電壓互感器遞進(jìn)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(wǎng)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(wǎng)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(yàn)電壓互感器二次側(cè)電壓回路接線正確與否的最后一道防線,為設(shè)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(shí)現(xiàn)了無線代替有線,電壓相位關(guān)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(shí)間成本[4]。但是,電壓二次回路存在錯(cuò)誤時(shí),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(cuò)誤原因。

因此,建議將單相輸入擴(kuò)展為三相輸入,對采樣的三相電壓數(shù)據(jù)開展遞進(jìn)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(cuò)誤時(shí)可為工作人員提供指導(dǎo)。

1 現(xiàn)場接線錯(cuò)誤類型

結(jié)合現(xiàn)場工作,匯總了電壓二次回路中存在的3類典型錯(cuò)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(cuò),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(cuò)誤接線

需要說明的是現(xiàn)場出現(xiàn)的錯(cuò)誤不僅限于圖1中的3種。

2 遞進(jìn)式二次核相方法

2.1 獲取采樣數(shù)據(jù)

將電壓由單相輸入擴(kuò)展為三相輸入后,主表采集參考運(yùn)行設(shè)備的三相電壓瞬時(shí)值,副表采集新設(shè)備的三相電壓瞬時(shí)值。主副表的采樣頻率均為1 200 Hz,在一個(gè)工頻周期內(nèi),主表和副表均可獲取24個(gè)采樣點(diǎn)。假設(shè)一個(gè)周期內(nèi)副表采樣新設(shè)備的第i時(shí)刻的三相電壓瞬時(shí)值數(shù)據(jù)為UU(i)、UV(i)、UW(i)(i=1、2、……、24),主表采樣的參考設(shè)備第i時(shí)刻的三相電壓瞬時(shí)值數(shù)據(jù)為Uu

(i)、Uv(i)、Uw(i)(i=1、2、……、24)。

2.2 遞進(jìn)式判斷流程

結(jié)合圖1中的錯(cuò)誤接線類型,通過以下4個(gè)步驟進(jìn)行分析判斷。

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

b.檢查新設(shè)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(shí)值代數(shù)和為0,考慮采樣數(shù)據(jù)的誤差,應(yīng)滿足式(2)所示的條件。

c.檢查新設(shè)備三相電壓是否為正序。當(dāng)采樣數(shù)據(jù)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(diǎn)后的1/4周期時(shí)刻的電壓瞬時(shí)值;XUV表示U 相和V相2個(gè)采樣時(shí)刻瞬時(shí)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(jì)算方法,V 相逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)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(biāo)注U相,不再標(biāo)注V 相。旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期過程中,假設(shè)i=1采樣時(shí)刻是剛好是一個(gè)正弦波起始,一個(gè)周波內(nèi)各采樣點(diǎn)的UU(i)×UV(i+N/4)正負(fù)情況見式(4)所示。

圖2中標(biāo)注區(qū)域內(nèi)的采樣點(diǎn)運(yùn)算結(jié)果為負(fù)值,其他區(qū)域采樣點(diǎn)運(yùn)算結(jié)果為正值,經(jīng)推導(dǎo),對正序電壓有XUV＞0,同理XVW＞0且XWU＞0。

對于負(fù)序的電壓而言,按照上述計(jì)算方法,則電壓有XUV＜0,XVW＜0且XWU＜0。

若判斷為負(fù)序,需要工作人員檢查試驗(yàn)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(dǎo)致核相結(jié)果為負(fù)序。

d.檢查新設(shè)備三相電壓相位是否與參考運(yùn)行設(shè)備電壓一致。因?yàn)楦北聿蓸拥亩坞妷簽檎驎r(shí),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(gè)環(huán)節(jié)只涉及副表端采樣的數(shù)據(jù),該環(huán)節(jié)涉及主表和副表采樣數(shù)據(jù)的對比。

將新設(shè)備的數(shù)據(jù)與參考運(yùn)行設(shè)備的數(shù)據(jù)做差,若一個(gè)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi),才能說明新設(shè)備電壓正確,具體計(jì)算方法見式(5)所示。

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

圖3 誤差最大的采樣點(diǎn)

在相位錯(cuò)誤的情況,主表和副表相同采樣時(shí)刻相位相差約120°,此時(shí)得到的kU是周期性變化的,半個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)算結(jié)果可以涵蓋所有可能出現(xiàn)的數(shù)值,kU計(jì)算絕對值見表1所示。

表1 半個(gè)周期內(nèi)|kU(i)|的取值

從表1中可知,在相位錯(cuò)誤時(shí),一個(gè)周期內(nèi)所有采樣點(diǎn)計(jì)算出的數(shù)值都比相位正確時(shí)的最大誤差kUmax大。那么只要kU(i)中存在超過kUmax的樣本點(diǎn),則說明新設(shè)備電壓相位錯(cuò)誤。反之,若所有kU(i)樣本點(diǎn)都不大于kUmax,則說明正確。

當(dāng)存在異常時(shí),通過上述步驟能夠定位錯(cuò)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(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠,測試數(shù)據(jù)源于某變電站山大電力WGDL 型錄波器的采樣數(shù)據(jù)。以三相電壓一個(gè)周波瞬時(shí)值數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)來測試方法的正確性。

為了模擬圖1中錯(cuò)誤接線下的采樣數(shù)據(jù),需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行合理變換,具體變換方法如下:

將V、W 相原始電壓瞬時(shí)值分別與U 相原始電壓同一時(shí)刻瞬時(shí)值做差,結(jié)果作為V、W 相測試電壓瞬時(shí)值,U 相測試電壓取自U 相原始電壓瞬時(shí)值取相反數(shù),變換后三相電壓波形見圖4所示,程序反饋有效值錯(cuò)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(shí)值互換后作為V、W 相測試電壓瞬時(shí)值,U 相測試電壓數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)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(cuò)誤1對應(yīng)的電壓波形

圖5 典型錯(cuò)誤2對應(yīng)的電壓波形

為模擬圖1(c)的情況,將U 相原始電壓瞬時(shí)值作為V 相測試電壓瞬時(shí)值,將V 相原始電壓瞬時(shí)值作為W 相測試電壓瞬時(shí)值,將W 相原始電壓瞬時(shí)值作為U 相測試電壓瞬時(shí)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(cuò)誤,可能存在三相線全部接錯(cuò)的情況。

圖6 典型錯(cuò)誤3對應(yīng)的電壓波形

經(jīng)仿真測試,提出的方法可對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行4個(gè)步驟的運(yùn)算,并能夠準(zhǔn)確反饋各步驟的運(yùn)算結(jié)果。

4 結(jié)束語

經(jīng)過分析現(xiàn)有儀器存在智能判別的不足,為在核相出錯(cuò)時(shí)準(zhǔn)確定位錯(cuò)誤的類型,根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)匯總了典型接線錯(cuò)誤類型,依據(jù)錯(cuò)誤類型提出了遞進(jìn)式流程化的判斷方法。將采樣的數(shù)據(jù)按照三相電壓幅值、對稱性、相序和相位4個(gè)環(huán)節(jié)遞進(jìn)分析,逐步驗(yàn)證,任何環(huán)節(jié)判斷為異常時(shí),均能反饋給工作人員,從而達(dá)到縮小檢查范圍和提高效率的目的。