù)裝置最小測(cè)量誤差D，K取大于等于I 的常數(shù)，D由繼電保護(hù)裝置本身精度確定，(I)式
2.如權(quán)利要求1所述的電壓回路中性線斷線的判定方法，其特征是，K=I；D=0. 25V。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域。提出繼電保護(hù)裝置電壓回路中性線是否斷線的準(zhǔn)確判據(jù)，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，電壓回路中性線斷線的判定方法，包括如下步驟1)首先設(shè)定判據(jù)(1)式的制動(dòng)系數(shù)K和繼電保護(hù)裝置最小測(cè)量誤差D；2)計(jì)算得到零序電壓的工頻分量幅值和三次諧波分量幅值；3)將計(jì)算得到的零序電壓工頻分量幅值和三次諧波分量幅值代入判據(jù)，計(jì)算是否滿足，若滿足，則判定繼電保護(hù)裝置電壓回路中性線發(fā)生斷線；若不滿足，則電壓回路中性線未斷線。本發(fā)明主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。
文檔編號(hào)G01R31/02GK102998583SQ20121046686
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者李斌, 靳方超, 李永麗 申請(qǐng)人:天津大學(xué)