CN104795801A - 一种基于电压量的断路器非全相判别方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于电压量的断路器非全相判别方法及装置，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向量差及有效值，当两侧相电压均大于80％～90％额定电压，并且某一相或两相的断路器两侧电压向量差大于设定电压时，判为断路器非全相，经过短延时t动作于报警或跳闸。该方法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。另外本发明还提供了相应的装置。

Description

一种基于电压量的断路器非全相判别方法及装置

技术领域

本发明属于电力***继电保护领域，特别涉及一种基于电压量的断路器非全相判别方法及装置。

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、相电流、零序电流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，断路器非全相保护无法动作。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，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电流大小和三相不一致接点的断路器非全相判别方法及装置。

发明内容

本发明的主要目的：提供一种基于电压量的断路器非全相判别方法，不依赖电流大小，解决轻载时断路器发生非全相，以往电流判据无法识别的问题，此外，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：理论分析表明，断路器非全相时，断口两侧的电压之间会产生一定的向量差，因此，判断断路器两侧相电压之间的向量差即可判断非全相。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向量差及有效值，当两侧相电压均大于80％～90％额定电压，并且某一相或两相的断路器两侧电压向量差大于设定定值时，判为断路器非全相，经过短延时t动作于报警或跳闸。

本发明还提供一种基于电压量的断路器非全相保护装置，包括采样模块、傅式计算模块、补偿模块、判断及动作模块，其中：

所述采样模块用于非全相保护装置对断路器两侧电压进行采样；

所述傅式计算模块用于根据采样模块的结果，计算两侧相电压基波向量的实部与虚部，以及基波幅值；

所述补偿模块用于根据傅式计算模块的结果，补偿两侧TV的传变误差，使得正常运行时，端口两侧TV电压向量差为0；

所述判断及动作模块根据计算模块和补偿模块的结果，判断当断路器两侧电压的向量差超出预先整定的上限范围，经延时发出报警信号或跳闸信号及输出跳闸继电器空接点。

进一步地，所述傅式计算模块中，断路器两侧三相电压的基波幅值均采用全周傅立叶算法。

两侧TV相电压的基波幅值计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\φ}.\mathrm{Re}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_{\mathrm{\φ}}\left(k\right)\cos \left(\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\right)\\ U_{\mathrm{\φ}.\mathrm{Im}}=-\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_{\mathrm{\φ}}\left(k\right)\sin \left(\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\right)\mathrm{\φ}=a,b,c\\ U_{\mathrm{\φ}.\mathrm{AM}}=\sqrt{U_{\mathrm{\φ}.\mathrm{Re}}^2+U_{\mathrm{\φ}.\mathrm{Im}}^2}\end{array}\right.$      式(4)

其中，N为保护装置每个工频周期的采样点数，U_φ.Re，U_φ.Im分别为相电压的基波相量的实部和虚部，U_φ.AM为相电压的基波幅值。

进一步地，所述补偿模块中，引入两个补偿系数用于补偿断路器两侧TV的传变误差。

断路器两侧的电压向量差：

其中，分别为M、N两侧相电压向量， 和为补偿系数，用于补偿两侧TV的传变误差，使得正常运行时，端口两侧TV电压向量差为0。

采用余弦模型的全周傅立叶算法，由正常情况下的电压波形，根据两侧相量差为0的条件计算调整系数：

当发生断路器非全相时，故障相的端口两侧TV电压差将具有一定的数值，基于以上特征构成开关非全相判据。

进一步地，所述判断及动作模块中，如果满足式(1)～式(3)中的任一判据，则判为非全相，经过短延时t保护动作于报警或跳闸。

断路器A相非全相判据为：

$\left\{\begin{array}{c}\min (U_{a.\mathrm{AM}},U_{A.\mathrm{AM}})>\mathrm{\η}\%U_{\mathrm{\φN}}\\ \left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_A\right|\≥\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{set}}\end{array}\right.$      式(1)

其中，U_a.AM、U_A.AM分别为M侧和N侧A相电压幅值，U_φN为额定相电压，为两侧A相电压向量差幅值，ΔU_set为两侧电压差定值，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：

$\left\{\begin{array}{c}\min (U_{b.\mathrm{AM}},U_{B.\mathrm{AM}})>\mathrm{\η}{U}_{\mathrm{\φN}}\\ \left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_B\right|\≥\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{set}}\end{array}\right.$      式(2)

其中，U_b.AM、U_B.AM分别为M侧和N侧B相电压幅值，U_φN为额定相电压，为两侧B相电压向量差幅值，ΔU_set为两侧电压差定值，η一般取80～90，min表示取两个数值的最小值；

断路器C相非全相判据为：

$\left\{\begin{array}{c}\min (U_{c.\mathrm{AM}},U_{C.\mathrm{AM}})>\mathrm{\η}{U}_{\mathrm{\φN}}\\ \left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_C\right|\≥\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{set}}\end{array}\right.$      式(3)

其中，U_c.AM、U_C.AM分别为M侧和N侧C相电压幅值，U_φN为额定相电压，为两侧C相电压向量差幅值，ΔU_set为两侧电压差定值，η一般取80～90，min表示取两个数值的最小值；

进一步地：向量差定值ΔU_set可在0.1～10.0V范围内取值。

进一步地：保护经过短延时t动作于报警或跳闸，该延时定值可在0.1～10s范围内取值。

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原理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，T为发电机连接的变压器，L为线路，B为三相断路器，m和n为断路器端口，TV_M为断路器M侧的电压互感器，TV_N为断路器N侧的电压互感器，U_a、U_b和U_c为M侧的三相电压，U_A、U_B和U_C为N侧的三相电压。

图2是本发明提供装置的装置结构图。

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基波幅值。

两侧TV相电压的基波幅值计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\φ}.\mathrm{Re}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_{\mathrm{\φ}}\left(k\right)\cos \left(\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\right)\\ U_{\mathrm{\φ}.\mathrm{Im}}=-\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{u}_{\mathrm{\φ}}\left(k\right)\sin \left(\frac{2\mathrm{\πk}}{N}\right)\mathrm{\φ}=a,b,c\\ U_{\mathrm{\φ}.\mathrm{AM}}=\sqrt{U_{\mathrm{\φ}.\mathrm{Re}}^2+U_{\mathrm{\φ}.\mathrm{Im}}^2}\end{array}\right.$      式(1)

其中，N为保护装置每个工频周期的采样点数，U_φ.Re，U_φ.Im分别为相电压的基波相量的实部和虚部，U_φ.AM为相电压的基波幅值。

开关端口两侧的电压向量差：

其中，分别为M、N两侧相电压向量， 和为补偿系数，用于补偿两侧TV的传变误差，使得正常运行时，端口两侧TV电压向量差为0。

采用余弦模型的全周傅立叶算法，由正常情况下的电压波形，根据两侧相量差为0的条件计算调整系数：

当发生断路器非全相时，故障相的端口两侧TV电压差将具有一定的数值，基于以上特征构成开关非全相判据。

断路器A相非全相判据为：

$\left\{\begin{array}{c}\min (U_{a.\mathrm{AM}},U_{A.\mathrm{AM}})>\mathrm{\η}\%U_{\mathrm{\φN}}\\ \left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_A\right|\≥\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{set}}\end{array}\right.$      式(6)

其中，U_a.AM、U_A.AM分别为M侧和N侧A相电压幅值，U_φN为额定相电压，为两侧A相电压向量差幅值，ΔU_set为向量差定值，一般取0.1～10V，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：

$\left\{\begin{array}{c}\min (U_{b.\mathrm{AM}},U_{B.\mathrm{AM}})>\mathrm{\η}{U}_{\mathrm{\φN}}\\ \left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_B\right|\≥\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{set}}\end{array}\right.$      式(7)

断路器C相非全相判据为：

$\left\{\begin{array}{c}\min (U_{c.\mathrm{AM}},U_{C.\mathrm{AM}})>\mathrm{\η}{U}_{\mathrm{\φN}}\\ \left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_C\right|\≥\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{set}}\end{array}\right.$      式(8)

如果满足式(6)～式(8)的任一条件，经短延时t保护动作于报警或跳闸，延时定值一般在0.1～10s范围内取值。

另外，本发明还提供一种基于电压量的断路器非全相保护装置，如图2所示，包括采样模块、傅式计算模块、补偿模块、判断及动作模块，其中：

所述采样模块用于非全相保护装置对断路器两侧电压进行采样；

所述傅式计算模块用于根据采样模块的结果，计算两侧相电压基波向量的实部与虚部，以及基波幅值；

所述补偿模块用于根据傅式计算模块的结果，补偿两侧TV的传变误差，使得正常运行时，端口两侧TV电压向量差为0；

所述判断及动作模块根据计算模块和补偿模块的结果，判断当断路器两侧电压的向量差超出预先整定的上限范围，经延时发出报警信号或跳闸信号及输出跳闸继电器空接点。

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改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (14)

1.一种基于电压量的断路器非全相判别方法，其特征在于：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向量差及有效值，当两侧相电压均大于80％～90％额定电压，并且某一相或两相的断路器两侧电压向量差大于设定电压时，判为断路器非全相，经过短延时t动作于报警或跳闸。

2.如权利要求1所述的基于电压量的断路器非全相判别方法，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1所述的基于电压量的断路器非全相判别方法，其特征在于：如果满足式(1)～式(3)中的任一判据，则判为非全相，经过短延时t保护动作于报警或跳闸；

断路器A相非全相判据为：

   式(1)

其中，U_a.AM、U_A.AM分别为M侧和N侧A相电压幅值，U_φN为额定相电压， 为两侧A相电压向量差幅值，ΔU_set为两侧电压差定值，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：

   式(2)

其中，U_b.AM、U_B.AM分别为M侧和N侧B相电压幅值，U_φN为额定相电压， 为两侧B相电压向量差幅值，ΔU_set为两侧电压差定值，η一般取80～90，min表示取两个数值的最小值；

断路器C相非全相判据为：

   式(3)

其中，U_c.AM、U_C.AM分别为M侧和N侧C相电压幅值，U_φN为额定相电压， 为两侧C相电压向量差幅值，ΔU_set为两侧电压差定值，η一般取80～90，min表示取两个数值的最小值。

4.如权利要求1所述的基于电压量的断路器非全相判别方法，其特征在于：断路器两侧三相电压的基波幅值均采用全周傅立叶算法；

两侧TV相电压的基波幅值计算公式如下：

   式(4)

其中，N为保护装置每个工频周期的采样点数，U_φ.Re，U_φ.Im分别为相电压的基波相量的实部和虚部，U_φ.AM为相电压的基波幅值。

5.如权利要求1所述的基于电压量的断路器非全相判别方法，其特征在于：引入两个补偿系数用于补偿断路器两侧TV的传变误差；

断路器两侧的电压向量差：

   式(5)

其中，分别为M、N两侧相电压向量， 和为补偿系数，用于补偿两侧TV的传变误差，使得正常运行时，端口两侧TV电压向量差为0；

采用余弦模型的全周傅立叶算法，由正常情况下的电压波形，根据两侧相量差为0的条件计算调整系数：

   式(6)

   式(7)

   式(8)

当发生断路器非全相时，故障相的端口两侧TV电压差将具有一定的数值，基于以上特征构成开关非全相判据。

6.如权利要求1所述的基于电压量的断路器非全相判别方法，其特征在于：向量差定值ΔU_set在0.1～10.0V范围内取值。

7.如权利要求1所述的基于电压量的断路器非全相判别方法，其特征在于：保护经过短延时t动作于报警或跳闸，该延时定值在0.1～10s范围内取值。

8.基于电压量的断路器非全相保护装置，其特征在于包括采样模块、傅式计算模块、补偿模块、判断及动作模块，其中：

所述采样模块用于非全相保护装置对断路器两侧电压进行采样；

所述傅式计算模块用于根据采样模块的结果，计算两侧相电压基波向量的实部与虚部，以及基波幅值；

所述补偿模块用于根据傅式计算模块的结果，补偿两侧TV的传变误差，使得正常运行时，端口两侧TV电压向量差为0；

所述判断及动作模块根据计算模块和补偿模块的结果，判断当断路器两侧电压的向量差超出预先整定的上限范围，经延时发出报警信号或跳闸信号及输出跳闸继电器空接点。

9.如权利要求8所述的基于电压量的断路器非全相保护装置，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。

10.如权利要求8所述的基于电压量的断路器非全相保护装置，其特征在于：

如果满足式(1)～式(3)中的任一判据，则判为非全相，经过短延时t保护动作于报警或跳闸；

断路器A相非全相判据为：

   式(1)

其中，U_a.AM、U_A.AM分别为M侧和N侧A相电压幅值，U_φN为额定相电压， 为两侧A相电压向量差幅值，ΔU_set为两侧电压差定值，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：

   式(2)

其中，U_b.AM、U_B.AM分别为M侧和N侧B相电压幅值，U_φN为额定相电压， 为两侧B相电压向量差幅值，ΔU_set为两侧电压差定值，η一般取80～90，min表示取两个数值的最小值；

断路器C相非全相判据为：

   式(3)

其中，U_c.AM、U_C.AM分别为M侧和N侧C相电压幅值，U_φN为额定相电压， 为两侧C相电压向量差幅值，ΔU_set为两侧电压差定值，η一般取80～90，min表示取两个数值的最小值。

11.如权利要求8所述的基于电压量的断路器非全相保护装置，其特征在于：

断路器两侧三相电压的基波幅值均采用全周傅立叶算法；

两侧TV相电压的基波幅值计算公式如下：

   式(4)

其中，N为保护装置每个工频周期的采样点数，U_φ.Re，U_φ.Im分别为相电压的基波相量的实部和虚部，U_φ.AM为相电压的基波幅值。

12.如权利要求8所述的基于电压量的断路器非全相保护装置，其特征在于：

引入两个补偿系数用于补偿断路器两侧TV的传变误差；

断路器两侧的电压向量差：

   式(5)

其中，分别为M、N两侧相电压向量， 和为补偿系数，用于补偿两侧TV的传变误差，使得正常运行时，端口两侧TV电压向量差为0；

采用余弦模型的全周傅立叶算法，由正常情况下的电压波形，根据两侧相量差为0的条件计算调整系数：

   式(6)

   式(7)

   式(8)

当发生断路器非全相时，故障相的端口两侧TV电压差将具有一定的数值，基于以上特征构成开关非全相判据。

13.如权利要求8所述的基于电压量的断路器非全相保护装置，其特征在于：

向量差定值ΔU_set在0.1～10.0V范围内取值。

14.如权利要求8所述的基于电压量的断路器非全相保护装置，其特征在于：保护经过短延时t动作于报警或跳闸，该延时定值在0.1～10s范围内取值。