《一种实用的双冗余机端PT断线检测方法》
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[摘 要]PT是一种电压测量元件.由于PT本身的特性.PT断线是一种电厂的常见故障.该故障能否及时有效地进行判别,是继电保护装置正确动作的前提条件.在不同的设备中,有不同的检测方法.机端PT是用于测量机端电压的PT,往往是雙冗余配置的.本文针对机端PT双冗余配置的特点,结合现场环境,给出了一种PT断线的实用判据.该方法可作为励磁装置检测机端PT断线的补充.不需要另行增加设备,经过现场验证,简单可行.
[关键词]机端PT断线检测 双冗余
中图分类号：F230-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0044-01
0、引言
电压互感器（Potential tranormer 简称PT,Voltage tranormer也简称VT）和变压器很相像,都是用来变换线路上的电压.但是变压器变换电压的目的是为了输送电能,因此容量很大,一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的,主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电,用来测量线路的电压、功率和电能,或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器,因此电压互感器的容量很小.
在实际运行中,若PT引线安装位置不正确或固定不可靠,工作时可能受到电磁力矩的作用,而由于PT引线所受的都是方向交变的电磁力的作用,时间一长,引线就容易因为疲劳而断裂.
一、机端PT断线情况分析
1.机端PT连接方式
变压器常见的接线方式有D型接线和Y型接线.PT在本质上也可以看作是一种变压器.因此PT与负载的连接方式也有YY,YD,DY,DD四种.机端PT及其负载一般采用YY连接法.
按照断线的位置,PT断线一般可分为PT一次侧断线和PT二次侧断线.按照断线相别,又可分为对称断线和不对称断线.因此,可以分析断线发生时所对应的各相电压.
1.1.1 三相断线
三相断线即对称断线.此时,无论断线发生在一次侧还是二次侧,YD接线的PT二次各相电压均为0,即|U’a|等于0；|U’b|等于0；|U’c|等于0.
此时,机端电压的有效值为0.
1.1.2 两相断线
以BC两相断线为例,当PT一次或二次侧发生BC两相断线时,PT二次负荷侧各相电压幅值|U’a|等于|Ua|；|U’b|等于0；|U’c|等于0.所以相间电压为|U’ab|等于|U’a|等于|Ua|；|U’bc|等于0；|U’ca|等于|U’a|等于|Ua|.
1.1.3 一相断线
以PT一次或二次侧发生A相断线为例,当A相发生断线时,PT二次负荷侧三相相电压分别为：|U’a|等于0；|U’b|等于|Ub|；|U’c|等于|Uc|,其相间电压为|U’ab|等于|U’b|等于|Ub|；|U’bc|等于|Ubc|；|U’ca|等于|U’c|等于|Uc|,
可见,当采用YY接法时,不管是一次断线还是二次断线其表现出来的现象是相同的.即断线相的相电压为0,其余相电压不变.即为有一一对应的特点.
2.保护设备常用PT断线检测及其不足
目前,国内保护厂家对于PT 不对称断线的判据各有不同,以下述的三种判据为例.判据一：负序电压大于8 V.
该判据是利用PT 不对称断线时,存在负序电压,而单相接地故障时,负序电压为零的特点来进行PT 不对称断线的判断的.
判据二：三相电压的向量和大于18 V ,并且至少有一线电压的模值之差大于20 V.
三相电压的向量和大于一指定值（18 V） ,是不对称断线的主要特征,“至少有一线电压的模值之差大于20 V”,用来考虑在中性点不接地系统中,单相接地故障时,三相的线电压仍然是对称的,以此来区分单相接地故障和不对称断线.
判据三：存在一线电压的模值之差大于18 V.
由以上可知,保护设备的PT断线检测是根据PT的电压来计算的.由于在工程实践中,保护设备要求可靠性高.因此送给保护用的PT线圈容量很大,而精度不高.不能满足某些设备对PT断线的检测要求.
3.励磁设备对机端PT断线的检测
在发电机励磁系统中,控制器采集机端电压作为闭环控制的参考信号.通过机端电压与给定的差值实现对机端电压的稳定控制.如果机端电压与给定的差值将增大,这将导致机端电压升高,也就是误强励.这可能会引起故障保护跳机.因此,当PT发生断线故障时,励磁系统必须快速退出包含该故障PT在内的控制环,切换到其他调节环.
励磁厂家的PT断线有以下几种方式：
判据一：使用机端电压与励磁柜阳极电压相比较.
一般在每个励磁整流柜中会安装同步变压器,同步变压器的容量比PT要大得多,一般不会损坏.且阳极电压与机端电压有固定的变比关系.因此可以通过机端电压与阳极电压的比值关系作为PT断线的依据.这也是目前大多数励磁系统使用的判决方法.
判据二：使用机端电压的当前值与过去值相比较.
PT断线时,测量的电压会忽然大幅下降.利用这个特性,当PT测量值小于某个门限值,并且测量值的下降速率大于某个门限.当2个条件同时满足时,可以认为是PT断线.
判据三：使用三相相电压交叉比较
使用PARK变换,利用三相电压的相位关系进行比较.该方法可以确定出哪一相断线,但理论算法相对复杂,使用较少.
4.电厂运行情况及改进
励磁设备自带的机端PT检测方式,一般可以检测出PT断线的情况.在现场试验时也能证明检测的可靠性.
但电厂运行环境是复杂的.有电厂发生过当PT缓慢熔断时,PT故障检测失败而导致误强励,最后导致跳机的情况.检测失败的原因在于当PT缓慢熔断时,机端电压缓慢升高,阳极电压也随着升高.PT测量的机端电压与阳极电压的比值始终不到门限.当电厂出现慢熔误强励问题时,急需要一种能快速处理该问题的方法,满足发电需求.
考虑到机端PT的接线方式是YY接线,当发生PT断线故障时,只有断线相的电压发生变化,其他相不变.且机端PT的配置一般为双冗余配置,而2组PT同相位同时断线的可能性很低.因此可以考虑利用两组PT的对比进行检测.
励磁设备中,两组PT分别送入不同的控制器.如果在励磁设备中实现2组PT的比较会带来“以谁为主”的问题,且电厂一般不会允许改动励磁程序.而电厂的DCS系统也采集这2组PT的量,因此该比较算法可以在DCS中实现.
实现步骤如下：
1、DCS采样PT1的数据,形成Ua1,Ub1,Uc1,PT2的数据Ua2,Ub2,Uc2.
2、计算两者的差值Delta1等于Ua1-Ua2；Delta2等于Ub1-Ub2；Delta3等于Uc3-Uc3.
3、依据录波记录的强励动作启动值,设定比较门限值Threshold
4、当Delta1.2.3>Threshold时,报PT2断线.当 Delta1.2.3<-Threshold,报PT1断线.
5.发现PT断线,DCS发出切换调节方式命令.
6.试验结果
该算法在某电厂成功应用过.经过几年的运行,电厂再没有发生过因为PT断线检测失败而发生误强励的事件.证明该方法是有效的.
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