CN1822462A - 用于监控电流互感器工作的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明的主要目的是一种监控布置在多个相应组中的多个电流互感器的工作的方法，该电流互感器连接到构成三相电力系统一部分的保护继电器，该方法包括步骤：(i)确定每组电流互感器的输出处的电流比；(ii)将每个电流比与预定高比率比较；(iii)将每个电流比与预定低比率比较；和(iv)当一个位置的电流比超过该预定高比率并且其他每个位置的电流比都低于该预定低比率时，生成故障指示。本发明的另一目的是一种保护继电器。

Description

用于监控电流互感器工作的方法和设备

技术领域

本发明尤其但不唯一地涉及一种监控连接到保护继电器的多个电流互感器的工作的方法。本发明还涉及一种用于监控多个电流互感器工作的设备。

背景技术

在电力系统例如三相电力传输系统中使用保护继电器以检测异常工作状态。在对这种状态的检测中，保护继电器操作断路器的脱扣机构，从而断开电路以保护电气元件例如传输线、电缆和变压器。

保护继电器通过监视给定电力系统中的电流而检测异常工作状态。该电流通过两组或更多组三相电流互感器提供到保护继电器。一组中包括三个单独的电流互感器的集合，其中每个电流互感器对应于一个相位。

电流互感器内的内部故障、或者电流互感器和保护继电器之间连接中的内部故障，导致被该保护继电器监视的电流与该电力系统其余部分中的实际电流不同。

这导致该保护继电器乱真地操作断路机构，从而不必要地中断传输线、电缆或变压器的连接，进而导致对于下游部件和用户的供电中断。

这个问题在差动保护继电器例如线路差动和变压器差动继电器中尤其明显。这是因为差动继电器一般地将流入电力系统中的设备的电流与流出该设备的电流相比较。

对电流互感器故障的检测可以用于防止保护继电器乱真地操作脱扣机构。可以通过闭塞继电器的输入元件来阻止该保护继电器的操作。

可替换地，尽管输入到继电器的电流是错误的，仍然可以通过减少该继电器的脱扣灵敏性来阻止乱真操作。这使得该继电器能够继续提供一定程度的保护。

确定电流互感器或其连接中的故障的一种方式，即监控该电流互感器的方式，是将进入保护继电器的三相电流中的每相电流与输入到该继电器的每个相应的电压相比较。这种技术通常用于包含电压输入的馈路保护继电器。

然而，差动保护继电器常常不包含一组完整的电压互感器输入。从而不能总是通过比较供给到该保护继电器的电流与输入到该继电器的相应电压来监控该电流互感器。

监控电流互感器的另一种技术包括比较流入电力系统内的设备中的中性线电流与流出该设备的中性线电流。中性线电流是从一组三相电流互感器中的三相电流的总和导出的向量结果。术语“中性”等价于术语“剩余”并且可以与术语“剩余”互换。

在其它电力系统变量中的系统接地和变压器向量组连接会影响中性线电流的测量。例如，在互感器应用中，中性线电流在电力系统中的分布是不可预见的。这是因为到保护继电器的某些绕组输入将包括俘获的中性线电流作为该变压器的向量组的结果。从而中性线电流比较不允许对这种电力系统配置中的电流互感器进行任何有意义的监控。

监控电流互感器的另一种技术包括比较在互感器的各个绕组端子处的增量阶跃电流(delta step-change current)。增量技术普遍应用于保护继电器应用中。确定一个电力系统特性，然后和对于之前一定数量的电力系统周期确定的相同特性相比较。在介入周期期间的任何幅度或向量变化被称为“增量(delta)”。

然而，该增量条件仅在瞬间发生。因而，一旦该断路机构的乱真操作被阻止，就需要之后将保护继电器维持在闭塞状态。只有当已经采取补救工作后，工作人员才能手动复位该监控过程。这是因为该增量条件技术不能确定电流互感器是否仍处在故障状态，或者工作人员的补救维护或间歇效应(intermittenteffects)是否已经消除了该故障。

发明内容

因此，本发明的总的目的是提供一种监控电流互感器工作的方法，其中：

(i)不依赖于电压输入；

(ii)不受电力系统构造的影响；和

(iii)能够自动复位而不需要工作人员介入。

根据本发明的第一方面，提供一种监控布置成各个分组的多个电流互感器的工作的方法，这些电流互感器连接到构成三相电力系统一部分的保护继电器，该方法包括步骤：

(i)确定每组电流互感器的输出处的电流比；

(ii)将每个电流比与预定高比率比较；

(iii)将每个电流比与预定低比率比较；

(iv)当一个位置的电流比超过该预定高比率并且其他每个位置的电流比都低于该预定低比率时，生成故障指示。

每个电流比提供在每组三相电流互感器的输出处的三个相位之间的失衡度指示。该比率的使用导致根据主负载流量确定的值被偏置(bised)。以这种方式，该主负载电流水平和电力系统的结构不会影响对该电流互感器的监控。

此外，该电流比的使用省略了将给定电流与相应电压比较的需要，从而使得本发明的方法可以应用于广泛范围的电力系统构造。

而且，前述方法允许连续监视电流互感器的状态。这使得能够在电流互感器故障恢复后，对该监控过程进行自动复位，而负载电流继续流过该受保护电力系统。

优选地，确定电流比包括确定负相位序列电流对正相位序列电流的比。这种比提供了来自主负载电流和电力系统构造的期望的抗扰性。

方便地是，本发明的方法进一步包括由工作人员设定该预定高比率和预定低比率中的至少一个。这使得该监控方法可以适应于特定装备或应用。

本发明的方法的优选实施例包括将预定高比率设定为40％和将预定低比率设定为5％。这些值提供了一种检测电流互感器故障的可靠方式。

优选地，本发明的方法进一步包括，在步骤(iv)之后，闭塞保护继电器的差动元件的可选步骤。闭塞保护继电器的差动元件可以防止该保护继电器错误操作该脱扣机构。

方便地是，本发明的方法进一步包括，在步骤(iv)之后，降低保护继电器的差动脱扣灵敏度的可选步骤。这样可以在允许继电器继续提供一定程度保护的同时维持稳定性。

根据本发明的第二方面，提供一种保护继电器，包括用于监控布置在多个相应组中的多个电流互感器的工作的模块，并且该电流互感器连接到构成三相电力系统一部分的继电器，该模块包括：

确定器，用于确定在每组电流互感器的输出处的电流比；

比较器，用于将每个电流比与预定高比率和预定低比率比较；和

指示器，用于当一个位置的电流比超过该预定高比率并且其他每个位置的电流比保持低于该预定低比率时，生成故障指示。

本发明的保护继电器具有本发明的方法的相应元件的优点。

以下是通过非限制示例参照附图对本发明的优选实施例进行的简要说明，其中：

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的、用于保护电力变压器(powertransformer)的保护继电器的示意图；和

图2示出了具体体现根据本发明的实施例的监控方法的逻辑布置的示意图。

具体实施方式

根据本发明的第一实施例的保护继电器主要用参考数字10来表示。保护继电器10是差动保护继电器。

保护继电器10是电力系统的一部分。该电力系统包括连接到保护继电器10并且被其保护的电力变压器12。为了简单起见，该示意图将典型的电力系统工作显示为“单线图”。这使得三相系统被表示为单相图。

在所示实施例中，保护继电器10通过第一、第二、第三和第四组三相电流互感器22、24、26、28连接到电力系统中的第一、第二、第三和第四位置14、16、18、20。每组22、24、26、28到继电器10的连接是三相的，在图1的单线图中用///阴影表示。

该保护继电器包括用于监控三相电流互感器组22、24、26、28中的每个电流互感器的模块37。

模块37中的确定器38确定每组互感器22、24、26、28的输出30、32、34、36处的电流比。在示出的本实施例中，确定器38是微控制器模块。该微控制器模块被这样编程以使其进行数字信号处理。

每个输出30、32、34、36处的电流是三相电流。该电流比提供了每组三相电流互感器22、24、26、28的输出30、32、34、36处的三个电流相位之间的失衡度指示。

模块37还包括用于将每个电流比与预定高比率和预定低比率相比较的比较器40。在示出的本实施例中，比较器40是微控制器模块。

指示器42也被包含在模块37中。指示器42用于当输出30、32、34、36中的一个的电流比超过该预定高比率而输出30、32、34、36中其他每个的电流比均低于该预定低比率时，生成故障指示。在本实施例中示出，指示器42是微控制器模块。

在使用中，保护继电器10确定每组三相电流互感器22、24、26、28的输出30、32、34、36处的电流比。在一个优选实施例中，该电流比是负相位序列电流对正相位序列电流的比率。

正相位序列是在三相电力网的分析中使用的概念，借此一个健全平衡的网络将仅以正相位序列电流和电压工作。仅当该三相电流或电压向量不能构成一平衡组时才会出现负相位序列。

其他可能的电流比包括使用中性相位序列电流或零相位序列电流来代替该比率中的负相位序列电流。

零相位序列电流是在三相电力网分析中使用的概念。它给出了等于中性线电流的三分之一的计算结果。

此外，任何测量的相位电流或该三相位中电流幅度的统计组合都可以用来代替该比率中的正相位序列电流。这种统计组合可以包括平均值、最小值或最大值。

由保护继电器10确定的每个电流比表示每个输出30、32、34、36处的三个电流相位之间的失衡度。正相位序列电流反映了该电力系统中的负载，且因此根据该电力系统中的主负载偏置该比率。

因此，电力系统中的任何负载或本征故障状态将等同地影响每个电流比。

根据本发明的方法中的另一步骤，保护继电器10将每个电流比与预定高比率和预定低比率比较。在该方法的优选实施例中，该高比率是40％，而低比率是5％。

本发明的方法的其他步骤包括，当输出30、32、34、36中的一个处的电流比超过该预定高比率而输出30、32、34、36中的其他每个均低于该预定低比率时，生成故障指示。

电流互感器的一个本征问题，即电流互感器和保护继电器之间的连接中的内部故障或开路，典型地将导致该问题电流互感器或缺陷连接所在的三相电流互感器组的输出30、32、34、36处的电流相位之间的失衡度较高。这导致在所述输出30、32、34、36处的电流比被确定为50％和100％之间。

由于电力系统中的主负载被平衡，输出30、32、34、36中的其他每个输出处的三电流相位之间的失衡度将保持较低。从而输出30、32、34、36中的其他每个输出处的电流比也将保持较低，典型的低于5％。

因此，本发明的方法能够区别负载变化或本征电力系统故障状态和电流互感器的故障或其到继电器的连接故障。

在对电流互感器故障的检测中，会希望闭塞保护继电器10的差动元件44。以这种方式，可以防止继电器10乱真地操作断路器，该断路器是用于在电力系统中本征故障状态的情况下隔离该电力变压器。

作为选择的是，可以希望在检测到电流互感器故障之后减少差动元件44的灵敏度。以这种方式，保护继电器10能够减少断路器乱真操作的似然率同时保持对电力变压器12一定程度的保护。

其他电力系统部件例如电线或电缆也可以由保护继电器10的差动元件44保护。从而，差动元件44的灵敏度的阻塞或降低也可以用于这种装置中。

在该方法的另一实施例中，可以希望包括检验是否有足够的电流在被保护的电线、电缆或变压器中流动的另一步骤，以允许进行对该电流互感器的监控。

优选地，该方法的另一实施例可以包括检测互感器磁化涌入(magnetisinginrush)的附加步骤，以禁止对于该电流互感器的监控。

当电力变压器被启动时，磁化涌入电流流入并且导致大量电流仅流入一个线圈终端。电流的这种提升水平可以足以引起该连接到所述线圈终端的三相电流互感器组输出处的电流比失衡，从而导致对于电流互感器问题的乱真检测。

图2示出了根据本发明的优选实施例的逻辑布置的示意图。

每一端X、Y、Z对应于三相电力系统中的第一、第二和第三位置，自其通过各自的电流互感器对三相电流进行采样。

“&”(与)逻辑门系列50、52、54将每个位置的电流比(表示为I2/I1)与预定高和低比率相比较。

“≥2”逻辑门56检验是否有足够的电流(表示为I1)在被保护的电线、电缆或变压器中流动以允许对该电流互感器进行监控。电流必须流入或者从电力系统的至少两个位置流出。因而该逻辑门检验≥2个输入。

第一“OR”(或)门58允许对于互感器磁化涌入进行附加检验。

如果该“&”门50、52、54中的一个检测到一个电流比超出该预定高比率并且其他每个电流比保持低于该预定低比率，则第二“OR”(或)门60指示电流互感器故障。

Claims (14)

1、一种监控布置在多个相应组中的多个电流互感器的工作的方法，该电流互感器连接到构成三相电力系统一部分的保护继电器，该方法包括步骤：

(i)确定在每组电流互感器的输出处的电流比；

(ii)将每个电流比与预定高比率比较；

(iii)将每个电流比与预定低比率比较；和

(iv)当一个位置的电流比超过该预定高比率并且在其他每个位置的电流比保持低于该预定低比率时，生成故障指示。

2、根据权利要求1的方法，其中确定电流比包括确定负相位序列电流对正相位序列电流的比。

3、根据前述任何一个权利要求的方法，进一步包括由工作人员设定该预定高比率和预定低比率中的至少一个。

4、根据权利要求1-2中任何一个所述的方法，包括将该预定高比率设定为40％，而将该预定低比率设定为5％。

5、根据权利要求3的方法，包括将该预定高比率设定为40％，而将该预定低比率设定为5％。

6、根据权利要求1-2中任何一个所述的方法，进一步包括，在步骤(iv)之后，闭塞该保护继电器的差动元件的步骤。

7、根据权利要求3的方法，进一步包括，在步骤(iv)之后，闭塞该保护继电器的差动元件的步骤。

8、根据权利要求4的方法，进一步包括，在步骤(iv)之后，闭塞该保护继电器的差动元件的步骤。

9、根据权利要求5的方法，进一步包括，在步骤(iv)之后，闭塞该保护继电器的差动元件的步骤。

10、根据权利要求1-2中任何一个所述的方法，进一步包括，在步骤(iv)之后，降低该保护继电器的差动脱扣灵敏度的步骤。

11、根据权利要求3的方法，进一步包括，在步骤(iv)之后，降低该保护继电器的差动脱扣灵敏度的步骤。

12、根据权利要求4的方法，进一步包括，在步骤(iv)之后，降低该保护继电器的差动脱扣灵敏度的步骤。

13、根据权利要求5的方法，进一步包括，在步骤(iv)之后，降低该保护继电器的差动脱扣灵敏度的步骤。

14、一种保护继电器，包括用于监控布置成各自分组的多个电流互感器的工作的模块，并且该电流互感器连接到构成三相电力系统一部分的该继电器，该模块包括：

确定器，用于确定在每组电流互感器的输出处的电流比；

比较器，用于将每个电流比与预定高比率和预定低比率比较；和

指示器，用于当一个位置的电流比超过该预定高比率并且其他每个位置的电流比保持低于该预定低比率时，生成故障指示。

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