专利名称：电力系统中断路器状态确定时的衰耗电流检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用电力系统中变流器的次级电流快速、准确地指出电力系统中的断路器已对故障作出响应而中断了电力系统电流的设备；更具体地说，本发明涉及在电力系统电流已被中断之后，即使当变流器的次级电流包括减幅电流，或者衰耗电流时，提供这种指示的设备。
背景技术：
图1表示了从总线16通过线路12向机器，设备或其它负载14提供电力的断路器10。变流器18按比例降低称为初始电流的电力系统电流，以便保护继电器20可安全地测量该电流。这里把按比例降低后的电流称为次级电流。如果来自变流器18的次级电流的幅值高于保护继电器20的设置值，就好象如果线路上存在故障时的情况一样，则保护继电器将“闭合(pick up)”并断开断路器10。断路器10中断初始电流。结果，变流器中的次级电流停止流动，保护继电器最终跳开(drop out)。
由保护继电器服务的电力系统的安全运行经常取决于快速并且准确地确定初始电流已中断。例如，如果断路器10没能中断初始电流(如同如果断路器机构粘着，或者不产生成功的电弧中断时，可能发生的情况一样)，则更接近向总线16输电的电力源的其它断路器必须快速动作。此外，即使在正常中断时，通常也要求快速并且准确地确认断路器事实上已断开。
次级电流(或者次级电流的缺少)通常被用于快速确定初级电流为零，初级电流为零本身又是断路器事实上已断开的准确指示。这种采用次级电流的断路器状态的确定受到继电器的设计和变流器性能两者的影响。
参见图2，几乎所有的变流器都包括带有次级线圈26的铁芯24。变流器18的初级线圈通常是穿过铁芯24的导体28。在变流器18的初级线圈中流动的电力系统电流在次级线圈26上产生次级电流。次级电流被提供给保护继电器20。次级电流此外还由保护继电器变流器32按比例降低。变流器32的输出被提供给模拟低通滤波器(LPF)34，低通滤波器34的输出被提供给模-数转换器(ADC)36。来自ADC36的数字样本(下面称为原始电流(RAW I))被提供给数字滤波器38。这里把数字滤波器38的输出称为滤波电流(FILTER I)。虚线封闭的功能块由微处理器实现。
随后由幅值计算器40确定滤波电流的幅值，并把结果提供给比较器41，比较器41把滤波电流幅值和输入端21的过电流门限值进行比较。如果滤波电流幅值大于过电流门限值，则过电流元件22被闭合。如果滤波电流幅值低于输入端21的过电流门限值，则过电流元件22不闭合，或者先前已闭合的过电流元件22不跳开。
图3表示了断路器接通情况下，变流器18和相连荷载(该荷载包括保护继电器20的输入阻抗)的模型。图3还表示了次级电流的流动方向，当电力系统电流流动时，次级电流包括通过变流器励磁支路42的电流及通过荷载阻抗44的电流。这两个电流与电力系统电流同相。
图4表示了当不存在电力系统电流源，即断路器10断开时的次级电流。此时，对于次级电流来说，不再存在AC分量，只有指数衰减电流。通过荷载阻抗的该电流的流动方向和当断路器接通时的电流流动方向相反。
图5按比例表示了故障过程中及紧接故障之后变流器18的电力系统初始电流和次级电流。图5中，时刻“t”时，断路器10成功地中断了电力系统初始电流。图中理想的次级电流表示为15，而实际的次级电流表示为17。但是，在许多变流器中，次级电流并不立即被中断。在时刻t，变流器铁芯中的磁通量非常高。该磁通量随时间从该高值衰减下来。磁通量的衰减引起在变流器18的次级线圈中流动的衰减单向电流。衰减电流的特征在于没有零交点，并且最终经过较长的时间衰耗为零。变流器次级线圈中的这种衰减电流被称为衰耗电流。
衰耗电流可在断路器实际上已成功地中断初始电流之后较长时间，使保护继电器的过电流元件保持闭合状态(错误地指示初始电流仍在流动)。过电流元件的这种延续闭合被称为延迟跳开。如果过电流元件被用于指示断路器状态，并且具有很长的跳开延迟，则电力系统的控制电路可能不正确地产生严重的系统错误，指示初级电流还未被中断，并且随后开始不希望的补救动作，例如断开另外的断路器。
与保护继电器的特性无关，即无论继电器元件在本质上是机电式继电器，还是微处理器实现(其中利用计算机算法处理次级电流的连续样本)，变流器次级线圈中的衰耗电流产生同样的问题。衰耗电流既不是DC信号，也不是线性斜坡信号，而是指数衰减信号。于是，保护继电器的滤波方法不能完全滤除指数衰减衰耗电流，这本身又要求设定为低门限值的过电流元件。从而，即使采用现代化的计算机继电器，由于衰耗电流引起的问题仍然存在。
本发明的主要目的是减少确定断路器中的初始电流已被成功中断所需的时间。在本发明中，识别衰耗电流的存在，并因此采取适当的操作。
本发明的公开于是，本发明是一种用于检测电力系统中的变流器中的衰耗电流的设备，该电力系统包括保护继电器和相关的断路器，其中保护继电器中电流响应元件的跳开表示断路器断开，其中在断路器断开之后，施加在电流响应元件上的衰耗电流的存在将过度地延长电流响应元件的跳开时间，其中本发明的设备包括在预定时间段内，对(a)未滤波次级电流和(b)滤波后的次级电流中的至少一个检测零交点(zerocrossings)的装置，其中预定时间大于电力系统信号频率的半周期，零交点的缺少表示衰耗电流的存在；以及用于处理检测器的输出和电流响应元件的输出状态，以产生结果信号的装置，在所述预定时间内，没有检测到零交点的情况下，该结果信号表示断路器事实上已断开。
附图的简要说明图1是表示简单的电力系统的方框图。
图2是表示图1的更详细形式的电路图。
图3是表示在变流器中的初级电流被中断之前的次级电流流动的简单电路图。
图4是表示中断初级电流之后的次级电流流动的简单电路图。
图5表示了故障前和故障后的电力系统(初级)电流和衰耗电流。
图6是表示衰耗电流的确定过程的流程图。
图7是利用衰耗电流的确定结果，加快指示断路器断开的电路图。
图8是包括图6和7的功能，而且还包括利用两个过电流元件的滞后补偿功能的电路图。
图9是本发明另一实施例的一部分的方框图。
图10是图9实施例的方框图。
图11是图10实施例的变型。
图12是图9的方框图的变型。
实施本发明的最佳方式如上所述，在初级电流已被中断之后，即当电力线上没有电流时，例如由于断路器实际上处于断开状态时，在变流器的次级线圈产生衰耗电流。当发生故障并且断路器响应来自保护继电器的信号而断开时，电流停止在电力线上的流动，并且变流器的初级电流在变流器的初级线圈上被中断。但是，即使不存在初级电流，电流仍将继续流过与变流器的次级线圈相连的负载。如前所述，这种持续电流被称为衰耗电流。
即使断路器已被断开，并且理应根本不存在到达过电流元件的电流，衰耗电流也会使过电流元件的跳开被延迟到衰耗电流低于保护元件门限值时为止。衰耗电流使得看来好象初级电流仍在流动，这样，过电流元件(错误地)认为尚需打开断路器。
在本发明中，首先检测衰耗电流的存在，随后在过电流元件实际跳开之前，产生表示该过电流元件跳开的信号。随后把过电流元件跳开的早期指示传递给系统的控制部分。这样产生断路器断开的更快(并且更准确)的指示。这种结果在各种应用方面具有重大的益处。首先，断路器断开的更准确指示将按照其操作说明书提供更好的关于保护电路的正确操作的信息。其次，在断路器故障识别应用方面，断路器操作的更准确的指示表明该断路器是否操作正确，断路器自身是否存在故障。当然，其它应用也是可能的。
通常次级电流是周期性的，具有规则的零交点。但是，衰耗电流的基本特征是它不是周期性的，即没有零交点。本发明中通过监视次级电流的符号来检测衰耗电流。如果在特定的时间间隔内，次级电流的符号改变，则该次级电流是周期性的，因而不是衰耗电流。但是当在特定时间间隔内，次级电流的符号不改变，则可断定存在衰耗电流。所示实施例中用于比较的特定时间间隔近似于电力线信号频率的周期。
图6中表示了衰耗电流的确定过程。该过程通过监视原始电流(RAWI)和滤波后的次级电流(FILTER I)的零交点，确定衰耗电流的存在。这两种监视结果均用在如图7中所示的后续电路中。如前所述，从如上所述的保护继电器中的ADC36和数字滤波器38的输出得到RAW I和FILTER I值。
参见图6，该图是衰耗电流确定过程的流程图，在方框50，每个电力系统周期对原始电流(RAW I)和滤波电流(FILTER I)值采样16次，在方框52，相对于在先样本，观察原始电流(RAW I)和滤波电流(FILTER I)值的符号变化。就原始电流而论，如果对于上一样本不存在次级电流符号变化，则使计时器54加1。计时器54是可设定的，不过在所示实施例中，近似等于电力系统信号的周期。
类似地，如果相对于在先样本，在滤波电流样本中不存在符号变化，则使计时器56加1。计时器56也是可设定的，在所示实施例中约为电力系统周期的1.125倍。随后在方框58和60询问递增后的计时器，以确定是否已超时。如果计时器没有超时，则电路50和52等待下一样本。如果原始电流值或滤波电流值中任何一个存在符号变化，则重新设置相应的计时器，如方框62和64所示。如果计时器58和/或60超时，表明电流没有符号变化，则产生把相应的衰耗电流检测位调高的信号，如方框66和68所示。
虽然不需使用两个衰耗电流检测器，一个作用于原始电流，另一个作用于滤波电流，但是使用两个检测器确实具有一些优点。例如，原始数据检测器(这里称为SUBCR(衰耗电流-原始))的检测时间通常快于滤波数据检测器(这里称为SUBCF(衰耗电流-滤波))的检测时间。这样，SURCR指示比SUBCF检测器更快地加速了过电流元件的跳开。另一方面，当继电器测得的唯一信号是模-数转换器噪声信号时，在无负载情况下，SUBCF检测器将不闭合。从而，SUBCF检测器防止因A-D噪声或偏置电流而作出错误的衰耗电流的表示。
SUBCR和SUBCF检测器的输出被应用于图7的电路。SUBCR数据被加到输入线70上，而SUBCF数据被加到输入线72上。SUBCR线70作为输入被加到立即闭合，延迟跳开计时器74上。在所示实施例中，延迟跳开时间被设为1.125周期，不过该时间可被改变。当电力系统信号的1.125周期内没有衰耗电流，则计时器74的输出将匹配其中的低输入。
在把计时器74的信号输出施加到与门78的输入端76上之前，先反转其状态。与门78的另一输入80是继电器中过电流元件82的输出。如前所述，过电流元件82的状态被用于提供与继电器相关的断路器响应故障而已经断开的指示。因此，过电流元件的门限值被设定得很低，以致正常的负载电流将超过该门限值。这种情况下，过电流元件实际上在继电器中被用作欠电流元件。这样，对于图7的电路来说，当电力系统电流流动，并且断路器闭合时，电流幅值将超过过电流元件中的门限值，来自元件82的信号将是高电平。该信号被加到与门78的输入端80上。从而，在正常情况(无故障)下，与门78的输出将是高电平。
来自SUBCF检测器的信号被加到第二计时器84上。类似于计时器74，计时器84也是立即闭合，延迟跳开计时器。在所示实施例中，跳开时间被设定为2.25周期，不过该时间可被改变。当没有检测到衰耗电流时，即例如当电力系统电流事实上正在流动时，计时器84的输入将是低电平。这种条件下，计时器84的输出在SUBCF变成低电平之后2.25周期也将是低电平。该低电平将在与门88的一个输入端86上被转化为高电平。由于当电力系统电流流动时，从过电流元件到达与门88的另一输入90也是高电平，因此在稳态电力系统条件下，与门88的输出将是高电平。
与门78和88的输出作为第一和第二输入被输入与门92。这样，当电力系统电流流动时，与门92的输出也是高电平。与门92的输出在线路94上作为一个输入被加到或门96上。这样，当电力系统电流流动时，或门96的输出是高电平。该输出信号被按程序输入继电器中的接触元件。信号的高电平状态设置该接触元件，以使显示断路器将被断开。
与门92的输出也被加到计时器98上。计时器98也是立即闭合，延迟跳开计时器，在所示实施例中，延迟跳开时间为2周期。这样，当电力系统电流流动时，计时器98的输出也将是高电平。计时器98的输出在与门102的一个“非”输入端100被转化为低电平。与门78的高电平输出(当电力系统电流正流动时)在与门102的第二“非”输入端104上被反转并被施加给与门102，当电力系统电流正流动时，而也是高电平的与门88的输出被加到与门102的第三输入端106上。这样，正常条件下与门102的输入是低电平，低电平和高电平(在输入端104,100和106上)，从而与门102的输出通常为低电平。该低电平输出被加到或门96上。但是，在正常运行过程中，由于来自与门92的输入为高电平，因而或门96的低电平输入不会影响或门96的高电平输出。
当发生故障时，线路上的断路器将响应保护继电器的动作而断开，电力系统电流将停止流动。理想地，这将导致过电流元件快速跳开，过电流元件的输出变成低电平，低于过电流门限值，因为次级电流输入为零。但是，如前所述，在断路器断开之后，衰耗电流足够高，足以使过电流元件的输出在一段时间内维持高电平状态。这样，在中断电力系统电流之后，过电流元件82的信号输出仍将在一段时间内保持高电平。
但是，在这段时间内，衰耗电流将被SUBCR和SUBCF检测器识别出。一般地，SUBCR检测器首先将识别衰耗电流的存在，并且当其识别到衰耗电流的存在时，线路70上到达计时器74的输入信号将变成高电平。计时器74的输出也将立即变成高电平(闭合)。该信号将在与门78的输入端76上被反转为低电平，导致与门78的输出变成低电平，从与门78到与门92的输入变成低电平，并且计时器98的输入变成低电平。从与门92到或门96的输入变成低电平，使或门96的输出立即变成低电平，表明电力系统中电流没有流动，并且断路器已断开。但是，由于计时器的延迟跳开的本质，计时器98的输出在可变成低电平之前，仍将维持两个周期的高电平。从而，在检测到衰耗电流之后的两个周期时间内，计时器98的输出将保持高电平，输入端100上的反转信号将保持低电平。
当与门78的输出变成低电平时，反转输入端104将变成高电平。在SUBCR检测器已识别出衰耗电流后，在计时器98的跳开时间(两个周期)之后，与门102的输出将是高电平，直到SUBCF检测器识别出衰耗电流为止。
但是，在为了跳开而由计时器98要求的两个周期之前，由于与门78的输出为低电平，并因此与门92的输出也为低电平的情况下，如果SUBCF检测器还没有变成高电平，以致与门88的输出为高电平时，或门96的输出将为低电平，因为计时器98的输出仍为高电平。
但是，一旦SUBCF检测器检测到衰耗电流，则来自与门88的输出将变成低电平，包括与门102的输入106也将是低电平。这样，或门96将保持低电平。来自或门96的低电平信号被加到接触元件上，使接触元件按程序调节触点指示事实上断路器已断开，即使由于衰耗电流而导致过电流元件的输出仍是高电平。从而，显著降低了衰耗电流的延迟效应，并且加快了断路器触点断开的识别。
简而言之，当电力系统电流幅值高于继电器中的过电流门限值，并且利用原始数据或滤波数据都没有检测到衰耗电流时，或门96的输出将是高电平。当断路器断开，并检测到衰耗电流以及图7的逻辑被满足时，即使过电流元件闭合，或门96的输出也将变成低电平。更具体地说，SUBCR变成高电平(要求)，或门96变成低电平，计时器98开始工作，但是与门102保持低电平。然后，在计时器98超时之前，SUBCF声明(变成高电平)，使与门102保持低电平和或门96保持低电平。来自或门96的低电平信号表示电力系统电流未流动，并且断路器已断开。
图8中表示了图6和7的组合的变型。方框110和112检测衰耗电流，方框110用于原始电流，方框112用于滤波电流。方框110和112的输出作为输入分别被加到电路块120中的与门114和116上，在电路块120中，两个过电流元件OC1和OC2产生滞后效应。该滞后作用被用于防止“颤动”效应(当电流接近单一闭合门限值时，闭合/跳开的快速连续发生)。过电流元件OC1和OC2的输出和由方框112产生的滤波电流值一起施加于比较器122和124。比较器122和124的输出和电路块130的输出一起分别加给于或门126和128。电路块130检测模-数(A-D)转换器饱和度。对于比较器132确定的电流幅值(I)大于标称电流值(Inom)的1.3倍，电路块130的输出事实上促使两个过电流元件OC1和OC2的闭合。
在电流幅值I降低到标称电流值的1.3倍以下之后，借助于计时器134的动作，过电流元件的闭合保持半个周期的时间。电路块130确保大的故障电流不会错误地促使过电流元件的跳开，该大的故障电流可能类似于DC波形，从而将被数字滤波器滤除。过电流元件的错误跳开会导致过早地表明电流未在电力线中流动。
或门126的输出作为一个输入被提供给或门136和138，或门136和138的输出作为输入分别被提供给与门114和116，与门114和116类似于图7中的与门78和88。或门128的输出作为另一输入被提供给与门114和116。与门114和116的输出作为输入分别被返回给或门136和138。或门136和138被用于监控所述两个过电流元件产生的滞后效应。剩下的电路块140类似于图7中所示的电路块，与门114和116的输出作为输入被提供给与门142，计时器144，与门146和或门148的设置和运行类似于图7中相似元件的设置和运行。或门148的输出被按程序送给输出触点，该输出触点指示断路器是否已断开。
图9-12表示了本发明的进一步发展。图1-8的发明通过在设定时间段内确定变流器次级电流零交点的缺少，检测衰耗电流的存在。缺少零交点表明电力系统电流没有流动(只留下衰耗电流)，以致事实上断路器已断开，并且可重新设置过电流元件。在该实施例中，只有次级电流测量被用于确定断路器状态。但是，由于使用的特殊算法，时间延迟和其它因素可不必要地延迟指明存在衰耗电流。
在一些保护电路，例如断路器故障继电器中，可获得关于电力系统运行的某些附加信息，该附加信息可和次级电流信息一起用于更快速地确定断路器的状态。该信息包括次级模拟线路电流数据，以及由保护继电器产生的断开命令的状态。在图9-12的实施例中，这种附加信息被用于在保持良好安全性的同时，加快衰耗电流的确定速度。
如前所述，典型的稳态电力系统电流波形是正弦波，它包括每个半周期在零交点处的符号变化。该电流波形函数的一阶导数也具有符号变化，也是在每个半周期处，不过是位于波形的峰值处(正峰值和负峰值)。零交点符号变化和一阶导数的符号变化之间的时间为四分之一周期。但是，如果电流波形完全偏离零点(而不是关于零点对称)，波形最初只在该波形的一个峰值附近具有一个零交点，则连续零交点符号变化之间的时间为一个全周期。在故障过程中，可产生全偏离波形。上述情况也适用于一阶导数符号变化。从而，对于全偏离波形，零交点符号变化和一阶导数符号变化之间相差半周期。
在图1-8的实施例中，对于全偏离波形确定衰耗电流的最短时间为一个周期，这意味着由于存在衰耗电流，断路器已经断开，在控制元件指示衰耗操作之前，断路器可能已断开的指示至少延迟了一个全周期。但是，在图9-11的实施例中，对于全偏离波形，衰耗电流控制元件的操作时间为半周期，从而使产生衰耗控制元件电流信号所需的时间降低50％。正如下面将更详细说明的一样，图12中所示的变型更快速。
图9表示了利用次级电流及其一阶导数，确定图10-11的实施例中衰耗电流的存在的逻辑电路。图9的输出，即衰耗位(SUBC)被提供给图10(和11)的电路，以产生输出给控制元件的输出信号。未滤波电流(原始电流)被提供给图9的电路的输入端。把原始电流的每个连续样本和在先样本，即在选定的在先时刻的样本进行比较，所述选定的在先时刻可由操作者设定。该在先样本可以是刚过去的样本。这表示在图9的方框150中。如果在这两个样本之间发生了符号变化，则如方框152所示，计时器被重新设置。
随后把未滤波电流样本的一阶导数与在先一阶导数样本比较。如果在这两个导数样本之间发生符号变化，如方框154所示，则在方框152重新设置计时器。如果在步骤150或154没有检测到符号变化，则在步骤156使计时器加1。如果在被重新设置之前，计时器超时，意味着在特定时间内，选定的电力系统信号的周期数已经过去，则在步骤160设置SUBC控制元件。在本实施例中，计时器被设定为半周期。
图9的电路用在图10中。在图10中，(未滤波的原始)次级电流被提供给数字滤波器164和图9的衰耗逻辑电路166。在数字滤波器164中，过滤输入电流，并计算该电流的幅值。滤波器164的输出被提供给比较器168的正输入端。提供给比较器168的负输入端的是保护继电器中的瞬时过电流元件的设置值，该设置值通常被设定得极低，以致在稳态(无故障)运行过程中，正输入端的信号大于负输入端的设置值，从而比较器168的输出为高电平。
在稳态运行中，其中不存在衰耗电流，衰耗逻辑电路166的输出将是低电平。该输出被提供给计时器170，计时器170是用户可设定的，延迟闭合，延迟跳开计时器。在该特殊应用中，计时器170具有为零的延迟闭合，及一个周期的延迟跳开。计时器170确保一旦检测到衰耗电流，并且逻辑电路166的输出变成高电平，则在不再识别出衰耗电流之后，计时器170的输出将保持高电平至少一个周期。计时器170的输出作为一个输入被提供给与门172。
当发生故障时，断开信号(例如由保护继电器中的过电流元件产生的)作为一个输入被提供给计时器174。计时器174是可由用户设定的延迟闭合，延迟跳开计时器。在本应用中，延迟闭合为4个周期，而跳开延迟为零。在断开信号变成高电平之后的4个周期内，闭合延迟阻止计时器174的输出变成高电平。这使断路器具有足够的操作时间，并提供防范无意的虚假跳开的保护措施。计时器174的输出作为另一输入被提供给与门172。在正常(稳态)情况下，计时器170和174的输出都是低电平，以致与门172的输出也是低电平。
与门172的输出被提供给反相器175。低电平反相器输入将高电平的反相器输出。反相器175的输出作为一个输入被提供给与门176。与门176的另一输入来自比较器168。如前所述，在正常条件下，比较器168的输出将是高电平，反相器175的输出也将是高电平。从而，在正常的稳态条件下，与门176的输出将是高电平，表明AC电流的确正在流过断路器，并且断路器处于接通状态。
当发生故障时，断开信号将变成高电平，使计时器174开始计时。由于断开信号的结果，保护断路器断开。AC电流不再流动，但是将存在衰耗电流。从而，图10的输入I将是主要的衰耗电流，即，与正常的AC波形相对立的指数衰减电流波形。来自数字滤波器164的波形将继续超过比较器168的负输入端的设置值，以致比较器168的输出保持高电平。
现在，衰耗逻辑电路166的输出将是高电平，从而计时器170的输入是高电平。由于图9的衰耗电路在半周期内作出确定，因此这将在衰耗电流开始流动之后的半周期时发生。来自计时器174的高电平输出(断开信号后的4个周期)将和来自计时器170的高电平输出一起被提供给与门172。这样，与门172的输出将变成高电平，后面的反相器175的输出将变成低电平。反相器175的低电平输出又将使与门176的输出变成低成平。来自与门176的输出被提供给控制元件，该低电平信号设置该控制元件，以指示断路器已断开。
图11表示了图10的电路的改进型。该电路用于断开信号(TRIP)只存在很短的时间，而不存在于图10的电路所需的确定衰耗电流的整个过程。在图11中，断开信号(TRIP)被提供给或门180，或门180的输出被提供给计时器174。从电学观点来看，这基本上等同于图10的电路。但是，或门180的输出也作为一个输入被提供给与门182。与门182的另一输入是比较器168的输出。作为与门182的一个输入的或门180输出的反馈为或门180产生闭锁效应，以致一旦产生断开信号，即使该断开信号随后可能跳开，到达计时器174的或门180输出也将保持高电平，直到比较器的输出168变成低电平为止。
同样，和图10的电路的情况一样，衰耗电流，即指数衰减波形的存在将导致逻辑电路166，计时器170和与门172的输出都变成高电平(在TRIP信号之后)，并使反相器175的输出变成低电平。从而，与门176的输出也将变成低电平，该输出设定控制元件指示断路器实际上已断开。
最终，衰耗电流将衰减到低于比较器168负输入端的设置门限值，导致比较器168的输出变成低电平，重新设置闭锁TRIP信号的电路。
图12表示了图9的电路的变型。图12如图9那样使用电流样本和在先样本之间的电流变化，以及一阶导数电流变化，而且还使用二阶导数电流比较。在步骤180，把未滤波电流波形的二阶导数与在先二阶导数样本进行比较，在先样本的时间可由操作者设定。在先样本可以是刚过去的样本。如果在任一比较中发生符号变化，则重新设置计时器152。如果任一检测器都没有检测到符号变化，则在步骤156使计时器加1。如果计时器在被重新设置之前超时，则SUBC位变成高电平。在该变型中，对于具有全偏离波形的衰耗电流的最短确定时间是四分之一周期，该时间是零交点符号变化，一阶导数符号变化和二阶导数符号变化之间的最大时间。
因此，本发明响应电力系统的故障而产生表示断路器触点已断开的信号。因为由于衰耗电流的存在，在断路器断开之后的一段时间内，过电流元件将保持闭合状态，因此这种信号指示产生在由过电流元件的状态提供的指示的前面。
虽然这里出于举例目的，公开了本发明的一个最佳实施例，不过应明白在不跳开由附加的权利要求限定的本发明精神的情况下，在该实施例中可引入各种变化，修改及替换。
权利要求
1．一种用于检测变流器中的衰耗电流的设备，所述变流器是电力系统的一部分，电力系统包括包括保护继电器和相关的断路器，其中保护继电器中的电流响应元件的跳开表示断路器断开，其中施加在电流响应元件上的衰耗电流在断路器断开后的一段时间内阻止电流响应元件跳开，所述设备包括在预定时间内，对(a)来自电力系统的未过滤次级电流和(b)来自电力系统的过滤后的次级电流中的至少一个检测零交点的装置，其中所述预定时间大于电力系统信号频率的半周期，零交点的缺少表示衰耗电流的存在；和处理检测器的输出及电流响应元件的输出状态，产生结果信号的装置，在所述预定时间内没有检测到零交点的情况下，所述结果信号表示断路器事实上已断开。
2．按照权利要求1所述的设备，其中电流响应元件是过电流元件，并且该过电流元件具有设定为低于正常负载电流的电流门限值。
3．按照权利要求1所述的设备，包括用于对未过滤的次级电流值和过滤后的次级电流值检测零交点的装置。
4．按照权利要求3所述的设备，其中处理装置以这样一种方式处理来自于检测器的衰耗电流指示，以便当滤波和未滤波电流检测器之一指示存在衰耗电流时，产生结果信号。
5．按照权利要求4所述的设备，其中所述处理装置包括第一和第二计时器，第一和第二与门，第一和第二计时器分别对两个检测器的输出起反应，第一和第二与门对来自计时器的反相输出信号和过电流元件的输出起反应，所述处理装置还包括对第一和第二与门的输出起反应的第三与门。
6．按照权利要求5所述的设备，包括对第三与门的输出起反应的或门，和对第一和第三与门的反相输出起反应，并对第二与门的输出起反应的第四与门，其中第四与门和第三与门的输出被提供给所述或门，所述或门的输出提供所述结果信号。
7．按照权利要求6所述的设备，其中第一和第二计时器是即时闭合，延迟跳开计时器，其中电路还包括连接在第三与门和第四与门之间的第三计时器，第三计时器也是即时闭合，延迟跳开计时器。
8．按照权利要求7所述的设备，其中第一计时器的延迟跳开时间小于第二计时器的延迟跳开时间。
9．按照权利要求7所述的设备，其中第一，第二和第三计时器的延迟跳开时间可由操作者设定。
10．按照权利要求9所述的设备，其中第一计时器的延迟跳开时间为1.125周期，第二计时器的延迟跳开时间为2.25周期，第三计时器的延迟跳开时间为2周期。
11．按照权利要求2所述的设备，包括用于检测对电力系统电流起反应的电路元件的饱和度的装置，电路元件本身又馈入过电流元件，从而防止当存在大的故障时，断路器断开的错误指示。
12．按照权利要求2所述的设备，包括两个过电流元件和用这两个过电流元件，在确定衰耗电流是否存在的过程中产生滞后效应的装置。
13．变流器中衰耗电流的检测方法，所述变流器是电力系统的一部分，该电力系统包括包括保护继电器和相关的断路器，其中保护继电器中的电流响应元件的跳开表示断路器断开，其中施加在电流响应元件上的衰耗电流的存在将在断路器断开后的一段时间内阻止电流响应元件跳开，所述方法包括下述步骤在预定时间内，对(a)来自电力系统的未过滤次级电流和(b)来自电力系统的过滤后的次级电流中的至少一个检测零交点的步骤，其中所述预定时间大于电力系统信号频率的半周期，零交点的缺少表示衰耗电流的存在；和处理检测器的输出及电流响应元件的输出状态，产生结果信号的步骤，在所述预定时间内没有检测到零交点的情况下，所述结果信号表示断路器事实上已断开。
14．按照权利要求13所述的方法，其中电流响应元件是过电流元件，并且该过电流元件具有设定为低于正常负载电流的电流门限值。
15．按照权利要求13所述的方法，包括对未过滤的次级电流值和过滤后的次级电流值检测零交点的步骤。
16．按照权利要求13所述的方法，其中处理步骤包括以这样一种方式处理来自于检测器的衰耗电流指示，以便当滤波和未滤波电流检测器之一指示存在衰耗电流时，产生结果信号。
17．按照权利要求13所述的方法，包括检测对较大线路电流起反应的电流元件的饱和度的步骤，其中电路元件本身又馈入过电流元件，从而防止当存在大故障时，断路器断开的错误指示。
18．按照权利要求13所述的方法，包括使用这两个过电流元件，在确定衰耗电流是否存在的过程中产生滞后效应的步骤。
19．一种用于检测变流器中的衰耗电流的设备，所述变流器是电力系统的一部分，电力系统包括包括保护继电器和相关的断路器，其中保护继电器中电流响应元件的跳开表示断路器断开，其中施加在电流响应元件上的衰耗电流在断路器断开后的一段时间内阻止电流响应元件跳开，所述设备包括用于检测在来自电力系统的未过滤次级电流的当前样本和在先样本之间的时间间隔中是否已产生零交点的装置；在所述时间间隔中，检测所述当前样本和所述在先样本的一阶导数是否已产生符号变化的装置；在预定时间内，确定是否已检测到零交点或符号变化的装置；及如果在所述预定时间内没有产生零交点或符号变化，则响应所述的确定装置，产生表示衰耗电流存在的输出信号的装置，其中该输出信号可用于表示断路器已断开。
20．按照权利要求19所述的设备，其中所述预定时间约为半周期。
21．按照权利要求19所述的设备，其中所述在先样本是刚过去的样本。
22．按照权利要求19所述的设备，包括在检测到来自保护继电器的断开信号之后，响应所述输出信号，产生表示断路器已断开的控制信号的装置。
23．按照权利要求22所述的设备，包括在保护继电器发出断开信号之后，在所述设备中使断开信号延迟第一选定数目周期的装置。
24．按照权利要求23所述的设备，包括在最初识别出衰耗电流的存在之后，使表示衰耗电流的存在的输出信号维持第二选定数目周期的装置。
25．按照权利要求24所述的设备，其中第一选定数目周期为4周期，第二选定数目周期为1周期。
26．按照权利要求22所述的设备，包括对未滤波电流滤波的装置，把滤波电流的幅值和预定的设置值比较的装置，其中产生装置包括只有当滤波电流幅值超过预定设置值时，才产生输出信号的装置。
27．按照权利要求19所述的设备，包括检测所述当前电流样本和所述在先样本的二阶导数是否已产生符号变化的装置，其中只有当在所述预定时间内，在当前电流样本及其一阶和二阶导数中没有发生符号变化时，才产生表示存在衰耗电流的输出信号。
28．变流器中衰耗电流的检测方法，所述变流器是电力系统的一部分，该电力系统包括包括保护继电器和相关的断路器，其中保护继电器中的电流响应元件的跳开表示断路器断开，其中施加在电流响应元件上的衰耗电流的存在将在断路器实际断开后的一段时间内阻止电流响应元件跳开，所述方法包括下述步骤检测在来自电力系统的未过滤次级电流的当前样本和在先样本之间的时间间隔中是否已产生零交点；在所述时间间隔中，检测所述当前样本和所述在先样本的一阶导数是否已产生符号变化；确定在预定时间内，是否已检测到零交点或符号变化；及如果在所述预定时间内没有产生零交点或符号变化，则产生表示衰耗电流存在的输出信号，其中所述输出信号可用于表示断路器已断开。
29．按照权利要求28所述的方法，其中所述预定时间约为半周期。
30．按照权利要求28所述的方法，其中所述在先样本是刚过去的样本。
31．按照权利要求30所述的方法，包括在检测到来自保护继电器的断开信号之后，产生表示断路器已断开的控制信号的步骤。
32．按照权利要求31所述的方法，包括在保护继电器发出断开信号之后，使断开信号延迟第一选定数目周期的步骤。
33．按照权利要求32所述的方法，包括在最初识别出衰耗电流的存在之后，使指示衰耗电流的存在的输出信号维持第二选定数目周期的步骤。
34．按照权利要求33所述的方法，其中第一选定数目周期为4周期，第二选定数目周期为1周期。
35．按照权利要求31所述的方法，包括对未滤波电流滤波，并把滤波电流的幅值和预定的设置值比较的步骤，其中产生装置包括只有当滤波电流幅值超过预定设置值时，才产生输出信号的装置。
36．按照权利要求28所述的方法，包括检测所述当前电流样本和所述在先样本的二阶导数是否已产生符号变化的步骤，其中只有当在所述预定时间内，在当前电流样本及其一阶和二阶导数中没有发生符号变化时，才产生指示存在衰耗电流的输出信号。
全文摘要
本发明的设备根据变流器(18)中的未滤波次级电流值和滤波次级电流值检测衰耗电流。预定时间内,零交点的缺少将可靠地指示出衰耗电流的存在。如果检测到衰耗电流(70,72),则产生表示电力系统的断路器已断开的信号,与过电流元件跳开产生的指示相比,提供一个更快速的断路器断开指示(96)。
文档编号H01H9/16GK1278940SQ98810999
公开日2001年1月3日 申请日期1998年10月13日 优先权日1997年10月16日
发明者大卫·E·怀特黑德 申请人:史怀哲工程实验室公司