用于監(jiān)控差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)中電流互感器的方法和裝置制造方法
【專利摘要】提供一種方法和裝置，其用于監(jiān)控多個(gè)電流互感器操作和防止任何誤動(dòng)作，特別是，在電氣系統(tǒng)中功率誤跳閘。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所使用的方法涉及用CT組(三個(gè)一組)測(cè)量分別來(lái)自每一繞組的每相電流的電流參數(shù)(幅值和相位角；510)。根據(jù)測(cè)量的相電流為每個(gè)CT組計(jì)算(520)負(fù)序電流(狀況參數(shù))，以及在檢測(cè)電流零狀態(tài)(故障狀況)(530)時(shí)，確定來(lái)自以電氣系統(tǒng)中參考健康CT所作的測(cè)量的負(fù)序電流的變化(550)。負(fù)序電流變化的程度用于確定電氣系統(tǒng)中電氣設(shè)備的健康(540)。本發(fā)明提供從兩個(gè)健康CT之間的相位的測(cè)量導(dǎo)出的相位角差參數(shù)作為附加狀況參數(shù)用于電氣系統(tǒng)中設(shè)備的可靠操作?；陔娏υO(shè)備負(fù)載狀況選擇合適的狀況參數(shù)或者狀況參數(shù)集。
【專利說(shuō)明】用于監(jiān)控差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)中電流互感器的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控多個(gè)電流互感器操作并且防止任何誤動(dòng)作，特別是電氣系統(tǒng)中功率誤跳閘的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電力變壓器被認(rèn)為是電力系統(tǒng)中主要的電力設(shè)備并且電力變壓器中的故障可能導(dǎo)致以大量用戶停電的形式和與變壓器的維修或替換相關(guān)聯(lián)的成本/時(shí)間的形式的重大的后果。通過(guò)使用保護(hù)裝置來(lái)保護(hù)主要電力設(shè)備不發(fā)生故障。這些裝置檢測(cè)電力系統(tǒng)中的各種故障狀況并且將跳閘信號(hào)提供給與電力設(shè)備相關(guān)的斷路器以便從系統(tǒng)中隔離故障設(shè)備或者被保護(hù)電力設(shè)備。
[0003]在本發(fā)明中，保護(hù)裝置也被稱為智能電子裝置(IED)，保護(hù)繼電器或簡(jiǎn)稱繼電器。用于電源的保護(hù)裝置的其中之一是差動(dòng)繼電器。傳統(tǒng)的電力變壓器差動(dòng)繼電器利用來(lái)自變壓器的不同繞組的單獨(dú)的相電流以便于形成相鉗(phase-vise)差動(dòng)電流以便監(jiān)視電力變壓器或電力系統(tǒng)中的故障并且保護(hù)電力變壓器。來(lái)自不同繞組的單獨(dú)的相電流借助于連接在電力變壓器的每個(gè)繞組的路徑中的電流互感器(CT)而被測(cè)量。
[0004]檢測(cè)電力變壓器(通常，可應(yīng)用于任意三相設(shè)備和傳輸系統(tǒng))中異常操作狀況，特別是不平衡狀況以及由于不平衡操作導(dǎo)致的故障的一些技術(shù)，是使用相序信息(例如負(fù)序電流)。重要的是保護(hù)繼電器在電力設(shè)備中能發(fā)生任何損壞或退化之前為其相應(yīng)的斷路器提供跳閘信號(hào)。通常，需要在一個(gè)AC周期時(shí)間(功率周期)內(nèi)執(zhí)行。
[0005]CT中的故障(例如由于破損或繞組斷開而引起的CT次級(jí)繞組故障)能引起保護(hù)繼電器誤動(dòng)作從而導(dǎo)致誤跳閘(偽操作)。因此，系統(tǒng)中異常操作狀況的檢測(cè)可能是不可信的。
[0006]另外，在現(xiàn)代數(shù)字誤動(dòng)作保護(hù)繼電器中，CT次級(jí)線圈故障也可能導(dǎo)致其他保護(hù)功能(像斷開初級(jí)線圈導(dǎo)線保護(hù))的誤動(dòng)作或者由于在CT次級(jí)繞組/連接中損壞導(dǎo)致在端子積累的高電壓而造成安全危害。
[0007]對(duì)于變壓器的可信的異常操作狀況(故障)的檢測(cè)通過(guò)附加地監(jiān)視其他參數(shù)或者可從系統(tǒng)中所做的這些附加測(cè)量(電流/電壓)而導(dǎo)出的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。一些常見的示例是使用電壓值與所監(jiān)視的電流值一起作為參考，使用來(lái)自其他CT的電流值作為參考等。這些配置要求在IED中的附加通道以便提供參考電壓或電流給IED。
[0008]提供一種示例性說(shuō)明來(lái)闡述為保護(hù)繼電器提供參考電壓或電流信號(hào)的難度。這里，通過(guò)利用單獨(dú)參考電流輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)CT次級(jí)線圈監(jiān)控，但是缺點(diǎn)是參考CT輸入對(duì)于每個(gè)CT組來(lái)說(shuō)是獨(dú)立地需要的，因此使其為相當(dāng)昂貴的解決方案并且更加難以集成到保護(hù)繼電器。在三繞組差動(dòng)保護(hù)繼電器中，將總共需要12個(gè)CT輸入來(lái)同時(shí)覆蓋保護(hù)需求(9個(gè)CT)和CT次級(jí)線圈監(jiān)控需求(3個(gè)CT)。一些已知的解決方案在CT次級(jí)線圈故障檢測(cè)中利用電壓作為電流的參考，但是這種解決方案也需要除差動(dòng)保護(hù)自身之外的一些另外測(cè)量。因此，需要提供一種解決方案來(lái)利用通常提供用于差動(dòng)保護(hù)繼電器的信號(hào)或測(cè)量來(lái)檢測(cè)保護(hù)電力設(shè)備中可信的異常狀況。
[0009]本發(fā)明提供一種方法和裝置，其檢測(cè)可信的異常操作狀況用于三相電氣設(shè)備的差動(dòng)保護(hù)，更具體地，提供一種方法和裝置，其用于監(jiān)控電氣系統(tǒng)中所使用的電流互感器中的異常狀況來(lái)提供差動(dòng)保護(hù)所需的測(cè)量，從而使差動(dòng)保護(hù)裝置能夠因?yàn)橛绊懭嚯姎庠O(shè)備的可信的故障發(fā)起跳閘過(guò)程。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種方法，其對(duì)與用于保護(hù)多相電力設(shè)備的保護(hù)繼電器一起使用的多個(gè)電流互感器(CT)的操作進(jìn)行監(jiān)控。保護(hù)繼電器所采用的方法包括以下步驟:
[0011]a)從多個(gè)電流互感器測(cè)量多相電力設(shè)備的電參數(shù)(電流幅值和相位)；
[0012]b)根據(jù)用多個(gè)電流互感器所作的測(cè)量計(jì)算電力系統(tǒng)中多相電力設(shè)備的故障指示參數(shù)；
[0013]c)檢測(cè)從多個(gè)電流互感器所作的至少一個(gè)電測(cè)量中的電流零狀態(tài)(故障狀況)，提供電流或電壓零狀態(tài)的電流互感器被認(rèn)為是可疑故障電流互感器，而來(lái)自多個(gè)電流互感器的其他電流互感器被認(rèn)為是健康電流互感器；
[0014]d)在檢測(cè)可疑故障電流互感器中的電流零狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)根據(jù)從所述至少一個(gè)健康電流互感器所作的至少一個(gè)電參數(shù)的測(cè)量計(jì)算的故障指示參數(shù)的變化；以及
[0015]e)比較所檢測(cè)的計(jì)算的故障指示參數(shù)的變化與故障指示參數(shù)的預(yù)設(shè)閾值來(lái)確定電功率設(shè)備中至少一個(gè)電氣設(shè)備的狀況；
[0016]故障指示參數(shù)是從組中選擇的狀況參數(shù)的其中之一，該組包括根據(jù)用至少一個(gè)健康電流互感器所作的測(cè)量計(jì)算出的負(fù)序電流參數(shù)、根據(jù)來(lái)自多個(gè)電流互感器中的任意兩個(gè)健康電流互感器中的電流信號(hào)之間的測(cè)量計(jì)算出的相位角差參數(shù)、以及基于負(fù)序電流參數(shù)和相位角差參數(shù)的組合參數(shù)集。組合參數(shù)集具有對(duì)應(yīng)于參數(shù)集的多個(gè)預(yù)設(shè)閾值或者具有基于包含負(fù)序電流參數(shù)和相位角差參數(shù)的表達(dá)的導(dǎo)出參數(shù)的形式?；陔娏υO(shè)備中負(fù)載狀況選擇作為故障指示參數(shù)的狀況參數(shù)。
[0017]在實(shí)施例中，通過(guò)比較負(fù)序電流幅值的電流值與在保護(hù)繼電器存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的以前的值檢測(cè)所計(jì)算的負(fù)序電流中的變化?；陬A(yù)定義的閾值與所計(jì)算的負(fù)序電流的變化的比較來(lái)確定電流互感器/多相電力設(shè)備的健康狀態(tài)。為了計(jì)算的目的，系統(tǒng)中使用了健康電流互感器。
[0018]尤其是在由于變壓器的低負(fù)載電流幅值的變化可很小的狀況下，除了負(fù)序電流值之外，來(lái)自健康電流互感器的電流信號(hào)的相位角中的變化也可能被考慮。如果在所計(jì)算的負(fù)序電流的變化的值或者相位角的變化的值小于預(yù)定義的閾值，則電流互感器的健康狀態(tài)被認(rèn)為是故障，否則故障是由電力設(shè)備造成的，即不是CT故障。
[0019]在另一方面，提供一種用于電力系統(tǒng)中多相電力設(shè)備的保護(hù)的繼電器，其適應(yīng)于用于多相電力設(shè)備中電流測(cè)量的一個(gè)或多個(gè)電流互感器的操作的監(jiān)控。這種適應(yīng)可以通過(guò)完全在繼電器中或用其他支持/力作自動(dòng)化裝置(配電網(wǎng)或變電站網(wǎng)中使用的其他IED或服務(wù)器)提供的附加的算法或者硬件/固件解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0020]在實(shí)施例中，該繼電器包括:[0021 ] a)電流感測(cè)模塊，其用于從一個(gè)或多個(gè)電流互感器測(cè)量電流參數(shù)并且用于在從一個(gè)或多個(gè)電流互感器所作出的測(cè)量的任意一個(gè)中檢測(cè)電流零狀態(tài)；
[0022]b)計(jì)算模塊，其用于基于電流感測(cè)模塊在檢測(cè)電流零狀態(tài)時(shí)提供的數(shù)據(jù)計(jì)算電力系統(tǒng)中多相電力設(shè)備的負(fù)序電流值的變化；
[0023]c)比較器模塊，其用于將至少一個(gè)負(fù)序電流值的變化和/或來(lái)自從至少兩個(gè)電流互感器的測(cè)量的相位角的變化(其中兩個(gè)電流互感器不同于與電流零狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電流互感器)與相應(yīng)的預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較以便確定與電流零狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的電流互感器的健康狀態(tài)；
[0024]d)阻塞模塊，其用于對(duì)基于來(lái)自比較器模塊的結(jié)果所產(chǎn)生的用于多相電力設(shè)備的保護(hù)的跳閘信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部阻塞。
[0025]在另一實(shí)施例中，繼電器計(jì)算各自的預(yù)設(shè)閾值用于與來(lái)自健康CT的負(fù)序電流值的變化相比較，和用于與基于對(duì)在電力系統(tǒng)的正常操作期間所收集的數(shù)據(jù)應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)技術(shù)自適應(yīng)的相位角的變化相比較。該特征對(duì)于具有自動(dòng)化設(shè)置和對(duì)于不平衡和低負(fù)載的電力設(shè)備中的可靠測(cè)量是有利的。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0026]當(dāng)參考附圖而閱讀了下面詳細(xì)的描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其他特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中，貫穿全部附圖，類似的標(biāo)記代表類似的部件，其中:
[0027]圖1-4是電功率設(shè)備中具有故障的示例性電力系統(tǒng)；
[0028]圖5示出了按照本發(fā)明的實(shí)施例確定CT故障的方法；
[0029]圖6示出了按照本發(fā)明的實(shí)施例確定CT故障的裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明的應(yīng)用不限于任一特定的系統(tǒng)或電力設(shè)備，但是可連同其中使用數(shù)字差動(dòng)保護(hù)的各種電三相AC電力設(shè)備一起使用。
[0031]本發(fā)明介紹一種用于檢測(cè)CT次級(jí)線圈故障的數(shù)字方法，其與對(duì)于保護(hù)功能來(lái)說(shuō)需要的傳統(tǒng)的CT輸入一起操作。它是快速的、獨(dú)立于變壓器向量組并且能區(qū)別CT次級(jí)線圈故障與其他初級(jí)線圈系統(tǒng)故障(如斷開初級(jí)線圈導(dǎo)線)。該方法使用快速的，子周期(SUbcycle)，測(cè)量原理來(lái)使用“電流零”判據(jù)(在故障CT組中)來(lái)檢測(cè)可能的CT次級(jí)線圈故障，因此使其足夠快速的在誤跳閘之前阻塞必要的保護(hù)功能。
[0032]該方法也監(jiān)視健康CT組中的負(fù)序電流的變化(Λ 12)，因此使其對(duì)初級(jí)線圈系統(tǒng)故障(如斷開初級(jí)線圈導(dǎo)線)敏感并且在低負(fù)載狀況下也是有效的。
[0033]利用負(fù)序電流的變化(Λ 12)原理的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是還使得該閾值獨(dú)立于由變化的變壓器負(fù)載狀況引起的變化的負(fù)序電流水平。
[0034]參考附圖描述本發(fā)明，其中圖1-4示出了具有三繞組電力變壓器110的用于保護(hù)的典型的測(cè)量系統(tǒng)，其中三個(gè)CT組120用于連接到利用三個(gè)CT組實(shí)現(xiàn)CT次級(jí)線圈故障監(jiān)控的設(shè)備(未示出)。另外該設(shè)備也可以為電力變壓器提供保護(hù)(例如變壓器差動(dòng)保護(hù))。圖1示出在CT次級(jí)線圈I中斷開‘A’相130的示例。電力變壓器負(fù)載是不對(duì)稱的，因此，當(dāng)不存在初級(jí)線圈或次級(jí)線圈故障時(shí)，負(fù)載的變化也引起正常操作下不同繞組中一些變化的負(fù)序電流水平。
[0035]圖5示出了根據(jù)在本發(fā)明中實(shí)施例使用的方法500。用CT組(三個(gè)一組)測(cè)量(步驟510)分別來(lái)自每個(gè)繞組的每相電流的電流參數(shù)(幅值和相位角)。步驟520中，通過(guò)差動(dòng)保護(hù)繼電器(圖1未示出)從測(cè)量的相電流中為每一 CT組進(jìn)一步計(jì)算作為狀況參數(shù)的負(fù)序電流(12)。通常有足夠數(shù)量電流流過(guò)至少兩個(gè)CT組，CT組中的一個(gè)中檢測(cè)到CT次級(jí)線圈故障并且另一個(gè)作為參考(健康CT組)操作以作出可靠的測(cè)量。取決于負(fù)載狀況，可以具有可利用為參考的若干健康CT組，但是對(duì)于本發(fā)明中所描述的方法來(lái)說(shuō)需要至少一個(gè)并且參考CT組可以利用計(jì)算程序動(dòng)態(tài)地選擇或者定義作為預(yù)配置的一部分。
[0036]在步驟530中差動(dòng)保護(hù)繼電器檢測(cè)到起因于例如歸因于CT次級(jí)線圈故障的故障狀況的電流零狀態(tài)，并且根據(jù)電氣系統(tǒng)中參考健康CT所做的測(cè)量計(jì)算負(fù)序電流的變化(步驟540)。負(fù)序電流的變化程度用于確定描述電流零狀態(tài)的CT的健康和三相電力變壓器的健康(步驟550)。
[0037]在另一實(shí)施例中，如圖6所示，提供一種用于實(shí)現(xiàn)CT監(jiān)控的電氣系統(tǒng)600。電連接裝置610來(lái)測(cè)量由CT120提供的電流參數(shù)。該裝置(繼電器)具有電流感測(cè)模塊620來(lái)測(cè)量電流并且也檢測(cè)電流零狀態(tài)(故障狀況)。繼電器中的計(jì)算模塊630計(jì)算負(fù)序水平并且在正常負(fù)載狀況期間，即當(dāng)檢測(cè)不到初級(jí)線圈系統(tǒng)故障或者檢測(cè)不到CT次級(jí)線圈故障時(shí)，繼電器的存儲(chǔ)器中值被持續(xù)更新。對(duì)于用基于原始樣本的測(cè)量算法測(cè)量的每一相，電流零狀況(也被稱為電流零狀態(tài))被持續(xù)監(jiān)視。該算法提供專門的子周期原始樣本來(lái)在一個(gè)基本的電力系統(tǒng)周期內(nèi)檢測(cè)電流零，從而提供足夠快速的阻塞信息來(lái)阻止保護(hù)繼電器的誤跳閘。這里，連續(xù)的或大量的零值(電流零)在子功率周期(sub power cycle)中被檢測(cè)。
[0038]測(cè)量信號(hào)的處理包括數(shù)字峰值測(cè)量濾波器的利用，其中濾波器中的樣本窗口長(zhǎng)度被設(shè)置成大于或等于AC電力系統(tǒng)半周期中樣本的數(shù)量。然而，窗口長(zhǎng)度/大小總是被設(shè)置為小于全周期樣本數(shù)量。數(shù)字峰值測(cè)量濾波器被設(shè)計(jì)成捕獲信號(hào)的任一瞬時(shí)快速變化或者中斷。
[0039]在任一相中的電流零已經(jīng)`被確定和確認(rèn)之后，通過(guò)比較作為參考的健康CT組中負(fù)序電流的變化(ΛΙ2)與預(yù)定義閾值(由比較器模塊640所實(shí)現(xiàn))確定CT次級(jí)線圈故障。在未超過(guò)閾值的情況下，CT次級(jí)線圈故障被確認(rèn)。可選擇閾值來(lái)適應(yīng)所需的敏感水平并且該值需要考慮測(cè)量和計(jì)算中所涉及的ΛΙ2中的正常測(cè)量誤差。閾值可以由操作者設(shè)置為獨(dú)立的設(shè)置670或者可以自適應(yīng)地基于(例如使用統(tǒng)計(jì)方法)在正常(無(wú)故障)狀況下執(zhí)行的測(cè)量的歷史(通過(guò)統(tǒng)計(jì)閾值模塊680來(lái)實(shí)現(xiàn))。
[0040]該繼電器具有保護(hù)模塊660，保護(hù)模塊660被配置成在為其配置繼電器的各種故障狀況下提供跳閘信號(hào)。對(duì)于CT故障，通過(guò)使用本發(fā)明中描述的方法，由保護(hù)模塊660所生成的跳閘信號(hào)可能用阻塞模塊650被內(nèi)部阻止。
[0041]對(duì)于真正的CT次級(jí)線圈故障，負(fù)序電流I2的幅值將僅僅在檢測(cè)到電流零的一側(cè)變化。電流互感器的其他組(而不是檢測(cè)到電流零的地方)上的I2幅值的變化(△ I2)，如果被發(fā)現(xiàn)對(duì)于建康CT組沒(méi)有改變，那么將其作為CT次級(jí)線圈故障的指示對(duì)待。
[0042]因此，該方法檢測(cè)CT次級(jí)線圈故障而沒(méi)有附加的參考輸入但是使用差動(dòng)保護(hù)也需要的健康CT組作為參考。用于CT次級(jí)線圈故障檢測(cè)的方法包括以下步驟:
[0043](a)確定子功率周期內(nèi)至少一相中的電流零；[0044](b)確定在健康參考CT組中的至少一個(gè)中的負(fù)序電流變化(Λ 12)的變化
[0045](c)與預(yù)定義的閾值相比較(ΛΙ2);以及
[0046](d)當(dāng)檢測(cè)到電流零并且負(fù)序變化沒(méi)有超過(guò)所定義的閾值限制時(shí)指示CT次級(jí)線
圈故障。
[0047]另外，與仿真結(jié)果/情況說(shuō)明一起來(lái)演示該方法的運(yùn)行。
[0048]為了仿真的目的，考慮具有額定值為132kV/llkV/llkV和YN/yn/dl型的三繞組變壓器。MVA的額定值是30MVA，其中在次級(jí)線圈1(SEC_1)上為21MVA以及在次級(jí)線圈2 (SEC_2)上是9MVA。電力變壓器具有具有10%的負(fù)載的次級(jí)線圈1，該負(fù)載是0.9%不對(duì)稱的。
[0049]以下情況被作為示例來(lái)說(shuō)明:
[0050]情況A)
[0051]故障狀況:
[0052]CT次級(jí)線圈故障130發(fā)生在如圖1所示的CTS_SEC_1的‘A’相上。
[0053]當(dāng)在CTS_SEC_1的‘A’相上發(fā)生CT次級(jí)線圈故障時(shí)，變壓器具有10%的負(fù)載。這將導(dǎo)致在CTS_SEC_1的‘A’相中的電流零。然而這是CT次級(jí)線圈問(wèn)題，誤跳閘不應(yīng)該發(fā)生并且基于本發(fā)明的方法繼電器阻塞跳閘。
[0054]按照本發(fā)明中描述的方法，在CTS_SEC_1的‘A’相中電流零檢測(cè)時(shí)，負(fù)序電流的變化在健康CT組上即在CTS_PRI和CTS_SEC_2上估計(jì)。當(dāng)電流零歸因于CT次級(jí)線圈‘A’相斷開時(shí)，未觀察到在CTS_PRI和CTS_SEC_2上的負(fù)序電流的明顯變化(小于預(yù)設(shè)閾值)。繼電器阻塞跳閘功能。
[0055]情況B)
[0056]故障狀況:
[0057]斷開次級(jí)線圈I上的‘A’相210，如圖2所示。
[0058]如果由于斷開的線路導(dǎo)線出現(xiàn)電流零，則這導(dǎo)致應(yīng)電流零的請(qǐng)求的在CTS_PRI以及CTS_SEC_2側(cè)上的負(fù)序電流的變化。瞬時(shí)變化是系統(tǒng)故障的指示而不是CT次級(jí)線圈開路的情況。繼電器在檢測(cè)電流零時(shí)檢測(cè)負(fù)序電流中的明顯變化并且執(zhí)行跳閘功能即不阻塞跳閘信號(hào)。
[0059]情況C)
[0060]故障狀況:
[0061]CT次級(jí)線圈故障310發(fā)生在圖3所示的CTS_PRI的‘A’相。
[0062]在CTS_PRI的‘A’相上發(fā)生CT次級(jí)線圈故障的時(shí)間處變壓器具有10%的負(fù)載。這導(dǎo)致在CTS_PRI的‘A’相的電流零。然而這是CT次級(jí)線圈問(wèn)題，誤跳閘不應(yīng)該發(fā)生。
[0063]按照本發(fā)明中描述的方法，負(fù)序電流中的變化在CTS_PRI的‘A’相中電流零時(shí)在健康CT組上即在CTS_SEC_1和CTS_SEC_2上進(jìn)一步估計(jì)。當(dāng)電流零由于CT次級(jí)線圈‘A’相斷開而產(chǎn)生時(shí)，甚至在CTS_PRI中發(fā)生電流零之后，未觀察到在CTS_SEC_1和CTS_SEC_2上的負(fù)序電流的變化即負(fù)序電流保持恒定(小于預(yù)設(shè)閾值)?；诖?，繼電器阻塞跳閘功倉(cāng)泛。
[0064]情況D)
[0065]故障狀況:[0066]斷開初級(jí)線圈上的‘A’相410，如圖4所示。
[0067]由于電流零由于斷開的線路導(dǎo)線而發(fā)生，則這導(dǎo)引應(yīng)電流零請(qǐng)求在CTS_SEC_1以及CTS_SEC_2側(cè)上的負(fù)序電流的變化。瞬時(shí)變化是系統(tǒng)故障的指示而不是由于CT次級(jí)線圈開路。在檢測(cè)電流零和負(fù)序電流的變化時(shí)繼電器執(zhí)行跳閘功能。
[0068]因此，通過(guò)可基于對(duì)在CT次級(jí)線圈中的電流零和狀況參數(shù)(負(fù)序電流)的變化的觀察區(qū)別系統(tǒng)故障和CT故障的簡(jiǎn)單闡述建立了該方法。當(dāng)觀察到CT次級(jí)線圈中的電流零時(shí)，CT故障示出的是無(wú)變化(變化小于預(yù)設(shè)閾值)。
[0069]盡管該說(shuō)明僅僅基于電流幅值來(lái)描述，但其指示該繼電器也計(jì)算全部三個(gè)CT組的相位角(狀況參數(shù))的變化。這對(duì)于當(dāng)負(fù)序電流變化小時(shí)(其為當(dāng)變壓器負(fù)載小的時(shí)候的情況)確認(rèn)故障是非常有用的。因此，可以由繼電器計(jì)算多于一個(gè)的狀況參數(shù)。
[0070]對(duì)于各種變壓器負(fù)載(10%和100%負(fù)載)通過(guò)仿真來(lái)說(shuō)明示例性的情況。
[0071]情況1:變壓器的100%負(fù)載
[0072]對(duì)于這種情況，電力變壓器次級(jí)線圈的‘A’相被斷開(相位不連續(xù))，如圖2所示，并且該變壓器是100%負(fù)載。
[0073]CT_SEC_1將測(cè)量電流為零。該故障將引起導(dǎo)致負(fù)序電流的變化的不平衡狀況。在初級(jí)線圈側(cè)，次級(jí)線圈I的此不對(duì)稱性被反射，即對(duì)于‘A’相與其故障之前相比電流幅值變化。類似地取決于次級(jí)線圈2的類型(星型，Y或德耳塔，D)，次級(jí)線圈I的不對(duì)稱也會(huì)在次級(jí)線圈2側(cè)被反射(盡管出于簡(jiǎn)單的目的，這可被忽視)。最后負(fù)序電流在CT_SEC2和CT_PPI上被檢測(cè)。變壓器是100%負(fù)載，獲得檢測(cè)的幅值的變化是對(duì)于IED來(lái)說(shuō)是易于感測(cè)的足夠的數(shù)量。仿真結(jié)果描述了 CT_SEC2中的變化大約是13.2A( = 0.028pu)，并且CT_PRI的變化大約是46Amp( = 0.33pu)，它們可通過(guò)繼電器檢測(cè)。在最壞的情況中，CT_PRI側(cè)的變化被檢測(cè)并且其足以指示該故障是系統(tǒng)故障而不是CT次級(jí)線圈電路問(wèn)題。
[0074]情況2:電力變壓器的10%負(fù)載
[0075]對(duì)于如情況1(圖2)中的故障狀況但是對(duì)于電力變壓器具有10%負(fù)載狀況的情況，負(fù)序電流幅值變化的檢測(cè)變得困難。從仿真結(jié)果來(lái)說(shuō)，CT_SEC2上的負(fù)序電流大約為
1.32A( = 0.0028pu)以及在CT_PRI中的負(fù)序電流大約是4.6A( = 0.033pu)，它們難以檢測(cè)，即在兩個(gè)健康組CT_SEC2和CT_PRI中的負(fù)序電流的變化都是如此小以致于不能測(cè)量并且IED可能認(rèn)為這是CT次級(jí)線圈電路問(wèn)題并且如果該方法僅僅基于檢測(cè)的幅值變化將會(huì)誤(mall)操作。
[0076]正如能從目前的仿真結(jié)果所能看到的那樣，檢測(cè)負(fù)序電流變化的方法需要同時(shí)考慮幅值和相位，即，對(duì)于所有三組的CT信號(hào)的向量變化。
[0077]在正常狀況下，在健康相位間的相位角差為120度。在‘A’相上的系統(tǒng)故障狀況將導(dǎo)致在‘B’相和‘C’相之間的相位角差的變化。在健康相之間的相位角差的該變化在所有三個(gè)電流互感器組中估計(jì)，并且如果在任一 CT組中檢測(cè)到變化，那么它是系統(tǒng)故障的指
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[0078]對(duì)于圖2中所述的故障狀況，在CT_PRI (B相-C相)上的相位角差的變化在仿真中觀察到為大約17度，甚至當(dāng)變壓器具有小負(fù)載(10%負(fù)載狀況)時(shí)它是可測(cè)量的。對(duì)于CT次級(jí)線圈問(wèn)題，將不發(fā)生這樣的相位角的移位。
[0079]該方法在差動(dòng)保護(hù)繼電器中算法地實(shí)現(xiàn)，該方法將利用本發(fā)明所描述的方法在CT次級(jí)線圈故障的情況下阻塞差動(dòng)保護(hù)繼電器觸發(fā)功率跳閘信號(hào)。另外，繼電器包括復(fù)位定時(shí)器來(lái)不允許CT故障指示在斷續(xù)型CT次級(jí)線圈故障的情況下被復(fù)位。該方法也可用于專門的設(shè)備/裝置中，其部署成僅用于在CT組中故障的監(jiān)控。
[0080]在實(shí)施例中，保護(hù)繼電器用電流互感器測(cè)量電流參數(shù)(幅值和相位)，該電流互感器電耦合在多相電力設(shè)備的各個(gè)端子上。繼電器根據(jù)電力設(shè)備的不同端子所作的測(cè)量計(jì)算負(fù)序電流。在檢測(cè)該端子的任何一個(gè)中的電流零狀況時(shí)，保護(hù)繼電器尋找計(jì)算的負(fù)序電流值中的突然變化來(lái)確定用于測(cè)量電流零狀況的端子的電流的測(cè)量的電流互感器的健康和電力設(shè)備的健康。
[0081]在另一實(shí)施例中，保護(hù)繼電器用電流互感器測(cè)量電流參數(shù)(幅值和相位)，電流互感器電耦合在多相電力設(shè)備的各個(gè)端子上。繼電器根據(jù)電力設(shè)備的不同端子所作的測(cè)量計(jì)算負(fù)序電流。在檢測(cè)端子的任何一個(gè)中的電流零狀況時(shí)，保護(hù)繼電器尋找計(jì)算的負(fù)序電流值中的突然變化來(lái)確定用于測(cè)量電流零狀況的端子的電流的測(cè)量的電流互感器的健康和電力設(shè)備的健康。除了監(jiān)控所計(jì)算的負(fù)序電流值的任何突然變化之外，繼電器也監(jiān)控關(guān)于健康電流互感器的所計(jì)算的電流相位角的變化以便對(duì)應(yīng)于電流零的檢測(cè)來(lái)檢測(cè)任何突然變化。因此繼電器監(jiān)視多個(gè)狀況參數(shù)來(lái)確定報(bào)告電流零狀況的電流互感器的健康。
[0082]在又一其他實(shí)施例中，保護(hù)繼電器用電流互感器測(cè)量電流參數(shù)(幅值和相位)，電流互感器電耦合在多相電力設(shè)備的各個(gè)端子上。繼電器基于負(fù)序電流值、電流相位角以及電力設(shè)備負(fù)載因數(shù)(電設(shè)備的％負(fù)載)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)狀況參數(shù)?；陔娏υO(shè)備中的負(fù)載狀況，可以選擇合適的狀況參數(shù)作為故障指示參數(shù)。故障指示參數(shù)可以直接是負(fù)序電流或者相位角或者是基于負(fù)載因數(shù)作為負(fù)序電流和相位角的數(shù)學(xué)函數(shù)導(dǎo)出的組合參數(shù)。
[0083]在又一其他實(shí)施例中，提供包括作為數(shù)學(xué)函數(shù)導(dǎo)出的組合參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)狀況參數(shù)作為組合參數(shù)集。因此，組合參數(shù)集提供有作為故障指示參數(shù)的包括導(dǎo)出的狀況參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)狀況參數(shù)。在檢測(cè)端子的任何一個(gè)中電流零狀況時(shí)，保護(hù)繼電器尋找所計(jì)算的故障指示參數(shù)中的突然變化來(lái)確定用于測(cè)量電流零狀況的端子的電流的測(cè)量的電流互感器的健康和電力設(shè)備的健康。為了確定電氣系統(tǒng)中電力設(shè)備的健康狀態(tài)，將狀況參數(shù)集中的狀況參數(shù)與狀況參數(shù)集中狀況參數(shù)對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)閾值相比較?？梢曰诙嘞嚯娏υO(shè)備的負(fù)載狀況選擇狀況參數(shù)集中的一個(gè)或多個(gè)狀況參數(shù)。
[0084]在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法覆蓋了導(dǎo)致故障狀況的CT繞組中的任何一個(gè)中的短路故障。這里，繼電器可以利用電壓信號(hào)來(lái)檢測(cè)故障。繼電器計(jì)算被發(fā)現(xiàn)適合區(qū)別該故障的負(fù)序電流/電壓。在實(shí)施例中利用電流信號(hào)描述的方法現(xiàn)在基于電壓信號(hào)，即，在電流/電壓零的檢測(cè)時(shí)，檢查負(fù)序電壓/電流的變化或者基于電參數(shù)(電流/電壓)的故障指示參數(shù)的值的變化。如果改變是明顯的，那么故障指示為系統(tǒng)問(wèn)題。將注意的是該方法能用電流/電壓(電)參數(shù)的測(cè)量檢測(cè)CT繞組中的短路或斷路故障。
[0085]將要注意的是本發(fā)明的保護(hù)原理能易于擴(kuò)展并且應(yīng)用于在多繞組電力變壓器或任何其他多相電力設(shè)備的保護(hù)時(shí)監(jiān)控電流互感器。本發(fā)明中所描述的方法可以是部分的或全部集成在繼電器中，該繼電器與繼電器外部的另一計(jì)算機(jī)裝置一起起作用。另外，本發(fā)明中的描述的方法可易于擴(kuò)展到用于電流測(cè)量的任何電流傳感器。
[0086]盡管根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此，而是能以各種方式來(lái)具體體現(xiàn)而不脫離如在所附權(quán)利要求書中定義的發(fā)明原理。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，其用于監(jiān)控包括多個(gè)電流互感器和多相電力設(shè)備的電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的狀況，所述多相電力設(shè)備由保護(hù)繼電器通過(guò)在所述電力系統(tǒng)中故障發(fā)生時(shí)發(fā)出跳閘信號(hào)來(lái)保護(hù)，所述方法包括以下步驟: a)從所述多個(gè)電流互感器測(cè)量所述多相電力設(shè)備的電參數(shù)； b)根據(jù)用所述多個(gè)電流互感器所作的測(cè)量為所述電氣系統(tǒng)中多相電力設(shè)備計(jì)算故障指示參數(shù)； c)檢測(cè)從所述多個(gè)電流互感器所作的至少一個(gè)電測(cè)量中的故障狀況，指示故障狀況的電流互感器被認(rèn)為是可疑故障電流互感器，而所述多個(gè)電流互感器中的其他電流互感器被認(rèn)為是健康電流互感器； d)在檢測(cè)到所述可疑故障電流互感器中的故障狀況時(shí)，檢測(cè)根據(jù)從所述至少一個(gè)健康電流互感器所作的至少一個(gè)電參數(shù)測(cè)量計(jì)算的故障指示參數(shù)的變化；以及 e)比較在所計(jì)算的故障指示參數(shù)的所檢測(cè)的變化與所述故障指示參數(shù)的預(yù)設(shè)閾值來(lái)確定電功率設(shè)備中至少一個(gè)電力設(shè)備的狀況； 其中，計(jì)算所述故障指示參數(shù)的步驟的特征在于，從組中選擇狀況參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，所述組包括根據(jù)用至少一個(gè)健康電流互感器所作的測(cè)量計(jì)算的負(fù)序電流參數(shù)、根據(jù)來(lái)自所述多個(gè)電流互感器中任意兩個(gè)健康電流互感器的電流信號(hào)之間的測(cè)量計(jì)算的相位角差參數(shù)以及基于所述負(fù)序電流參數(shù)和所述相位角差參數(shù)的組合參數(shù)集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 方法，其中測(cè)量電參數(shù)包括測(cè)量來(lái)自所述多個(gè)電流互感器的電流信號(hào)的幅值或/和相位角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測(cè)故障狀況在一個(gè)基本功率周期內(nèi)從算法上實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測(cè)所計(jì)算的故障指示參數(shù)的變化是通過(guò)比較所述故障指示參數(shù)的當(dāng)前值與在所述保護(hù)繼電器中以前存儲(chǔ)的故障指示參數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中預(yù)定義閾值基于在正常狀況下所計(jì)算的故障指示參數(shù)值來(lái)自動(dòng)確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括基于所述故障指示參數(shù)的變化與預(yù)設(shè)閾值的比較的結(jié)果而阻塞跳閘信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將狀況參數(shù)選擇為故障指示參數(shù)是基于多相電力設(shè)備的負(fù)載狀況的。
8.一種裝置，其用于監(jiān)控電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備的狀況，所述電力系統(tǒng)具有多個(gè)電流互感器和多相電力設(shè)備，所述多個(gè)電流互感器被用于在多相電力設(shè)備中電流的測(cè)量以及具有至少一個(gè)可疑故障電流互感器和至少一個(gè)健康電流互感器，所述裝置包括: a)電流感測(cè)模塊，其用于從一個(gè)或多個(gè)電流互感器測(cè)量電流參數(shù)并且用于檢測(cè)從至少一個(gè)可疑故障電流互感器所作出的測(cè)量的任意一個(gè)中的故障狀況； b)計(jì)算模塊，其用于基于來(lái)自至少一個(gè)健康電流互感器的由所述電流感測(cè)模塊提供的數(shù)據(jù)計(jì)算故障指示參數(shù)值的變化； c)比較器模塊，其用于比較所述故障指示參數(shù)的變化與預(yù)設(shè)閾值來(lái)確定在電力系統(tǒng)中至少一個(gè)電氣設(shè)備的狀況； 其中，在計(jì)算模塊中故障指示參數(shù)的計(jì)算的特征在于:從組中選擇狀況參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，所述組包括負(fù)序電流參數(shù)、相位角差參數(shù)和基于所述負(fù)序電流參數(shù)和所述相位角差參數(shù)的組合參數(shù)集，所述負(fù)序電流參數(shù)利用至少一個(gè)健康電流互感器來(lái)計(jì)算，所述相位角差參數(shù)根據(jù)來(lái)自多個(gè)電流互感器中的任意兩個(gè)健康電流互感器的電流信號(hào)之間的測(cè)量來(lái)計(jì)算。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，進(jìn)一步包括阻塞模塊，其用于基于來(lái)自所述比較器模塊的結(jié)果來(lái)阻塞為保護(hù)所述多相電力設(shè)備所產(chǎn)生的跳閘信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中計(jì)算炔基于所述多相電力設(shè)備的負(fù)載狀況執(zhí)行將狀況參數(shù)選擇作為故障指示參數(shù)。`
【文檔編號(hào)】H02H7/045GK103503262SQ201180063709
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月31日
【發(fā)明者】Y·朱哈, S·納延, K·穆拉里 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司