CN104215897B - 利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法，断路器保护装置测量断路器两侧的三相电压；分别计算断路器两侧电压的基波相位差及有效值，当断路器两侧相电压均大于80％～90％额定电压，并且某一相或两相的端口电压相位差大于设定角度时，判为断路器非全相，经过短延时t报警或跳闸。本发明能够解决轻载情况下断路器非全相时，传统负序电流判据无法识别非全相的问题，并且不需要三相不一致接点，也适用于三相联动的断路器。

Description

利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法
技术领域
本发明属于电力***继电保护领域，特别涉及利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法和相应的继电保护装置或监测装置。
背景技术
目前，现场广泛应用的断路器非全相保护一般由三相不一致接点和负序电流判据共同构成，当轻载运行工况时，由于相电流很小，断路器非全相时负序电流很小，难以超过负序电流定值，无法判断断路器非全相。发电机机端断路器一般为三相联动，不提供三相不一致接点，无法采用传统非全相保护，现场已多次出现机端断路器一相拉杆断裂导致非全相的事故，由于没有非全相保护，导致机组长期承受负序电流；因此，对发电机的安全构成威胁，需要一种不依赖于三相不一致接点的非全相保护。鉴于传统断路器非全相保护存在的以上不足，有必要研究一种不依赖负序电流大小和三相不一致接点的发电机机端断路器非全相判别方法。
发明内容
本发明的主要目的：提供一种利用端口电压之间的相位差判断发电机机端断路器非全相判别方法，不依赖负序电流大小，解决轻载时断路器发生非全相的方法，解决以往负序电流判据无法识别的问题，此外，本发明方法由于不需要断路器三相不一致接点，也解决于三相联动断路器的非全相判别问题。
本发明所采用的技术方案是：利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法，断路器保护装置测量断路器两侧的三相电压；分别计算断路器两侧电压的基波相位差及有效值，当断路器两侧相电压均大于80％～90％额定电压，并且某一相或两相的端口电压相位差大于设定角度时，判为断路器非全相，经过短延时t报警或跳闸。
本发明尤其是用于发电机机端断路器的判断非全相的方法。
保护装置测量断路器两侧的三相电压，两侧三相电压取自断路器两侧的三相电压互感器(TV)。
进一步的，如果满足下述式(1)～式(3)中的任一判据，则判为非全相，经过短延时t断路器保护装置报警或跳闸。
断路器A相非全相判据为：
其中，Ua.AM、UA.AM分别为M侧和N侧A相电压幅值，UφN为额定相电压，Δθa为M侧和N侧A相电压相位差，Δθb为M侧和N侧B相电压相位差，Δθc为M侧和N侧C相电压相位差，Δθset为相位差定值，η一般取80～90，min表示取两个数值的最小值。
断路器B相非全相判据为：
其中，Ub.AM、UB.AM分别为M侧和N侧B相电压幅值。
断路器C相非全相判据为：
其中，Uc.AM、UC.AM分别为M侧和N侧C相电压幅值。
断路器两侧三相电压的基波幅值、相位角及相位差均采用全周傅立叶算法。
断路器两侧电压互感器TV相电压的基波幅值及相位角计算公式如下：
其中，N为保护装置每个工频周期的采样点数，Uφ.Re，Uφ.Im分别为相电压的基波相量的实部和虚部，Uφ.AM为相电压的基波幅值，θφ为相电压的基波相角，arg表示相量的相角。
断路器两侧TV三相电压之间的相位差为：
其中，Δθa、Δθb和Δθc分别为三相端口电压相位差，θa.M、θb.M和θc.M分别为M侧三相电压的相位角，θa.N、θb.N和θc.N分别为N侧三相电压的相位角。
进一步的，相位差定值Δθset可在1°～5°范围内取值。
进一步的，保护经过短延时t动作于报警或跳闸，该短延时定值可在0.1～10s范围内取值。
理论分析表明，断路器非全相时，断路器两侧的电压之间会产生一定的相位差，因此，判断断路器两侧相电压之间的相位差即可判断非全相。保护装置测量断路器两侧的三相电压；分别计算断路器两侧电压的相位差及有效值，当两侧相电压均大于80％～90％额定电压，并且某一相或两相的端口电压相位差大于设定角度时，判为断路器非全相，经过短延时t动作于报警或跳闸。
本发明的有益效果是：不需要判断电流的大小，解决了轻载时断路器发生非全相，传统负序电流判据无法识别非全相的问题；由于不需要判断三相不一致接点，同样适用于三相联动的断路器，而以往的非全相保护方法无法判断三相联动断路器非全相。
附图说明
图1是本发明中断路器非全相时端口两侧三相电压测量示意图，图中G为发电机，S为无穷大***，L为线路，m和n为断路器A相端口，TVM为断路器M侧的电压互感器，TVN为断路器N侧的电压互感器，Ua、Ub和Uc为M侧的三相电压，UA、UB和UC为N侧的三相电压。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
在图1中，从断路器端口两侧的TV分别测量两侧三相电压，采用全周傅立叶算法计算两侧电压的正序电压和相位角。
两侧TV相电压的基波幅值及相位角计算公式如下：
其中，N为保护装置每个工频周期的采样点数，Uφ.Re，Uφ.Im分别为相电压的基波相量的实部和虚部，Uφ.AM为相电压的基波幅值，θφ为相电压的基波相角，arg表示求相量的相角。
两侧TV三相电压的相位差为：
其中，Δθa、Δθb和Δθc分别为三相端口电压相位差，θa.M、θb.M和θc.M分别为M侧三相电压的相位角，θa.N、θb.N和θc.N分别为N侧三相电压的相位角。
断路器A相非全相判据为：
其中，Ua.AM、UA.AM分别为M侧和N侧A相电压幅值，UφN为额定相电压，Δθa为M侧和N侧A相电压相位差，Δθb为M侧和N侧B相电压相位差，Δθc为M侧和N侧C相电压相位差，Δθset为相位差定值，一般取1°～5°，η一般取80～90，min表示取两个数值的最小值。
断路器B相非全相判据为：
其中，Ub.AM、UB.AM分别为M侧和N侧B相电压幅值。
断路器C相非全相判据为：
其中，Uc.AM、UC.AM分别为M侧和N侧C相电压幅值。
如果满足式(3)～式(5)的任一条件，经短延时t保护动作于报警或跳闸，该短延时定值一般在0.1～10s范围内取值。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何等同替换或改动，并不超出本发明保护范围。

Claims (7)

1.利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法，其特征是：断路器保护装置测量断路器两侧的三相电压；分别计算断路器两侧电压的基波相位差及有效值，当断路器两侧相电压均大于80％～90％额定电压，并且某一相或两相的端口电压相位差大于设定角度时，判为断路器非全相，经过短延时t报警或跳闸。
2.如权利要求1所述的利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法，其特征在于：保护装置测量断路器两侧的三相电压，两侧三相电压取自断路器两侧的三相电压互感器TV。
3.如权利要求2所述的利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法，其特征在于：如果满足下述式(1)～式(3)中的任一判据，则判为非全相，经过短延时t报警或跳闸；
断路器A相非全相判据为：
其中，Ua.AM、UA.AM分别为M侧和N侧A相电压幅值，UφN为额定相电压，Δθa为M侧和N侧A相电压相位差，Δθb为M侧和N侧B相电压相位差，Δθc为M侧和N侧C相电压相位差，Δθset为相位差定值，η取80～90，min表示取两个数值的最小值；
断路器B相非全相判据为：
其中，Ub.AM、UB.AM分别为M侧和N侧B相电压幅值；
断路器C相非全相判据为：
其中，Uc.AM、UC.AM分别为M侧和N侧C相电压幅值。
4.如权利要求1或2所述的利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法，其特征在于：断路器两侧三相电压的基波幅值、相位角及相位差均采用全周傅立叶算法：
两侧TV相电压的基波幅值及相位角计算公式如下：
其中，N为保护装置每个工频周期的采样点数，Uφ.Re，Uφ.Im分别为相电压的基波相量的实部和虚部，Uφ.AM为相电压的基波幅值，θφ为相电压的基波相角，arg表示相量的相角。
5.如权利要求1或2所述的利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法，其特征在于：断路器两侧TV三相电压之间的相位差为：
其中，Δθa、Δθb和Δθc分别为三相端口电压相位差，θa.M、θb.M和θc.M分别为M侧三相电压的相位角，θa.N、θb.N和θc.N分别为N侧三相电压的相位角。
6.如权利要求1或2所述的利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法，其特征在于：相位差定值Δθset在1°～5°范围内取值。
7.如权利要求1或2所述的利用端口电压之间的相位差判断断路器非全相的方法，其特征在于：保护经过短延时t动作于报警或跳闸，该短延时定值在0.1～10s范围内取值。
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