三相缺相相序保护器原理分析:

相序检测原理图

设三相电源分别为UA,UB,UC,经过电阻R接入到保护器,保护器内部由三个元器件对接入电压进行检测,分别是电容C接到A相,电阻R1接到B相,电阻R2接到C相。

检测三个元器件的电压UaNo, UbNo, UcNo,根据三个元器件的电压值就可以判断是否发生了电压相序故障。

1 当发生缺相时,对应的元器件不流过电流,因此,与发生缺相相连接的元器件,如果是电阻器,则电阻两端的电压为0V。如果是电容器,可通过检测电容电流为0A判断,可知,缺相是一种非常好判断的故障。

2 当发生相序错误时,三个元器件的端电压必然与相序正常情况下元器件端电压不同。通过判断元器件两端的电压变化情况即可判断相序是否正常。

根据KCL,KVL理论可求解三个元器件的电压值:

运用复阻抗方法表示电容阻抗为1/Cω,应用节点电压法,列写KCL方程:

用相量表示电压

令UA=220∠0 V,UB=220∠240 V,UC=220∠120 V

R=10K,1/ Cω=R1=R2=1K,带入公式中,计算Unon:

知道了中心点电压后,就可以求出电阻R1两端的电压:

同样的方式,可求出R2两端的电压:

这里假设电容所接的一相为A相,当相序正常情况下,电阻R1所接的B相电压,对应的R1两端电压幅值为25.565V,电阻R2所接的C相电压,对应的R2两端电压幅值为15V,可见电阻R1两端的电压大于电阻R2两端的电压而当相序反向的时候,会使得电阻R2两端的电压大于电阻R1两端的电压。这样就可以通过简单的阻容网络判断电压的相序。

到目前为止,我们讨论了一种利用硬件实现电压相序判断的方法,是一种简单低成本的检测相序方法,现实中,是否所有的三相设备都需要配备这种相序保护器哪

当然不是,有些设备可以就地取材来判断相序,比如并网用逆变器设备。

并网用逆变器设备由于自身具有采样网侧电压的需求,因此,通过数字处理器(DSP)已经知道了三相电压的大小,那么是否存在一种方法来计算是否电网存在缺相和相序错误,下面来介绍一种软件检测电压缺相的方法:

三相电压从静止坐标变换到旋转坐标,可获得直流电压Ud+,即三相交流电压的正序分量幅值。当三相电压相序反向时,旋转坐标的正序直流电压分量为0,而负序直流电压分量的幅值Ud-等于当三相电压相序正常情况下的Ud+值。这样,仅仅通过软件计算就完全可以知道是否发生了相序错误。

什么是静止坐标:简单讲,就是变量按时间顺序进行变化,坐标轴不变化。

三相交流电压是随着时间按正弦波的形式变化的物理量,可以用幅相坐标曲线表示。横轴为相角ωt坐标轴,角度随时间做线性变化,纵轴为幅值坐标轴,幅值随着角度按正弦规律变化。

如果把ωt包含在坐标轴变量里,那么这个关于ωt的时间坐标,就变化为关于αβ的两相静止坐标,两相静止坐标中αβ都是关于ωt的函数变量。

如果把一个正弦波电压量u表示成复指数形式:

那么,复指数形式电压的实部就是该正弦波电压量,虚部是与正弦波电压成90度关系的电压量。把横坐标定义为α轴,表示实部值,纵坐标定义为β轴表示虚部值,这个新的坐标就是两相静止坐标。那么,Ua的幅值只在α轴上变化,此时,如果把Ub和Uc两个电压也在一个坐标下表示,那么,就得到了三相电压的两相静止坐标表示方式。

假设Ua初相角为0度,Ub初相角滞后Ua120度,Uc初相角超前Ua120度,那么,他们在两相静止坐标空间上按顺时针排列。任意时刻,三相电压都能够合成一个电压矢量,而合成电压也是按逆时针方向旋转的相量。

如果把这个合成电压矢量当做旋转坐标的d轴,把与d轴垂直的轴当做q轴,那么就得到了两相静止坐标到旋转坐标的转换。显然Ud相对于旋转坐标的d轴是静止的,而旋转坐标d轴相对于α轴是旋转的,即旋转坐标是坐标轴在旋转。

因此,如果坐标中没有正序分量进行旋转,只存在负序分量旋转,则Ud+=0,只有负序旋转电压Ud-。

通过程序计算Ud-,即可判断是否发生了相序翻转。