[发明专利]电力系统中监视互感器二次回路的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，尤其涉及电力系统中监视互感器二次回路的方法和设备。

背景技术

互感器(Instrument transformers)用于逐步降低电流或电压至可测量的数值，并且其被广泛应用于各种电力系统中。存在两种基本类型的互感器，即电压互感器(voltage transformer)和电流互感器(current transformer)。电压互感器(VT，本说明书中也包括电容式电压互感器CVT)被设计用于在二次侧精确复制一次侧电压，而电流互感器(CT)用于复制电流信号。一次侧的电压值(来自VT)和电流值(来自CT)的准确信息是智能电子设备(IED)正确动作的基础。然而，故障可能发生在所述VT和所述IED之间的二次回路(这种情形在本说明书中被归为VT二次回路故障“VTfailure”)，或者发生在所述CT和所述IED之间的二次回路(这种情形在本说明书中被归为CT二次回路故障“CTfailure”)，这将会导致所述IED的各种保护功能的不正确动作。例如，VTfailure可能导致距离保护功能的误动作。另一方面，在CTfailure的情况下，“假”的差动电流将出现在CTfailure的相中；并且如果这个”假”的差动电流的数值大于启动的阈值，则差动保护功能可能误动作。此外，单相或两相CTfailure将导致”假”的负序电流或者零序电流，这将导致基于负序/零序电流的保护机制被不正确动作。为了避免由CTfailure或者VTfailure可能导致的不正确动作，可靠、灵敏并且高速的电流回路监视和电压回路监视一直以来都非常重要。

已经研发了多种电流/电压回路监视的方法。下面将会描述几种传统的电流/电压回路监视的方案。

A)电流回路监视方法

一种电流回路监视方法是将来自一组三相电流互感器线圈的零序电流和来自另一组三相电流互感器线圈的中性点电流进行比较。检测到差异表明在回路中发生故障，并且其被用作报警或者闭锁可能产生不正确跳闸的保护功能。这种方法需要客户混合来自不同线圈或不同电流互感器的电流回路。因此，这种方法增加了硬接线的复杂性，并因此降低了IED的可靠性。而且，这种方法不能检测三相CTfailure，因为在这种情况下两个线圈或者两个电流互感器将没有零序电流。

另一种电流回路监视方法是通过检测零序电流和零序电压的存在来实现的。在没有零序电压出现的情况下，零序电流值高表明存在CTfailure。然而，这种方法不能检测三相CTfailure，这是因为它是基于零序测量。其次，在非对称运行状态下(例如单相重合闸阶段)，由于一直存在零序电流和零序电压，因而该方法不能正常工作。第三，如果系统的零序阻抗非常小的话，该方法可能执行误操作。而且，有时电压输入甚至是不可利用的。

另一种电流回路监视方法是检测相电流的突然消失。然而，当连接电力源和负载的线路发生故障时，在负载侧的保护IED也可以检测到相电流的突然消失，因此，CTfailure监视功能将不正确动作。

另一种电流回路监视方法是基于连接在同一母线的电流的变化。其理论在于：内部或外部故障会导致至少两个电流的变化，而CTfailure仅仅影响单一电流。然而这种方法需要来自于连接到所述被保护母线的所有电力系统元件(线路、变压器器等)的采样数据，这意味着大量的通信和很慢的动作速度。

B)电压回路监视方法

一种电压回路监视方法是将在正常运行状态下测量的零序电压与预先设定的阈值进行比较。如果该零序电压比该阈值大，VTfailure会被检测到。只有当没有扰动或故障时，这种方法才是有效的；因此需要可靠的、能够检测扰动或故障的启动元件。而且，在非对称运行状态下不适用(如单相重合闸阶段)。

另一种电压回路监视方法是通过检测零序/负序电流和零序/负序电压的存在来实现的。零序/负序电压具有高的值，却没有零序/负序电流，其表明处于VTfailure状态下。这种方法不能检测三相VTfailure。在非对称运行状态下，因为一直都存在有零序/负序电流和零序/负序电压，该方法不能正常工作。

另一种电压回路监视方法是通过把来自电压互感器的两组独立二次线圈的测量电压进行比较来实现的。如果来自所述电压互感器的两个独立二次线圈同一相的测量电压不同，会确定其处于VTfailure状态。这种方法需要来自两组二次线圈的测量电压，这增加了硬接线的复杂度，并因此降低了IED的可靠性。

而且，如果故障同时出现在电流和电压二次回路中，前述提及的基于电压和电流的电流/电压回路监视方法将会失效。