专利名称：电流互感器末电屏电流转换为线路电压的方法及绝缘在线监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及继电保护、监控系统的方法，通过电容型电流互感器末电屏电流转换成线路电压，代替线路电压互感器二次电压供保护装置使用，同时对电流互感器的绝缘情况进行在线监测。
背景技术：
35kV以上电力系统使用电流互感器，绝大部分采用电容型绝缘，电容型电流互感器(以下简称电容型TA)是电容均匀分布的油浸纸绝缘产品，其内部结构是在一次导线外，采用10层以上同心圆形电容屏围成的”U”形，其中，各相邻电屏间绝缘厚度彼此相等，且电容屏端部长度从里往外成台阶状排列，最外层通过末屏接线端子引出后与接地端子相联接后接地。由于其一次回路轴向及径向电场分布均匀，主绝缘结构合理并得到充分的利用，因此可以提高TA的绝缘水平。
一次导线与末屏之间的电容称为末屏电容，用符号CM表示； 末屏端子与接地端子联接回路中的电流称为末屏电流，用符号IM表示。
末屏电容的电容量一般在500到1500pf之间，各种容量末屏电容的工频容抗ZCM，各电压等级下的末屏电流IM如表1所示 表1各种容量末屏电容的工频容抗ZCM，各电压等级下的末屏电流IM表 由于制造工艺缺陷、结构不合理、密封不良及内部不洁净造成爬电等引起的电流互感器损坏时有发生。
油浸型电流互感器损坏的后果大多数是爆炸，电流互感器的爆炸会造成大面积停电，由于爆炸往往会损坏相邻设备，短时间内很难全面恢复供电。
电流互感器内部的缺陷是由轻至重发展的，显然仅仅依靠定期的高压试验不能防止损坏以至于爆炸事故的发生。只有对其进行在线监测及时发现缺陷，才是根本的解决方案。在线监测对实施“状态检修”非常有利。
电流互感器损坏的前奏是内部绝缘下降、末屏电容放电等，出现上述现象均会使末屏电流发生变化。只要能够监测末屏电流在变化超过5％时发出警报，通知运行人员处理，就实现了对电流互感器内部缺陷的在线监测。
发明内容
所有的母线上均安装母线TV，当线路处于正常运行状态时，母线TV能够正确反应线路电压的变化，但是当线路出现非全相运行，甚至于线路断路器断开的情况下，母线TV就不能正确反映线路电压的变化了；而线路TV在任何情况下均能正确反映线路电压的变化，因此线路保护特别希望接入线路TV运行。安装线路TV需要增加投资和维护成本，将末电屏电流转换成线路电压供保护装置使用，不失又好又省的方案。将经转换成的线路电压与接入装置的母线TV基准电压相比较，就可以对电流互感器的绝缘状态进行在线监测，而“在线监测装置”是目前电力系统特别热门的话题之一。本发明可以同时解决上述两大技术问题。
本发明采用将电容型电流互感器末电屏电流转换为线路电压代替线路电压互感器二次电压供保护装置使用，该方法包括步骤 将电容型电流互感器末电屏端子的接地线解除，并在电容型电流互感器末电屏端子和地之间接入稳压回路； 在电容型电流互感器末电屏端子和地之间接入变流器(BLQ)，实现高低压隔离，同时将在额定系统电压下运行的电流互感器末电屏电流(Im)转换成100mA级电流信号； 转换后的电流信号通过电缆输入到数字式在线监测装置中； 根据第(3)步中电缆长度，计算每一芯电缆的电阻值，并根据实时检测的电流互感器的末电屏电流(Im)通过变流器转换后的电流值，计算变流器二次侧的电压降； 根据变流器(BLQ)铁芯截面积和铁芯的磁导率，按照工频变压器的计算方法，计算变流器(BLQ)每伏电压至少需要绕制的线圈匝数； 将铁芯绕线骨架分为内外两层，内层为一次绕组N1，外层绕制二次绕组 N2，由外层绕组的匝数计算一次绕组的匝数； 根据变流器一二次绕组的匝数，计算变比，并考虑变流器二次侧的电压降，由输入到数字式在线监测装置中的100mA级电流信号计算实际检测的电容型电流互感器末电屏电流(Im)值； 计算正常运行时，电容型电流互感器A、B、C三相末电屏电流领先母线电压互感器TV的A相电压的角度(ΨA、ΨB、ΨC)，并将该值存储计算机中； 计算正常运行时，母线TV二次电压的有效值U与各相末屏电流有效值IA、IB、IC的比值KA、KB、KC并且存储在计算机中； 将第(7)步计算得到的各相实际检测的末电屏电流值，根据电容型电流互感器A、B、C三相末电屏电流领先母线TV的A相电压的角度(ΨA、ΨB、ΨC)和母线TV二次电压的有效值U与各相末屏电流有效值IA、IB、IC的比值KA、KB、KC通过相角变换和幅值变换，转变成相应相的线路电压信号； 将得到的线路电压代替线路电压互感器二次电压供保护装置使用。
利用末电屏电流转换成的线路电压与母线电压相比较对电流互感器的绝缘情况进行在线监测，将电容型电流互感器末电屏电流转换为线路电压的数值，该数值与母线TV二次侧相电压幅值误差超过5％时；或该数值与母线TV二次侧相电压中谐波电压误差超过10％时，发出绝缘告警信号，并报出出现异常的相别。
由于线路电压互感器二次电压能够正确反应线路电压的变化。使用线路电压互感器二次电压判别线路各种“功率方向”、计算距离保护中的各类阻抗，明显优于母线电压互感器，甚至于某些保护功能要求必须接入线路电压互感器二次电压运行。同时，电容型绝缘注油式电流互感器爆炸往往是由于绝缘下降引发的，绝缘下降可以使末电屏电流和介质损耗因数tgδ发生变化，引起末电屏电流转换电压的变化。当末电屏电流转换电压的变化幅度超过±5％时发出“电流互感器绝缘变化越限告警”，通知有关人员处理。
因此，本发明以母线电压互感器二次侧电压为基准，利用数字式线路保护装置，将电容型绝缘型电流互感器末电屏电流转换成线路电压，代替线路电压互感器二次电压供保护装置使用，同时对电流互感器的绝缘情况进行在线监测的方法。对于提高继电保护的灵敏性以及对电流互感器绝缘变化实施在线监测，防止大量由于电流互感器绝缘下降引发的恶性事故的发生，利于“状态检修”的实施具有重要意义。
图1为电容型电流互感器末电屏电流转换成线路电压及互感器绝缘在线监测装置输入电气量示意图； 图2为根据通过电流互感器末电屏电流转换的线路电压值来判断互感器绝缘的逻辑关系图。
具体实施例方式 末电屏电流转换成线路电压、电流互感器(TA)绝缘在线监测装置输入电气量的方法如图1所示 图1中 1为TA一次绕组 2(ZHZ)为线路保护装置或者在线监测装置 Cm为TA末电屏电容 Im为末电屏电流 BLQ为末电屏电流变流器 I2为经BLQ变换后的末电屏电流 U为供校正用的母线TV二次电压 在末电屏电容Cm的末电屏端子与接地端子之间接入稳压回路，同时在末电屏端子与接地端子之间并接变流器BLQ，通过电缆将变流器二次侧与在线监测装置ZHZ连接，将变换后的末电屏电流信号I2输入至在线监测装置ZHZ，同时将母线TV二次电压U输入至在线监测装置ZHZ。
图1中变流器BLQ使用R8铁心绕制，主要有两个作用 第一个作用，是实现高、低压隔离； 第二个作用，是将在额定系统电压下运行的电流互感器末屏电流(Im)，变成I2＝100ma左右后，使用1.5mm2电缆联接到数字式在线监测装置中。
1.5mm2电缆每公里电阻在11.7Ω左右，如果电缆长度按照200m计算，每芯电缆的电阻为2.34Ω，现按照2.5Ω计算。电缆芯中流过100ma电流时，电压降为0.25V。
因为装置中的电流变量器阻抗极小可以忽略不计，因此正常运行时变流器二次侧电压可以按照0.25V计算。
R8铁心截面积为1.565cm2，铁心导磁率按照1.6T计算，按照工频变压器计算，每伏至少需要绕制18匝。
R8铁心绕线骨架分为内外两层，外层用0.5漆包线绕制二次绕组N2，取N2＝180匝； 内层用于绕制一次绕组，一次绕组的匝数N1根据下式计算
由表1可见，最m的末电屏电流为6ma，则N1最多需要绕制3000匝。R8铁心内层绕线骨架绕线面积大于1cm2，末电屏电流小于30ma时，可以使用0.125漆包线绕制，0.125漆包线的载流量为30ma； 末电屏电流为30ma，则N1需要绕制600匝。末电屏电流大于30ma时，可以使用0.28漆包线绕制，0.28漆包线的载流量为154ma； 由表1可见，最大的末电屏电流为145.1ma，小于154ma，因此变流器的一次绕组根据用户提供的末电屏电流的数值，在上述两种漆包线中选择其一即可。
当末电屏电流为6ma时，变流器一次绕组的端电压Umax按照下式计算
选用1.5KE18CA瞬态抑制二极管作为稳压回路4中的稳压元件。
在线监测装置6必须是数字式装置，比如专门研制的电流互感器在线监测装置、数字式监控系统、数字式线路保护装置等。
其中应该优先选择数字式线路保护装置。
为了接入三相末屏电流，在线监测装置必须设置三个250ma/3.53V电流变量器。
最好能设置三个57.73V/3.35V电压变量器，供接入母线TV二次侧相电压作为基准电压使用。
某些数字式线路保护装置中设置两组总计4只电压变量器。
第一组设置3只57.73V/3.35V电压变量器，接入供保护使用的线路TV(母线TV)二次侧相电压。
因为线路TV二次侧电压在任何运行状态下均能正确反应线路电压，当线路出现非全相运行，母线TV就不能正确反应线路电压。比如，在一侧断开的非全相运行状态下的高频闭锁负序功率方向保护，当TA接在母线侧时会误动，而接在线路侧时则不会误动。
因此线路保护特别希望接入线路TV二次电压运行，但是苦于很多线路没有安装线路TV而不能实现。
第二组设置1只电压变量器，主要供检查电气量重合闸使用。
第二组电压变量器，可以接入相电压也可以接入线电压。
当第一组变量器接入母线TV电压时，则第二组变量器接入线路TV电压；反之当第一组变量器接入线路TV电压时，则第二组变量器接入母线TV电压。
数字式线路保护装置兼作在线监测装置使用时，要求将第一组变量器更换为250ma/3.53V电流变量器，接入三相末屏电流；为方便分析、计算要求第二组变量器接入母线TV二次侧A相电压。
在“在线监测装置”中设置一个“末屏电流转换转换程序”。
末屏电流的转换以装置输入的母线TV二次电压为基准。
“末屏电流转换转换程序”设置由装置面板上键盘输入的“开始转换”和“转换结束”两个命令。
末屏电流、母线TV电压接入“在线监测装置”后，用面板上键盘输入“开始转换”命令。
“末屏电流转换转换程序”接到“开始转换”命令后，以装置输入的母线TV二次A相电压为基准，分别测量三相末屏电流的相位与幅值。
正常运行情况下A、B、C三相电压是平衡的，设三相母线TV二次电压分别为
设以A相母线TV二次电压为基准时三相末屏电流分别为 上式中ΨA、ΨB、ΨC分别为A、B、C三相末屏电流领前母线A相TV电压角度。将ΨA、ΨB、ΨC存储在计算机中。
三相末屏电流分别领前于母线同名相TV二次电压的角度ΨAT，ΨBT、ΨCT分别为 ΨAT＝ΨA (7) ΨBT＝ΨB-240°(8) ΨCT＝ΨC-120°(9) 分别计算母线TV二次电压的有效值U与各相末屏电流有效值IA、IB、IC的比值KA、KB、KC并且存储在计算机中。
KA＝U/IA (10) KB＝U/IB (11) KC＝U/IC (12) 将三相末屏电流转换成同名相电压。
将三相末屏电流转换成与同名相电压同相位 将A相末屏电流顺时针旋转ΨA后，就可以与母线A相TV二次侧电压同相； 将B相末屏电流顺时针旋转(240°-ΨB)，就可以与母线B相TV二次侧电压同相； 将C相末屏电流顺时针旋转(120°-ΨC)，就可以与母线C相TV二次侧电压同相； 将三相末屏电流转换成与同名相电压同相位 由(10)式得UA＝KAIA，将A相末屏电流IA扩大KA倍，使其幅值与TV二次侧相电压幅值相等。
由(11)式得U＝KBIB，将B相末屏电流IB扩大KB倍，使其幅值与TV二次侧相电压幅值相等。
由(12)式得U＝KCIC，将C相末屏电流IC扩大KC倍，使其幅值与TV二次侧相电压幅值相同。
末屏电流经过角度与幅值转换后以当作线路TV二次电压使用，其精确与母线TV相同。
“末屏电流转换转换程序”接到“转换结束”命令后，固定以转换过程中存储的KA、KB、KC、ΨA、ΨB、ΨC，按照所述方法对末屏电流进行转换。
“在线监测装置”的逻辑判断如图2所示，在下述情况下发出告警信号，并且报出出现异常的相别 当由末屏电流转化电压与母线TV二次侧相电压幅值误差超过5％时； 当由末屏电流转化电压与母线TV二次侧相电压中谐波电压误差超过10％时。
电压幅值出现误差说明末屏电流的幅值发生了变化，谐波电压出现误差则可以怀疑TA内部是否存在放电等异常现象。
在线监测功能方面当线路断路器断开或者非全相运行过程中母线与线路电压不等是正常现象，在上述情况下应该退出在线监测功能。
以数字式线路保护装置兼作在线监测装置使用，在末屏电流转换前线路电压不允许使用，因此在转换过程中应该采取加“临时保护”等措施。
权利要求
1.一种将电容型电流互感器末电屏电流转换为线路电压代替线路电压互感器二次电压供保护装置使用的方法，该方法包括步骤
(1)将电容型电流互感器末电屏端子的接地线解除，并在电容型电流互感器末电屏端子和地之间接入稳压回路；
(2)在电容型电流互感器末电屏端子和地之间接入变流器(BLQ)，实现高低压隔离，同时将在额定系统电压下运行的电流互感器末电屏电流(Im)转换成100mA级电流信号(I2)；
(3)转换后的电流信号(I2)通过电缆输入到在线监测装置(ZHZ)中；
(4)根据第(3)步中所述电缆的长度，计算每一芯电缆的电阻值，并根据实时检测的电流互感器的末电屏电流(Im)通过变流器转换后的电流信号(I2)，计算变流器二次侧的电压；
(5)根据变流器(BLQ)铁芯截面积和铁芯的磁导率，按照工频变压器的计算方法，计算变流器(BLQ)每伏电压至少需要绕制的线圈匝数；
(6)将铁芯绕线骨架分为内外两层，内层为一次绕组，外层绕制二次绕组，根据选定的外层二次绕组的匝数计算一次绕组的匝数；
(7)根据变流器一二次绕组的匝数，计算变比，由输入到在线监测装置(ZHZ)中的电流信号(I2)计算实际检测的电容型电流互感器末电屏电流(Im)值；
(8)计算正常运行时，电容型电流互感器A、B、C三相末电屏电流领先母线电压互感器TV的二次电压的角度ΨA、ΨB、ΨC，并将该值存储计算机中；
(9)计算正常运行时，母线TV二次电压的有效值U与各相末屏电流有效值IA、IB、IC的比值KA、KB、KC并且存储在计算机中；
(10)将第(7)步计算得到的各相实际检测的末电屏电流值(Im)，根据电容型电流互感器A、B、C三相末电屏电流领先母线TV的二次电压的角度(ΨA、ΨB、ΨC)和母线TV二次电压的有效值U与各相末屏电流有效值IA、IB、IC的比值KA、KB、KC通过相角变换和幅值变换，转变成相应相的线路电压信号；
(11)将得到的线路电压代替线路电压互感器二次电压供保护装置使用。
2.根据权利要求1所述的保护方法，所述稳压电路是由4个1.5KE18CA瞬态抑制二极管作为稳压元件实现的，所述变流器(BLQ)由R8铁芯绕制。
3.根据权利要求2所述的保护方法，取二次绕组匝数N2＝180匝；则一次绕组的匝数N1根据下式计算
其中Im为电容型电流互感器末屏电流值。
4.根据权利要求3所述的保护方法，当末电屏电流小于30ma时，一次绕组使用0.125的漆包线绕制；当末电屏电流大于30ma时，一次绕组使用0.28漆包线绕制。
5.根据权利要求1所述的保护方法，为了接入三相末电屏电流，设置三个250ma/3.53V电流变量器和三个57.73V/3.35V电压变量器，所述三个电压变量器供接入母线TV二次侧电压作为基准电压使用。
6.根据权利要求5所述的保护方法，将所述的三个57.73V/3.35V电压变量器作为第一组电压变量器，还设置一个第二组电压变量器，所述第二组电压变量器接入相电压或线电压，供检查电气量重合闸使用；当第一组电压变量器接入母线TV电压时，则第二组电压变量器接入线路TV电压。
7.一种利用末电屏电流转换成的线路电压与母线电压相比较对电流互感器的绝缘情况进行在线监测的装置，包括在电容型电流互感器的末电屏端子与接地端子之间接入稳压回路，同时在末电屏端子与接地端子之间并接变流器(BLQ)，通过电缆将变流器二次侧与在线监测装置(ZHZ)连接，将变换后的末电屏电流信号(I2)输入至在线监测装置(ZHZ)中，同时将母线TV二次电压输入至在线监测装置(ZHZ)作为基准值，其特征在于，实时监测电容型电流互感器的末电屏电流和母线TV二次侧电压，根据权利要求1的方法将电容型电流互感器末电屏电流转换为线路电压的数值，当所得线路电压的数值与母线TV二次侧相电压幅值误差超过5％时；或该数值与母线TV二次侧相电压中谐波电压误差超过10％时，发出绝缘告警信号，并报出出现异常的相别。
8.根据权利要求7所述的在线监测的装置，当线路断路器断开或者非全相运行过程中母线电压与线路电压不等时，退出在线监测。
全文摘要
本发明公开了一种以母线电压互感器二次侧电压为基准，利用数字式线路保护装置，将电容型电流互感器末电屏电流转换成线路电压，代替线路电压互感器二次电压供保护装置使用，同时对电流互感器的绝缘情况进行在线监测的方法。末电屏电流转换成的线路电压幅值和相位的精度，取决于转换时母线电压互感器二次侧电压的精度，是目前各种“线路电压抽取装置”所无法比拟的。电容型绝缘注油式电流互感器爆炸往往是由于绝缘下降引发的，绝缘下降可以使末电屏电流和介质损耗因数tgδ发生变化，引起末电屏电流转换电压的变化。本发明对电流互感器绝缘变化实施在线监测，可以防止大量由于电流互感器绝缘下降引发的恶性事故的发生，有利于“状态检修”的实施。
文档编号H02H7/26GK101188355SQ20071017836
公开日2008年5月28日 申请日期2007年11月29日 优先权日2007年11月29日
发明者袁伯诚, 营 李 申请人:北京四方继保工程技术有限公司