专利名称：电压二次回路的中性线断线检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电气技术领域，尤其涉及一种电压二次回路的中性线断线检测方法和
直O
背景技术：
电压二次回路的断线是电力系统中的一种常见的故障，在现有技术中通过设置保护装置，能够及时地报警并作出相应的调整。根据断线的相别，电压二次回路的断线可以分为非中性线断线(即A相、B相和C相的线路断线)和中性线断线(即N相线路断线)。目前的保护装置可以根据零序电压和正序电压等条件判断是否发生非中性线断线，但对中性线断线的研究却相对较少。当发生电压互感器的中性线断线，从而产生电压二次回路的中性线断线时，由于中性点电位漂移，保护装置的相电压会发生变化，从而导致零序方向元件误动，导致电压元件误动。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电压二次回路的中性线断线检测方法和装置，能够及时地检测出中性线断线的故障。为实现上述目的，本发明的一个实施例提供一种电压二次回路的中性线断线检测方法，所述电压二次回路包括外部电压互感器和保护装置，其中外部电压互感器的二次侧与保护装置中的电压互感器的一次侧相连，该方法包括监测保护装置中的电压互感器的二次侧的零序电压的三次谐波；判断所述零序电压的三次谐波的幅值超过第一阈值的持续时间是否超过第二阈值，如果是，则判定外部电压互感器和保护装置中的电压互感器之间的中性线断线。优选地，所述第一阈值是根据保护装置中电压互感器的二次侧的零序电压的基波电压的幅值选择的。优选地，所述第二阈值为10秒。优选地，所述方法还包括判断所述零序电压的三次谐波的幅值超过第一阈值的持续时间是否超过第三阈值，如果是，则执行闭锁快速动作保护；所述第三阈值小于第二阈值。优选地，所述第三阈值为10毫秒。另一方面，本发明还提供一种电压二次回路的中性线断线检测装置，所述电压二次回路包括外部电压互感器和保护装置，其中外部电压互感器的二次侧与保护装置中的电压互感器的一次侧相连，其特征在于，该检测装置包括监测单元，用于监测保护装置中的电压互感器的二次侧的零序电压的三次谐波；断线判断单元，用于判断所述监测单元监测到的零序电压的三次谐波的幅值超过第一阈值的持续时间是否超过第二阈值，如果是，则判定外部电压互感器和保护装置中的电压互感器之间的中性线断线。优选地，所述第一阈值是根据保护装置中电压互感器的二次侧的零序电压的基波电压的幅值选择的。优选地，所述第二阈值为10秒。优选地，还包括保护判断单元，用于判断所述零序电压的三次谐波的幅值超过第一阈值的持续时间是否超过第三阈值，如果是，则执行闭锁快速动作保护；所述第三阈值小于第二阈值。优选地，所述第三阈值为10毫秒。根据本发明实施例，发明人对中性线断线故障的特征进行了详细的分析后，提出了一种电压二次回路的中性线断线检测方法和装置，能够及时准确地检测出中性线断线的故障。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是电压二次回路的连接关系示意图；图2是通过作图法求得励磁电流的过程的示意图；图3是外部电压互感器的二次侧的等效回路图；图4是测试保护装置中的电压互感器的原边的励磁电流的接线图；图5是中性线连接正常时通道1的电压值的示意图；图6是中性线连接正常时通道2的电压值的示意图；图7是图5中通道1的频谱分析图；图8是图6中通道2的频谱分析图；图9是中性线断线时通道1的电压值的示意图；图10是中性线断线时通道2的电压值的示意图；图11是图9中通道1的频谱分析图；图12是图10中通道2的频谱分析图；图13是相电压分别为30V和57. 74V的磁滞回线组示意图；图14是本发明实施例中的电压二次回路的中性线断线检测方法的示意图；图15是本发明实施例中的电压二次回路的中性线断线检测装置的示意图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明中的电压二次回路包括外部电压互感器和保护装置。图1示出了电压二次4回路的连接关系。在图1中，外部电压互感器101也可以被描述为一次PT(电压互感器)， 外部电压互感器101的二次侧与保护装置中的电压互感器102的一次侧相连。由于保护装置中的电压互感器102较小，因此也可以描述为小ΡΤ。发明人基于上述电压二次回路的架构对中性线断线的特点进行了系统的分析，如下请同时参见图1，Ua，Ub, Uc为一次电压(即为外部电压互感器101的一次侧的各相电压)，Ula, Ulb, Ulc, Uln为外部电压互感器101的二次侧的电压输出。U2a，U2b，U2c， U2n为保护装置中的电压互感器102的二次电压输出，供保护装置进行计算。当发生外部电压互感器101和保护装置中的电压互感器102之间的中性线(Uln 线)断线时，由于外部电压互感器101 —次侧的电压不会发生变化，故外部电压互感器101 二次侧的输出电压也不会发生变化，即Ula，uib，Ulc对Uln的电压不会发生变化。但Ula， Ulb, Ulc对Uln，的电压是否会发生变化，直接影响到U2a，U2b，U2c对U2n的电压。由于保护装置中的电压互感器102的二次负载很大，相当于工作在空载状态，故在分析保护装置中的电压互感器102在中性线断线特征时，完全可以按照YYO接法的分相变压器来分析。同时发明人将铁心磁路认为是非线性的，保护装置中的电压互感器102的铁心磁路也不例外，即铁心里的主磁通与励磁磁势(或励磁电流)的关系呈现饱和特性。可以首先对单相变压器的空载进行分析。在单相变压器原边加入50Hz的标准正弦波，分析原边的励磁电流的特性。由于空载，原边的所加电压约等于感应电势，即感应电势为正弦波。那么感应电势由磁通产生，即磁通也为正弦波，那么磁通是由原边的励磁电流产生。如果磁通和励磁电流为线性，则励磁电流也为正弦波。但是保护装置中的电压互感器102的铁心非线性，励磁电流呈现了尖顶波。对此尖顶波的励磁电流进行分解，可得到基波和三次谐波。即原边加入50Hz正弦波的电压，励磁电流将出现基波和三次谐波。图2示出了通过作图法求得励磁电流的过程，其中不考虑磁滞和铁损。图2中左方的图为磁化曲线，右方的图为磁通和励磁电流的波形图。接着可以对中性线不断线情形下的三相变压器空载进行分析。由于正常的三相电压互差120度，其中励磁电流也相差120度，其中的三次谐波含量为IA3harm = I3harmsin3cotIb 3harm = I3harmsin3 (ω t_120° ) = I3harmsin3 ω t (式子 1)Wm= I3harmsin3( t-240o ) = I3harmsin3 ω t因此，即三相电流的三次谐波在时间上同相位。如果有中性线，三相电流，即零序电流中的三次谐波电流可以通过中性线流通。那么各相的励磁电流为尖顶波，此励磁电流产生的磁通就为正弦波，从而各相磁势为正弦波，各相电压为正弦波。最后对中性线断线情况的三相变压器空载进行分析。如果发生中性线断线，则中性线中的三次谐波电流不能流通。各相的励磁电流中的三次谐波也不能流通，导致励磁电流发生变化，基本为正弦波，由于磁路非线性，正弦波的励磁电流产生了平顶波的磁通。把这个平顶波的磁通分解，可得到基波和三次谐波的磁通。基波磁通感应的基波电势的频率为50Hz，相位滞后基波磁通90度。三次磁通感应的三次电势的频率为150Hz，相位滞后与三次磁通90度。把基波电势和三次电势合成，得到相电势为一尖顶波。故相电势中包含基波和三次谐波，从而保护二次侧感受到有基波和三次谐波电压。总之，中性线断线将导致保护装置中的电压互感器102的原边(即该电压互感器 102的一次侧)的励磁电流中的三次谐波没有流通回路，励磁电流基本为正弦波，由于铁心非线性，此励磁电流产生的磁通为平顶波。平顶波的磁通产生尖顶波的电势，对此电势分解可得到基波电势和三次谐波电势，进而保护装置会感受到三次谐波电压。接着发明人对零序基波电压的产生机理进行了分析。在实际的接线中，往往外部电压互感器的二次侧会并接多个装置，其负载会不平衡。当外部电压互感器二次侧的负载不平衡时，中性点电压的会漂移。图3是外部电压互感器的二次侧的等效回路图。其中，Zp为外部电压互感器的二
次侧的各相输入阻抗，应为外部电压互感器的二次侧各个装置对应相阻抗的并联。将A相
阻抗回路并联一个阻抗&，来模拟负载不平衡。假设外部电压互感器的输出电压为标准的
正序电压。根据电路的节点电压法可以求得I 的电压为 TT Ua HZp // Zs) + Ub IZp+ Uc IZp ,
权利要求
1.一种电压二次回路的中性线断线检测方法，所述电压二次回路包括外部电压互感器和保护装置，其中外部电压互感器的二次侧与保护装置中的电压互感器的一次侧相连，其特征在于，该方法包括监测保护装置中的电压互感器的二次侧的零序电压的三次谐波；判断所述零序电压的三次谐波的幅值超过第一阈值的持续时间是否超过第二阈值，如果是，则判定外部电压互感器和保护装置中的电压互感器之间的中性线断线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阈值是根据保护装置中电压互感器的二次侧的零序电压的基波电压的幅值选择的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二阈值为10秒。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括判断所述零序电压的三次谐波的幅值超过第一阈值的持续时间是否超过第三阈值，如果是，则执行闭锁快速动作保护；所述第三阈值小于第二阈值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第三阈值为10毫秒。
6.一种电压二次回路的中性线断线检测装置，其特征在于，所述电压二次回路包括外部电压互感器和保护装置，其中外部电压互感器的二次侧与保护装置中的电压互感器的一次侧相连，其特征在于，该检测装置包括监测单元，用于监测保护装置中的电压互感器的二次侧的零序电压的三次谐波；断线判断单元，用于判断所述监测单元监测到的零序电压的三次谐波的幅值超过第一阈值的持续时间是否超过第二阈值，如果是，则判定外部电压互感器和保护装置中的电压互感器之间的中性线断线。
7.根据权利要求6所述的电压二次回路的中性线断线检测装置，其特征在于，所述第一阈值是根据保护装置中电压互感器的二次侧的零序电压的基波电压的幅值选择的。
8.根据权利要求6所述的电压二次回路的中性线断线检测装置，其特征在于，所述第二阈值为10秒。
9.根据权利要求6至8中任意一项所述的电压二次回路的中性线断线检测装置，其特征在于，还包括保护判断单元，用于判断所述零序电压的三次谐波的幅值超过第一阈值的持续时间是否超过第三阈值，如果是，则执行闭锁快速动作保护；所述第三阈值小于第二阈值。
10.根据权利要求9所述的电压二次回路的中性线断线检测装置，其特征在于，所述第三阈值为10毫秒。
全文摘要
本发明实施例提供一种电压二次回路的中性线断线检测方法和装置，该方法包括监测保护装置中的电压互感器的二次侧的零序电压的三次谐波；判断所述零序电压的三次谐波的幅值超过第一阈值的持续时间是否超过第二阈值，如果是，则判定外部电压互感器和保护装置中的电压互感器之间的中性线断线。该检测装置包括监测单元，用于监测保护装置中的电压互感器的二次侧的零序电压的三次谐波；断线判断单元，用于判断所述监测单元监测到的零序电压的三次谐波的幅值超过第一阈值的持续时间是否超过第二阈值，如果是，则判定外部电压互感器和保护装置中的电压互感器之间的中性线断线。
文档编号G01R31/02GK102243283SQ20111008520
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者余彪, 刘东超, 吕世斌, 孙珑, 曹坚成, 翁晖, 陈琳灿 申请人:宁波电业局