[发明专利]使用电容耦合电压互感器中的电阻分压器的高保真度电压测量

说明书

本公开涉及用于检测电力输送系统中的故障的系统和方法。在一个实施例中，系统包括在电力输送系统中的电容耦合电压互感器(CCVT)，CCVT包括布置在电气总线和第一电气节点之间的第一电容器以及电气布置在第一电气节点和接地连接之间的第二电容器。与第一节点电气通信的电阻分压器可以生成对应于电压值的电阻分压器电信号。与电阻分压器电气通信的智能电子设备(IED)监测电阻分压器电压信号。IED基于电阻分压器电压信号和通过与CCVT电气通信的电气总线的初级电流的测量结果来检测行波；以及分析行波以检测电力输送系统上的故障。

技术领域

本公开涉及在电容耦合电压互感器(CCVT)中使用来在电力输送系统中获得高保真度电压测量结果。

附图简述

描述了本公开的非限制性和非详尽的实施例，包括参考附图的本公开的各个实施例，其中：

图1示出了符合本公开的包括CCVT的系统的简化图。

图2示出了符合本公开的实施例的包括寄生电容的CCVT系统的简化电路图，该寄生电容以虚线示出并且与调谐电抗器和降压互感器相关联。

图3示出了符合本公开的实施例的处于高频下的CCVT系统的简化图。

图4A示出了符合本公开的实施例的基于CCVT中的电阻分压器来确定电压信号的系统的简化图。

图4B示出了符合本公开的实施例的基于电阻分压器和电流测量设备来确定电压信号的系统的简化图。

图5示出了示出了符合本公开的实施例的利用系统中的高保真度电压信号以发出警报和/或控制行动的系统的功能框图。

图6示出了符合本公开的监测CCVT的系统的框图。

图7示出符合本公开的实施例的三相CCVT系统的简化图。

图8示出了符合本公开的实施例的用于使用行波来检测和定位故障的系统的功能框图。

详细描述

行波是由电压的突然变化(例如，短路)引起的电涌，其以非常高的速度沿着电力线路传播。传播速度对于架空线路接近在自由空间中的光速，而对于地下电缆线路是在自由空间中的光速的一半。根据故障位置和线路类型，在传输线路上的短路的位置处发源的行波在故障之后少至1-2毫秒内到达线路终端。行波的相对定时、极性和幅度允许精确的故障定位，并启用几种线路保护技术。因为行波在线路短路之后非常快速地在线路终端处变得可用，所以它们允许超高速保护和相关好处。

行波具有电流和电压分量。当行波传播时，在沿着线路的任何点处可以观察到电压的突然变化(“电压行波”)以及电流的突然变化(“电流行波”)。远离线路末端的线路上的电压行波和电流行波通过线路特性阻抗是相关的，如在方程1中所表示的。

电压行波＝电流行波*特性阻抗方程1

当行波到达特性阻抗中的不连续点(例如，连接多条线路和其他电力系统元件的汇流条)时，波的一部分在到达方向上反射回，而波的一部分在原始方向上继续。这些波被单独地称为入射波(到达不连续点的波)、反射波(反射回的波)和透射波(在原始方向上继续的波)。

电流行波可以由安装在变电站中的传输线路的末端处的电流互感器测量。电流互感器通常具有足够的保真度以用足够的准确度测量电流行波，用于实际保护和故障定位应用。然而，电流互感器测量它在线路终端的安装点处的电流——其总是特性阻抗中的不连续性，因此它测量入射电流行波和反射电流行波的总和。它不单独地测量入射波，且它不允许将波分为入射波、反射波和透射波。

目前在电力系统中使用的电压互感器可能缺乏足够的保真度来以足够的准确度测量电压行波。因此，本文公开的各个实施例可以包括电阻分压器、电阻分压器和电流互感器的组合以及各种技术以基于从它们获得的测量结果来确定电压信号。