專利名稱：電壓二次回路的中性線斷線檢測方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電壓二次回路的中性線斷線檢測方法和
直O(jiān)
背景技術(shù)：
電壓二次回路的斷線是電力系統(tǒng)中的一種常見的故障，在現(xiàn)有技術(shù)中通過設(shè)置保護裝置，能夠及時地報警并作出相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)斷線的相別，電壓二次回路的斷線可以分為非中性線斷線(即A相、B相和C相的線路斷線)和中性線斷線(即N相線路斷線)。目前的保護裝置可以根據(jù)零序電壓和正序電壓等條件判斷是否發(fā)生非中性線斷線，但對中性線斷線的研究卻相對較少。當(dāng)發(fā)生電壓互感器的中性線斷線，從而產(chǎn)生電壓二次回路的中性線斷線時，由于中性點電位漂移，保護裝置的相電壓會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致零序方向元件誤動，導(dǎo)致電壓元件誤動。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種電壓二次回路的中性線斷線檢測方法和裝置，能夠及時地檢測出中性線斷線的故障。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個實施例提供一種電壓二次回路的中性線斷線檢測方法，所述電壓二次回路包括外部電壓互感器和保護裝置，其中外部電壓互感器的二次側(cè)與保護裝置中的電壓互感器的一次側(cè)相連，該方法包括監(jiān)測保護裝置中的電壓互感器的二次側(cè)的零序電壓的三次諧波；判斷所述零序電壓的三次諧波的幅值超過第一閾值的持續(xù)時間是否超過第二閾值，如果是，則判定外部電壓互感器和保護裝置中的電壓互感器之間的中性線斷線。優(yōu)選地，所述第一閾值是根據(jù)保護裝置中電壓互感器的二次側(cè)的零序電壓的基波電壓的幅值選擇的。優(yōu)選地，所述第二閾值為10秒。優(yōu)選地，所述方法還包括判斷所述零序電壓的三次諧波的幅值超過第一閾值的持續(xù)時間是否超過第三閾值，如果是，則執(zhí)行閉鎖快速動作保護；所述第三閾值小于第二閾值。優(yōu)選地，所述第三閾值為10毫秒。另一方面，本發(fā)明還提供一種電壓二次回路的中性線斷線檢測裝置，所述電壓二次回路包括外部電壓互感器和保護裝置，其中外部電壓互感器的二次側(cè)與保護裝置中的電壓互感器的一次側(cè)相連，其特征在于，該檢測裝置包括監(jiān)測單元，用于監(jiān)測保護裝置中的電壓互感器的二次側(cè)的零序電壓的三次諧波；斷線判斷單元，用于判斷所述監(jiān)測單元監(jiān)測到的零序電壓的三次諧波的幅值超過第一閾值的持續(xù)時間是否超過第二閾值，如果是，則判定外部電壓互感器和保護裝置中的電壓互感器之間的中性線斷線。優(yōu)選地，所述第一閾值是根據(jù)保護裝置中電壓互感器的二次側(cè)的零序電壓的基波電壓的幅值選擇的。優(yōu)選地，所述第二閾值為10秒。優(yōu)選地，還包括保護判斷單元，用于判斷所述零序電壓的三次諧波的幅值超過第一閾值的持續(xù)時間是否超過第三閾值，如果是，則執(zhí)行閉鎖快速動作保護；所述第三閾值小于第二閾值。優(yōu)選地，所述第三閾值為10毫秒。根據(jù)本發(fā)明實施例，發(fā)明人對中性線斷線故障的特征進行了詳細(xì)的分析后，提出了一種電壓二次回路的中性線斷線檢測方法和裝置，能夠及時準(zhǔn)確地檢測出中性線斷線的故障。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是電壓二次回路的連接關(guān)系示意圖；圖2是通過作圖法求得勵磁電流的過程的示意圖；圖3是外部電壓互感器的二次側(cè)的等效回路圖；圖4是測試保護裝置中的電壓互感器的原邊的勵磁電流的接線圖；圖5是中性線連接正常時通道1的電壓值的示意圖；圖6是中性線連接正常時通道2的電壓值的示意圖；圖7是圖5中通道1的頻譜分析圖；圖8是圖6中通道2的頻譜分析圖；圖9是中性線斷線時通道1的電壓值的示意圖；圖10是中性線斷線時通道2的電壓值的示意圖；圖11是圖9中通道1的頻譜分析圖；圖12是圖10中通道2的頻譜分析圖；圖13是相電壓分別為30V和57. 74V的磁滯回線組示意圖；圖14是本發(fā)明實施例中的電壓二次回路的中性線斷線檢測方法的示意圖；圖15是本發(fā)明實施例中的電壓二次回路的中性線斷線檢測裝置的示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明中的電壓二次回路包括外部電壓互感器和保護裝置。圖1示出了電壓二次4回路的連接關(guān)系。在圖1中，外部電壓互感器101也可以被描述為一次PT(電壓互感器)， 外部電壓互感器101的二次側(cè)與保護裝置中的電壓互感器102的一次側(cè)相連。由于保護裝置中的電壓互感器102較小，因此也可以描述為小ΡΤ。發(fā)明人基于上述電壓二次回路的架構(gòu)對中性線斷線的特點進行了系統(tǒng)的分析，如下請同時參見圖1，Ua，Ub, Uc為一次電壓(即為外部電壓互感器101的一次側(cè)的各相電壓)，Ula, Ulb, Ulc, Uln為外部電壓互感器101的二次側(cè)的電壓輸出。U2a，U2b，U2c， U2n為保護裝置中的電壓互感器102的二次電壓輸出，供保護裝置進行計算。當(dāng)發(fā)生外部電壓互感器101和保護裝置中的電壓互感器102之間的中性線(Uln 線)斷線時，由于外部電壓互感器101 —次側(cè)的電壓不會發(fā)生變化，故外部電壓互感器101 二次側(cè)的輸出電壓也不會發(fā)生變化，即Ula，uib，Ulc對Uln的電壓不會發(fā)生變化。但Ula， Ulb, Ulc對Uln，的電壓是否會發(fā)生變化，直接影響到U2a，U2b，U2c對U2n的電壓。由于保護裝置中的電壓互感器102的二次負(fù)載很大，相當(dāng)于工作在空載狀態(tài)，故在分析保護裝置中的電壓互感器102在中性線斷線特征時，完全可以按照YYO接法的分相變壓器來分析。同時發(fā)明人將鐵心磁路認(rèn)為是非線性的，保護裝置中的電壓互感器102的鐵心磁路也不例外，即鐵心里的主磁通與勵磁磁勢(或勵磁電流)的關(guān)系呈現(xiàn)飽和特性?？梢允紫葘蜗嘧儔浩鞯目蛰d進行分析。在單相變壓器原邊加入50Hz的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，分析原邊的勵磁電流的特性。由于空載，原邊的所加電壓約等于感應(yīng)電勢，即感應(yīng)電勢為正弦波。那么感應(yīng)電勢由磁通產(chǎn)生，即磁通也為正弦波，那么磁通是由原邊的勵磁電流產(chǎn)生。如果磁通和勵磁電流為線性，則勵磁電流也為正弦波。但是保護裝置中的電壓互感器102的鐵心非線性，勵磁電流呈現(xiàn)了尖頂波。對此尖頂波的勵磁電流進行分解，可得到基波和三次諧波。即原邊加入50Hz正弦波的電壓，勵磁電流將出現(xiàn)基波和三次諧波。圖2示出了通過作圖法求得勵磁電流的過程，其中不考慮磁滯和鐵損。圖2中左方的圖為磁化曲線，右方的圖為磁通和勵磁電流的波形圖。接著可以對中性線不斷線情形下的三相變壓器空載進行分析。由于正常的三相電壓互差120度，其中勵磁電流也相差120度，其中的三次諧波含量為IA3harm = I3harmsin3cotIb 3harm = I3harmsin3 (ω t_120° ) = I3harmsin3 ω t (式子 1)Wm= I3harmsin3( t-240o ) = I3harmsin3 ω t因此，即三相電流的三次諧波在時間上同相位。如果有中性線，三相電流，即零序電流中的三次諧波電流可以通過中性線流通。那么各相的勵磁電流為尖頂波，此勵磁電流產(chǎn)生的磁通就為正弦波，從而各相磁勢為正弦波，各相電壓為正弦波。最后對中性線斷線情況的三相變壓器空載進行分析。如果發(fā)生中性線斷線，則中性線中的三次諧波電流不能流通。各相的勵磁電流中的三次諧波也不能流通，導(dǎo)致勵磁電流發(fā)生變化，基本為正弦波，由于磁路非線性，正弦波的勵磁電流產(chǎn)生了平頂波的磁通。把這個平頂波的磁通分解，可得到基波和三次諧波的磁通?；ù磐ǜ袘?yīng)的基波電勢的頻率為50Hz，相位滯后基波磁通90度。三次磁通感應(yīng)的三次電勢的頻率為150Hz，相位滯后與三次磁通90度。把基波電勢和三次電勢合成，得到相電勢為一尖頂波。故相電勢中包含基波和三次諧波，從而保護二次側(cè)感受到有基波和三次諧波電壓。總之，中性線斷線將導(dǎo)致保護裝置中的電壓互感器102的原邊(即該電壓互感器 102的一次側(cè))的勵磁電流中的三次諧波沒有流通回路，勵磁電流基本為正弦波，由于鐵心非線性，此勵磁電流產(chǎn)生的磁通為平頂波。平頂波的磁通產(chǎn)生尖頂波的電勢，對此電勢分解可得到基波電勢和三次諧波電勢，進而保護裝置會感受到三次諧波電壓。接著發(fā)明人對零序基波電壓的產(chǎn)生機理進行了分析。在實際的接線中，往往外部電壓互感器的二次側(cè)會并接多個裝置，其負(fù)載會不平衡。當(dāng)外部電壓互感器二次側(cè)的負(fù)載不平衡時，中性點電壓的會漂移。圖3是外部電壓互感器的二次側(cè)的等效回路圖。其中，Zp為外部電壓互感器的二
次側(cè)的各相輸入阻抗，應(yīng)為外部電壓互感器的二次側(cè)各個裝置對應(yīng)相阻抗的并聯(lián)。將A相
阻抗回路并聯(lián)一個阻抗&，來模擬負(fù)載不平衡。假設(shè)外部電壓互感器的輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)的
正序電壓。根據(jù)電路的節(jié)點電壓法可以求得I 的電壓為 TT Ua HZp // Zs) + Ub IZp+ Uc IZp ,
權(quán)利要求
1.一種電壓二次回路的中性線斷線檢測方法，所述電壓二次回路包括外部電壓互感器和保護裝置，其中外部電壓互感器的二次側(cè)與保護裝置中的電壓互感器的一次側(cè)相連，其特征在于，該方法包括監(jiān)測保護裝置中的電壓互感器的二次側(cè)的零序電壓的三次諧波；判斷所述零序電壓的三次諧波的幅值超過第一閾值的持續(xù)時間是否超過第二閾值，如果是，則判定外部電壓互感器和保護裝置中的電壓互感器之間的中性線斷線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一閾值是根據(jù)保護裝置中電壓互感器的二次側(cè)的零序電壓的基波電壓的幅值選擇的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二閾值為10秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括判斷所述零序電壓的三次諧波的幅值超過第一閾值的持續(xù)時間是否超過第三閾值，如果是，則執(zhí)行閉鎖快速動作保護；所述第三閾值小于第二閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第三閾值為10毫秒。
6.一種電壓二次回路的中性線斷線檢測裝置，其特征在于，所述電壓二次回路包括外部電壓互感器和保護裝置，其中外部電壓互感器的二次側(cè)與保護裝置中的電壓互感器的一次側(cè)相連，其特征在于，該檢測裝置包括監(jiān)測單元，用于監(jiān)測保護裝置中的電壓互感器的二次側(cè)的零序電壓的三次諧波；斷線判斷單元，用于判斷所述監(jiān)測單元監(jiān)測到的零序電壓的三次諧波的幅值超過第一閾值的持續(xù)時間是否超過第二閾值，如果是，則判定外部電壓互感器和保護裝置中的電壓互感器之間的中性線斷線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓二次回路的中性線斷線檢測裝置，其特征在于，所述第一閾值是根據(jù)保護裝置中電壓互感器的二次側(cè)的零序電壓的基波電壓的幅值選擇的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電壓二次回路的中性線斷線檢測裝置，其特征在于，所述第二閾值為10秒。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任意一項所述的電壓二次回路的中性線斷線檢測裝置，其特征在于，還包括保護判斷單元，用于判斷所述零序電壓的三次諧波的幅值超過第一閾值的持續(xù)時間是否超過第三閾值，如果是，則執(zhí)行閉鎖快速動作保護；所述第三閾值小于第二閾值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電壓二次回路的中性線斷線檢測裝置，其特征在于，所述第三閾值為10毫秒。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供一種電壓二次回路的中性線斷線檢測方法和裝置，該方法包括監(jiān)測保護裝置中的電壓互感器的二次側(cè)的零序電壓的三次諧波；判斷所述零序電壓的三次諧波的幅值超過第一閾值的持續(xù)時間是否超過第二閾值，如果是，則判定外部電壓互感器和保護裝置中的電壓互感器之間的中性線斷線。該檢測裝置包括監(jiān)測單元，用于監(jiān)測保護裝置中的電壓互感器的二次側(cè)的零序電壓的三次諧波；斷線判斷單元，用于判斷所述監(jiān)測單元監(jiān)測到的零序電壓的三次諧波的幅值超過第一閾值的持續(xù)時間是否超過第二閾值，如果是，則判定外部電壓互感器和保護裝置中的電壓互感器之間的中性線斷線。
文檔編號G01R31/02GK102243283SQ20111008520
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者余彪, 劉東超, 呂世斌, 孫瓏, 曹堅成, 翁暉, 陳琳燦 申請人:寧波電業(yè)局