专利名称：保护装置利用三次谐波检测中线断线的方法
技术领域：
本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及电力系统电压回路中线断线检测的方 法，是利用三次谐波的大小检测中线断线的方法。
背景技术：
输电线路是电力系统发电、输送电等的基本设备，在电力系统中占有非常重要的
地位。在线路投入运行前或运行过程中，若TV二次回路中线UN断线后遇到输电线 路发生接地故障时，自产零序方向可能不正确，将导致保护不正确的动作。若能及时 检测出电压回路的中线断线，对保证电力系统可靠供电、电力系统的安全稳定和经济 运行都十分重要。
以前，主要是依靠投运前观察保护装置打印的采样报告中交流电压波型有异常来 判断电压回路不正常后再进一步检査，但有不明显的异常还是很难发现的。若在运行 过程中发生中线断线，保护装置不告警，往往是故障发生后保护不正常动作才进行电 压回路的检查，损失己不能挽回。多次的经验教训迫切需要由保护来有效自动地完成 中线断线情况时的判别工作。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种在电力系统中保护装置利用三 次谐波检测TV中线断线的方法。
正常运行时，系统中UA、 UB、 UC三相电压对称，基本没有3U0及三次谐波；当中线 断线后系统中的三次谐波没有了流通的回路，被保护装置内变换器铁芯的电磁效应放大， 在UA、 UB、 UC中均产生了三次谐波，三次谐波方向相同，同时在3U0中产生了较大三次 谐波；系统接地短路时可能有3U0，但同时伴有启动元件动作。因此保护装置可以利用三 次谐波的大小特征来判别中线是否断线，判出中线断线后进行告警提示，不会闭锁短路时 的保护跳闸。
根据本发明，提供了一种在电力系统中保护装置利用三次谐波检测TV中线断线的 方法，该方法包括如下步骤
利用傅氏算法计算出UA、 UB、 UC和自产3U0的三次谐波大小； 当UA、 UB、 UC任一电压的三次谐波或自产3U0的三次谐波连续30s大于4V时， 保护装置告警，提示三次谐波过量；
保护启动过程中，不检査三次谐波情况；
判出三次谐波过量告警后不会闭锁短路时保护跳闸功能，
其中，3U0 = UA+UB+UC， UA、 UB、 UC分别为相对于参考点的电压。 根据本发明的方法，进一步包括，对于接入线路抽取电压UX的保护装置，利用三次
谐波检测UXN的断线方法。
根据本发明的方法，进一步包括，对于接入外接3U0的保护装置，利用三次谐波检
测3U0N的断线方法。
图1-1 :正常出口处AN金属性接地故障时3U0;
图1-2:正常系统接地短路时3U0; 图2-l:中线断线出口处緒金属性故障的电压； 图2-2:中线断线AN故障带过渡电阻的电压； 图3-1:中线断线故障时没有3U0情况；
图3-2:中线断线故障时出现3U0情况。
具体实施例方式
正常运行时，系统中UA、 UB、 UC三相电压对称，基本没有3U0及三次谐波。 自产3U0=UA+UB+UC"0,保护不会跳闸。
下面结合参考附图进行详细描述，其中UA、 UB、 UC是指保护装置实际测量出的A 相电压、B相电压、C相电压。TV是指电力系统中二次回路所有涉及测量、计量用的 交流电压。
自产3U(^UA+UB+UC,是保护装置合成的零序电压，为零序方向保护判别零序 方向时使用。
A， B， C点相对其参考点的电压，即为UA、 UB、 UC电压。不同情况，参考点 不同。
TV回路有Ua、 Ub、 Uc、 UN四根线。UN未断线时，Ua-UN两根线之间的电压 为相电压UA， Ub-UN两根线之间的电压为相电压UB， Uc-UN两根线之间的电压为相 电压UC， Ua-Ub两根线之间的电压为线电压UAB， Ub-Uc两根线之间的电压为线电 压UBC， Uc-Ua两根线之间的电压为线电压UCA。 UN在图中不能体现出具体位置，是Ua、 Ub、 Uc相对UN测量出的电压UA、 UB、uc。
图1-1、图1-2中，参考点为"0"点处。图1-1中UA二0，自产3U0为UB和 UC的合成，至!J "0"点的连线为自产3U0;图1-2中，A点到"0"点的连线为UA， 自产3U0为UA、 UB和UC的合成，到"0"点的连线为自产3U0。以上电压的大小 方向均是相对"0"点。
图2-1、图2-2中，因UN断线，参考点不再是"0"，而是为"O，"点处。A点 至ij "0，"点的连线为UA，自产3U0为UA、 UB禾口 UC的合成，3U0 = UA+UB+UC=0。
图3-1中，因UN断线，参考点为"G"点处。A点到"G"点的连线为UA，自 产3U0为UA、 UB禾口UC的合成，3U0 = UA+UB+UO0。
图3-2中，因UN断线，参考点不再是"G"，而是为"G'"点处。A点到"G，" 点的连线为UA，自产3U0为UA、UB禾口 UC的合成，自产3U0 = UA+UB+UC=2X(G-G，)， 方向和UA相同。
在正常情况下，UN未断线，出口处AN金属性接地故障的电压情况见图1-1， AN 故障带一定过渡电阻的电压情况见图1-2。正常系统接地短路时有3U0，图1-1中的 UA电压约为OV，自产3U0约为57.7V，图1-2中的UA电压大于0V，自产3U0的电 压为57.7-UA，方向与UA相反。此时自产零序电压方向正确，零序方向保护能够正 确跳闸。
TV二次回路中线UN断线后只能通过UAB、 UBC、 UCA三个线电压来维持三个相 电压大小和方向。零序方向保护具有较强的带过渡电阻能力，自产3U0门槛一般为 1V左右，因此UN中线断线可能造成零序方向不正确将对保护装置的正确动作影响较 大。对以下两种情况进行分析
1) 自产3U0为0时理想情况
因没有UN，理论上自产3U0 = UA+UB+UC=0，不会出现零序电压。出口处AN金 属性故障的电压情况见图2-1， AN故障带一定过渡电阻的电压情况见图2-2。零序方向 保护通过自产3U0和零序电流来判别零序方向，只有零序正方向才能够动作。当自 产3U0为0时没有零序方向，零序方向保护不能动作，此时发生区内高阻接地故障 时将导致保护装置拒动。
2) 自产3U0不为0情况 主要分两种情况
a)保护装置的UA、 UB和UC变换器阻抗并不完全相等。UN断线后没有了 UN参
考点，此时UA+UB+UC并不完全等于0，实际运行情况下大都如此。图3-1显示UA、 UB和UC变换器阻抗相等情况，G点为三角形ABC的重心，到顶点的距离为到底边距 离2倍，出口处AN金属性故障时没有3U0;图3-2显示UA、 UB和UC变换器阻抗不 相等情况之一 UB、 UC变换器阻抗相等和UA不相等情况，G点为三角形ABC的重心， G'点为UA、 UB和UC的平衡点，G'点到顶点的距离大于到底边距离的2倍，出口处 AN金属性故障时出现3U0。
b)UN断线后出现了较大的各次谐波分量，也多少影响了保护通过傅氏算法滤出 的3U0基波分量效果。此时自产3U0大小和方向比较随机，若发生区内高阻接地故障 时可能将导致保护装置拒动，发生区外高阻接地故障时可能将导致保护装置误动。
理论和实践表明，当中线断线后系统中的三次谐波没有了流通的回路，被保护装 置内变换器铁芯的电磁效应放大，在UA、 UB、 UC中均产生了三次谐波，三次谐波方 向相同，同时在3U0中产生了较大三次谐波。而正常系统接地短路时可能有3U0，三 次谐波分量很小，同时伴有启动元件动作。
对于有的UN断线情况，不一定能够保证UA、 UB、 UC中任一三次谐波电压连续 30s大于4V。 UN断线后，因在UA、 UB、 UC中均会产生了三次谐波，且在UA、 UB、 UC中的三次谐波方向相同，自产3U0=UA+UB+UC，那么，自产3U0中的三次谐波电 压也就较大，因此3U0中的三次谐波电压一定会保证连续30s大于4V，自产3U0中 反应出的三次谐波更加灵敏。
因此保护装置可以利用三次谐波的大小特征来判别中线是否断线。在保护没有启 动的情况下，利用傅氏算法计算UA、 UB、 UC和自产3U0的三次谐波大小进行判别。
分析多次现场UN断线后UA、 UB、 UC和自产3U0的三次谐波大小情况，以及在 实验室模拟分析情况，取任一电压的三次谐波连续30s大于4V门槛比较合适，同时 因为UA、 UB、 UC中的三次谐波方向相同，自产3U0=UA+UB+UC，因此自产3U0的 三次谐波是相电压的3倍，十分灵敏，即使在有些场合UN断线后的三次谐波较小情 况，自产3U0均能够正确判别。
正常系统接地短路时可能有3U0，三次谐波分量很小，故障时间较短，同时伴有 启动元件动作。因此保护装置利用三次谐波的大小特征来判别出中线断线并告警提示 三次谐波过量，不会闭锁短路时的保护跳闸。
保护装置利用三次谐波的大小检测中线断线的方法已在现场使用，多次检测出了 中线断线情况，及时避免了事故的发生，实践证明确实是检测中线断线的有效方法。
权利要求
1.一种在电力系统中保护装置利用三次谐波检测TV中线断线的方法，该方法包括如下步骤利用傅氏算法计算出UA、UB、UC和自产3U0的三次谐波大小；当UA、UB、UC或自产3U0的三次谐波连续30s大于4V时，保护装置告警，提示三次谐波过量；保护启动过程中，不检查三次谐波情况；判出三次谐波过量告警后不闭锁短路时保护跳闸功能。其中，3U0＝UA+UB+UC，UA、UB、UC分别为相对于参考点的电压。
2. 如权利要求1的方法，进一步包括，对于接入线路抽取电压UX的保护装置，利 用三次谐波检测UXN的断线。
3. 如权利要求1的方法，进一步包括，对于接入外接3U0的保护装置，利用三次谐 波检测3U0N的断线。
全文摘要
本发明涉及电力系统领域中继电保护的方法。公开了在电力系统的保护装置利用三次谐波检测TV中线断线的方法。该方法包括如下主要步骤在保护没有启动的情况下，利用傅氏算法计算UA、UB、UC和自产3U0的三次谐波大小，当任一电压的三次谐波连续30s大于4V时，保护装置告警，但不会闭锁短路时保护的跳闸功能。其中自产3U0反应出的三次谐波更加灵敏。实践证明，该方法可及时准确地判别出中线断线情况。
文档编号H02H7/26GK101179191SQ20071017691
公开日2008年5月14日 申请日期2007年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者伍叶凯, 斌 姚, 张月品, 秦应力, 赵志宏, 魏会利, 黄少锋 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司