專利名稱：用于監(jiān)控電流互感器工作的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明尤其但不唯一地涉及一種監(jiān)控連接到保護繼電器的多個電流互感器的工作的方法。本發(fā)明還涉及一種用于監(jiān)控多個電流互感器工作的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)例如三相電力傳輸系統(tǒng)中使用保護繼電器以檢測異常工作狀態(tài)。在對這種狀態(tài)的檢測中，保護繼電器操作斷路器的脫扣機構(gòu)，從而斷開電路以保護電氣元件例如傳輸線、電纜和變壓器。
保護繼電器通過監(jiān)視給定電力系統(tǒng)中的電流而檢測異常工作狀態(tài)。該電流通過兩組或更多組三相電流互感器提供到保護繼電器。一組中包括三個單獨的電流互感器的集合，其中每個電流互感器對應(yīng)于一個相位。
電流互感器內(nèi)的內(nèi)部故障、或者電流互感器和保護繼電器之間連接中的內(nèi)部故障，導(dǎo)致被該保護繼電器監(jiān)視的電流與該電力系統(tǒng)其余部分中的實際電流不同。
這導(dǎo)致該保護繼電器亂真地操作斷路機構(gòu)，從而不必要地中斷傳輸線、電纜或變壓器的連接，進而導(dǎo)致對于下游部件和用戶的供電中斷。
這個問題在差動保護繼電器例如線路差動和變壓器差動繼電器中尤其明顯。這是因為差動繼電器一般地將流入電力系統(tǒng)中的設(shè)備的電流與流出該設(shè)備的電流相比較。
對電流互感器故障的檢測可以用于防止保護繼電器亂真地操作脫扣機構(gòu)?？梢酝ㄟ^閉塞繼電器的輸入元件來阻止該保護繼電器的操作。
可替換地，盡管輸入到繼電器的電流是錯誤的，仍然可以通過減少該繼電器的脫扣靈敏性來阻止亂真操作。這使得該繼電器能夠繼續(xù)提供一定程度的保護。
確定電流互感器或其連接中的故障的一種方式，即監(jiān)控該電流互感器的方式，是將進入保護繼電器的三相電流中的每相電流與輸入到該繼電器的每個相應(yīng)的電壓相比較。這種技術(shù)通常用于包含電壓輸入的饋路保護繼電器。
然而，差動保護繼電器常常不包含一組完整的電壓互感器輸入。從而不能總是通過比較供給到該保護繼電器的電流與輸入到該繼電器的相應(yīng)電壓來監(jiān)控該電流互感器。
監(jiān)控電流互感器的另一種技術(shù)包括比較流入電力系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備中的中性線電流與流出該設(shè)備的中性線電流。中性線電流是從一組三相電流互感器中的三相電流的總和導(dǎo)出的向量結(jié)果。術(shù)語“中性”等價于術(shù)語“剩余”并且可以與術(shù)語“剩余”互換。
在其它電力系統(tǒng)變量中的系統(tǒng)接地和變壓器向量組連接會影響中性線電流的測量。例如，在互感器應(yīng)用中，中性線電流在電力系統(tǒng)中的分布是不可預(yù)見的。這是因為到保護繼電器的某些繞組輸入將包括俘獲的中性線電流作為該變壓器的向量組的結(jié)果。從而中性線電流比較不允許對這種電力系統(tǒng)配置中的電流互感器進行任何有意義的監(jiān)控。
監(jiān)控電流互感器的另一種技術(shù)包括比較在互感器的各個繞組端子處的增量階躍電流(delta step-change current)。增量技術(shù)普遍應(yīng)用于保護繼電器應(yīng)用中。確定一個電力系統(tǒng)特性，然后和對于之前一定數(shù)量的電力系統(tǒng)周期確定的相同特性相比較。在介入周期期間的任何幅度或向量變化被稱為“增量(delta)”。
然而，該增量條件僅在瞬間發(fā)生。因而，一旦該斷路機構(gòu)的亂真操作被阻止，就需要之后將保護繼電器維持在閉塞狀態(tài)。只有當已經(jīng)采取補救工作后，工作人員才能手動復(fù)位該監(jiān)控過程。這是因為該增量條件技術(shù)不能確定電流互感器是否仍處在故障狀態(tài)，或者工作人員的補救維護或間歇效應(yīng)(intermittenteffects)是否已經(jīng)消除了該故障。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的總的目的是提供一種監(jiān)控電流互感器工作的方法，其中(i)不依賴于電壓輸入；(ii)不受電力系統(tǒng)構(gòu)造的影響；和(iii)能夠自動復(fù)位而不需要工作人員介入。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種監(jiān)控布置成各個分組的多個電流互感器的工作的方法，這些電流互感器連接到構(gòu)成三相電力系統(tǒng)一部分的保護繼電器，該方法包括步驟(i)確定每組電流互感器的輸出處的電流比；(ii)將每個電流比與預(yù)定高比率比較；(iii)將每個電流比與預(yù)定低比率比較；(iv)當一個位置的電流比超過該預(yù)定高比率并且其他每個位置的電流比都低于該預(yù)定低比率時，生成故障指示。
每個電流比提供在每組三相電流互感器的輸出處的三個相位之間的失衡度指示。該比率的使用導(dǎo)致根據(jù)主負載流量確定的值被偏置(bised)。以這種方式，該主負載電流水平和電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不會影響對該電流互感器的監(jiān)控。
此外，該電流比的使用省略了將給定電流與相應(yīng)電壓比較的需要，從而使得本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于廣泛范圍的電力系統(tǒng)構(gòu)造。
而且，前述方法允許連續(xù)監(jiān)視電流互感器的狀態(tài)。這使得能夠在電流互感器故障恢復(fù)后，對該監(jiān)控過程進行自動復(fù)位，而負載電流繼續(xù)流過該受保護電力系統(tǒng)。
優(yōu)選地，確定電流比包括確定負相位序列電流對正相位序列電流的比。這種比提供了來自主負載電流和電力系統(tǒng)構(gòu)造的期望的抗擾性。
方便地是，本發(fā)明的方法進一步包括由工作人員設(shè)定該預(yù)定高比率和預(yù)定低比率中的至少一個。這使得該監(jiān)控方法可以適應(yīng)于特定裝備或應(yīng)用。
本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例包括將預(yù)定高比率設(shè)定為40％和將預(yù)定低比率設(shè)定為5％。這些值提供了一種檢測電流互感器故障的可靠方式。
優(yōu)選地，本發(fā)明的方法進一步包括，在步驟(iv)之后，閉塞保護繼電器的差動元件的可選步驟。閉塞保護繼電器的差動元件可以防止該保護繼電器錯誤操作該脫扣機構(gòu)。
方便地是，本發(fā)明的方法進一步包括，在步驟(iv)之后，降低保護繼電器的差動脫扣靈敏度的可選步驟。這樣可以在允許繼電器繼續(xù)提供一定程度保護的同時維持穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種保護繼電器，包括用于監(jiān)控布置在多個相應(yīng)組中的多個電流互感器的工作的模塊，并且該電流互感器連接到構(gòu)成三相電力系統(tǒng)一部分的繼電器，該模塊包括確定器，用于確定在每組電流互感器的輸出處的電流比；比較器，用于將每個電流比與預(yù)定高比率和預(yù)定低比率比較；和指示器，用于當一個位置的電流比超過該預(yù)定高比率并且其他每個位置的電流比保持低于該預(yù)定低比率時，生成故障指示。
本發(fā)明的保護繼電器具有本發(fā)明的方法的相應(yīng)元件的優(yōu)點。
以下是通過非限制示例參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行的簡要說明，其中


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、用于保護電力變壓器(powertransformer)的保護繼電器的示意圖；和圖2示出了具體體現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實施例的監(jiān)控方法的邏輯布置的示意圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的保護繼電器主要用參考數(shù)字10來表示。保護繼電器10是差動保護繼電器。
保護繼電器10是電力系統(tǒng)的一部分。該電力系統(tǒng)包括連接到保護繼電器10并且被其保護的電力變壓器12。為了簡單起見，該示意圖將典型的電力系統(tǒng)工作顯示為“單線圖”。這使得三相系統(tǒng)被表示為單相圖。
在所示實施例中，保護繼電器10通過第一、第二、第三和第四組三相電流互感器22、24、26、28連接到電力系統(tǒng)中的第一、第二、第三和第四位置14、16、18、20。每組22、24、26、28到繼電器10的連接是三相的，在圖1的單線圖中用///陰影表示。
該保護繼電器包括用于監(jiān)控三相電流互感器組22、24、26、28中的每個電流互感器的模塊37。
模塊37中的確定器38確定每組互感器22、24、26、28的輸出30、32、34、36處的電流比。在示出的本實施例中，確定器38是微控制器模塊。該微控制器模塊被這樣編程以使其進行數(shù)字信號處理。
每個輸出30、32、34、36處的電流是三相電流。該電流比提供了每組三相電流互感器22、24、26、28的輸出30、32、34、36處的三個電流相位之間的失衡度指示。
模塊37還包括用于將每個電流比與預(yù)定高比率和預(yù)定低比率相比較的比較器40。在示出的本實施例中，比較器40是微控制器模塊。
指示器42也被包含在模塊37中。指示器42用于當輸出30、32、34、36中的一個的電流比超過該預(yù)定高比率而輸出30、32、34、36中其他每個的電流比均低于該預(yù)定低比率時，生成故障指示。在本實施例中示出，指示器42是微控制器模塊。
在使用中，保護繼電器10確定每組三相電流互感器22、24、26、28的輸出30、32、34、36處的電流比。在一個優(yōu)選實施例中，該電流比是負相位序列電流對正相位序列電流的比率。
正相位序列是在三相電力網(wǎng)的分析中使用的概念，借此一個健全平衡的網(wǎng)絡(luò)將僅以正相位序列電流和電壓工作。僅當該三相電流或電壓向量不能構(gòu)成一平衡組時才會出現(xiàn)負相位序列。
其他可能的電流比包括使用中性相位序列電流或零相位序列電流來代替該比率中的負相位序列電流。
零相位序列電流是在三相電力網(wǎng)分析中使用的概念。它給出了等于中性線電流的三分之一的計算結(jié)果。
此外，任何測量的相位電流或該三相位中電流幅度的統(tǒng)計組合都可以用來代替該比率中的正相位序列電流。這種統(tǒng)計組合可以包括平均值、最小值或最大值。
由保護繼電器10確定的每個電流比表示每個輸出30、32、34、36處的三個電流相位之間的失衡度。正相位序列電流反映了該電力系統(tǒng)中的負載，且因此根據(jù)該電力系統(tǒng)中的主負載偏置該比率。
因此，電力系統(tǒng)中的任何負載或本征故障狀態(tài)將等同地影響每個電流比。
根據(jù)本發(fā)明的方法中的另一步驟，保護繼電器10將每個電流比與預(yù)定高比率和預(yù)定低比率比較。在該方法的優(yōu)選實施例中，該高比率是40％，而低比率是5％。
本發(fā)明的方法的其他步驟包括，當輸出30、32、34、36中的一個處的電流比超過該預(yù)定高比率而輸出30、32、34、36中的其他每個均低于該預(yù)定低比率時，生成故障指示。
電流互感器的一個本征問題，即電流互感器和保護繼電器之間的連接中的內(nèi)部故障或開路，典型地將導(dǎo)致該問題電流互感器或缺陷連接所在的三相電流互感器組的輸出30、32、34、36處的電流相位之間的失衡度較高。這導(dǎo)致在所述輸出30、32、34、36處的電流比被確定為50％和100％之間。
由于電力系統(tǒng)中的主負載被平衡，輸出30、32、34、36中的其他每個輸出處的三電流相位之間的失衡度將保持較低。從而輸出30、32、34、36中的其他每個輸出處的電流比也將保持較低，典型的低于5％。
因此，本發(fā)明的方法能夠區(qū)別負載變化或本征電力系統(tǒng)故障狀態(tài)和電流互感器的故障或其到繼電器的連接故障。
在對電流互感器故障的檢測中，會希望閉塞保護繼電器10的差動元件44。以這種方式，可以防止繼電器10亂真地操作斷路器，該斷路器是用于在電力系統(tǒng)中本征故障狀態(tài)的情況下隔離該電力變壓器。
作為選擇的是，可以希望在檢測到電流互感器故障之后減少差動元件44的靈敏度。以這種方式，保護繼電器10能夠減少斷路器亂真操作的似然率同時保持對電力變壓器12一定程度的保護。
其他電力系統(tǒng)部件例如電線或電纜也可以由保護繼電器10的差動元件44保護。從而，差動元件44的靈敏度的阻塞或降低也可以用于這種裝置中。
在該方法的另一實施例中，可以希望包括檢驗是否有足夠的電流在被保護的電線、電纜或變壓器中流動的另一步驟，以允許進行對該電流互感器的監(jiān)控。
優(yōu)選地，該方法的另一實施例可以包括檢測互感器磁化涌入(magnetisinginrush)的附加步驟，以禁止對于該電流互感器的監(jiān)控。
當電力變壓器被啟動時，磁化涌入電流流入并且導(dǎo)致大量電流僅流入一個線圈終端。電流的這種提升水平可以足以引起該連接到所述線圈終端的三相電流互感器組輸出處的電流比失衡，從而導(dǎo)致對于電流互感器問題的亂真檢測。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的邏輯布置的示意圖。
每一端X、Y、Z對應(yīng)于三相電力系統(tǒng)中的第一、第二和第三位置，自其通過各自的電流互感器對三相電流進行采樣。
“&”(與)邏輯門系列50、52、54將每個位置的電流比(表示為I2/I1)與預(yù)定高和低比率相比較。
“≥2”邏輯門56檢驗是否有足夠的電流(表示為I1)在被保護的電線、電纜或變壓器中流動以允許對該電流互感器進行監(jiān)控。電流必須流入或者從電力系統(tǒng)的至少兩個位置流出。因而該邏輯門檢驗≥2個輸入。
第一“OR”(或)門58允許對于互感器磁化涌入進行附加檢驗。
如果該“&”門50、52、54中的一個檢測到一個電流比超出該預(yù)定高比率并且其他每個電流比保持低于該預(yù)定低比率，則第二“OR”(或)門60指示電流互感器故障。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控布置在多個相應(yīng)組中的多個電流互感器的工作的方法，該電流互感器連接到構(gòu)成三相電力系統(tǒng)一部分的保護繼電器，該方法包括步驟(i)確定在每組電流互感器的輸出處的電流比；(ii)將每個電流比與預(yù)定高比率比較；(iii)將每個電流比與預(yù)定低比率比較；和(iv)當一個位置的電流比超過該預(yù)定高比率并且在其他每個位置的電流比保持低于該預(yù)定低比率時，生成故障指示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中確定電流比包括確定負相位序列電流對正相位序列電流的比。
3.根據(jù)前述任何一個權(quán)利要求的方法，進一步包括由工作人員設(shè)定該預(yù)定高比率和預(yù)定低比率中的至少一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任何一個所述的方法，包括將該預(yù)定高比率設(shè)定為40％，而將該預(yù)定低比率設(shè)定為5％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，包括將該預(yù)定高比率設(shè)定為40％，而將該預(yù)定低比率設(shè)定為5％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任何一個所述的方法，進一步包括，在步驟(iv)之后，閉塞該保護繼電器的差動元件的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，進一步包括，在步驟(iv)之后，閉塞該保護繼電器的差動元件的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，進一步包括，在步驟(iv)之后，閉塞該保護繼電器的差動元件的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，進一步包括，在步驟(iv)之后，閉塞該保護繼電器的差動元件的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任何一個所述的方法，進一步包括，在步驟(iv)之后，降低該保護繼電器的差動脫扣靈敏度的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，進一步包括，在步驟(iv)之后，降低該保護繼電器的差動脫扣靈敏度的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，進一步包括，在步驟(iv)之后，降低該保護繼電器的差動脫扣靈敏度的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，進一步包括，在步驟(iv)之后，降低該保護繼電器的差動脫扣靈敏度的步驟。
14.一種保護繼電器，包括用于監(jiān)控布置成各自分組的多個電流互感器的工作的模塊，并且該電流互感器連接到構(gòu)成三相電力系統(tǒng)一部分的該繼電器，該模塊包括確定器，用于確定在每組電流互感器的輸出處的電流比；比較器，用于將每個電流比與預(yù)定高比率和預(yù)定低比率比較；和指示器，用于當一個位置的電流比超過該預(yù)定高比率并且其他每個位置的電流比保持低于該預(yù)定低比率時，生成故障指示。
全文摘要
本發(fā)明的主要目的是一種監(jiān)控布置在多個相應(yīng)組中的多個電流互感器的工作的方法，該電流互感器連接到構(gòu)成三相電力系統(tǒng)一部分的保護繼電器，該方法包括步驟(i)確定每組電流互感器的輸出處的電流比；(ii)將每個電流比與預(yù)定高比率比較；(iii)將每個電流比與預(yù)定低比率比較；和(iv)當一個位置的電流比超過該預(yù)定高比率并且其他每個位置的電流比都低于該預(yù)定低比率時，生成故障指示。本發(fā)明的另一目的是一種保護繼電器。
文檔編號H02H3/32GK1822462SQ20061005999
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者布拉尼斯拉夫·奇沃羅維奇 申請人:阿?，m輸配電英國有限公司