电气技术

Z_△/Z_Y	星形负载	三角形负载
10³	1	1	1	1
10	1	1	1	1
1	1	0	1	1
10^-1	1	0	1	0
10^-3	1	0	1	0

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10³	1	1	1	1
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10^-3	1	0	1	0

Z_△/Z_Y	星形负载	三角形负载
10³	1	1	1	1
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10^-3	1	1	1	1

Z_△/Z_Y	星形负载	三角形负载
10³	1	1	1	1
10	1	1	1	1
1	1	1	1	1
10^-1	1	1	1	1
10^-3	1	1	1	1

类型	新判据	现有判据
单相断线	1	1
两相断线	1	1

类型	新判据	现有判据
单相断线	1	1
两相断线	1	1

类型	新判据	现有判据
单相断线	1	1
两相断线	0	0

类型	新判据	现有判据
单相断线	1	1
两相断线	0	0

基于序电压比值原理的电压互感器断线检测

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马俊岭 ¹ , 厉志波 ²

电气技术 | 研究与开发 2025,26(4): 44-49

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电气技术 | 研究与开发 2025, 26(4): 44-49

基于序电压比值原理的电压互感器断线检测

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马俊岭¹, 厉志波²

作者信息

¹ 华润新能源投资有限公司河南分公司，郑州 450018

² 润电能源科学技术有限公司，郑州 450018

Detection of potential transformer secondary break based on the principle of sequence voltage ratio

Junling MA¹, Zhibo LI²

Affiliations

¹ China Resources New Energy Investment Co., Ltd He’nan Branch, Zhengzhou 450018

² Run-dian Energy Science and Technology Co., Ltd, Zhengzhou 450018

出版时间: 2025-04-15

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摘要

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通过分析电压互感器（PT）二次回路断线后的故障特征，提出一种基于序电压比值原理的PT断线检测方法。该方法主要依据采集的PT二次电压，通过计算正序电压与负序电压的比值来判断PT是否断线。仿真结果表明，该判据能够实现对PT二次回路不对称断线故障的准确判断，尤其是在PT二次回路同时并联三角形负载与星形负载的工况下具有明显优势。

关键词

电压互感器（PT）断线 / 序电压 / 判据

Abstract

收起

Based on the fault characteristics following the disconnection of the secondary circuit of a potential transformer (PT), a detection method for PT secondary break utilizing the principle of sequence voltage ratio is proposed. This method primarily calculates the ratio of the positive sequence voltage to the negative sequence voltage from the PT’s secondary voltage data to determine the occurrence of a PT break. Simulation results demonstrate that this criterion can accurately assess whether an asymmetric disconnection has occurred in the PT secondary circuit, particularly advantageous when the PT secondary circuit is concurrently connected to both delta and star loads.

Key words

potential tansformer (PT) break / sequence voltage / criterion

引用本文

马俊岭, 厉志波. 基于序电压比值原理的电压互感器断线检测. 电气技术, 2025 , 26 (4) : 44 -49 .

Junling MA, Zhibo LI. Detection of potential transformer secondary break based on the principle of sequence voltage ratio[J]. Electrical Engineering, 2025 , 26 (4) : 44 -49 .

正文

收起

0 引言

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电压互感器（potential transformer, PT）二次回路断线是生产现场一种常见的故障^[1-3]，对电力系统的安全稳定运行有一定影响。PT二次回路断线可以分为三相断线和不对称断线两种情况，其中不对称断线分为单相断线和两相断线。为防止PT断线造成保护误动，继电保护规程明确规定，保护装置应能判别电压互感器二次侧断线的情况，并自动闭锁、发出信号。

目前，各保护厂家关于PT二次回路三相断线的判据基本一致，本文不再赘述。而对于PT不对称断线的判据，存在多种不同方法，主要包括以下3种^[4-7]：判据1，负序电压U₂大于13V或8V；判据2，三相相电压的相量和大于18V，并且至少有一线电压的模值之差大于20V；判据3，存在一线电压的模值之差大于18V。然而，虽然上述PT不对称断线判据在多数运行工况下能够做出正确判断，但是并非适用所有工况。实际运行中，发生过在PT二次回路断线的情况下，备自投装置、线路保护装置PT断线判据误判的情况^[8-11]。

针对现有PT不对称断线判据的局限性，本文提出一种基于序电压比值原理的新型PT断线检测方法。该方法通过对比分析正序电压与负序电压的比值关系，构建一种新型断线判据。为验证所提新型PT不对称断线判据的有效性，本文通过PSCAD/ EMTDC仿真软件进行仿真研究。通过模拟不同工况下的PT断线情况，对比分析新型判据与传统判据的判断结果，从而证明新型判据在多种工况下的有效性。

1 PT二次绕组接线方式

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在火力发电厂中，PT二次回路并联大量的继电保护装置、安全自动装置、计量装置等。PT二次回路中负载的联结方式有星形联结和三角形联结两种。根据二次回路负载联结方式，将星形联结的设备称为星形负载，三角形联结的设备称为三角形负载。

在生产现场，PT二次回路负载存在3种工况：工况1，PT二次回路不同类型装置混接；工况2，PT二次回路只接星形负载；工况3，PT二次回路只接三角形负载（较为少见）。典型的PT二次回路接线如图1所示。

为便于分析，做如下假设：

1）负载装置内部电压变换器的三相阻抗平衡。

2）三角形负载装置等效模型的阻抗${{Z}_{\vartriangle }}$=0~∞。

3）星形负载装置等效模型的阻抗${{Z}_{Y}}$=0~∞。

4） PT二次绕组三相电压幅值相等、频率相同，相位依次相差120°；二次额定电压幅值U_N=57.7V。

2 工况1条件下PT断线后序电压特征

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2.1 单相断线后星形负载装置采集到的序电压特征

设PT二次回路发生B相断线，相电压装置采集到的非断线相电压的关系为

（1）${{\dot{U}}_{\text{A{N}'}}}={{a}^{2}}{{\dot{U}}_{\text{C{N}'}}}$

式中：${{\dot{U}}_{\text{A{N}'}}}$、${{\dot{U}}_{\text{C{N}'}}}$为图1中A、C对$\text{{N}'}$的电压；a为旋转因子。

根据图1有

（2）$\left\{ \begin{matrix} & {{V}_{\text{A}\vartriangle }}={{V}_{\text{A}}}\text{ } \\ & {{V}_{\text{B}\vartriangle }}={{V}_{\text{B}}} \\ & {{V}_{\text{C}\vartriangle }}={{V}_{\text{C}}} \\ \end{matrix} \right.$

式中：V_A、V_B、V_C分别为图1中A、B、C点电位；${{V}_{\text{A}\vartriangle }}$、${{V}_{\text{B}\vartriangle }}$、${{V}_{\text{C}\vartriangle }}$分别为图1中${{\text{A}}_{\vartriangle }}$、${{\text{B}}_{\vartriangle }}$、${{\text{C}}_{\vartriangle }}$电位。

根据节点电压法，计算保护装置采集到的断线相电压，有

（3）$\frac{{{V}_{\text{A}\vartriangle }}-{{V}_{\text{B}\vartriangle }}}{{{Z}_{\vartriangle }}}+\frac{{{V}_{\text{C}\vartriangle }}-{{V}_{\text{B}\vartriangle }}}{{{Z}_{\vartriangle }}}-\frac{{{V}_{\text{B}\vartriangle }}-{{V}_{{\text{{N}'}}}}}{{{Z}_{Y}}}=0$

式中，${{V}_{{\text{{N}'}}}}$为图1中$\text{{N}'}$电位。

经计算化简可得

（4）${{\dot{U}}_{\text{B{N}'}}}=\frac{{{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}+{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}}{\frac{2}{{{Z}_{\vartriangle }}}+\frac{1}{{{Z}_{Y}}}}\cdot \frac{1}{{{Z}_{\vartriangle }}}$

式中，${{\dot{U}}_{\text{B{N}'}}}$为图1中B对$\text{{N}'}$的电压。

正序电压${{\dot{U}}_{1}}$为

（5）${{\dot{U}}_{1}}=\frac{1}{3}\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}+{{a}^{2}}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}+a{{{\dot{U}}}_{\text{B{N}'}}} \right)=\frac{1}{3}{{\dot{U}}_{\text{A{N}'}}}\left( 2-\frac{1}{2+\frac{{{Z}_{\vartriangle }}}{{{Z}_{Y}}}} \right)$

负序电压${{\dot{U}}_{2}}$为

（6）${{\dot{U}}_{2}}=\frac{1}{3}\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}+a{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}+{{a}^{2}}{{{\dot{U}}}_{\text{B{N}'}}} \right)=\frac{1}{3}{{\dot{U}}_{\text{A{N}'}}}\left( 1+\frac{1}{2+\frac{{{Z}_{\vartriangle }}}{{{Z}_{Y}}}} \right)$

则序电压比值为

（7）$\alpha =\frac{\left| {{{\dot{U}}}_{1}} \right|}{\left| {{{\dot{U}}}_{2}} \right|}=\frac{2-\frac{{{Z}_{Y}}}{2{{Z}_{Y}}\text{+}{{Z}_{\vartriangle }}}}{\text{1+}\frac{{{Z}_{Y}}}{2{{Z}_{Y}}\text{+}{{Z}_{\vartriangle }}}}$

经化简得

（8）$\alpha =\frac{\left| {{{\dot{U}}}_{\text{1}}} \right|}{\left| {{{\dot{U}}}_{2}} \right|}=\text{1}+\frac{\text{1}}{3\frac{{{Z}_{Y}}}{{{Z}_{\vartriangle }}}\text{+1}}$

令${{Z}_{Y}}\text{=}n{{Z}_{\vartriangle }}$，有

（9）$\alpha =\text{1}+\frac{1}{3n+\text{1}}$

则

（10）$\left\{ \begin{matrix} & \underset{n\to \text{+}\infty }{\mathop{\lim }}\,\left( \text{1}+\frac{\text{1}}{3n+\text{1}} \right)=\text{1} \\ & \underset{n\to 0}{\mathop{\lim }}\,\left( \text{1}+\frac{\text{1}}{3n+\text{1}} \right)=\text{2} \\ \end{matrix} \right.$

即$\alpha $的取值范围为[1,2]。

2.2 单相断线后三角形负载装置采集到的序电压特征

假设PT二次回路B相断线，非断线相相电压关系为

（11）${{\dot{U}}_{\text{A{N}'}}}={{a}^{2}}{{\dot{U}}_{\text{C{N}'}}}$

对于线电压装置采集到的电压，结合式（4）可得

（12）$\left\{ \begin{matrix} & {{{\dot{U}}}_{\text{A}\vartriangle \text{B}\vartriangle }}={{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}-\frac{{{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}+{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}}{2+\frac{{{Z}_{\vartriangle }}}{{{Z}_{Y}}}} \\ & {{{\dot{U}}}_{\text{A}\vartriangle \text{C}\vartriangle }}={{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}-{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}} \\ & {{{\dot{U}}}_{\text{B}\vartriangle \text{C}\vartriangle }}=-{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}-\frac{{{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}+{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}}{2+\frac{{{Z}_{\vartriangle }}}{{{Z}_{Y}}}} \\ \end{matrix} \right.$

式中，${{\dot{U}}_{\text{A}\vartriangle \text{B}\vartriangle }}$、${{\dot{U}}_{\text{A}\vartriangle \text{C}\vartriangle }}$、${{\dot{U}}_{\text{B}\vartriangle \text{C}\vartriangle }}$分别为图1中${{\text{A}}_{\vartriangle }}{{\text{B}}_{\vartriangle }}$、${{\text{A}}_{\vartriangle }}{{\text{C}}_{\vartriangle }}$、${{\text{B}}_{\vartriangle }}{{\text{C}}_{\vartriangle }}$的线电压。

令

（13）$\gamma =\frac{1}{2+\frac{{{Z}_{\vartriangle }}}{{{Z}_{Y}}}}$

根据三角函数知识可得

（14）$\left\{ \begin{matrix} & \dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{B}\vartriangle }^{2}=\dot{U}_{\text{A{N}'}}^{\text{2}}+{{\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}\gamma +{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}\gamma \right)}^{2}}- \\ & \ 2{{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}\gamma +{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}\gamma \right)\text{cos}\frac{\text{ }\!\!\pi\!\!\text{ }}{\text{3}} \\ & \text{=}\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{\gamma }^{2}}-\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\gamma \\ & \dot{U}_{\text{B}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{2}}=\dot{U}_{\text{C{N}'}}^{\text{2}}+{{\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}\gamma +{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}\gamma \right)}^{2}}- \\ & \ 2{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}\gamma +{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}\gamma \right)\cos \frac{\text{ }\!\!\pi\!\!\text{ }}{\text{3}} \\ & \text{=}\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{\gamma }^{2}}-\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\gamma \\ & \dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{2}}=3\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}} \end{matrix} \right.$

计算正序电压^[12-15]为

（15）$\begin{matrix} & 3\dot{U}_{1}^{2}=\frac{2\left( \dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\text{+}\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{\gamma }^{\text{2}}}-\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\gamma \right)+3\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\text{+}\sqrt{3{{\left[ 2\left( \dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\text{+}\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{\gamma }^{2}}-\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\gamma \right)+3\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}} \right]}^{2}}-3{{\left( \dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\text{+}\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{\gamma }^{2}}-\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\gamma \right)}^{2}}-\text{54}\dot{U}_{\text{N}}^{\text{4}}~~~}}{2} \\ & =\frac{5\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}+2\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{\gamma }^{\text{2}}}-2\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\gamma +\text{3}\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\left| 1-2\gamma \right|}{2} \end{matrix}$

令${{Z}_{\vartriangle }}=m{{Z}_{Y}}$，有

（16）$\gamma =\frac{\text{1}}{2+m}$

则

（17）$\left\{ \begin{matrix} & \underset{m\to \text{+}\infty }{\mathop{\lim }}\,\text{(}1-2\gamma \text{)}=\underset{m\to \text{+}\infty }{\mathop{\lim }}\,\left( \text{1}-\frac{2}{2+m} \right)=\text{1} \\ & \underset{m\to \text{0}}{\mathop{\lim }}\,\text{(}1-2\gamma \text{)}=\underset{m\to \text{0}}{\mathop{\lim }}\,\left( \text{1}-\frac{2}{2+m} \right)=\text{0} \\ \end{matrix} \right.$

因此有$\left| 1-2\gamma \right|=1-2\gamma $。最后化简得

（18）$3\dot{U}_{1}^{2}=4\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{\gamma }^{2}}-\text{4}\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\gamma =\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{(\text{2}-\gamma )}^{2}}$

负序电压为

（19）$\begin{matrix} & 3\dot{U}_{2}^{2}=\frac{2\left( \dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{\gamma }^{2}}-\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\gamma \right)+3\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}-\sqrt{3{{\left[ 2\left( \dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\text{+}\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{\gamma }^{\text{2}}}-\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\gamma \right)+3\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}} \right]}^{2}}-3{{\left( \dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\text{+}\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{\gamma }^{\text{2}}}-\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\gamma \right)}^{2}}-\text{54}\dot{U}_{\text{N}}^{\text{4}}}}{2} \\ & =\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{\gamma }^{2}}+2\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}\gamma =\dot{U}_{\text{N}}^{\text{2}}{{(\text{1}+\gamma )}^{2}} \end{matrix}$

序电压比值为

（20）$\alpha =\frac{\left| {{{\dot{U}}}_{1}} \right|}{\left| {{{\dot{U}}}_{2}} \right|}=\frac{2-\gamma }{1+\gamma }=\frac{2-\frac{1}{2+\frac{{{Z}_{\vartriangle }}}{{{Z}_{Y}}}}}{1+\frac{1}{2+\frac{{{Z}_{\vartriangle }}}{{{Z}_{Y}}}}}=1+\frac{1}{\frac{3}{m}+1}$

则

（21）$\left\{ \begin{matrix} & \underset{m\to \text{+}\infty }{\mathop{\lim }}\,\left( \text{1}+\frac{\text{1}}{\text{1+}\frac{\text{3}}{m}} \right)=\text{2} \\ & \underset{m\to \text{0}}{\mathop{\lim }}\,\left( \text{1}+\frac{\text{1}}{\text{1+}\frac{\text{3}}{m}} \right)=\text{1} \\ \end{matrix} \right.$

即$\alpha $的取值范围为[1,2]。

2.3 两相断线后星形负载装置采集到的序电压特征

假设PT二次回路发生A、B两相断线，非断线相C相电压为${{\dot{U}}_{\text{C{N}'}}}$。保护装置采集到的A相电压通过图2所示实线即N600→$\text{{N}'}$→A→${{\text{A}}_{\vartriangle }}$→${{\text{C}}_{\vartriangle }}$→QFC→C630路径形成新的回路。

保护装置采集到的B相电压通过图3所示实线N600→$\text{{N}'}$→B→${{\text{B}}_{\vartriangle }}$→${{\text{C}}_{\vartriangle }}$→QFC→C630路径形成回路。

根据电路知识计算得

（22）$\left\{ \begin{matrix} & {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}=\frac{{{Z}_{Y}}}{{{Z}_{\vartriangle }}+{{Z}_{Y}}}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}} \\ & {{{\dot{U}}}_{\text{B{N}'}}}=\frac{{{Z}_{Y}}}{{{Z}_{\vartriangle }}+{{Z}_{Y}}}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}} \\ \end{matrix} \right.$

正序电压为

（23）$\begin{matrix} & {{{\dot{U}}}_{1}}=\frac{1}{3}\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}+{{a}^{2}}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}+a{{{\dot{U}}}_{\text{B{N}'}}} \right) \\ & =\frac{1}{3}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}\left( 1-\frac{{{Z}_{Y}}}{{{Z}_{\vartriangle }}+{{Z}_{Y}}} \right)=\frac{1}{3}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}\frac{{{Z}_{\vartriangle }}}{{{Z}_{\vartriangle }}+{{Z}_{Y}}} \end{matrix}$

令

（24）$\beta =\frac{{{Z}_{\vartriangle }}}{{{Z}_{\vartriangle }}+{{Z}_{Y}}}$

则

（25）${{\dot{U}}_{1}}=\frac{1}{3}\beta {{\dot{U}}_{\text{C{N}'}}}$

负序电压为

（26）$\begin{matrix} & {{{\dot{U}}}_{2}}=\frac{1}{3}\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}+a{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}+{{a}^{2}}{{{\dot{U}}}_{\text{B{N}'}}} \right) \\ & =\frac{\text{1}}{\text{3}}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}\left( 1-\frac{{{Z}_{Y}}}{{{Z}_{\vartriangle }}+{{Z}_{Y}}} \right)=\frac{1}{3}\beta {{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}} \end{matrix}$

序电压比值为

（27）$\alpha =\frac{\left| {{{\dot{U}}}_{1}} \right|}{\left| {{{\dot{U}}}_{2}} \right|}=\text{1}$

2.4 两相断线后三角形负载装置采集到的序电压特征

假设PT二次侧A、B相断线，线电压装置采集到的线电压为

（28）$\left\{ \begin{matrix} & {{{\dot{U}}}_{\text{B}\vartriangle \text{C}\vartriangle }}=\frac{-{{Z}_{\vartriangle }}}{{{Z}_{\vartriangle }}+{{Z}_{Y}}}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}} \\ & {{{\dot{U}}}_{\text{A}\vartriangle \text{C}\vartriangle }}=\frac{-{{Z}_{\vartriangle }}}{{{Z}_{\vartriangle }}+{{Z}_{Y}}}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}} \\ & {{{\dot{U}}}_{\text{A}\vartriangle \text{B}\vartriangle }}=0\text{V} \\ \end{matrix} \right.$

负序电压为

（29）$3\dot{U}_{2}^{2}=\frac{\dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{B}\vartriangle }^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{B}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{2}}-\sqrt{3{{\left( \dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{B}\vartriangle }^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{B}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{2}} \right)}^{2}}-6\dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{B}\vartriangle }^{\text{4}}-6\dot{U}_{\text{B}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{4}-6\dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{4}}}}{2}$

正序电压为

（30）$3\dot{U}_{1}^{2}=\frac{\dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{B}\vartriangle }^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{B}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{2}}+\sqrt{3{{\left( \dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{B}\vartriangle }^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{B}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{2}}+\dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{2}} \right)}^{2}}-6\dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{B}\vartriangle }^{\text{4}}-6\dot{U}_{\text{B}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{4}}-6\dot{U}_{\text{A}\vartriangle \text{C}\vartriangle }^{\text{4}}}}{2}$

经计算可得

（31）$\alpha =\frac{\left| {{{\dot{U}}}_{1}} \right|}{\left| {{{\dot{U}}}_{2}} \right|}=\text{1}$

3 其他工况条件下PT断线后序电压特征

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3.1 工况2条件下PT断线后序电压特征

1）单相断线后序电压特征

假设PT二次回路B相断线，则装置采集到的B相电压为0V，非断线相电压为

（32）${{\dot{U}}_{\text{A{N}'}}}={{a}^{2}}{{\dot{U}}_{\text{C{N}'}}}$

则负序电压为

（33）${{\dot{U}}_{2}}=\frac{1}{3}\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}+a{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}} \right)=\frac{\text{1}}{\text{3}}{{\dot{U}}_{\text{A{N}'}}}{{\text{e}}^{-\frac{\text{ }\!\!\pi\!\!\text{ }}{3}\text{j}}}$

正序电压为

（34）${{\dot{U}}_{1}}=\frac{1}{3}\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}+{{a}^{2}}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}+a{{{\dot{U}}}_{\text{B{N}'}}} \right)=\frac{\text{2}}{\text{3}}{{\dot{U}}_{\text{A{N}'}}}$

则有

（35）$\alpha =\frac{\left| {{{\dot{U}}}_{1}} \right|}{\left| {{{\dot{U}}}_{2}} \right|}=\text{2}$

2）两相断线后序电压特征

假设PT二次回路A、B两相断线，装置采集到的A、B相电压为0V，非断线相电压为${{U}_{\text{C{N}'}}}$，则负序电压为

（36）${{\dot{U}}_{2}}=\frac{1}{3}\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}+{{a}^{2}}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}+a{{{\dot{U}}}_{\text{B{N}'}}} \right)=\frac{\text{1}}{\text{3}}{{\dot{U}}_{\text{C{N}'}}}$

正序电压为

（37）${{\dot{U}}_{1}}=\frac{1}{3}\left( {{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}+{{a}^{2}}{{{\dot{U}}}_{\text{C{N}'}}}+a{{{\dot{U}}}_{\text{B{N}'}}} \right)=\frac{\text{1}}{\text{3}}{{\dot{U}}_{\text{C{N}'}}}$

则

（38）$\alpha =\frac{\left| {{{\dot{U}}}_{1}} \right|}{\left| {{{\dot{U}}}_{2}} \right|}=\text{1}$

3.2 工况3条件下PT断线后序电压特征

1）单相断线后序电压特征

假设PT二次回路发生单相断线如B相断线，根据电路知识可得

（39）$\left\{ \begin{matrix} & {{{\dot{U}}}_{\text{A}\vartriangle \text{B}\vartriangle }}=\frac{{{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}}{\text{2}} \\ & {{{\dot{U}}}_{\text{B}\vartriangle \text{C}\vartriangle }}=\frac{{{{\dot{U}}}_{\text{A{N}'}}}}{\text{2}} \\ & {{{\dot{U}}}_{\text{A}\vartriangle \text{C}\vartriangle }}={{{\dot{U}}}_{\text{AC}}} \\ \end{matrix} \right.$

经计算并化简得

（40）$\alpha =\frac{\left| {{{\dot{U}}}_{1}} \right|}{\left| {{{\dot{U}}}_{2}} \right|}=\text{1}$

2）两相断线后序电压特征

假设PT二次回路两相断线，则装置采集到的线电压均为0V，其特征与三相断线相同。

4 一种新的PT断线闭锁判据及其仿真

收起

4.1 新PT断线判据

综上所述，各种工况下发生PT断线后，其正序电压与负序电压比值有明显的特征，即1≤$\alpha $≤2，基于这一特征，本文提出新的PT断线判据如下。

判据1：保护装置通过采集到的电压数据，分别计算正序电压幅值和负序电压幅值，并计算其比值$\alpha $。当1≤$\alpha $≤2时，判定为PT不对称断线。

判据2：对于PT二次回路三相断线的情况（常规设计），当电压小于(0.25~0.3)U_N且电流值大于0.04I_e（I_e为对应回路的额定值）时，判定为PT三相对称断线。

判据1与判据2结合使用，可准确判断PT二次侧发生的各种断线故障。但是，在PT二次回路仅接三角形负载的情况下，由于PT两相断线后，装置采集到的线电压均为0V，因此无法仅通过单一的电压量进行判断。在这种情况下，可根据判据2判为三相断线，并闭锁相关保护，不会造成保护误动。

4.2 仿真研究

为了验证所提新判据判断PT二次回路不对称（单相、两相）断线的有效性，基于PSCAD/EMTDC建立图4所示电气模型。在PT二次回路混接不同类型负载（单一星形负载、单一三角形负载）的情况下，分别模拟单相断线、两相断线的情况。PT二次回路不对称断线判据分别按照新判据1≤$\alpha $≤2和某公司的PT断线判据（简称现有判据）U₂>13V进行设置，判定PT发生不对称断线时输出1，判断未发生断线时输出0。仿真结果见表1~表4。

由仿真结果可以发现，新判据在PT二次回路混接不同类型负载的情况下，均能正确判断出PT发生不对称断线，具有明显优势，但也存在一定的不足，如表4仿真结果表明，在PT二次回路仅接单一三角形负载的情况下，新判据与现有判据均无法判断出PT两相不对称断线，这种情况满足三相断线的判据，因此并不会造成保护误动。总体而言，新判据优势大于不足，具有一定的应用价值。

5 结论

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本文通过理论分析提出了基于序电压比值原理的PT断线新判据。PSCAD/EMTDC仿真结果表明，该判据动作可靠、判断准确，尤其在PT二次回路并接不同类型负载的情况下，较现有判据具有明显优势。结合三相断线判据，新判据可以实现对所有类型PT二次侧断线情况的正确判断，能够避免保护误动，具有一定的实用价值。

参考文献

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文献

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2025年第26卷第4期

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接收时间：2024-10-08
首发时间：2025-12-02
出版时间：2025-04-15

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收稿日期：2024-10-08
修回日期：2024-12-19

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¹ 华润新能源投资有限公司河南分公司，郑州 450018

² 润电能源科学技术有限公司，郑州 450018

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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