CN101646950A - 用于高压电力线路的电流监视装置 - Google Patents

Abstract

一种电流监视装置(CMD)，其具有位于一个或多个接地壳体内的电磁场传感器，所述壳体位于由一个或多个电力线路产生的组合的电磁场内。所述CMD包括通常位于接地壳体内的电子装置，其限定组合从场传感器接收的测量值以产生表示相导线的电流值的输出信号的阻抗网络。该壳体可以被传统地连在输电线路塔、配电线路柱，和输电和配电变电站中的高压电力线路支架上。CMD控制诸如电路断续器之类的响应设备，所述电路断续器响应由CMD检测的电流干扰。CMD还可以包括用于将电流值发送至诸如中央控制站之类的远程控制器的通信，所述远程控制器实现各种各样的响应设备。

Description

用于高压电力线路的电流监视装置

对于相关申请的参考

本申请要求于2006年7月10日提交的美国临时专利申请No.60/819516的优先权，其内容通过参考结合于此。本申请还通过参考结合了于2007年3月13日授权的标题为“Electric PowerMonitoring And Response System”的美国专利No.7191074；于2006年7月18日授权的标题为“Capacitor Switch With Internal RetractingImpedance Contactor”的美国专利No.7078643；以及于2001年5月22日授权的标题为“Circuit Interrupter Including a PenetratingElectrical Contact With Grip and Release Structure”的美国专利No.6236010。

技术领域

本发明涉及高压电力输电和配电系统领域，以及更具体地说，涉及一种使用电流监视装置的电力监视和响应系统，所述电流监视装置具有位于接地壳体内用于确定电力线路中的相电流的电磁场传感器。

背景技术

目前，环形电流互感器(“CT”)是用于测量三相电力输电和配电线路中的相电流的最常用的技术。尽管非常准确，但在高压下应用时这些装置非常昂贵。这很大程度上是由于需要电流传感器对于高压绝缘，其对于1000伏以上的电压是非常昂贵的。已经存在其它方法，所述方法使用靠近每一个相导线的诸如霍尔效应传感器的其它类型的电磁场传感器。在多相应用中，该技术被来自相邻相位的电磁场干扰而复杂化，所述干扰导致不准确的测量值。其结果是，使用此类技术的唯一成功技术已经使用了完全包围导线从而抵消来自其它相的外来误差信号的一圈电磁场传感器。该方法也需要对于电磁场传感器的昂贵的高压绝缘，其使得该系统仅在有限情况下经济上可行。

高压电流测量的另一种方法使用光纤传感器，其使得偏振光在每一个导线周围经过。由相电流产生的电磁场与电流成比例地旋转偏振光。尽管该技术降低了高压下使电流传感器绝缘的难度，但将偏振测量值转换为电流测量值所需的复杂的解码技术也非常昂贵。同样，该方法仅在有限情况下，例如在最高输电线路电压下，经济上可行。

出现了未知的另一种类型的电力系统，这是因为高电流和周围空气使电导线加热，其导致电导线伸展并从其架空支架跌落。如果该跌落变得太大，则在电力线路和诸如树或小山的另一个物体之间可能发生电压击穿并导致飞弧。因此期望在正常操作条件下监视关键位置处的电力线路的物理跌落。一些算法已经用于基于在变电站测量的电流值、周围条件和所关注的线路部分的物理配置来估算电力线路的物理跌落。但这些算法仅产生关键位置处的物理跌落的估计值，所述关键位置在高负载条件下由于电压降和线路上负载的无功功率而造成与实际情况的明显差异。另一种方法是使用典型地包括激光测距计和照相机的光学系统进行直接测距。但这些光学系统非常昂贵，在暗处不能很好地工作，受坏天气的不利影响，并且容易被污垢、鸟粪等弄脏。

标题为“Electric Power Monitoring And Response System”的美国专利No.7191074描述了一种使用远程定位电磁场传感器来确定诸如相电流、相电压和/或从场传感器到相导线的距离之类的未知的电力系统变化的电力监视和响应系统。尽管该专利描述了基本技术，但其并没有陈述该电力监视和响应系统的具体配置和细节，诸如使系统适用于安装高压电力线路支架结构的配置，诸如在输电和配电变电站中找到的配置。因此，不断地需要对为具体应用而调整和改善的电力监视设备进行改进。

发明内容

本发明通过一种用于一个或多个多相电力线路的相导线的电力监视和响应系统来满足上述需要，该电力监视和响应系统使用位于在由相导线产生的组合电磁场中的一个或多个接地壳体内的诸如不昂贵的电线圈之类的电磁场传感器。该系统还包括通常位于接地壳体内的、限定阻抗网络的电子装置，所述阻抗网络组合从电磁场传感器接收的测量值以产生表示相导线的电流值的输出信号。所述壳体可以方便地连在和电接地到通常在输电和配电变电站中找到的一类高压电力线路支架上。

所述电力监视和响应系统也可以包括本地控制器，其基于从电磁传感器和相关电子装置接收的输出信号来计算或校准对于相导线的电流值。来自电力监视和响应系统的控制电缆通常与位于相同的支架结构上的本地电路断续器相连接，所述本地电路断续器响应检测到的电流故障断开受到影响的电路。本地控制器也可以与将控制信号发送至远程控制器的本地发射机相连接，所述远程控制器操作诸如显示器、电路断续器、稳压器、电压跌落支持器、电容器组、通信设备和报告系统之类的远程响应设备。一旦电力系统被配置有相当大量的将电流值发送至中央位置的这些电力监视和响应系统，就可以实现复杂的电力监视和控制操作，从而提高电力服务的可靠性和效率。

容纳适合于单电力线路、细长的导电管或细杆的一组电磁场传感器创建了模块电流监视装置，其被配置为物理上连在和电接地到高压电力线路支架上。电流监视装置也可以与诸如用于相关电力线路的电路断续器之类的本地控制器相连接。因为电力监视设备电接地，所以其不能产生对于电力线路的潜在故障，并且与诸如电流故障、电压尖峰、闪电等的电气系统干扰电隔离。

一般地说，本发明可以实现为用于高压电力线路的电流监视和响应系统、或包括一个或多个电流监视和响应系统的电力系统。所述电流监视和响应系统包括一个或多个导电的、非电磁壳体，其被配置为在由一个或多个多相高压电力线路的相导线产生的电磁场内的一个位置电接地。每一个壳体优选为模块单元，其被配置为与支撑高压绝缘体的支架结构相连接，被该支架结构物理地支撑，并且电接地到该支架结构，所述支架结构是诸如通常位于输电或配电变电站内的支架结构，该高压支撑绝缘体支撑相导线。每一个壳体可能还包括细长的槽，其被配置为使期望的频率响应给予电磁场传感器。

在所述壳体内横向分布的一组电磁场传感器被配置为同时测量由相导线产生的组合电磁场。对于要计算的每一个电流值，所述系统还包括通常位于接地壳体内的、限定阻抗网络的电子装置，该阻抗网络组合从电磁场传感器接收的测量值以产生表示用于相关相导线的电流值的输出信号。该电磁场传感器可以由其中线圈之间的线圈长度和线圈缠绕方向不同的连续电线形成。此外，电磁场传感器和限定阻抗网络的电子装置可以包括无源元件，其不需要除相导线产生的电磁场以外的电力源。

本地控制器可以基于输出信号计算或校准表示在相导线中流动的电流的电流值，并且基于该电流值产生控制信号。该系统也包括基于控制信号实现响应动作的一些类型的响应设备。例如，响应设备可以包括与诸如电路断续器之类的控制器电连接的本地响应设备，并且所述控制器可以被配置为响应基于相关电流值确定涉及所监视的相导线之一的电故障已发生而触发电路断续器的操作。此外，该系统可以包括本地发射机、远程控制器和诸如显示器、电路断续装置、稳压器、电压跌落支持器、电容器组、通信设备和报告系统之类的远程响应设备。

本发明也可以被应用为一种用于获得用于多相高压电力线路的电流值的方法。电流监视系统被安装在由一个或多个多相高压电力线路的相导线产生的电磁场中。该电流监视系统包括在一个或多个导电的、非电磁的、电接地壳体内横向分布的一组电磁场传感器，以及电子装置，对于每一个电流值来说，所述电子装置限定了操作为组合从电磁场传感器接收的测量值以产生表示相关电流值的输出信号的阻抗网络。然后，向相导线施加已知电流，并且从电流监视系统获得表示计算的电流值的输出值。接着，校准电流监视系统的参数，使得计算的电流值与已知电流一致。然后，移除该校准设备，并且校准的电流监视系统被用于计算对于未知电流值的电流值。

用于实现电力监视和响应系统的具体实施例、从而达到上述优点的具体技术和结构将从对实施例、附图和权利要求的下述详细描述变得明显。

附图说明

图1是具有相关电流监视和响应系统的高压电力线路支架的透视图。

图2是图1中的具有相关电流监视和响应系统的高压电力线路支架的正视图。

图3是具有在分离的接地壳体中的两个电流监视细杆的可供替换的电流监视和响应系统的透视图。

图4是具有位于正交轴上的三个细杆的电流监视装置的概念视图。

图5是用于电流监视和响应系统的电流监视装置细杆的透视图。

图6是壳体被移除以显示内部元件的图5的细杆的正视图。

图7是图5的细杆的示意图。

图8是校准的电流监视和响应系统的概念视图。

图9是对于包括调谐槽的电流监视和响应系统的可供替换的细杆的正视图。

图10是对于包括具有不同宽度的调谐槽的电流监视和响应系统的另一个细杆的正视图。

图11是具有内部电流监视和响应系统的高压电力线路支架的正视图。

图12是包括本地发射机、远程控制器和远程响应设备的可供替换的电流监视和响应系统的侧视图。

图13是壳体被移除以显示内部元件的对于可供替换的电流监视和响应系统的细杆的侧视图。

图14是示出了电流监视和响应系统的操作的逻辑流程图。

图15是示出了用于校准电流监视和响应系统的例行程序的逻辑流程图。

具体实施方式

本发明对通过参考结合于此的美国专利No.7191074中描述的多相电力线路在电力监视和故障保护设备方面提供了显著改进。具体地，改进的电力监视和响应系统包括电流监视装置(“CMD”)，其中一组电磁传感器位于一个或多个电接地的、非电磁壳体内。接地壳体也可以包含限定阻抗网络的电子装置，该阻抗网络用于将来自传感器的测量值组合成电流值。将电磁传感器和电子装置放置在接地壳体中，以形成通常被称为“细杆”的模块单元，该“细杆”可以容易地连在高压电力线路的电磁场中的战略性定位的结构上。例如，可以将一个或多个CMD细杆方便地直接连在用于高压电力线路的支架结构上，诸如输电线路塔、配电线柱或位于输电或配电变电站中的隔离开关。这是因为细杆的外壳是导电的并且被设计为电接地，其可以在安装时通过金属框架或接地母线方便地接地。

在相对简单的配置中，CMD包括与本地CMD控制器相连接的单个细杆。该细杆通常与电力线路相邻地安装，例如，细杆可以被直接安装到变电站的高压电力线路柱、塔或隔离开关上。CMD细杆测量细杆位置中的电磁场，并且CMD控制器使用可调整校准参数来实现计算，从而将电磁场测量值变换或校准为用于相关电力线路的电流值。应该理解，为具有包含实现阻抗网络的电磁传感器和电子基板的细长的管状细杆、和单独的本地控制器是用于CMD的一种具体设计选择。当然，用于电磁传感器的接地壳体可以具有任何期望的形状，包括球形或正方形的盒子。此外，电子装置可以整体位于包含传感器的接地壳体内，整体位于分离的本地控制器内，分布在这些和其它元件之间，或完全或部分位于另一个机壳或位置中。然而，还应了解将传感器和阻抗网络定位在适合在电力线路附近接地的细长的、管状细杆中，并且将校准设备定位在可更容易接近的本地控制器中对于配电变电站应用是一种方便和实用的配置；但对于其它应用可以优选其它配置。被设计为安装在输电塔和配电柱上的CMD，例如，可以更方便地部署有位于单个壳体中的所有CMS设备，包括内部无线电设备和从壳体伸出来的天线。

为了提高准确度并配置用于具体位置的CMD，在已经安装细杆之后，通常通过获得用于电力线路的已知电流值校准CMD控制器。具体地讲，传统的环形电流互感器(“CT”)可以临时地与电力线路相连接，并且CMD控制器的可调整校准参数被调整为将CMD的读取值校准为与从CT获取的测量的电流值相对应。接着，移除CT，并且校准的CMD准备利用其安装位置中的细杆进行服务。

本地CMD控制器与一些类型的响应设备功能性地相连接，所述响应设备可以在从本地隔离开关到复杂的中央控制电力控制系统内变动，所述中央控制电力系统包括各种各样的设备，诸如显示器和报告系统、分段开关、电路断续器装置、稳压器、电压跌落支持器、电容器组、通信设备、输电或配电互连开关、发电站等。因为CMD表示可以容易地安装在各种位置的不昂贵的电流监视选择，遍及电力系统分布的CMD的鲁棒系统可以被用于监视遍及电力系统的线路电流和其它值(此处应注意，如US7191074所述，电流监视CMD的变型可以用于监视线路电压和物理跌落)，从而高度实时注意该系统的操作条件。

更好地实时注意系统宽度操作条件直接导致有效地响应各种各样的系统干扰的更强的能力，所述系统干扰是诸如由闪电、大负载切换、线路故障、超负载、电压跌落、电力线路跌落、电力因数劣化等导致的设备故障。因而，这允许利用从对输电线路互连点和中央站发电厂的中央控制到电路断续器和分段开关的本地控制的所有可用资源来更有效地控制电力系统，以及包括稳压器、电容器组、微型发电设备、可中断负载、甩负荷等中的每个设备。其结果是，CMD的完全部署系统表示用于显著提高系统安全性、效率和可靠性的电力系统的监视和控制系统的主要部分。

具体地讲，在遍及电力系统的战略位置处部署的CMD的鲁棒系统提供了在技术上和经济上可行的方法从而获得遍及系统的电力操作条件的实时了解，并且因此提供了迅速、有效、并且在许多情况下自动响应从相对小的到潜在严重的系统干扰的能力。CMD还允许系统操作者在对潜在严重或危险的系统条件实现响应动作的时，实时地监视系统操作条件的改变。因此，应了解在电力系统干扰成倍增加并变得不稳定，并导致近年来使美国电网遭受大停电的这类连锁故障之前，CMD的鲁棒系统和响应设备提供了检测和响应电力系统干扰的有效方式。

附图中所示的并且在下文中描述的具体CMD具有多个重要的属性。尽管图中所示的基本装置包括与本地控制器相连接的仅一个或两个细杆，但任何数量的细杆可以与任何数量的控制器相连接，以便提高准确度和系统控制。例如，可以在多线路变电站中的战略位置处部署每一个都具有位于不同方位和高度的多个细杆的多细杆站。一旦被多细杆CMD校准，具有足够数量的适当分布的电磁传感器的多细杆CMD就可以用于足够准确地监视复杂的变电站中的所有线路电流，从而自动地操作变电站内的隔离开关、断路器和其它故障响应设备。本地变电站通信和控制设备(通常被称作SCADA)也可以用于将电力系统中用于所有变电站的电流监视信息发送至中央控制站，其中，可以以集成的方式监视和控制整个系统。CMD也可以被安装在沿电力系统中的许多或可能所有重要的输电和配电线路的配电线路柱和输电线路塔上，以便监视遍及电网的线路条件。电力线路CMD中的通信设备可以用于将用于电力线路的电流监视信息发送至中央控制站，从而改进系统监视和控制的水平。

应了解上述电力系统监视的水平对于传统电力监视设备是极其昂贵的。或许更重要地，这种监视水平在技术上是有问题的，这是因为每一个传统的电力系统监视站依赖于线路电压下的电流和电压传感器，并且因而每一个传感器呈现电力系统故障的潜在源。也就是说，不能在每一个变电站的每一个电力线路支架上、以及在遍及电力系统的每一个电力线路上的电力线路柱和塔上安装成百上千个传统的CT电流传感器，因为每一个CT都可能发生例如由于闪电而导致的故障，并且其本身导致电气故障。借助传统的电流和电压监视技术，换句话说，更好的系统知识的益处被增加的系统中潜在的故障位置的数量的害处抵消了。另一方面，本发明中的CMD细杆不能引起电力故障，这是由于它们电接地。可以遍及电网部署数百、或甚至数千个这些装置，而不会增加潜在电力故障位置的数量。该不同是将本发明的CMD与传统CT分开的重要区别，从而断开了用于高压电力线路的一类新的不昂贵的、电接地的电流监视装置。

作为该CMD的另一个重要属性，CMD细杆的频率响应可以通过在外部接地的壳体中设置薄的细长的调谐槽来调整。因为接地壳体是由诸如铝或不锈钢的非电磁的、导电材料形成，所以它可以充当静电屏蔽而不管其是否具有槽。但作为电磁屏蔽的细杆的频率响应可以通过沿壳体设置调谐槽而被调整。如果没有槽，壳体通常将高频电磁信号屏蔽低至千赫兹范围以下。然而，在外壳中设置了调谐槽使得高频电磁信号进入细杆，其中，由内部电磁传感器将其拾取。这是因为更高频率的信号可以经狭窄的槽通过，并且增加槽的宽度可以增加槽的通过频率，使得更高的频率进入细杆。这样，可以选择调谐槽的宽度，以便使期望的频率通过响应给予细杆。为了实用起见，电力工程师通常对测量高至大约15阶到30阶谐波的监视的电力线路上流动的电力的谐波含量感兴趣。此申请要求足够宽的槽，以便允许高至几千赫兹范围的期望的谐波含量通过屏蔽。

还应注意，可以通过使用单电线形成沿细杆的多个线圈来提高CMD的准确度，其中，多个线圈之间的线圈的缠绕方向和匝数不同。有利地是，CMD细杆可以通过完全无源的电磁传感器(例如，电线圈)和电子装置(例如，阻抗网络)来实现，所述电磁传感器和电子装置完全根据由所监视的电力线路的电磁场感应的电力来操作。理论上讲，也可以利用完全无源的元件来实现CMD控制器，尽管单独对CMD控制器供电具有显著的优点，诸如允许CMD控制器中的通信设备操作，而不管监视的电力线路是否通电。本领域的电力工程师应了解，一旦理解了基础的原理，就可以实现基本CMD的许多变型。参照附图对具体实施例的下述描述将有助于在用于进一步说明实施本发明的具体实施例的上下文中的那些基础的原理。

现在看附图，其中，贯穿附图相同的附图标记是指相似的元件，图1是具有相关电流监视装置(“CMD”)系统30的高压电力线路支架10的透视图，而图2是其正视图。该具体的高压电力线路支架是通常在电力配电变电站中找到的电路断续器(也称作隔离开关)。然而，可以连同相关断路器在更高压的输电线路上、在输电线路塔上、在配电线路柱上、以及在电力系统的许多其他战略位置上安装相同类型的CMD。然而，图1和2中所示的CMD 30是本发明相对简单并且非常令人满意的实例，因为配电线路非常多，并且易受来自闪电、树枝、动物、马达切换等各种各样的线路故障和干扰的影响。

该具体的高压电力支架10被设计用于三相电力线路，并且因此包括三个相似的导线支架12a-c。高压电力线路支架10包括用于三相电力线路的绝缘体支架和用于电力线路的电路断续器或隔离开关。参考导线支架12a，其包括被电路断续器14a分开的上高压总线13a和下高压总线15a。绝缘体16a将下高压总线15a与支架结构20分开，所述支架结构20电接地并物理上支撑相关电力线路。三个导线支架12a-c在支架结构20的顶部成直线排列。在支架结构20的下面的控制器22操作电路断续器14a-c。美国专利No.7078643和No.6236010描述了合适的电路断续器的实例，其内容通过参考结合于此。一般来说，电路断续器包括位于填充有通常为SF6的介电气体的中空绝缘体内的敏锐接触器(penetrating contactor)。绝缘体的外部是图1和图2中所示的电路断续器14a-c的可视部分。通过位于导线支架12a-c的顶部的螺帽内的曲柄机构来操作敏锐接触器，并且控制器22操作驱动推杆的马达，所述推杆触发曲柄机构，从而断开和闭合敏锐接触器，所述敏锐接触器通常被一起操作。

CMD 30包括细杆32和将细杆与CMD控制器34相连接的CMD电缆36。CMD细杆32通常电接地，并且通过一个或多个金属框架与支架结构20物理地相连接。细杆的外壳是由诸如铝或不锈钢的非电磁、导电材料制成的。控制器电缆37将CMD控制器34与用于电路断续器的控制器22相连接。这允许响应由三相电力线路的导线中流动的电流的CMD 30获得的测量值来操作电路断续器14a-c，所述三相电力线路是由高压电力线路支架10来支撑的。CMD控制器34也可以包括(在被指示为CMD控制器的盒子的内部或外部的)诸如SCADA设备的通信设备，其将电流测量值发送至远程控制器和相关远程监视和响应设备。因而，远程监视和响应设备可以包括各种本地和远程的电力系统资源，诸如断路器、稳压器、电容器组、电压跌落支持器、分段开关、互连开关、发电站、中央显示器、报告和分析系统等。

图3示出了可供替换的CMD配置，其中，图1和图2所示的单个CMD细杆32已经被分离的接地壳体中的一对细杆33a-b替代了。在该具体实施例中，细杆33a-b是在同一条直线上的，但不必需是这样。为了提高准确度，例如，CMD可以包括安装在不同的方向和高度上的多个细杆。这在图4中被概念性地示出，图4示出了沿正交轴定位的三个细杆35a-c。在可供替换的实施例中，例如，具有不同方向的多个细杆的几个CMD细杆支架可以设置在复杂的变电站中的战略性位置，以便同时测量多个输电和配电线路中的线路电流。如果CMD细杆不被接地结构直接支撑，则接地母线可以用于将细杆与变电站接地网、附近的接地结构或为CMD细杆安装的接地杆相连接。

图5是可以包括充当接地壳体或容器40的任何合适类型的导电的、非电磁管的CMD细杆32的透视图。在该情况下，壳体被示为具有正方形截面的管，所述正方形截面可被修改为具有支撑内部线圈和电路板的平底。然而，管也可以是圆形管或任何其他合适的结构。传感器和电子装置可以设置在可移除的板上，并且管可以根据需要包括铰接侧板、门或窗口，从而允许接近内部元件。图6示出了壳体40被移除以显示内部元件的CMD细杆，在这个简单的实例中，所述内部元件包括4个电线圈44a-d和两个电子板46a-b。图7是该具体CMD细杆32的示意性视图。在该实例中，第一电子板46a实现用于线圈44a-b的阻抗网络，并且第二电子板46b实现用于线圈44c-d的阻抗网络。线圈44a-d可以由单电线48缠绕而成，并且四个线圈可以具有不同的匝数，其中，一些线圈顺时针缠绕而其它线圈逆时针缠绕。

图8是用于CMD 30校准的概念性视图，所述CMD 30可以安装在潜在的复杂的静电和电磁环境52中，诸如具有沿不同方向延伸的、在不同高度、在不同电压下的多个电力线路的变电站。电磁环境也可以包括一个或多个电磁和静电干扰源54。例如，诸如变压器或油罐的任何大金属结构将表现为静电干扰源，所述干扰源潜在地是非线性的，如CMD细杆所体验的一样。干扰源也可以是电磁的，在这种情况下，其也可以表现为仍然潜在地是非线性的电磁干扰源。即使没有干扰源，涉及在多个方向和电压下的多个电力线路的静电和电磁环境对于基于理论计算值数学模拟也是极其复杂的。由于这个原因，通过安装诸如传统的电流互感器(“CT”)的临时校准设备56来校准CMD 30，从而获得对于如由图8所示的电力线路50所表示的各种电力线路导线中流动的电流的已知值是实际有效的。然后，诸如权重因数的CMD控制器的可调整参数被调整为使CMD计算的电流与临时校准设备56测量的电流相匹配。然后移除该临时设备，并且CMD被校准并且准备测量在电力线路50中流动的电流。

图9是用于电流监视和响应系统的细杆32的正视图，所述电流监视和响应系统包括接地壳体40中的调谐槽70。图10示出了其中壳体具有稍宽的调谐槽80的细杆。如上所述，调谐槽调整细杆的频率响应。一般来说，没有槽的壳体将高频电磁分量屏蔽低至千赫兹范围以下。调谐槽允许较高频电磁分量进入壳体，其中，它们可以由内部线圈来记录。一般来说，通过槽的频率由槽的宽度来控制，其中较宽的槽允许较高的频率进入壳体。实际上，电力工程师通常对测量高至约15阶到30阶谐波(即900到1800Hz)的电力线路上的电流的谐波含量感兴趣，并且在约10阶到15阶谐波(即600到900Hz)以上的频率可以通过没有调谐槽的细杆壳体屏蔽。因此，调谐槽应足够宽，以便允许期望的谐波含量被细杆测量。

图11是具有内部电流监视和响应系统的高压电力线路支架90的正视图，所述内部电流监视和响应系统包括位于电力线路支架本身的内部的CMD细杆92和CMD控制器94。对于新电力线路支架来说，这是一种方便的配置，尽管图1所示的外部CMD可以容易地安装在现有的电力线路支架上。

图12示出了CMD 100的另一个可供选择的配置，该CMD 100包括本地发射机102、远程控制器104和远程响应设备106。如上所述，对于例如来自中央控制站的各种各样的电力监视和响应动作，该配置允许遍及电力系统的多个CMD被集成。图13概念性地示出了CMD细杆100内的多个线圈110和多个电子板112。一般来说，改变线圈的大小、间隔、数量和缠绕方向可以提高CMD的准确度。

图14是示出了用于校准和操作图1所示的CMD 30的例行程序120的逻辑流程图。在例行程序122(在图15中更详细地示出)中，在该实例中，在与电力线路支架10相连接的相关电力线路的电磁场内，CMD被安装和校准。在步骤122之后是步骤124，其中，CMD监视相关电力线路并检测电力线路上的电流故障。作为CMD可以实现的响应动作的实例，在步骤124之后是步骤126，其中，CMD 30将断开信号发送至用于电路断续器的控制器22。在步骤126之后是步骤128，其中，控制器22致动电路断续器14a-c以断开相关电力线路。

图15是示出了用于校准CMD 30的例行程序122的逻辑流程图。在步骤132中，如图1所示，在相关电力线路的电磁场内CMD细杆32被安装和电接地。CMD控制器34也被安装，并且必需的电缆36、37被连接。在步骤132之后是步骤134，其中，安装了临时校准设备。具体地讲，可以临时地安装传统CT，以便测量监视的电力线路的相导线中流动的电流。在步骤134之后是步骤136，其中，校准设备用于获得线路电流的已知测量值。在步骤136之后是步骤138，其中，CMD的可调整的校准参数被调整为将由CMD计算的线路电流与已知电流值相匹配。具体地讲，将每一个线路电流通常计算为从各个电磁传感器接收的传感器值的加权和。通常调整应用于从各个电磁传感器接收的信号的权重因数，直到CMD正确地计算出所有线路电流。可以测试对不同导线通电的不同的电流电平，以便确保CMD在可能遇到的合理范围的电流值内可接受地运行。在步骤138之后是步骤140，其中，移除临时校准设备，并且在步骤142中，校准的CMD被用于监视电力线路。

应该理解，上文仅涉及本发明的示例性实施例，并且在不背离下述权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其中的内容进行大量修改。

Claims (20)

1.一种用于高压电力线路的电流监视和响应系统，包括：

一个或多个导电的、非电磁壳体，其被配置为在由一个或多个多相高压电力线路的相导线产生的电磁场内的一个位置电接地；

横向分布在所述壳体内的一组电磁场传感器，其被配置为同时测量由所述相导线产生的组合的电磁场；

电子装置，对于用于所述相导线的多个电流值中的每一个，所述电子装置限定操作用于组合从所述电磁场传感器接收的测量值以产生表示相关电流值的输出信号的阻抗网络；以及

响应设备，其操作为基于所述电流值实现响应动作。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，限定所述阻抗网络的所述电子装置位于壳体内。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述壳体被配置为与支撑高压绝缘体的支架结构相连接，被所述支架结构物理地支撑，并且通过所述支架结构电接地，所述高压绝缘体支撑所述相导线。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述支架结构位于输电或配电变电站内。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括实现用于校准所述电流值的可调整参数的控制器。

6.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述响应设备包括用于断开包括所述相导线之一的高压电路的本地电路断续器；以及

所述控制器被配置为响应基于相关电流值确定在包括所述相导线的所述电路中已发生电力故障，触发电路断续器的操作。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述响应设备包括本地发射机、远程控制器和在远离包含所述电磁场传感器的壳体位置中的远程响应设备。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述远程响应设备是从包括下述装置的组中选择的：显示器、电路断续装置、稳压器、电压跌落支持器、电容器组、通信设备和报告系统。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，每一个壳体包括细长的槽，所述槽被配置为使期望的频率响应给予所述电磁场传感器。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电磁场传感器是由连续的电线形成的，并且所述线圈之间的线圈长度和线圈缠绕方向不同。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电磁场传感器和限定所述阻抗网络的电子装置包括无源元件，所述无源元件不需要除了由所述相导线产生的所述电磁场以外的电源。

12.一种用于获得对于多相高压电力线路的电流值的方法，包括：

在由一个或多个多相高压电力线路的相导线产生的电磁场内安装电流监视系统，其中，所述电流监视系统包括在一个或多个导电的非电磁的电接地壳体内横向分布的一组电磁场传感器、和对于每一个电流值限定阻抗网络的电子装置，所述阻抗网络操作用于组合从所述电磁场传感器接收的测量值以产生表示所述相关电流值的输出信号；

将已知电流值施加到所述相导线；

从电流监视系统获得表示计算的电流值的输出值；

校准所述电流监视系统的参数，以使计算的电流值与已知电流一致；

停止向所述相导线施加已知电流；

向所述相导线施加未知电流；以及

使用校准的电流监视系统来为所述未知电流值计算电流值。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括下述步骤：

基于计算的电流值确定已经发生影响在所述相导线的一个中流动的电流的电力故障；以及

实现本地响应动作。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，本地响应动作包括断开与被影响的相导线相关的电路断续器。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括下述步骤：

将所计算的电流值发送至远程位置；以及

基于所计算的电流值在远程位置实现远程响应动作。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述远程响应动作是从包括下述内容的组中选择的：显示所述计算的电流值，操作电路断续装置，操作稳压器，操作电压跌落支持器，操作电容器组，并且传送包括所计算的电流值的报告。

17.根据权利要求12所述的方法，还包括下述步骤：将每一个壳体都配置有细长的槽，所述槽被配置为使期望的频率响应给予电磁场传感器。

18.根据权利要求12所述的方法，还包括下述步骤：由连续的电线形成电磁场传感器，其中，所述线圈之间的线圈长度和线圈缠绕方向不同。

19.根据权利要求12所述的方法，还包括下述步骤：根据无源元件配置所述电磁场传感器和限定阻抗网络的电子装置，所述无源元件不需要除由所述相导线产生的电磁场以外的电源。

20.一种电力系统，包括：

多个多相高压电力线路，每一个线路都包括相导线；

位于由所述相导线产生的电磁场内的电流监视系统，对于每一个电力线路，所述电流监视系统包括在一个或多个导电的非电磁的电接地壳体内横向分布的一组电磁场传感器、和对于每一个电流值限定阻抗网络的电子装置，所述阻抗网络操作为组合从所述电磁场传感器接收的测量值以产生表示相关电流值的输出信号；以及

从包括下述装置的组中选择的响应设备：显示器、电路断续装置、稳压器、电压跌落支持器、电容器组、通信设备和操作为响应所述输出信号的报告系统。

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