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[摘 要]PT是一种电压测量元件。由于PT本身的特性。PT断线是一种电厂的常见故障。该故障能否及时有效地进行判别，是继电保护装置正确动作的前提条件。在不同的设备中，有不同的检测方法。机端PT是用于测量机端电压的PT，往往是雙冗余配置的。本文针对机端PT双冗余配置的特点，结合现场环境，给出了一种PT断线的实用判据。该方法可作为励磁装置检测机端PT断线的补充。不需要另行增加设备，经过现场验证，简单可行.
[关键词]机端PT断线检测 双冗余
中图分类号：F230-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0044-01
0、引言
电压互感器（Potential transformer 简称PT，Voltage transformer也简称VT）和变压器很相像，都是用来变换线路上的电压。但是变压器变换电压的目的是为了输送电能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小.
在实际运行中，若PT引线安装位置不正确或固定不可靠，工作时可能受到电磁力矩的作用，而由于PT引线所受的都是方向交变的电磁力的作用，时间一长，引线就容易因为疲劳而断裂.
一、机端PT断线情况分析
1.机端PT连接方式
变压器常见的接线方式有D型接线和Y型接线。PT在本质上也可以看作是一种变压器。因此PT与负载的连接方式也有YY，YD，DY，DD四种。机端PT及其负载一般采用YY连接法。
按照断线的位置，PT断线一般可分为PT一次侧断线和PT二次侧断线。按照断线相别，又可分为对称断线和不对称断线。因此，可以分析断线发生时所对应的各相电压。
1.1.1 三相断线
三相断线即对称断线。此时，无论断线发生在一次侧还是二次侧，YD接线的PT二次各相电压均为0，即|U’a|=0；|U’b|=0；|U’c|=0。
此时，机端电压的有效值为0。
1.1.2 两相断线
以BC两相断线为例，当PT一次或二次侧发生BC两相断线时，PT二次负荷侧各相电压幅值|U’a|=|Ua|；|U’b|=0；|U’c|=0。所以相间电压为|U’ab|=|U’a|=|Ua|；|U’bc|=0；|U’ca|=|U’a|=|Ua|.
1.1.3 一相断线
以PT一次或二次侧发生A相断线为例，当A相发生断线时，PT二次负荷侧三相相电压分别为：|U’a|=0；|U’b|=|Ub|；|U’c|=|Uc|，其相间电压为|U’ab|=|U’b|=|Ub|；|U’bc|=|Ubc|；|U’ca|=|U’c|=|Uc|，
可见，当采用YY接法时，不管是一次断线还是二次断线其表现出来的现象是相同的。即断线相的相电压为0，其余相电压不变。即为有一一对应的特点。
2、保护设备常用PT断线检测及其不足
目前，国内保护厂家对于PT 不对称断线的判据各有不同，以下述的三种判据为例。判据一：负序电压大于8 V。
该判据是利用PT 不对称断线时，存在负序电压，而单相接地故障时，负序电压为零的特点来进行PT 不对称断线的判断的。
判据二：三相电压的向量和大于18 V ，并且至少有一线电压的模值之差大于20 V。
三相电压的向量和大于一指定值（18 V） ，是不对称断线的主要特征，“至少有一线电压的模值之差大于20 V”，用来考虑在中性点不接地系统中，单相接地故障时，三相的线电压仍然是对称的，以此来区分单相接地故障和不对称断线。
判据三：存在一线电压的模值之差大于18 V。
由以上可知，保护设备的PT断线检测是根据PT的电压来计算的。由于在工程实践中，保护设备要求可靠性高。因此送给保护用的PT线圈容量很大，而精度不高。不能满足某些设备对PT断线的检测要求。
3、励磁设备对机端PT断线的检测
在发电机励磁系统中，控制器采集机端电压作为闭环控制的参考信号。通过机端电压与给定的差值实现对机端电压的稳定控制。如果机端电压与给定的差值将增大，这将导致机端电压升高，也就是误强励。这可能会引起故障保护跳机。因此，当PT发生断线故障时，励磁系统必须快速退出包含该故障PT在内的控制环，切换到其他调节环。
励磁厂家的PT断线有以下几种方式：
判据一：使用机端电压与励磁柜阳极电压相比较。
一般在每个励磁整流柜中会安装同步变压器，同步变压器的容量比PT要大得多，一般不会损坏。且阳极电压与机端电压有固定的变比关系。因此可以通过机端电压与阳极电压的比值关系作为PT断线的依据。这也是目前大多数励磁系统使用的判决方法。
判据二：使用机端电压的当前值与过去值相比较。
PT断线时，测量的电压会忽然大幅下降。利用这个特性，当PT测量值小于某个门限值，并且测量值的下降速率大于某个门限。当2个条件同时满足时，可以认为是PT断线。
判据三：使用三相相电压交叉比较
使用PARK变换，利用三相电压的相位关系进行比较。该方法可以确定出哪一相断线，但理论算法相对复杂，使用较少。
4、电厂运行情况及改进
励磁设备自带的机端PT检测方式，一般可以检测出PT断线的情况。在现场试验时也能证明检测的可靠性。
但电厂运行环境是复杂的。有电厂发生过当PT缓慢熔断时，PT故障检测失败而导致误强励，最后导致跳机的情况。检测失败的原因在于当PT缓慢熔断时，机端电压缓慢升高，阳极电压也随着升高。PT测量的机端电压与阳极电压的比值始终不到门限。当电厂出现慢熔误强励问题时，急需要一种能快速处理该问题的方法，满足发电需求。
考虑到机端PT的接线方式是YY接线，当发生PT断线故障时，只有断线相的电压发生变化，其他相不变。且机端PT的配置一般为双冗余配置，而2组PT同相位同时断线的可能性很低。因此可以考虑利用两组PT的对比进行检测。
励磁设备中，两组PT分别送入不同的控制器。如果在励磁设备中实现2组PT的比较会带来“以谁为主”的问题，且电厂一般不会允许改动励磁程序。而电厂的DCS系统也采集这2组PT的量，因此该比较算法可以在DCS中实现。
实现步骤如下：
1、DCS采样PT1的数据，形成Ua1，Ub1，Uc1，PT2的数据Ua2，Ub2，Uc2.
2、计算两者的差值Delta1=Ua1-Ua2；Delta2=Ub1-Ub2；Delta3=Uc3-Uc3.
3、依据录波记录的强励动作启动值，设定比较门限值Threshold
4、当Delta1.2.3>Threshold时，报PT2断线。当 Delta1.2.3<-Threshold，报PT1断线.
5、发现PT断线，DCS发出切换调节方式命令.
6、试验结果
该算法在某电厂成功应用过。经过几年的运行，电厂再没有发生过因为PT断线检测失败而发生误强励的事件。证明该方法是有效的。
[关键词]机端PT断线检测 双冗余
中图分类号：F230-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0044-01
0、引言
电压互感器（Potential transformer 简称PT，Voltage transformer也简称VT）和变压器很相像，都是用来变换线路上的电压。但是变压器变换电压的目的是为了输送电能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小.
在实际运行中，若PT引线安装位置不正确或固定不可靠，工作时可能受到电磁力矩的作用，而由于PT引线所受的都是方向交变的电磁力的作用，时间一长，引线就容易因为疲劳而断裂.
一、机端PT断线情况分析
1.机端PT连接方式
变压器常见的接线方式有D型接线和Y型接线。PT在本质上也可以看作是一种变压器。因此PT与负载的连接方式也有YY，YD，DY，DD四种。机端PT及其负载一般采用YY连接法。
按照断线的位置，PT断线一般可分为PT一次侧断线和PT二次侧断线。按照断线相别，又可分为对称断线和不对称断线。因此，可以分析断线发生时所对应的各相电压。
1.1.1 三相断线
三相断线即对称断线。此时，无论断线发生在一次侧还是二次侧，YD接线的PT二次各相电压均为0，即|U’a|=0；|U’b|=0；|U’c|=0。
此时，机端电压的有效值为0。
1.1.2 两相断线
以BC两相断线为例，当PT一次或二次侧发生BC两相断线时，PT二次负荷侧各相电压幅值|U’a|=|Ua|；|U’b|=0；|U’c|=0。所以相间电压为|U’ab|=|U’a|=|Ua|；|U’bc|=0；|U’ca|=|U’a|=|Ua|.
1.1.3 一相断线
以PT一次或二次侧发生A相断线为例，当A相发生断线时，PT二次负荷侧三相相电压分别为：|U’a|=0；|U’b|=|Ub|；|U’c|=|Uc|，其相间电压为|U’ab|=|U’b|=|Ub|；|U’bc|=|Ubc|；|U’ca|=|U’c|=|Uc|，
可见，当采用YY接法时，不管是一次断线还是二次断线其表现出来的现象是相同的。即断线相的相电压为0，其余相电压不变。即为有一一对应的特点。
2、保护设备常用PT断线检测及其不足
目前，国内保护厂家对于PT 不对称断线的判据各有不同，以下述的三种判据为例。判据一：负序电压大于8 V。
该判据是利用PT 不对称断线时，存在负序电压，而单相接地故障时，负序电压为零的特点来进行PT 不对称断线的判断的。
判据二：三相电压的向量和大于18 V ，并且至少有一线电压的模值之差大于20 V。
三相电压的向量和大于一指定值（18 V） ，是不对称断线的主要特征，“至少有一线电压的模值之差大于20 V”，用来考虑在中性点不接地系统中，单相接地故障时，三相的线电压仍然是对称的，以此来区分单相接地故障和不对称断线。
判据三：存在一线电压的模值之差大于18 V。
由以上可知，保护设备的PT断线检测是根据PT的电压来计算的。由于在工程实践中，保护设备要求可靠性高。因此送给保护用的PT线圈容量很大，而精度不高。不能满足某些设备对PT断线的检测要求。
3、励磁设备对机端PT断线的检测
在发电机励磁系统中，控制器采集机端电压作为闭环控制的参考信号。通过机端电压与给定的差值实现对机端电压的稳定控制。如果机端电压与给定的差值将增大，这将导致机端电压升高，也就是误强励。这可能会引起故障保护跳机。因此，当PT发生断线故障时，励磁系统必须快速退出包含该故障PT在内的控制环，切换到其他调节环。
励磁厂家的PT断线有以下几种方式：
判据一：使用机端电压与励磁柜阳极电压相比较。
一般在每个励磁整流柜中会安装同步变压器，同步变压器的容量比PT要大得多，一般不会损坏。且阳极电压与机端电压有固定的变比关系。因此可以通过机端电压与阳极电压的比值关系作为PT断线的依据。这也是目前大多数励磁系统使用的判决方法。
判据二：使用机端电压的当前值与过去值相比较。
PT断线时，测量的电压会忽然大幅下降。利用这个特性，当PT测量值小于某个门限值，并且测量值的下降速率大于某个门限。当2个条件同时满足时，可以认为是PT断线。
判据三：使用三相相电压交叉比较
使用PARK变换，利用三相电压的相位关系进行比较。该方法可以确定出哪一相断线，但理论算法相对复杂，使用较少。
4、电厂运行情况及改进
励磁设备自带的机端PT检测方式，一般可以检测出PT断线的情况。在现场试验时也能证明检测的可靠性。
但电厂运行环境是复杂的。有电厂发生过当PT缓慢熔断时，PT故障检测失败而导致误强励，最后导致跳机的情况。检测失败的原因在于当PT缓慢熔断时，机端电压缓慢升高，阳极电压也随着升高。PT测量的机端电压与阳极电压的比值始终不到门限。当电厂出现慢熔误强励问题时，急需要一种能快速处理该问题的方法，满足发电需求。
考虑到机端PT的接线方式是YY接线，当发生PT断线故障时，只有断线相的电压发生变化，其他相不变。且机端PT的配置一般为双冗余配置，而2组PT同相位同时断线的可能性很低。因此可以考虑利用两组PT的对比进行检测。
励磁设备中，两组PT分别送入不同的控制器。如果在励磁设备中实现2组PT的比较会带来“以谁为主”的问题，且电厂一般不会允许改动励磁程序。而电厂的DCS系统也采集这2组PT的量，因此该比较算法可以在DCS中实现。
实现步骤如下：
1、DCS采样PT1的数据，形成Ua1，Ub1，Uc1，PT2的数据Ua2，Ub2，Uc2.
2、计算两者的差值Delta1=Ua1-Ua2；Delta2=Ub1-Ub2；Delta3=Uc3-Uc3.
3、依据录波记录的强励动作启动值，设定比较门限值Threshold
4、当Delta1.2.3>Threshold时，报PT2断线。当 Delta1.2.3<-Threshold，报PT1断线.
5、发现PT断线，DCS发出切换调节方式命令.
6、试验结果
该算法在某电厂成功应用过。经过几年的运行，电厂再没有发生过因为PT断线检测失败而发生误强励的事件。证明该方法是有效的。