电能质量在线监测装置检测PT断线故障的具体实现方式

电能质量在线监测装置检测 PT（电压互感器）断线故障的具体实现，采用“硬件采集 + 多判据融合算法 + 故障联动处理”三层架构，通过实时监测电压幅值、三相平衡度、零序电压、相角关系等电气特征，结合预设阈值与延时逻辑精准识别断线类型，并触发告警与数据保护动作，核心流程如下：

一、硬件采集层：信号获取与预处理

1. 采集通道配置

三相电压主通道：接入 PT 二次侧三相电压（通常为 100V 或 57.7V 标称值），通过高精度电压调理电路（包含分压电阻、滤波电容、运放放大）进行信号预处理

开口三角零序通道：接入 PT 开口三角绕组输出（3U₀），用于监测零序电压异常（断线时显著升高）

电流辅助通道：同步采集三相电流信号，用于区分 PT 断线（电流无突变）与电网短路故障（电流骤增）

2. 采样与精度保障

采样率：≥2560 点 / 周波（50Hz 系统），确保电压瞬时变化捕捉能力

ADC 精度：16 位及以上，保证幅值测量误差≤±0.2%

通道自检：实时监测调理电路阻抗漂移（电阻偏差＞1%）、短路 / 断路状态，提前预警硬件异常

二、软件算法层：多判据融合识别逻辑

1. 核心判据体系（5 大维度）

判据类型	判定条件	典型阈值设置	适用场景
幅值异常判据	某相电压＜额定值的30%，其余相电压＞**85%** 额定值	10kV 系统：断线相＜30V，正常相＞85V	单相 / 两相断线识别
三相不平衡判据	三相电压不平衡度＞10%（远高于正常工况≤**2%** 的阈值）	不平衡度 =（最大相电压 - 最小相电压）/ 平均电压 ×100%	所有断线类型
零序电压判据	开口三角输出3U₀＞10V（10kV 系统）且无零序电流	3U₀＞**10%** 额定电压（100V 系统为 10V）	区分断线与单相接地故障
相角突变判据	断线相电压相角偏离正常 **120°** 相位差＞50°	相角差绝对值＞**50°** 且持续≥20ms	断线相位精准定位
电流辅助判据	三相电流均＜0.04In（额定电流的 4%），且无突变	电流＜0.04In且变化率＜0.1A/s	排除短路故障干扰

2. 断线类型精准识别

单相断线：一相电压＜30%Un，另两相正常，不平衡度＞10%，3U₀＞10V且电流无突变

两相断线：两相电压＜30%Un，仅一相正常，不平衡度＞30%，3U₀显著升高

三相断线：三相电压均＜10%Un，3U₀接近 0，电流接近 0（极少发生）

3. 防误判机制

延时确认：所有判据满足后，需持续20~50ms（可配置）才判定为断线，避免瞬时干扰（如雷击、开关操作）

扰动过滤：通过小波变换或滑动窗口算法识别暂态扰动，仅处理稳态异常

双 PT 冗余校验（可选）：对比两组独立 PT 的测量值，差值＞2.5% 时判定异常，提升可靠性

三、故障处理层：识别后的联动动作

1. 故障确认流程

2. 核心动作

实时告警

本地：触发声光告警（指示灯闪烁 + 蜂鸣器），显示故障相别与类型

远程：向主站上传故障报文（包含时间戳、电压数据、故障类型编码）

波形录波

自动记录故障前后60 周波数据（故障前20 周波+ 故障后40 周波）

录波内容：三相电压、3U₀、三相电流波形，采样率提升至4096 点 / 周波

数据标记与隔离

对断线期间的电能质量数据（如谐波、闪变）标记为 **“无效数据”**，避免影响分析结果

触发循环覆盖存储保护：优先保留故障录波，覆盖低优先级稳态数据

故障恢复识别

实时监测三相电压恢复情况，当所有判据回归正常范围并持续10s后，发送故障复归信号

四、关键参数配置示例（10kV 系统）

参数项	推荐值	说明
幅值阈值	断线相＜30V，正常相＞85V	100V 标称系统
不平衡度阈值	＞10%	正常工况≤2%
零序电压阈值	3U₀＞10V	断线特征明显
相角差阈值	＞50°	偏离正常相位
电流阈值	＜0.04In	区分故障类型
确认延时	20~50ms	防暂态干扰
复归延时	10s	确保故障完全消除

五、技术保障与标准符合性

抗干扰设计

硬件：采用电磁屏蔽、隔离变压器，抵御变电站强电磁环境干扰

软件：数字滤波算法（如FIR 低通滤波），滤除高频噪声

标准遵循

符合DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》

满足GB/T 30137-2013《电能质量监测设备通用要求》中数据有效性与故障记录要求

自检与诊断

定期执行通道精度校准（与标准源比对），确保测量准确性

故障时自动记录硬件状态码，辅助运维人员定位问题

总结：实现逻辑精髓

PT 断线检测的核心在于“特征提取 + 多判据验证 + 时间确认”：通过硬件精准捕获电压异常特征，利用软件算法交叉验证（幅值异常必须伴随不平衡、零序异常且电流稳定），最后通过延时机制排除干扰，确保“不误报、不漏报”。这种实现方式既保障了监测数据的有效性，又为电网运维提供了精准的故障定位依据，是电能质量监测装置的关键功能之一。

审核编辑 黄宇