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1、电压回路断线逻辑分析与优化李维摘 要本文介绍了电压互感器回路断线的电气特点，分析了常见电压互感器回路断线闭锁逻辑优缺点，在此基础上提出了采用外部电压互感器回路开关外置信号结合经典法断线闭锁逻辑的解决思路，并在热电厂厂用6kV配电系统中进行了成功应用。关键词：电压互感器；断线；闭锁；保护装置 1 引言电压互感器（以下简称PT）在电力系统中作为电压信号转换设备，为继电保护、自动装置、电能计量等二次设备提供所需电压信号，电压信号在微机保护、自动装置中是重要的判断、启动依据，一旦电压信号出现异常，往往导致这些二次设备出现误动或拒动等异常情况，因此保证采集的电压信号可靠、真实的反映一次系统电压情况尤为重
2、要。但 PT回路发生断线是常见的一种故障类型，所以有必要对PT断线情况进行识别，并闭锁相应的保护启动。以下对如何针对PT回路断线进行闭锁以避免对保护、自动装置产生影响进行分析。2 PT回路断线的电气特点PT的作用是将高电压成比例的变换为较低（一般为57V或者100V）的低电压，母线PT的电压采用星形接法，一般采用相电压57V、线电压100V的绕组，母线PT零序电压一般采用100V绕组且三相串接成开口三角形。图2.1为常见PT典型接线图。 图2.1 常见PT典型接线图PT磁通是由与PT并联的交流电压产生的电流建立的，PT二次回路开路，只有一次电压极小的电流产生的磁通产生的二次电压，若PT二次回路
3、短路则相当于一次电压全部转化为极大的电流而产生极大磁通，PT二次回路会因电流极大而烧毁。因此在PT一次侧、二次侧均安装保险来防止二次回路短路。也引发了PT回路断线的问题。PT断线一般分为一次回路断线、二次回路断线两种，而每种里又有一相断线、两相断线、三相全断的区别。2.1 PT二次回路断线特点如果发生二次一相断线，如图2.1中QF3空气开关跳，则保护装置测量得到的正常相电压依然为正常电压，即：而通过计算1可知其正序、负序电压分别为：同理，当发生两相断线后，完好相电压正常，断线相电压为0，此时零序、负序、正序电压均为19.2V。而发生三相断线，则三相电压均为0。零序、正序、负序电压也为0；2.2
4、 PT一次回路断线特点一次侧发生断线一般指一次侧保险熔断。当发生一相断线后，根据文献1计算可知，以C相一次侧断线为例，断线后，Uc大小为断线前1/3，相位相反，非断线相不变。而线电压中Uab不变，但Uac、Ubc则断线前后发生明显变化；当发生两相断线时，非断线相不变，断线相与非断线相同相同位，大小为原来一半。2.3 PT回路断线对保护及自动装置的影响当PT回路断线后，PT二次电压异常，使运行人员对设备运行状况做出错误分析，更为严重的是造成保护及备自投等自动装置误动。此时保护装置测量出的电压信号的大小、相位均发生了不同程度的变化，这些电压信号已不能正确反映电力系统一次电压的真实状况。因此保护装置
5、不能将此信号作为保护、自动装置动作的依据。为了二次装置可靠动作，必须对PT回路断线情况进行识别，并对二次设备进行闭锁。所以，现在的微机保护装置均对电压信号的断线状况进行逻辑闭锁，以避免PT回路断线引发的误动、拒动情况的发生。3 目前常见的断线闭锁逻辑3.1 经典方法从发展看，很早就对PT断线进行闭锁，图3.1是经典的PT断线判据，借用一个保险前的电压信号来实现全面的PT断线判据逻辑。 图3.1 经典的PT断线判据图3.1中，Uab、Ubc分别为PT二次两个线电压，Uca接自A、C相二次保险前的A、C相线电压，作为PT断线专用；Ud1为低电压定值，一般整定为70V。通过图3.1可知，当出现三相线
6、电压存在任一相电压高于70V且同时存在任一相电压低于70V时，判为PT断线。这一判据很好的实现了对PT保险熔断后的判别，但对于二次端子送电等情况依然无法做出判断。3.2 正序、负序判别法该判据主要依据两条：a、 正序电压U1小于等于30V且任一相电流大于0.04Inb、 负序电压大于8V 上述两条满足一条则报PT断线。这一方法多见于国内系统保护厂家，如南瑞继保等。需要计算电压信号的正、负序分量。对接线方式有严格要求，必须三相四线全部接入方可。目前热电厂厂用配电系统中很少采用。3.3 双PT信号比较法一般用在发电机组出口PT上，主要是发电机端接入两组PT，通过比较这两组PT的正序电压、相间电压是
7、否一致来判断PT是否断线。各个厂家做法也各不相同，以比较同名相间电压差为例：上述三个条件任一相满足即判为PT断线，即如果PT1的任一相电压大于PT2的相电压，则判断PT2断线，反之则判断PT1断线。这种方法的优点是利用发电机组出口两组电压信号的比较，充分将各种断线情况准确的识别出来。但也存在运行人员误操作的情况，在实际中一旦两组PT的二次回路出现同相断线后，就无法准确识别PT断线，从而引起自动装置误动3.4 低压有流闭锁这一判据一般国外的保护多采用此逻辑，如施耐德的M20系列保护、Arver的PX40系列保护。此类逻辑简单说就是当电压小于给定值，而此时电流却依然大于给定值，则认为电压回路出现断
8、线故障，报PT断线。该逻辑从电压、电流两个参数进行判断，具有一定的先进性，不仅是保险等部位断线能判断，几乎PT外部回路所有都在其保护范围内。但其也有局限性，其对于以下两种特殊情况会出现误判：3.4.1 空载时易导致保护误动当母线空载或负荷较轻时，母线进线电源很小，往往小于其有流判据，如此时发生PT断线，往往导致保护自动装置误动。如国产某厂用电源备自投装置在母线投运空载运行做备自投试验时验证了这种情况下PT断线必然引起备自投误动。3.4.2 发生低电压时易导致保护拒动 特别是在发电厂的厂用电系统中，应充分考虑低电压情况下各个保护动作情况。2010年3月25日，某企业发生的一台60MW发电机脱网后
9、、主气门关闭情况下，带着厂用电负荷惰走8秒钟，其电压在8秒钟内缓慢由额定电压下降到30%，在此过程中，所带负荷特别是电动机负荷都出现了过电流的情况。在这种情况下，采用低压有流的PT断线判据将必然导致逻辑判据出错，将此情况判为PT断线，闭锁所有的低电压保护，则可能烧毁电动机。因此，采用低电压有流闭锁判据的PT回路断线闭锁的装置在发电厂系统中应采取措施避免类似情况发生。4 新型闭锁逻辑应用通过上述几种常见的PT断线闭锁逻辑的分析，可以说每一种闭锁逻辑均具有自身的优点和一些固有缺陷。通过对比和各种异常情况的论证，在此提出一种比较优化的PT断线逻辑，利用PT二次空气开关辅助接点与经典PT断线逻辑结合来
10、进行PT断线逻辑判断，并将PT电压的判断由负荷的保护装置来实现，以此避免端子松动导致的电压异常。这一逻辑判据已经在我厂6kV配电系统中得以良好应用。这里以四方公司的CSC-237A保护为例。该保护主要用于高压电动机保护，保护装置自带PT断线闭锁，其逻辑判据为低压有流闭锁判据，前面已经说明该判据应用在我厂配电系统中存在误闭锁的缺陷。因此，通过其强大的可编程逻辑功能对其PT断线判据进行优化。图4.1 引入外部接点的PT断线闭锁逻辑在图4.1中，引入了PT小车开关、A、B、C三相二次空开的辅助接点作为PT断线的辅助判据，目的是防止三相PT二次空开同时跳闸情况的发生，也是防止运行人员在处理PT断线时可
11、能发生的误操作。在各保护装置内设置一个低电压保护，定值设为70%，即70V，通过保护装置的可编程功能实现经典的PT断线判据。目的是不光有效的判断出各种PT断线情况，还能防止中间端子松动导致的误动情况发生。当然在具体实施过程中，还要防止直流电源停电带来的影响，图4.2是我厂6kV配电系统的具体接线图 图4.2 外部开入闭锁的PT断线判据接线图这一方法在6kV配电系统中应用后，具有以下优点：4.1 可靠性高这种优化后的PT断线闭锁逻辑保护范围大，不仅针对二次空开、保险等，还能有效区分端子松动导致的PT回路断线；同时在应用时大量采用微机保护可编程的功能，其基本逻辑由编程逻辑实现，可靠性高。4.2 从
12、逻辑上避免了运行人员误操作优化逻辑后，从设备本质安全上杜绝了运行人员在处理PT断线时由于误操作导致电压保护误动的可能性。通过试验表明，不管运行人员如何操作，保护装置均能正确报出PT断线，及时闭锁相关电压保护。4.3 投资少、设备少这一新的PT断线闭锁逻辑整体是在现有设备基础上通过微机保护装置的可编程逻辑功能实现的，基本不涉及设备采购费用，应该说在不增加设备投资的前提下，充分挖取先进的微机综合保护器的功能，既实现完善的控制功能，又不增加设备，极大地提高了配电系统的可靠性。当然，这种优化目前在6kV经消弧线圈接地的系统中应用成功，应该在其它不接地系统中也有良好的适应性，但是在直接接地系统中，应充分
13、考虑单相接地短路故障和PT单相断线的区别，相应的定值应做相应的修改。5 结论PT回路断线主要是由于保险、端子接触不良导致，其对现有二次保护自动装置影响很大，因此完善的PT断线闭锁逻辑尤为重要，不仅要考虑正常的故障情况，还要充分考虑运行人员在处理PT断线时可能引发的各种次生情况的方式，而现有各保护、自动装置厂家的PT断线逻辑各不相同，也各有优缺点，认清其特点，采取针对性措施防止运行人员误操作、保护自动装置误动、拒动是电气技术管理人员的责任。而本文所推荐的PT断线逻辑方案在现场应用达6年，在各种异常、故障情况下均能正确动作，很好的保证了现场设备的可靠运行。参考文献1 高春如.大型发电机组继电保护整定技术与运行技术（第二版），北京：中国电力出版社，第225页.2 张铁锋.电压互感器二次回路断线电气特点及对保护的影响.水电厂自动化， 南京，2008年2月29卷第1期：64页.3 贺家李，宋从矩. 电力系统继电保护原理，北京：中国电力出版社，第489页.4 东大金智.WDZ-5271电压互感器保护测控装置技术使用说明书 第13页.- 7 -
