电力系统中或关于电力系统的改进的制作方法

电力系统，例如涉及发电、输电或配电，涉及工业过程或运输的电力系统通常包括一个或多个所称的智能电子装置(ied)，其测量、保护、控制并监测其被集成的电力系统。

这种ied在特定的电力系统内的各个点从一个或多个对应的电流互感器接收测量的电流值，并使用这些电流值执行前述功能。

根据本发明的第一方面，提供了一种监控多个电流互感器的操作的方法，所述多个电流互感器设置在多相电力系统的不同保护区内的相应电流互感器组中，所述监控方法包括步骤：

(a)识别所述电力系统内的故障保护区；

(b)识别所述故障保护区内的故障电流互感器组；以及

(c)识别所述故障电流互感器组内的一个或多个故障相(faultphase)。

识别电力系统内的故障保护区降低了与识别故障电流互感器组关联的复杂性和随后识别故障电流互感器组所需的计算工作，原因是其减少了必须考虑的可能有故障的电流互感器组的数目。

同时，识别所述故障保护区内的故障电流互感器组避免了停用整个保护区的必要，例如虽然由给定的电流互感器组内的一个或多个特定的电流互感器提供的电流测量值仍存在问题，但允许保护区的剩余部分继续运行。

另外，进一步识别故障电流互感器组内的一个或多个故障相有助于更准确地因此更有效地引起维修关注，因此与任何故障电流互感器组关联的停机时间被最小化。

优选地，步骤(a)识别所述电力系统内的故障保护区包括：将每个保护区的差分电流与预定的差分电流阈值比较，并且当所述保护区的差分电流超过所述差分电流阈值时，识别保护区有故障。

此步骤能够可靠和重复地识别故障保护区。

可选地，步骤(b)识别所述故障保护区内的故障互感器组包括：

对于所述故障保护区内的每个电流互感器组确定电流比，所述电流比指示所述电流互感器组内的相位之间的平衡；以及

将电流比明显高于所述或每个其它电流互感器组的电流比的电流互感器组识别为有故障。

在本发明的优选实施例中，对于每个电流互感器组确定的电流比可以为负相序电流(negativephasesequencecurrent)或特定的电流互感器组内的最大电流和最小电流之间的差中的一个与正相序电流(positivephasesequencecurrent)、特定的电流互感器组内的最大电流或特定的电流互感器组内的平均电流中的任何一个的比率。

这些前述步骤能够可靠和重复地识别故障电流互感器组。

在本发明的优选实施例中，步骤(c)识别所述故障电流互感器组内的一个或多个故障相包括：

测量在故障电流互感器组的每一相中流动的相电流；以及

将具有明显低于电流参考的相电流的所述或每一相识别为有故障。

可选地，所述电流参考为以下当中的一个：

(i)所述故障电流互感器组内的最大测量相电流；

(ii)所述故障电流互感器组内的平均测量相电流；

(iii)所述故障电流互感器组的正相序电流；以及

(iv)所述故障电流互感器组的负相序电流。

这些步骤能够可靠和重复地识别故障电流互感器组内的一个或多个故障相。

根据本发明的另一优选实施例的方法还包括步骤(d)：将识别的所述故障电流互感器组中的所述或每个故障相的电流测量值重新映射(remapping)到由与所述故障电流互感器组内的所述识别的故障相无关的其它电流互感器提供的一个或多个不同的测量值。

以前述方式重新映射电流测量值有利地允许在维修关注涉及所述或每个所述故障电流互感器组时继续电力系统的全面操作。

根据本申请的第二方面，提供了一种用于监控多个电流互感器的操作的保护装置，所述保护装置与所述多个电流互感器操作连接，所述电流互感器设置在多相电力系统的不同保护区内的相应的电流互感器组中，所述保护装置使用中为所述多相电力系统的一部分，所述保护装置被配置成：

(a)识别所述电力系统内的故障保护区；

(b)识别所述故障保护区内的故障电流互感器组；以及

(c)识别所述故障电流互感器组内的一个或多个故障相。

本发明的保护装置享有与在本文上面提到的本申请的方法的对应步骤关联的益处。

现在参考以下附图通过非限制性示例的方式来对本申请的优选实施例进行简要说明，在附图中：

图1示出在第一电力系统内根据本申请的第一实施例的保护装置；以及

图2示出在第二电力系统内根据本申请的第二实施例的保护装置。

根据本申请的第一实施例的保护装置通常由参考数字10标示，如图1所示。

第一保护装置10形成第一三相电力系统12的一部分，作为实例，第一三相电力系统包括第一保护区14、第二保护区16和第三保护区18。第一保护区14和第二保护区16的每一个由对应的第一单母线(singlebusbar)20或第二单母线22限定，而第三保护区18在第一保护区14和第二保护区16之间延伸。在本发明的其它实施例中，第一保护装置可形成具有超过或少于三相和/或超过或少于三个保护区的电力系统的一部分。

在所示的实施例中，第一保护区14即第一母线(busbar)20具有与其可操作关联的多个电流互感器，所述电流互感器设置在相应的第一电流互感器组24、第二电流互感器组26和第三电流互感器组28中。第二保护区16即第二母线22类似地具有与其可操作关联的多个电流互感器，所述电流互感器设置在相应的第四电流互感器组30和第五电流互感器组组32中。同时，第三保护区18包括相应的第六电流互感器组34和第七电流互感器组36。

第一到第五电流互感器组24,26,28,30,32的每一个设置成测量在关联的母线20,22和对应的第一到第五馈线网络(feedernetwork)38,40,42,44,46之间在每个相a,b,c中流动的电流。每个这种第一到第五电流互感器组24,26,28,30,32还设置成与对应的第一到第五断路器(circuitbreaker)48,50,52,54,56串联，这些断路器可被操作以将关联的馈线网络38,40,42,44,46与对应的母线20,22隔离。

第六电流互感器组34和第七电流互感器组36共用第六断路器58，第六断路器58能够将第一母线20和第二母线22相互电隔离。

每个电流互感器组24,26,28,30,32,34,36设置成与外围单元60通信，外围单元60又设置成与第一保护装置10可操作通信。每个外围单元60从关联的电流互感器组24,26,28,30,32,34,36接收测量的电流值，并将这些测量值传送到第一保护装置10。

第一保护装置10被配置成在使用中：

(a)识别电力系统12内的故障保护区14,16,18；

(b)识别故障保护区14,16,18内的故障电流互感器组24,26,28,30,32,34,36；以及

(c)识别故障电流互感器组24,26,28,30,32,34,36内的一个或多个故障相a,b,c。

更具体讲，第一保护装置10采用智能电子装置即可编程微控制器的形式，其包括被编程为执行前述步骤的保护模块(未示出)。

保护模块被编程为通过将差分电流(differentialcurrent)id与预定的差分电流阈值cts比较来识别电力系统12内的故障保护区14,16,18，对于每个保护区14,16,18，差分电流即流入特定保护区14,16,18的电流和流出所述特定保护区14,16,18的电流之间的差。差分电流id超过差分电流阈值cts的所述(或每个)保护区14,16,18即根据

id>cts

由保护模块识别为有故障。

一旦保护模块已经识别故障保护区14,16,18，则其继续步骤(b)：识别故障保护区14,16,18内的故障互感器组24,26,28,30,32,34,36。

在所示的实施例中，保护模块通过以下识别这种故障电流互感器组24,26,28,30,32,34,36：

对故障保护区14,16,18内的每个电流互感器组24,26,28,30,32,34,36确定电流比i2/i1，电流比指示所述电流互感器组24,26,28,30,32,34,36内的a,b,c相之间的平衡；以及

将电流比i2/i1明显高于所述故障保护区14,16,18内的所述或每个其它电流互感器组24,26,28,30,32,34,36的电流比i2/i1的电流互感器组24,26,28,30,32,34,36识别为有故障。

具体讲，保护模块对故障保护区14,16,18内的每个电流互感器组24,26,28,30,32,34,36确定电流比i2/i1，其是负相序电流i2与正相序电流i1的比。在这方面，健康平衡的电力系统只以正相序电流i1操作，而只有在对应的三相电流矢量不形成平衡组(balancedset)时才出现负相序电流。

在本发明的其它实施例中，保护模块可转而确定故障保护区14,16,18内的每个电流互感器组24,26,28,30,32,34,36的电流比，其为：

负相序电流i2与给定的电流互感器组内的最大电流imax或平均电流iaverage的比率，即

或

；或

特定的电流互感器组内的最大电流和最小电流之间的差imax-imin与正相序电流i1、特定的电流互感器组内的最大电流imax或者特定的电流互感器组内的平均电流iaverage的比，即

或

或

同时，返回第一保护装置10的保护模块，其通过计算给定的故障保护区14,16,18中的所有电流互感器组24,26,28,30,32,34,36的平均电流比i2/i1或者中值电流比，并相应地确定哪些电流互感器组24,26,28,30,32,34,36具有高于平均电流比加上稳定性阈值或者中值电流比加上稳定性阈值的电流比i2/i1，来识别故障电流互感器组24,26,28,30,32,34,36，即电流比i2/i1明显高于所述故障保护区14,16,18内的所述或每个其它电流互感器组24,26,28,30,32,34,36的电流比i2/i1的电流互感器组24,26,28,30,32,34,36。

换言之，保护模块通过确定具有大于电流比阈值的电流比的所述或每个电流互感器组24,26,28,30,32,34,36识别故障电流互感器组24,26,28,30,32,34,36，所述电流比阈值从给定的故障保护区14,16,18内的所有电流互感器组24,26,28,30,32,34,36的平均电流比或中值电流比导出。

一旦保护模块已经识别一个或多个故障电流互感器组24,26,28,30,32,34,36，则继续步骤(c)：识别所述故障电流互感器组24,26,28,30,32,34,36内的一个或多个故障相a,b,c。

保护模块被编程为通过以下进行识别：

测量在故障电流互感器组24,26,28,30,32,34,36的每一相a,b,c中流动的相电流；以及

将相电流明显低于电流参考的所述或每个相a,b,c识别为有故障，在所示的实施例中，电流参考是所述故障电流互感器组24,26,28,30,32,34,36内的最大测量相电流。

在本申请的背景下，如果特定的相电流为零或者接近零，则其被认为明显低于电流参考，即最大测量相电流。

在本申请的其它实施例中，电流参考可以替代地为以下之一：

所述故障电流互感器组内的平均测量相电流；

所述故障电流互感器组的正相序电流；或

所述故障电流互感器组的负相序电流。

除了前述的之外，第一保护装置10的保护模块还被编程为将识别的故障电流互感器组24,26,28,30,32,34,36中的所述或每个故障相a,b,c的电流测量值重新映射到由与故障电流互感器组24,26,28,30,32,34,36内的所述识别的故障相无关的其它电流互感器提供的一个或多个不同的测量值，如果这些独立测量源是可用的话。替代性地，报警信号可发送给操作者，允许操作者：对通过打开断路器38,40,42,44,46,58断开与故障的一个或多个电流互感器组关联的电路进行决策；或者切换受影响的保护区14,16,18使其停止运行进行决策。

图2示出根据本发明的第二实施例的保护装置70。

第二保护装置70形成第二三相电力系统72的一部分，还是作为实例，第二三相电力系统包括第一保护区74、第二保护区76和第三保护区78。

第一保护区74和第二保护区76的每一个由对应的第一双母线(doublebusbar)80或第二双母线82限定，第一双母线80由相应的第一母线部分(busbarportion)80a和第二母线部分80b组成，第二双母线82类似地由相应的第一母线部分82a和第二母线部分82b组成。第三保护区78在第一保护区74和第二保护区76之间延伸。在本发明的其它实施例中，第二保护装置可形成具有超过或少于三相和/或超过或少于三个保护区的电力系统的一部分。

在第二电力系统72中，第一保护区74包括多个电流互感器，这些电流互感器经由将母线部分80a,80b互连的对应母线耦合器(buscoupler)84与第一母线部分80a和第二母线部分80b以各种配置可操作地关联。所述多个电流互感器设置在相应的第一、第二和第三三相电流互感器组86,88,90中。

第二保护区76类似地包括多个电流互感器，这些电流互感器经由将母线部分82a,82b互连的对应母线耦合器84与第二双母线82的第一母线部分82a和第二母线部分82b以各种配置可操作地关联。电流互感器还类似地设置在相应的第四、第五、第六、第七和第八三相电流互感器组92,94,96,98,100中。

同时，第三保护区78包括相应的第九电流互感器组102、第十电流互感器组104、第十一电流互感器组106和第十二电流互感器组108。

第一电流互感器组86和第二电流互感器组88设置成测量经由第一母线耦合器84在第一双母线80的母线部分80a,80b之间在每一相a,b,c中流动的电流。第一电流互感器组86和第二电流互感器组88另外共用第一断路器110，第一断路器110能够将第一母线部分80a和第二母线部分80b相互电隔离。

同时，第三电流互感器组90测量经由第二母线耦合器84在第一馈线网络112和相应的母线部分80a,80b之间在每一相a,b,c中流动的电流。第二断路器114与第三电流互感器组90关联，以将第一馈线网络112与所述第一母线部分80a和第二母线部分80b隔离。

第四电流互感器组92、第五电流互感器组94和第六电流互感器组96类似地设置成测量在对应的第二馈线网络116、第三馈线网络118、第四馈线网络120和第二双母线82的第一母线部分82a和第二母线部分82b之间在每一相a,b,c中流动的电流。每一个电流互感器组具有与其关联的相应的第三断路器122、第四断路器124或第五断路器126，断路器可操作以将对应的馈线网络116,118,120从所述第一母线部分82a和第二母线部分82b隔离。

第七电流互感器组98和第八电流互感器组100设置成测量经由另一母线耦合器84在第二双母线82的母线部分82a,82b之间在每一相a,b,c中流动的电流。第七电流互感器组98和第八电流互感器组100另外共用第六断路器128，第六断路器128能够将所述第一母线部分82a和第二母线部分82b相互电隔离。

第九电流互感器组102和第十电流互感器组104共用第七断路器130，第七断路器130能够将第一母线部分80a,82a相互电隔离，而第十一电流互感器组106和第十二电流互感器组108共用第八断路器132，第八断路器132能够将第二母线部分80b,82b相互电隔离。

每个电流互感器组86,88,90,92,94,96,98,100,102,104,106,108设置成与第二保护装置70直接通信，由此第二保护装置70从所述电流互感器组86,88,90,92,94,96,98,100,102,104,106,108的每一个接收测量的电流值。

另外第二保护装置70基本上与第一保护装置10相同，即其包括保护模块，所述保护模块被编程以：

(a)识别第二电力系统72内的故障保护区74,76,78；

(b)识别故障保护区74,76,78内的故障电流互感器组86,88,90,92,94,96,98,100,102,104,106,108；以及

(c)识别故障电流互感器组86,88,90,92,94,96,98,100,102,104,106,108内的一个或多个故障相a,b,c。

而且，第二保护装置70的保护模块被编程为以与第一保护装置10的方式相同的方式执行前述步骤。在本申请的另外的实施例中，第二保护装置70还可以被编程为以本文上面关于第一保护装置10描述的一个或多个各种其它方式执行前述步骤。