電壓互感器遞進式二次核相流程的研究

尚 柳 ,張韶光 ,王 煊 ,王 樂 ,閆奕璇 ,王昭雷

(1.國網河北省電力有限公司檢修分公司,河北 石家莊 050071;2.華能國際電力股份有限公司上安電廠,河北 石家莊 050310;3.國網河北省電力有限公司平山縣供電分公司,河北 石家莊 050400)

二次核相工作是檢驗電壓互感器二次側電壓回路接線正確與否的最后一道防線,為設備二次電壓的正確性提供了保障[1-3]。

現(xiàn)階段,單相無線二次核相儀器實現(xiàn)了無線代替有線,電壓相位關系“可視化”,在電壓二次回路正確的前提下,儀器的使用顯著降低了人力和時間成本[4]。但是,電壓二次回路存在錯誤時,仍需依賴工作人員對向量圖的分析和判斷,另外,因現(xiàn)階段的儀器僅支持單相電壓的輸入,核相期間需要頻繁變更接線,單相顯示的向量圖也不利于工作人員分析錯誤原因。

因此,建議將單相輸入擴展為三相輸入,對采樣的三相電壓數據開展遞進式分析、智能化判斷,并將各環(huán)節(jié)中的異常反饋給作業(yè)人員,從而在二次回路存在錯誤時可為工作人員提供指導。

1 現(xiàn)場接線錯誤類型

結合現(xiàn)場工作,匯總了電壓二次回路中存在的3類典型錯誤接線:

a.某相線和中性線接反,見圖1(a)所示;

b.兩相線接反,見圖1(b)所示。V、W 兩相接反,三相電壓仍然對稱,但不是正序;

c.三相全部接錯,見圖1(c)所示。三相電壓雖仍為正序,但與系統(tǒng)電壓不同。

圖1 典型的3類錯誤接線

需要說明的是現(xiàn)場出現(xiàn)的錯誤不僅限于圖1中的3種。

2 遞進式二次核相方法

2.1 獲取采樣數據

將電壓由單相輸入擴展為三相輸入后,主表采集參考運行設備的三相電壓瞬時值,副表采集新設備的三相電壓瞬時值。主副表的采樣頻率均為1 200 Hz,在一個工頻周期內,主表和副表均可獲取24個采樣點。假設一個周期內副表采樣新設備的第i時刻的三相電壓瞬時值數據為UU(i)、UV(i)、UW(i)(i=1、2、……、24),主表采樣的參考設備第i時刻的三相電壓瞬時值數據為Uu

(i)、Uv(i)、Uw(i)(i=1、2、……、24)。

2.2 遞進式判斷流程

結合圖1中的錯誤接線類型,通過以下4個步驟進行分析判斷。

a.檢查新設備三相電壓有效值是否在正常范圍。根據現(xiàn)場工作經驗,三相電壓有效值應能滿足公式(1)所示的要求,否則應檢查試驗接線或電壓回路的二次接線是否正確。

b.檢查新設備三相電壓是否對稱。若三相電壓對稱,理論上滿足三相電壓瞬時值代數和為0,考慮采樣數據的誤差,應滿足式(2)所示的條件。

c.檢查新設備三相電壓是否為正序。當采樣數據滿足式(3)中的要求,則三相電壓為正序[5]。

式中:UU(i+N/4)表示U 相第i次采樣點后的1/4周期時刻的電壓瞬時值;XUV表示U 相和V相2個采樣時刻瞬時電壓乘積的平均值。UV(i)、UW(i);UV(i+N/4)、UW(i+N/4);XVW、XWU的含義與上述類同。

以XUV為例,對于正序電壓,U 相電壓超前V相電壓120°,按照上述計算方法,V 相逆時針旋轉1/4周期后仍固定滯后U 相30°,見圖2。

圖2 正序電壓XUV分析

因V 相始終滯后U 相30°,圖2中僅標注U相,不再標注V 相。旋轉一個周期過程中,假設i=1采樣時刻是剛好是一個正弦波起始,一個周波內各采樣點的UU(i)×UV(i+N/4)正負情況見式(4)所示。

圖2中標注區(qū)域內的采樣點運算結果為負值,其他區(qū)域采樣點運算結果為正值,經推導,對正序電壓有XUV＞0,同理XVW＞0且XWU＞0。

對于負序的電壓而言,按照上述計算方法,則電壓有XUV＜0,XVW＜0且XWU＜0。

若判斷為負序,需要工作人員檢查試驗接線或二次回路接線是否正確,三相電壓任意兩相接反均可能導致核相結果為負序。

d.檢查新設備三相電壓相位是否與參考運行設備電壓一致。因為副表采樣的二次電壓為正序時,仍無法說明與系統(tǒng)電壓完全一致,特殊情況見圖1(c)所示,前3個環(huán)節(jié)只涉及副表端采樣的數據,該環(huán)節(jié)涉及主表和副表采樣數據的對比。

將新設備的數據與參考運行設備的數據做差,若一個周期內的數據在誤差范圍內,才能說明新設備電壓正確,具體計算方法見式(5)所示。

考慮主副表間的相對時差為1 ms,對應角度誤差為18°。以U 相為例,一個周波內,Uu(i)與UU(i)間的最大誤差為圖3所示的采樣點,此時最大誤差為kUmax,見式(6)所示。

圖3 誤差最大的采樣點

在相位錯誤的情況,主表和副表相同采樣時刻相位相差約120°,此時得到的kU是周期性變化的,半個周期內的運算結果可以涵蓋所有可能出現(xiàn)的數值,kU計算絕對值見表1所示。

表1 半個周期內|kU(i)|的取值

從表1中可知,在相位錯誤時,一個周期內所有采樣點計算出的數值都比相位正確時的最大誤差kUmax大。那么只要kU(i)中存在超過kUmax的樣本點,則說明新設備電壓相位錯誤。反之,若所有kU(i)樣本點都不大于kUmax,則說明正確。

當存在異常時,通過上述步驟能夠定位錯誤的類型并反饋給工作人員,便于工作人員有針對性的查找問題。

3 仿真測試

為保證仿真算法所用的數據準確可靠,測試數據源于某變電站山大電力WGDL 型錄波器的采樣數據。以三相電壓一個周波瞬時值數據作為原始數據來測試方法的正確性。

為了模擬圖1中錯誤接線下的采樣數據,需要對原始數據進行合理變換,具體變換方法如下:

將V、W 相原始電壓瞬時值分別與U 相原始電壓同一時刻瞬時值做差,結果作為V、W 相測試電壓瞬時值,U 相測試電壓取自U 相原始電壓瞬時值取相反數,變換后三相電壓波形見圖4所示,程序反饋有效值錯誤,可能存在相線和中性線接反的情況。

為模擬圖1(b)的情況將V、W 相原始電壓瞬時值互換后作為V、W 相測試電壓瞬時值,U 相測試電壓數據與原始數據相同,波形見圖5所示,程序反饋有效值正確、三相電壓對稱、三相電壓不為正序,現(xiàn)場可能存在兩相線接反的情況。

圖4 典型錯誤1對應的電壓波形

圖5 典型錯誤2對應的電壓波形

為模擬圖1(c)的情況,將U 相原始電壓瞬時值作為V 相測試電壓瞬時值,將V 相原始電壓瞬時值作為W 相測試電壓瞬時值,將W 相原始電壓瞬時值作為U 相測試電壓瞬時值,波形見圖6所示。程序反饋有效值正確、三相電壓對稱、三相電壓為正序、電壓相位錯誤,可能存在三相線全部接錯的情況。

圖6 典型錯誤3對應的電壓波形

經仿真測試,提出的方法可對采樣數據進行4個步驟的運算,并能夠準確反饋各步驟的運算結果。

4 結束語

經過分析現(xiàn)有儀器存在智能判別的不足,為在核相出錯時準確定位錯誤的類型,根據工作經驗匯總了典型接線錯誤類型,依據錯誤類型提出了遞進式流程化的判斷方法。將采樣的數據按照三相電壓幅值、對稱性、相序和相位4個環(huán)節(jié)遞進分析,逐步驗證,任何環(huán)節(jié)判斷為異常時,均能反饋給工作人員,從而達到縮小檢查范圍和提高效率的目的。