電壓回路斷線邏輯優(yōu)化

1、電壓回路斷線邏輯分析與優(yōu)化李維摘 要本文介紹了電壓互感器回路斷線的電氣特點(diǎn)，分析了常見電壓互感器回路斷線閉鎖邏輯優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出了采用外部電壓互感器回路開關(guān)外置信號結(jié)合經(jīng)典法斷線閉鎖邏輯的解決思路，并在熱電廠廠用6kV配電系統(tǒng)中進(jìn)行了成功應(yīng)用。關(guān)鍵詞：電壓互感器；斷線；閉鎖；保護(hù)裝置 1 引言電壓互感器（以下簡稱PT）在電力系統(tǒng)中作為電壓信號轉(zhuǎn)換設(shè)備，為繼電保護(hù)、自動裝置、電能計(jì)量等二次設(shè)備提供所需電壓信號，電壓信號在微機(jī)保護(hù)、自動裝置中是重要的判斷、啟動依據(jù)，一旦電壓信號出現(xiàn)異常，往往導(dǎo)致這些二次設(shè)備出現(xiàn)誤動或拒動等異常情況，因此保證采集的電壓信號可靠、真實(shí)的反映一次系統(tǒng)電壓情況尤為重

2、要。但 PT回路發(fā)生斷線是常見的一種故障類型，所以有必要對PT斷線情況進(jìn)行識別，并閉鎖相應(yīng)的保護(hù)啟動。以下對如何針對PT回路斷線進(jìn)行閉鎖以避免對保護(hù)、自動裝置產(chǎn)生影響進(jìn)行分析。2 PT回路斷線的電氣特點(diǎn)PT的作用是將高電壓成比例的變換為較低（一般為57V或者100V）的低電壓，母線PT的電壓采用星形接法，一般采用相電壓57V、線電壓100V的繞組，母線PT零序電壓一般采用100V繞組且三相串接成開口三角形。圖2.1為常見PT典型接線圖。 圖2.1 常見PT典型接線圖PT磁通是由與PT并聯(lián)的交流電壓產(chǎn)生的電流建立的，PT二次回路開路，只有一次電壓極小的電流產(chǎn)生的磁通產(chǎn)生的二次電壓，若PT二次回路

3、短路則相當(dāng)于一次電壓全部轉(zhuǎn)化為極大的電流而產(chǎn)生極大磁通，PT二次回路會因電流極大而燒毀。因此在PT一次側(cè)、二次側(cè)均安裝保險來防止二次回路短路。也引發(fā)了PT回路斷線的問題。PT斷線一般分為一次回路斷線、二次回路斷線兩種，而每種里又有一相斷線、兩相斷線、三相全斷的區(qū)別。2.1 PT二次回路斷線特點(diǎn)如果發(fā)生二次一相斷線，如圖2.1中QF3空氣開關(guān)跳，則保護(hù)裝置測量得到的正常相電壓依然為正常電壓，即：而通過計(jì)算1可知其正序、負(fù)序電壓分別為：同理，當(dāng)發(fā)生兩相斷線后，完好相電壓正常，斷線相電壓為0，此時零序、負(fù)序、正序電壓均為19.2V。而發(fā)生三相斷線，則三相電壓均為0。零序、正序、負(fù)序電壓也為0；2.2

4、 PT一次回路斷線特點(diǎn)一次側(cè)發(fā)生斷線一般指一次側(cè)保險熔斷。當(dāng)發(fā)生一相斷線后，根據(jù)文獻(xiàn)1計(jì)算可知，以C相一次側(cè)斷線為例，斷線后，Uc大小為斷線前1/3，相位相反，非斷線相不變。而線電壓中Uab不變，但Uac、Ubc則斷線前后發(fā)生明顯變化；當(dāng)發(fā)生兩相斷線時，非斷線相不變，斷線相與非斷線相同相同位，大小為原來一半。2.3 PT回路斷線對保護(hù)及自動裝置的影響當(dāng)PT回路斷線后，PT二次電壓異常，使運(yùn)行人員對設(shè)備運(yùn)行狀況做出錯誤分析，更為嚴(yán)重的是造成保護(hù)及備自投等自動裝置誤動。此時保護(hù)裝置測量出的電壓信號的大小、相位均發(fā)生了不同程度的變化，這些電壓信號已不能正確反映電力系統(tǒng)一次電壓的真實(shí)狀況。因此保護(hù)裝置

5、不能將此信號作為保護(hù)、自動裝置動作的依據(jù)。為了二次裝置可靠動作，必須對PT回路斷線情況進(jìn)行識別，并對二次設(shè)備進(jìn)行閉鎖。所以，現(xiàn)在的微機(jī)保護(hù)裝置均對電壓信號的斷線狀況進(jìn)行邏輯閉鎖，以避免PT回路斷線引發(fā)的誤動、拒動情況的發(fā)生。3 目前常見的斷線閉鎖邏輯3.1 經(jīng)典方法從發(fā)展看，很早就對PT斷線進(jìn)行閉鎖，圖3.1是經(jīng)典的PT斷線判據(jù)，借用一個保險前的電壓信號來實(shí)現(xiàn)全面的PT斷線判據(jù)邏輯。 圖3.1 經(jīng)典的PT斷線判據(jù)圖3.1中，Uab、Ubc分別為PT二次兩個線電壓，Uca接自A、C相二次保險前的A、C相線電壓，作為PT斷線專用；Ud1為低電壓定值，一般整定為70V。通過圖3.1可知，當(dāng)出現(xiàn)三相線

6、電壓存在任一相電壓高于70V且同時存在任一相電壓低于70V時，判為PT斷線。這一判據(jù)很好的實(shí)現(xiàn)了對PT保險熔斷后的判別，但對于二次端子送電等情況依然無法做出判斷。3.2 正序、負(fù)序判別法該判據(jù)主要依據(jù)兩條：a、 正序電壓U1小于等于30V且任一相電流大于0.04Inb、 負(fù)序電壓大于8V 上述兩條滿足一條則報PT斷線。這一方法多見于國內(nèi)系統(tǒng)保護(hù)廠家，如南瑞繼保等。需要計(jì)算電壓信號的正、負(fù)序分量。對接線方式有嚴(yán)格要求，必須三相四線全部接入方可。目前熱電廠廠用配電系統(tǒng)中很少采用。3.3 雙PT信號比較法一般用在發(fā)電機(jī)組出口PT上，主要是發(fā)電機(jī)端接入兩組PT，通過比較這兩組PT的正序電壓、相間電壓是

7、否一致來判斷PT是否斷線。各個廠家做法也各不相同，以比較同名相間電壓差為例：上述三個條件任一相滿足即判為PT斷線，即如果PT1的任一相電壓大于PT2的相電壓，則判斷PT2斷線，反之則判斷PT1斷線。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是利用發(fā)電機(jī)組出口兩組電壓信號的比較，充分將各種斷線情況準(zhǔn)確的識別出來。但也存在運(yùn)行人員誤操作的情況，在實(shí)際中一旦兩組PT的二次回路出現(xiàn)同相斷線后，就無法準(zhǔn)確識別PT斷線，從而引起自動裝置誤動3.4 低壓有流閉鎖這一判據(jù)一般國外的保護(hù)多采用此邏輯，如施耐德的M20系列保護(hù)、Arver的PX40系列保護(hù)。此類邏輯簡單說就是當(dāng)電壓小于給定值，而此時電流卻依然大于給定值，則認(rèn)為電壓回路出現(xiàn)斷

8、線故障，報PT斷線。該邏輯從電壓、電流兩個參數(shù)進(jìn)行判斷，具有一定的先進(jìn)性，不僅是保險等部位斷線能判斷，幾乎PT外部回路所有都在其保護(hù)范圍內(nèi)。但其也有局限性，其對于以下兩種特殊情況會出現(xiàn)誤判：3.4.1 空載時易導(dǎo)致保護(hù)誤動當(dāng)母線空載或負(fù)荷較輕時，母線進(jìn)線電源很小，往往小于其有流判據(jù)，如此時發(fā)生PT斷線，往往導(dǎo)致保護(hù)自動裝置誤動。如國產(chǎn)某廠用電源備自投裝置在母線投運(yùn)空載運(yùn)行做備自投試驗(yàn)時驗(yàn)證了這種情況下PT斷線必然引起備自投誤動。3.4.2 發(fā)生低電壓時易導(dǎo)致保護(hù)拒動 特別是在發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)中，應(yīng)充分考慮低電壓情況下各個保護(hù)動作情況。2010年3月25日，某企業(yè)發(fā)生的一臺60MW發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)后

9、、主氣門關(guān)閉情況下，帶著廠用電負(fù)荷惰走8秒鐘，其電壓在8秒鐘內(nèi)緩慢由額定電壓下降到30%，在此過程中，所帶負(fù)荷特別是電動機(jī)負(fù)荷都出現(xiàn)了過電流的情況。在這種情況下，采用低壓有流的PT斷線判據(jù)將必然導(dǎo)致邏輯判據(jù)出錯，將此情況判為PT斷線，閉鎖所有的低電壓保護(hù)，則可能燒毀電動機(jī)。因此，采用低電壓有流閉鎖判據(jù)的PT回路斷線閉鎖的裝置在發(fā)電廠系統(tǒng)中應(yīng)采取措施避免類似情況發(fā)生。4 新型閉鎖邏輯應(yīng)用通過上述幾種常見的PT斷線閉鎖邏輯的分析，可以說每一種閉鎖邏輯均具有自身的優(yōu)點(diǎn)和一些固有缺陷。通過對比和各種異常情況的論證，在此提出一種比較優(yōu)化的PT斷線邏輯，利用PT二次空氣開關(guān)輔助接點(diǎn)與經(jīng)典PT斷線邏輯結(jié)合來

10、進(jìn)行PT斷線邏輯判斷，并將PT電壓的判斷由負(fù)荷的保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)，以此避免端子松動導(dǎo)致的電壓異常。這一邏輯判據(jù)已經(jīng)在我廠6kV配電系統(tǒng)中得以良好應(yīng)用。這里以四方公司的CSC-237A保護(hù)為例。該保護(hù)主要用于高壓電動機(jī)保護(hù)，保護(hù)裝置自帶PT斷線閉鎖，其邏輯判據(jù)為低壓有流閉鎖判據(jù)，前面已經(jīng)說明該判據(jù)應(yīng)用在我廠配電系統(tǒng)中存在誤閉鎖的缺陷。因此，通過其強(qiáng)大的可編程邏輯功能對其PT斷線判據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。圖4.1 引入外部接點(diǎn)的PT斷線閉鎖邏輯在圖4.1中，引入了PT小車開關(guān)、A、B、C三相二次空開的輔助接點(diǎn)作為PT斷線的輔助判據(jù)，目的是防止三相PT二次空開同時跳閘情況的發(fā)生，也是防止運(yùn)行人員在處理PT斷線時可

11、能發(fā)生的誤操作。在各保護(hù)裝置內(nèi)設(shè)置一個低電壓保護(hù)，定值設(shè)為70%，即70V，通過保護(hù)裝置的可編程功能實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的PT斷線判據(jù)。目的是不光有效的判斷出各種PT斷線情況，還能防止中間端子松動導(dǎo)致的誤動情況發(fā)生。當(dāng)然在具體實(shí)施過程中，還要防止直流電源停電帶來的影響，圖4.2是我廠6kV配電系統(tǒng)的具體接線圖 圖4.2 外部開入閉鎖的PT斷線判據(jù)接線圖這一方法在6kV配電系統(tǒng)中應(yīng)用后，具有以下優(yōu)點(diǎn)：4.1 可靠性高這種優(yōu)化后的PT斷線閉鎖邏輯保護(hù)范圍大，不僅針對二次空開、保險等，還能有效區(qū)分端子松動導(dǎo)致的PT回路斷線；同時在應(yīng)用時大量采用微機(jī)保護(hù)可編程的功能，其基本邏輯由編程邏輯實(shí)現(xiàn)，可靠性高。4.2 從

12、邏輯上避免了運(yùn)行人員誤操作優(yōu)化邏輯后，從設(shè)備本質(zhì)安全上杜絕了運(yùn)行人員在處理PT斷線時由于誤操作導(dǎo)致電壓保護(hù)誤動的可能性。通過試驗(yàn)表明，不管運(yùn)行人員如何操作，保護(hù)裝置均能正確報出PT斷線，及時閉鎖相關(guān)電壓保護(hù)。4.3 投資少、設(shè)備少這一新的PT斷線閉鎖邏輯整體是在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上通過微機(jī)保護(hù)裝置的可編程邏輯功能實(shí)現(xiàn)的，基本不涉及設(shè)備采購費(fèi)用，應(yīng)該說在不增加設(shè)備投資的前提下，充分挖取先進(jìn)的微機(jī)綜合保護(hù)器的功能，既實(shí)現(xiàn)完善的控制功能，又不增加設(shè)備，極大地提高了配電系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)然，這種優(yōu)化目前在6kV經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)中應(yīng)用成功，應(yīng)該在其它不接地系統(tǒng)中也有良好的適應(yīng)性，但是在直接接地系統(tǒng)中，應(yīng)充分考慮單相接地短路故障和PT單相斷線的區(qū)別，相應(yīng)的定值應(yīng)做相應(yīng)的修改。5 結(jié)論P(yáng)T回路斷線主要是由于保險、端子接觸不良導(dǎo)致，其對現(xiàn)有二次保護(hù)自動裝置影響很大，因此完善的PT斷線閉鎖邏輯尤為重要，不僅要考慮正常的故障情況，還要充分考慮運(yùn)行人員在處理PT斷線時可能引發(fā)的各種次生情況的方式，而現(xiàn)有各保護(hù)、自動裝置廠家的PT斷線邏輯各不相同，也各有優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)清其特點(diǎn)，采取針對性措施防止運(yùn)行人員誤操作、保護(hù)自動裝置誤動、拒動是電氣技術(shù)管理人員的責(zé)任。而本文所推薦的PT斷線邏輯方案在現(xiàn)場應(yīng)用達(dá)6年，在各種異常、故障情況下均能正確動作，很好的保證了