电压互感器递进式二次核相流程的研究

尚 柳 ,张韶光 ,王 煊 ,王 乐 ,闫奕璇 ,王昭雷

(1.国网河北省电力有限公司检修分公司,河北 石家庄 050071;2.华能国际电力股份有限公司上安电厂,河北 石家庄 050310;3.国网河北省电力有限公司平山县供电分公司,河北 石家庄 050400)

二次核相工作是检验电压互感器二次侧电压回路接线正确与否的最后一道防线,为设备二次电压的正确性提供了保障[1-3]。

现阶段,单相无线二次核相仪器实现了无线代替有线,电压相位关系“可视化”,在电压二次回路正确的前提下,仪器的使用显著降低了人力和时间成本[4]。但是,电压二次回路存在错误时,仍需依赖工作人员对向量图的分析和判断,另外,因现阶段的仪器仅支持单相电压的输入,核相期间需要频繁变更接线,单相显示的向量图也不利于工作人员分析错误原因。

因此,建议将单相输入扩展为三相输入,对采样的三相电压数据开展递进式分析、智能化判断,并将各环节中的异常反馈给作业人员,从而在二次回路存在错误时可为工作人员提供指导。

1 现场接线错误类型

结合现场工作,汇总了电压二次回路中存在的3类典型错误接线:

a.某相线和中性线接反,见图1(a)所示;

b.两相线接反,见图1(b)所示。V、W 两相接反,三相电压仍然对称,但不是正序;

c.三相全部接错,见图1(c)所示。三相电压虽仍为正序,但与系统电压不同。

图1 典型的3类错误接线

需要说明的是现场出现的错误不仅限于图1中的3种。

2 递进式二次核相方法

2.1 获取采样数据

将电压由单相输入扩展为三相输入后,主表采集参考运行设备的三相电压瞬时值,副表采集新设备的三相电压瞬时值。主副表的采样频率均为1 200 Hz,在一个工频周期内,主表和副表均可获取24个采样点。假设一个周期内副表采样新设备的第i时刻的三相电压瞬时值数据为UU(i)、UV(i)、UW(i)(i=1、2、……、24),主表采样的参考设备第i时刻的三相电压瞬时值数据为Uu

(i)、Uv(i)、Uw(i)(i=1、2、……、24)。

2.2 递进式判断流程

结合图1中的错误接线类型,通过以下4个步骤进行分析判断。

a.检查新设备三相电压有效值是否在正常范围。根据现场工作经验,三相电压有效值应能满足公式(1)所示的要求,否则应检查试验接线或电压回路的二次接线是否正确。

b.检查新设备三相电压是否对称。若三相电压对称,理论上满足三相电压瞬时值代数和为0,考虑采样数据的误差,应满足式(2)所示的条件。

c.检查新设备三相电压是否为正序。当采样数据满足式(3)中的要求,则三相电压为正序[5]。

式中:UU(i+N/4)表示U 相第i次采样点后的1/4周期时刻的电压瞬时值;XUV表示U 相和V相2个采样时刻瞬时电压乘积的平均值。UV(i)、UW(i);UV(i+N/4)、UW(i+N/4);XVW、XWU的含义与上述类同。

以XUV为例,对于正序电压,U 相电压超前V相电压120°,按照上述计算方法,V 相逆时针旋转1/4周期后仍固定滞后U 相30°,见图2。

图2 正序电压XUV分析

因V 相始终滞后U 相30°,图2中仅标注U相,不再标注V 相。旋转一个周期过程中,假设i=1采样时刻是刚好是一个正弦波起始,一个周波内各采样点的UU(i)×UV(i+N/4)正负情况见式(4)所示。

图2中标注区域内的采样点运算结果为负值,其他区域采样点运算结果为正值,经推导,对正序电压有XUV＞0,同理XVW＞0且XWU＞0。

对于负序的电压而言,按照上述计算方法,则电压有XUV＜0,XVW＜0且XWU＜0。

若判断为负序,需要工作人员检查试验接线或二次回路接线是否正确,三相电压任意两相接反均可能导致核相结果为负序。

d.检查新设备三相电压相位是否与参考运行设备电压一致。因为副表采样的二次电压为正序时,仍无法说明与系统电压完全一致,特殊情况见图1(c)所示,前3个环节只涉及副表端采样的数据,该环节涉及主表和副表采样数据的对比。

将新设备的数据与参考运行设备的数据做差,若一个周期内的数据在误差范围内,才能说明新设备电压正确,具体计算方法见式(5)所示。

考虑主副表间的相对时差为1 ms,对应角度误差为18°。以U 相为例,一个周波内,Uu(i)与UU(i)间的最大误差为图3所示的采样点,此时最大误差为kUmax,见式(6)所示。

图3 误差最大的采样点

在相位错误的情况,主表和副表相同采样时刻相位相差约120°,此时得到的kU是周期性变化的,半个周期内的运算结果可以涵盖所有可能出现的数值,kU计算绝对值见表1所示。

表1 半个周期内|kU(i)|的取值

从表1中可知,在相位错误时,一个周期内所有采样点计算出的数值都比相位正确时的最大误差kUmax大。那么只要kU(i)中存在超过kUmax的样本点,则说明新设备电压相位错误。反之,若所有kU(i)样本点都不大于kUmax,则说明正确。

当存在异常时,通过上述步骤能够定位错误的类型并反馈给工作人员,便于工作人员有针对性的查找问题。

3 仿真测试

为保证仿真算法所用的数据准确可靠,测试数据源于某变电站山大电力WGDL 型录波器的采样数据。以三相电压一个周波瞬时值数据作为原始数据来测试方法的正确性。

为了模拟图1中错误接线下的采样数据,需要对原始数据进行合理变换,具体变换方法如下:

将V、W 相原始电压瞬时值分别与U 相原始电压同一时刻瞬时值做差,结果作为V、W 相测试电压瞬时值,U 相测试电压取自U 相原始电压瞬时值取相反数,变换后三相电压波形见图4所示,程序反馈有效值错误,可能存在相线和中性线接反的情况。

为模拟图1(b)的情况将V、W 相原始电压瞬时值互换后作为V、W 相测试电压瞬时值,U 相测试电压数据与原始数据相同,波形见图5所示,程序反馈有效值正确、三相电压对称、三相电压不为正序,现场可能存在两相线接反的情况。

图4 典型错误1对应的电压波形

图5 典型错误2对应的电压波形

为模拟图1(c)的情况,将U 相原始电压瞬时值作为V 相测试电压瞬时值,将V 相原始电压瞬时值作为W 相测试电压瞬时值,将W 相原始电压瞬时值作为U 相测试电压瞬时值,波形见图6所示。程序反馈有效值正确、三相电压对称、三相电压为正序、电压相位错误,可能存在三相线全部接错的情况。

图6 典型错误3对应的电压波形

经仿真测试,提出的方法可对采样数据进行4个步骤的运算,并能够准确反馈各步骤的运算结果。

4 结束语

经过分析现有仪器存在智能判别的不足,为在核相出错时准确定位错误的类型,根据工作经验汇总了典型接线错误类型,依据错误类型提出了递进式流程化的判断方法。将采样的数据按照三相电压幅值、对称性、相序和相位4个环节递进分析,逐步验证,任何环节判断为异常时,均能反馈给工作人员,从而达到缩小检查范围和提高效率的目的。