[发明专利]检测电容型电压互感器中残压状态的装置和方法

说明书

本发明提出了一种适于检测电容型电压互感器的残压状态的方法和装置。该方法包括：设置一个标识量(Fprim)的初始状态，所述标识量(Fprim)具有两个状态，其一表示一次侧电压值为交流状态(AC)，另一表示所述一次侧电压值为直流状态(DC)；获取在二次侧检测到的所述电压互感器的检测值(Vin)；获得所述检测值(Vin)的差分值(Vd)；根据所述检测值(Vin)、所述差分值(Vd)和所述标识量(Fprim)，判断是否出现残压状态。采用这种方法，可以方便且较为准确地确定是否出现残压，以便二次侧设备获得真实的一次侧检测值。

技术领域

本发明总体涉及电力自动化领域，尤其涉及利用电压互感器在二次侧(低压侧)检测一次侧高压信号。

背景技术

电容式电压互感器(CPT：Capacitor Potential Transformer)多用于高压电网中，用于监测电网中一次侧(高压侧)的电压信号。图1示出了一种典型的电容式电压互感器的原理图。如图1所示，电容式电压互感器CPT 10连接在电力系统中的一次侧(primary)设备20和二次侧(Secondary)设备30之间，用于将获得的一次侧高压Uprim转换成二次侧低压Usec，并送入二次侧设备30进行进一步分析。这里，一次侧设备20是用于产生和使用电能的设备，例如高压输电线缆、高压开关、变压器、电抗器等。二次设备30主要是对电力系统内一次设备进行监察、测量、控制保护或调节的设备，例如合并单元和继电保护设备。

图1中，CPT 10的输入端A、B连接到一次侧设备20，即获得例如高压网线上的的一次侧高压Uprim。CPT 10包括串联的两个感应电容C1和C2。在电容容量上，电容C1和电容C2例如可以在nF或pF量级，其比值例如根据Uprim和Usec之间比值来确定。互感器10在电容C2两端引出其输出端C、D。例如，如果输入端A、B连接到的一次侧电压Uprim为110kV，那么输出端C、D之间的二次侧电压Usec可以达到大约100V。Usec被输出至二次侧设备30进行分析和处理。这种电容式电压互感器也称作非接触式电压互感器。

如图1所示的CPT 10中，Uprim一般为正弦交流信号，Usec随着Uprim而变化。然而，由于感应电容的存在，Usec会滞后于Uprim。一次侧设备20有可能在多种情况下突然切断。例如，当有故障发生时，一次侧设备可能会在Uprim≠0的时间点突然掉电，而使得Uprim瞬间置为零。此时，由于感应电容的存在，Usec并不能随之瞬间变为零值。相反，感应电容C1和C2上会积存残留电荷，其表现为Usec保持为一个直流电压，其也称作残留电压Vtrap。为此，残留电荷也称作残压状态(trap charge)。如果在一次侧设备20内没有电荷释放回路，则该残留电压Vtrap会一直保持到一次侧设备20重新上电。由于残留电压加在输出端C、D上，当一次侧设备20重新上电时，二次侧设备30很可能会感测到一个错误的Usec，进而误以为发生故障而采取保护动作。由此可见，残留电荷的存在是很危险的。需要检测出何时出现了残压状态，并使得二次侧设备30能够在检测到残压状态时追踪到正确的一次侧电压Uprim。

常用的残压状态检测方法是通过在二次侧设备中的软件来实现的。现有的一种方案是使用离散傅里叶变换(DFT)的有限脉冲响应滤波器(FIR filter)对采样信号进行离散傅里叶变换，计算出采样信号相位的实部和虚部。基于这个相位，进而计算在时间点k和时间点k-1之间相位的梯度变化和幅度变化。如果相位的梯度变化落入一个预定的阈值范围(例如在标称频率下相位梯度的20％)，则表明出现了残留电荷。如果相位的幅度变化超出一个预定的阈值(例如标称电压的0.5％)，则表明残留电压Vtrap会增加。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于检测电容式电压互感器的残压状态的装置和方法，其能够较为准确地检测到是否出现残压(trap charge)，而不会出现误判。