继电保护装置电压回路N线断线电压采样分析

谭华 吕凤群

摘要：PT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，从而可能导致电压元件、零序方向元件误动，而中性线断线后隐蔽性较大，不容易察觉，因此本文从保护装置采样及中性线断线特性进行分析探讨，并给现场检修维护提供参考建议。

关键词：PT断线;保护装置;采样

1.前言

当一次系统正常运行时，N线断线对保护装置来说没有影响，而目前保护装置自检回路断线判据是针对非中性线来设计的，但当一次系统发生故障时，由于电压回路中性线断线导致零序方向纵联保护误动事故多次发生[1]，为此，本文针对电压回路中性线断线的故障，分析了保护装置采样基本模型，并对检修维护提出参考建议。

2.N线断线情况下采样分析

三相四线制PT回路可以准确的测量线电压，正序电压，负序电压，零序电压。当N线断线情况时，如图2-1所示。从方程求解和物理含义简单分析：线电压可以准确采集，算法也易于实现。对于相电压，这种情况下由于采样实际没有N，在二次三相回路对称，一次系统三相对称情况下，可以准确采得相电压大小，否则相电压不能直接采集得到。那么通过算法利用线电压计是否可以算得出相电压大小。首先已知UAB、UBC、UCA，而 UAB=UA-UB，UBC=UB-UC，UCA=UC-UA，实际上UCA可以由UAB和UBC的公式组合得到。此时算法等值模型本质上是利用的UAB 和 UBC，所以当一次UAB和UBC在和一次相电压不同步不同比变化的情况下，该模型采集的相电压是没有意义的，无法准确反映相电压大小。比如发生单相接地的时候，相电压发生变化，实际的线电压是不变的（接地系统和不接地系统都如此），故该模型采集的相电压和正常相电压无异，再比如发生两相不接地短路的时候，线电压和相电压发生变化，实际也不同步不同比，故亦不能准确反映相电压大小。对于正序电压和负序电压，线电压在本质上只含有正序和负序分量，考虑正序和负序分量的相位特征關系，三相的正序分量和负序分量均可以视为一个未知量，因此两个未知量，两个已知量，可以求解;对于零序电压，由于线电压本身是不含零序的，故自然无法利用线电压计算零序分量。下面通过理论等值计算加以证明，线电压默认已知。

2.1相电压求解

应用叠加原理，分压原理画出等值电路示意图如图2-2所示

假设按照二次三相完全等值的理想的情况下相电压大小可由以下公式可得

UA=UA'+UA'=1/3UBC+2/3UAB

UB=UB'+UB'=1/3UBC-1/3UAB

UC=UC'+UC'=-2/3UBC-1/3UAB

当二次三相等值不完全理想的情况下，图示里 UA.、UB、UC的计算公式就不成立了，具体表现为，利用分压原理得到相电压公式的时候，由于不等值是不会出现 1/3，2/3 这种比例数字了，具体的就是根据并联等值后的实际比例来得到分压系数了。

根据具体比例得出的相电压公式，可以画出电压向量图，如图2-3所示，当二次三相等值理想情况下，可以证明虚拟的中性点 O’是三角形 ABC 的重心，和实际的二次N重合。而当不完全等值的情况下，O’不是准确的重心，会轻微飘动，对应到保护装置采集的相电压基本大小一致，且会小幅度飘动。

3.总结

基于以上分析，就可以解释微机保护装置中厂变分支电压只显示线电压，正序电压和负序电压的原因了，因无中性点（类似N断线），相电压和零序电压的公式没有实际意义。从理论上分析，线电压本身是对“电源”两个相电势差的采集，和中性点的电位无关。电压采样计算是利用码值，A相电压的码值实际上相当于A相电位-N电位之后的结果，B、C相同理。在此基础上，UAB=A 相电位-N电位-（B 相电位-N 电位）= A相电位- B相电位，不受N电位的影响。即不论从原理角度上讲，还是从采样计算方式上讲，都是可以消除N电位的参与，即和N电位无关。

那么针对ABCN接线的电压二次回路，中性线断线属于一种隐性故障，正常运行时难以发现异常，建议日常检修维护对几个方面应加以关注。

（1）检修过程要重视N线回路的完整检查，对接地、绝缘，端子连接片紧固情况进行排查，防止虚接或者多点接地情况发生。

（2）运行过程中，如果发现AB套保护装置其中一套电压采样飘动较另一套较大，则需要引起注意，有可能是采样回路N线虚接或断线。

（3）对照反措要求N线不得经空开或者熔断器引出，结合检修工作应进行检查。

（4）如果运行过程中怀疑N线有肯能断线，而又不方便停电检查，可以利用中性点断线检测仪器进行检测。

参考文献：

[1]陈水耀，姚仲焕.电压回路中性线对零序方向保护的影 响分析和防范措施[J].电力系统保护与控制，2008，36（14）：80-82.