[发明专利]容性变压器的瞬变滤波器

说明书

发明背景

本发明通常涉及在通过容性变压器(CVT)向保护继电器传送电压信号的情况下对电压相量进行数字式测量，以便用于继电保护的目的。具体地讲，本发明改善了相量测量的动态精度，使得基于微处理器的继电器的距离和方向保护单元更加快捷和精确。

在电力系统中，基于微处理器的保护装置是通过如下方式进行工作的，即按照规定的时间间隔对输入电流和/或电压进行采样，然后测量这些信号的数字选定特征-主要是幅度和相角-，接着再将该信号特征相互进行比较，或与一些阈值进行比较。为了进行正确的工作，必须快速和精确地测量电压和电流相量。

在高压(HV)和超高压(EHV)电力系统中，经常在向测量和保护装置供给电压信号之前采用CVT把电压从成百上千伏的范围(主电压级)降低到几十伏的电压(次电压级)。CVT通常要比磁变压器便宜，但由于当它们把电压变换成次电压级的时候会在原来的高压信号中加入一些特定的瞬变成分，所以会给保护继电器带来一定的问题。

U.S.专利3,870,926公开过一种典型的CVT，它由容性分压器、调谐电抗器、降压变压器和铁磁共振抑制电路组成。在电力系统传输线出现故障期间，当所述的主电压骤然下降、且叠式电容器及所述CVT的调谐电抗器内所存储的能量准备耗散时，所述的CVT将会产生一些影响保护继电器性能的严重瞬变。

CVT所产生的瞬变有可能具有较大的幅度和较长的延时。当源阻抗比(SIR-系统等效阻抗与继电器作用范围阻抗之比)较大时，上述因素对保护传输线的继电器是非常重要的。在SIR较大的情况下，所述的主电压在线路故障期间非常低。该信号对保护继电器的正确操作非常重要，但给它造成重大失真的成分不是由电力系统本身产生的，而是由CVT所产生。CVT产生的瞬变通常是指DC(直流)成分，但实际上CVT可能会产生多种成分，而且其中有一些可能是振荡的(AC交流成分)。

CVT瞬变影响着保护继电器中所有与电压有关的功能。但尤其重要的是距离和方向功能。

如果采用在基于微处理器的继电器中较为典型的已知傅立叶算法来进行电压相量测量，则可能会因所述的CVT瞬变而大大低估所述的电压幅度。这便会导致继电器的距离单元产生误动作。

同样，所述电压相量的相角也会因所述的CVT瞬变而不能得到精确测量。这将会导致继电器的方向单元产生误动作。

由于固有的机械惰性，机电的继电器可以克服令人不满意的CVT瞬变，但代价是操作较慢。

在基于微处理器的保护继电器中，克服CVT瞬变的已知方法是在继电器中引入某种固定或自适应的延迟，或者以固定或自适应的方式减少距离单元的作用范围。

U.S.专利4,763,068曾公开过一种对经CVT供给的交流电压信号成分进行测量的装置。该方法是基于一种模拟电路，但在基于微处理器的保护继电器内，它并不是一种对付CVT瞬变的成本合适的方法。此外，在重构所述的干扰成分并将其从输入电压中减去以便只获得AC成分的时候，该方法还假定所述的CVT瞬变是一种DC特性。如上文所述，有些CVT会产生振荡的瞬变，因此该‘068专利所公开的方法对这种CVT是不精确的。

U.S.专利5,729,477公开过一种从CVT所供给的电压信号中消除干扰成分的方法。该方法打算在一种基于微处理器的设备上实现，而且依靠的是计算输入信号中DC成分的参数，并从所述的输入信号中减去该重构的DC成分。由于该方法只需要在两个时间点进行数字式测量，所以该方法显然只能对付一种成分，而且该成分必须是呈指数衰减的DC成分，其时间常数也必须是已知的。由于上述限制，在该‘477专利中所讲述的方法并没有充分地解决上述问题。

U.S.专利4,196,388公开过一种利用可开关的模拟滤波器从CVT所供给的电压信号中消除干扰成分的装置。该装置使用了两个不同的模拟滤波模式：一种是利用宽频响应(由此为快速时间响应)，另一种是利用窄的带宽(由此为慢时间响应)。该装置包括一种自动地控制带宽的机构。在电力系统出现故障期间，通过使滤波器的带宽变窄，所述的装置可以给电压信号引入一定的延迟。这对保护继电器性能的影响表现在使其减慢了。此外，作为模拟设备，该装置不能成本合适地由基于微处理器的继电器直接使用。