CN102478614A - 电流互感器断线检测方法、装置及继电保护设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流互感器(CT)断线检测方法、装置及继电保护设备。该CT线检测方法包括以下步骤：对所述电流互感器输出的电流信号进行采样；根据第k采样点之前的采样点的采样电流值，计算第k采样点的预测电流值i_(k-forecast)；将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与预测电流值i_(k-forecast)进行比较；以及当比较结果符合判据时，判断所述电流互感器断线。该方法具有检测准确度高、检测速度快等特点。

Description

电流互感器断线检测方法、装置及继电保护设备

技术领域

本发明涉及继电保护领域，特别涉及一种电流互感器(CT)断线检测方法、CT断线检测装置以及包括该CT断线检测装置的继电保护设备。

背景技术

CT是电力系统中的重要部件。当CT发生断线时，会产生很高的感应电压而对设备和人身都造成伤害。因此，往往需要及时发现CT断线以便继电保护设备采取保护措施。

目前已知的一种基于零序电流的CT断线检测方法采用以下判据：

如果I_Ocalculated＜0.75I_Omeasured或者I_Omeasured＜0.75I_Ocalculated，那么，在延时200ms后触发断线检测。

如果I_Ocalculated＞最小电流阈值并且U_Ocalculated≤最小电压阈值，那么，在延时10s后判断CT断线。

其中，I_Ocalculated是计算出的零序电流，I_Omeasured是测量出的零序电流，U_Ocalculated是测量出的零序电压。

例如，在三相电力系统中，这种方法仅仅测量零序电流，而没有对每相的电流进行单独地检测，在某相CT断线而其它相电流正常的情况下，无法判断出到底是哪相CT断线。此外，这种方法不可避免地会受到电力系统负荷(特别是在不平衡负荷的情况下)的影响。

一种基于额定电流的CT断线检测方法克服了无法判断出哪相CT断线的缺陷。具体来说，该方法对三相的电流分别进行测量并与额定电流进行比较来判断某相CT断线，例如，可按照以下判据来进行判断：

如果全部三相电流都＞0.2I_n并且I_diff＞0.1I_n，那么开始CT断线检测，接下来，如果任意相电流＜0.04I_n并且至少一相电流保持不变并且最大相电流＜1.2I_n，那么，在延时10s后判断CT断线。

可替代地，如果任意相电流＜0.06I_n并且I_diff＞0.15I_n，那么，在延时6s后判断CT断线。

其中，I_n是二次侧额定电流，一般为1A或5A，I_diff是同一相的差动电流值，例如A相的线路两端的差动电流。

尽管这种方法可以对每相电流单独进行检测，但是由于实际电流的大小往往受到电力系统的负荷(特别是在不平衡负荷的情况下)影响，因此在与额定电流进行比较时容易出现误判。

发明内容

由于现有的检测方法存在这样或那样的问题，本发明的实施例提供了一种准确且快速地检测出CT断线的CT断线检测方法及装置。

本发明的实施例提供的CT断线检测方法包括以下步骤：

1)对所述电流互感器输出的电流信号进行采样；

2)根据第k采样点之前的采样点的采样电流值，计算第k采样点的预测电流值i_(k-forecast)；

3)将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与预测电流值i_(k-forecast)进行比较；以及

4)当比较结果符合判据时，判断所述电流互感器断线，

其中，k＞1。

在步骤1)中，采样频率可以是所述电流信号的频率的整数倍。

在步骤2)中，在所述电流信号是正弦信号的情况下，第k采样点的预测电流值可以采用以下公式之一来计算：

$i_{(k-\mathrm{forecast})}=\frac{i_{(k-\frac{2}{4}N)}\×i_{(k-\frac{1}{4}N)}}{i_{(k-\frac{3}{4}N)}},$

$i_{(k-\mathrm{forecast})}=-i_{(k-\frac{2}{4}N)},$

i_(k-forecast)＝i_(k-N)，

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2-i_{(k-\frac{3}{4}N)}^2},$

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2-i_{(k-\frac{1}{4}N)}^2},$ 以及

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2+i_{(k-\frac{1}{4}N)}\×i_{(k-\frac{3}{4}N)}},$

其中N为所述电流信号的每个周期的采样点数，I_max为所述电流信号在一个周期内的最大瞬时值。

在步骤3)中，可以比较|i_(k-forecast)|×Factor1与|i_(k-actual)|的大小，并且所述判据包括：|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|，Factor1∈[0.1，0.99]。

其中该方法可以进一步包括步骤3A)将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k-1采样点的采样电流值i_(k-1)进行比较，并且在该比较的结果不符合预定条件时，进一步将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k+1采样点的采样电流值i_(k+1)进行比较。

在步骤3A)中，可以比较|i_(k-1)|与|i_(k-actual)|×Factor2的大小，在该比较的结果不符合所述预定条件|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2的情况下，进一步比较|i_(k-actual)|与|i_(k+1)|×Factor2的大小，并且所述判据可以进一步包括：|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2或|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2，Factor2∈[1.01，+∞)。

其中该方法可以进一步包括步骤3B)将第k采样点之后的M个采样点的采样电流值i_(k+m)依次与最小电流阈值ZERO进行比较，m＝1，2，…M，M≥2，ZERO根据所述电流信号的额定值来确定，并且所述判据进一步包括：|i_(k+m)|≤ZERO。

步骤3B)中，当针对第k+m采样点的比较结果符合|i_(k+m)|≤ZERO时，继续进行针对第k+m+1采样点的比较，直到针对第k+M采样点的比较完成或针对其中某个采样点的比较结果不符合|i_(k+m)|≤ZERO为止。

在步骤4)中，当比较结果符合判据时，可以先延时一段时间，再判断所述电流互感器断线。

本发明实施例提供的电流互感器断线检测装置，包括：

采样模块，用于对所述电流互感器输出的电流信号进行采样；

预测模块，用于根据第k采样点之前的采样点的采样电流值，计算第k采样点的预测电流值i_(k-forecast)；

比较模块，用于将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与预测电流值i_(k-forecast)进行比较；

判决模块，用于当比较结果符合判据时，输出所述电流互感器断线的判断。

在所述电流信号是正弦信号的情况下，所述预测模块可以采用以下公式之一来计算第k采样点的预测电流值：

$i_{(k-\mathrm{forecast})}=\frac{i_{(k-\frac{2}{4}N)}\×i_{(k-\frac{1}{4}N)}}{i_{(k-\frac{3}{4}N)}},$

$i_{(k-\mathrm{forecast})}=-i_{(k-\frac{2}{4}N)},$

i_(k-forecast)＝i_(k-N)，

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2-i_{(k-\frac{3}{4}N)}^2},$

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2-i_{(k-\frac{1}{4}N)}^2},$ 以及

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2+i_{(k-\frac{1}{4}N)}\×i_{(k-\frac{3}{4}N)}},$

其中N为所述电流信号的每个周期的采样点数，I_max为所述电流信号在一个周期内的最大瞬时值。

所述比较模块比较|i_(k-forecast)|×Factor1与|i_(k-actual)|的大小，并且所述判据包括：|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|，Factor1∈[0.1，0.99]。

该装置可以进一步包括：第二比较模块，用于将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k-1采样点的采样电流值i_(k-1)进行比较，在该比较的结果不符合预定条件|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2时，进一步将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k+1采样点的采样电流值i_(k+1)进行比较，并且所述判据进一步包括：|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2或|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2，Factor2∈[1.01，+∞)。

该装置可以进一步包括：第三比较模块，用于将第k采样点之后的M个采样点的采样电流值i_(k+m)分别与最小电流阈值ZERO进行比较，m＝1，2，…M，M≥2，ZERO根据所述电流信号的额定值来确定，并且所述判据进一步包括：|i_(k+m)|≤ZERO。

该电流互感器断线检测装置可以进一步包括：延时装置，用于当比较结果符合判据时，延时一段时间。此时，所述判决模块在延时的时间期满之后，输出所述电流互感器断线的判断。

本发明实施例提供的继电保护设备包括如上所述的电流互感器断线检测装置。本发明实施例提供的电流互感器断线检测方法、装置及继电保护设备基于采样电流来进行断线检测，克服了基于额定电流(或者说基本量值或有效值)而不考虑电力系统的实际负荷，特别是不平衡负荷进行检测时容易误判的缺陷，从而大大提高了检测的准确度，并且在CT断线3～4个采样点之后就可以检测出来，因此可以实现快速的检测。

附图说明

图1为本发明第一实施例的CT断线检测方法的流程图。

图2为本发明实施例的对正常情况下的正弦电流信号采样的波形图。

图3为本发明实施例的对CT断线情况下的正弦电流信号采样的波形图。

图4为本发明第二实施例的CT断线检测方法的流程图。

图5为本发明第三实施例的CT断线检测方法的流程图。

图6为本发明第一实施例的CT断线检测装置的结构图。

图7为本发明第二实施例的CT断线检测装置的结构图。

图8为本发明第三实施例的CT断线检测装置的结构图。

具体实施方式

下面以正弦电流信号为例描述本发明第一实施例所述的CT断线检测方法。需要说明的是，电流信号的种类并不仅仅限于此。

如图1所示，在步骤101中，对电力系统中电流互感器输出的电流信号进行采样。采样频率应与电力系统的频率变化相适应。在实践中，一般将采样频率设为电力系统的频率的整数倍，优选地，该倍数为8、12、16、20……。例如，当电流信号的频率为50Hz时，可以将采样频率设为1kHz，如此一来，在电流信号的每个周期中可以获得N＝1000/50＝20个采样点。而当电力系统的频率为52Hz时，为了同样地在电流信号的每一周期中获得20个采样点，可以将采样频率设为1.04kHz。图2中示出在电流信号频率为50Hz、采样频率为1kHz的情形下的波形图。

在步骤102中，根据第k采样点之前的采样点的采样电流值，计算第k采样点的预测电流值i_(k-forecast)。对于周期性信号来说，由于各个周期的信号波形相同或相近似，因此可以根据某采样点的前一周期的采样信号值来预测该采样点的信号值。

首先，从第k采样点之前的采样点中挑选出k-N、

和

四个采样点，假定第k采样点的样本值为i_(k)，相角为θ，其中每个周期中有N个样本，那么：

样本i_(k-N)的相角为(θ-2π)，样本

的相角为

样本

的相角为(θ-π)，样本的相角为

对于标准正弦电流信号来说，可以用该正弦曲线的最大样本值I_max和第k采样点的相角θ来表示这四个样本：

i_(k-N)＝I_max×sin(θ-2π)＝I_max×sinθ，

$i_{(k-\frac{3}{4}N)}=I_{\max }\×\sin (\mathrm{\θ}-\frac{3}{2}\mathrm{\π})=I_{\max }\×\cos \mathrm{\θ},$

$i_{(k-\frac{2}{4}N)}=I_{\max }\×\sin (\mathrm{\θ}-\mathrm{\π})=I_{\max }\×(-\sin \mathrm{\θ}),$

$i_{(k-\frac{1}{4}N)}=I_{\max }\×\sin (\mathrm{\θ}-\frac{1}{2}\mathrm{\π})=I_{\max }\×(-\cos \mathrm{\θ}),$

i_(k)＝I_max×sinθ，

接下来，可以通过采用以下公式之一进行计算来获得第k采样点的预测电流值i_(k-forecast)：

公式1：

$i_{(k-\mathrm{forecast})}=I_{\max }\×\sin \mathrm{\θ}=\frac{I_{\max }\×(-\sin \mathrm{\θ})\·I_{\max }\×(-\cos \mathrm{\θ})}{I_{\max }\×\cos \mathrm{\θ}}=\frac{i_{(k-\frac{2}{4}N)}\×i_{(k-\frac{1}{4}N)}}{i_{(k-\frac{3}{4}N)}}$

公式2：

$i_{(k-\mathrm{forecast})}=-(I_{\max }\×(-\sin \mathrm{\θ}))=-i_{(k-\frac{2}{4}N)}$

公式3：

i_(k-forecast)＝i_(k-N)

公式4：

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{{(I_{\max }\×\sin \mathrm{\θ})}^2}=\sqrt{I_{\max }^2\×(1-{\cos }^2\mathrm{\θ})}=\sqrt{I_{\max }^2-I_{\max }^2{\cos }^2\mathrm{\θ}}=\sqrt{I_{\max }^2-i_{(k-\frac{3}{4}N)}^2}$

公式5：

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{{(I_{\max }\×\sin \mathrm{\θ})}^2}=\sqrt{I_{\max }^2\×\left(1{-\cos }^2\mathrm{\θ}\right)}=\sqrt{I_{\max }^2-I_{\max }^2{(-\cos \mathrm{\θ})}^2}=\sqrt{I_{\max }^2-i_{(k-\frac{1}{4}N)}^2}$

公式6：

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{{(I_{\max }\×\sin \mathrm{\θ})}^2}=\sqrt{I_{\max }^2\×(1-{\cos }^2\mathrm{\θ})}=\sqrt{I_{\max }^2+I_{\max }^2(-\cos \mathrm{\θ}\×\cos \mathrm{\θ})}=\sqrt{I_{\max }^2+i_{(k-\frac{1}{4}N)}\×i_{(k-\frac{3}{4}N)}}$

理论上，采用以上每个公式都能得到正确的第k采样点的预测电流值。但是在实际应用中，某些特殊样本可能会带来偏差，例如，对于公式1，在样本接近零值时，预测电流值会有较大的偏差。因此为了避免由特殊样本引入偏差，可以从中选择一个合适的计算公式。

在步骤103中，将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与预测电流值i_(k-forecast)进行比较。在正常情况下，这两者应该相等或基本相等。如图3所示，如果CT在第k-1采样点与第k采样点之间断线，在理论情况下，由于此时电路已断开，因此i_(k)应为零，但事实上，由于保护设备内的电路的滞后效应以及采样回路的影响，因此实际的i_(k)并未立即变零，但是其绝对值急剧下降，因而一定小于其预测值。

在实践中，可以将CT断线的判据设为|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|，换句话说，比较|i_(k-forecast)|×Factor1与|i_(k-actual)|的大小。其中，Factor1是一个常数，可以在0.1-0.99之间，为了灵敏地启动断线检测，通常将其设为0.95。

在步骤104中，当比较结果符合判据，例如|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|时，判断为CT断线。

相反，当比较结果不符合判据时，说明当前电力系统正常运行。此时，将k+1赋值为k，也就是将第k+1采样点变成当前要检测的采样点，然后返回到步骤102，针对当前采样点重新进行新一轮的CT断线检测，依次类推，按顺序对第k+1、k+2、k+3…采样点进行CT断线检测。

从以上描述的第一实施例中可以看出，本发明的CT断线检测方法基于先前的采样电流值来预测当前电流值，并将预测电流值与当前的采样电流值进行比较，从而判断出CT是否出现断线。与现有的基于零序电流的检测方法相比，本实施例的检测方法对每路电流单独进行检测，可用于单相或多相电力系统。与现有的基于额定电流的检测方法相比，本实施例的检测方法不依赖于线路两端的差动电流值，也不受负荷的影响。

图4为本发明第二实施例的CT断线检测方法的流程图。这里，仅描述与第一实施例不同的步骤，而不再赘述均与第一实施例中的相应步骤相同的采样步骤201和预测步骤202。

在第一比较步骤203中，与第一实施例相同，将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与预测电流值i_(k-forecast)进行比较。在正常情况下，这两者应该相等或基本相等。如图3所示，如果CT在第k-1采样点与第k采样点之间断线，在理论情况下，由于此时电路已断开，因此i_(k)应为零，但事实上，由于保护设备内的电路的滞后效应以及采样回路的影响，因此实际的i_(k)并未立即变零，但是其绝对值急剧下降，因而一定小于其预测值。

在实践中，可以将CT断线的第一判据设为|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|，换句话说，比较|i_(k-forecast)|×Factor1与|i_(k-actual)|的大小。其中，Factor1可以在0.1-0.99之间，为了灵敏地启动断线检测，通常将其设为0.95。

进一步地，如果CT在第k-1采样点与第k采样点之间断线，由于电路的滞后效应以及采样回路的影响，i_(k)将具有以下两种可能性：

a)i_(k)的绝对值突然下降至小于i_(k-1)的绝对值，且i_(k+1)的绝对值小于i_(k)的绝对值；

b)i_(k+1)的绝对值突然下降至小于i_(k)的绝对值；

因此，当上述第一比较步骤203的比较结果符合第一判据，例如|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|时，执行第二比较步骤204，将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k-1采样点的采样电流值i_(k-1)进行比较，在该比较的结果不符合预定条件时，进一步将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k+1采样点的采样电流值i_(k+1)进行比较。在实践中，可将CT断线的第二判据设为|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2或|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2，换句话说，先比较|i_(k-1)|与|i_(k-actual)|×Factor2的大小，如果|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2，即该比较的结果符合预定条件，则第二比较步骤204完成，将该比较的结果作为第二比较步骤204的比较结果；相反，如果|i_(k-1)|≤|i_(k-actual)|×Factor2，即该比较的结果不符合预定条件，则进一步比较|i_(k-actual)|与|i_(k+1)|×Factor2的大小，并将|i_(k-actual)|与|i_(k+1)|×Factor2的比较结果作为第二比较步骤204的比较结果。其中，Factor2为一个大于等于1.01的常数，Factor2的具体取值与电路的滞后以及采样回路的影响相关，受到硬件设计的影响，因此应当根据具体的硬件平台来调整其值。一般情况下，可将其设为1.2～2.0。

在上述第二比较步骤204的比较结果符合第二判据，例如|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2或|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2时(具体来说，与比较|i_(k-1)|与|i_(k-actual)|×Factor2的大小相对应的判据是第二判据中的|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2，而与比较|i_(k-actual)|与|i_(k+1)|×Factor2的大小相对应的判据是第二判据中的|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2)，执行步骤205，判断CT断线。

与第一实施例相比，第二实施例所述的CT断线检测方法进一步增加了第二比较步骤204，进一步提高了检测的准确度。

图5为本发明第三实施例的CT断线检测方法的流程图。这里，仅描述与第一、第二实施例的CT断线检测方法不同的步骤，而不再赘述均与第一实施例或第二实施例中的相应步骤相同的采样步骤301、预测步骤302、第一比较步骤303。

在第二比较步骤304中，将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k-1采样点的采样电流值i_(k-1)进行比较，在该比较的结果不符合预定条件时，进一步将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k+1采样点的采样电流值i_(k+1)进行比较。在实践中，可将CT断线的第二判据设为|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2或|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2，换句话说，先比较|i_(k-1)|与|i_(k-actual)|×Factor2的大小，如果|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2，即该比较的结果符合预定条件，则第二比较步骤304完成，将该比较的结果作为第二比较步骤304的比较结果；相反，如果|i_(k-1)|≤|i_(k-actual)|×Factor2，即该比较的结果不符合预定条件，则进一步比较|i_(k-actual)|与|i_(k+1)|×Factor2的大小，并将|i_(k-actual)|与|i_(k+1)|×Factor2的比较结果作为第二比较步骤304的比较结果。其中，Factor2为一个大于等于1.01的常数，Factor2的具体取值与电路的滞后以及采样回路的影响相关，受到硬件设计的影响，因此应当根据具体的硬件平台来调整其值。一般情况下，可将其设为1.2～2.0。

进一步地，如果CT在第k-1采样点与第k采样点之间断线时，i_(k+m)的绝对值必然趋近于零，m＝1，2，3......。

因此，在上述第二比较步骤304的比较结果符合第二判据，例如|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2或|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2时(具体来说，与比较|i_(k-1)|与|i_(k-actual)|×Factor2的大小相对应的判据是第二判据中的|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2，而与比较|i_(k-actual)|与|i_(k+1)|×Factor2的大小相对应的判据是第二判据中的|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2)，执行第三比较步骤305，将第k采样点之后的M个采样点的采样电流值i_(k+m)依次与最小电流阈值ZERO进行比较，其中m＝1，2，...M，M≥2。其中，ZERO是最小电流阈值，其取值一般由电流信号的额定值来确定，并且与模数转换器的精度有关，并且受到硬件设计的影响。在额定电流在1A到5A之间的情况下，ZERO一般在0.01A到0.5A之间，具体来说，对于额定电流为1A的电流信号，一般将ZERO设为0.04A，而对于额定电流为5A的电流信号，一般将ZERO设为0.2A。

在实践中，先将第k+1采样点的采样电流值i_(k+1)的绝对值和第k+2采样点的采样电流值i_(k+2)的绝对值分别与最小电流阈值ZERO进行比较，在比较结果符合|i_(k+1)|≤ZERO且|i_(k+2)|≤ZERO时，发出怀疑断线的指示，此后进一步将后续的采样点，即第k+3、第K+4采样点等的绝对值依次与ZERO进行比较，进一步被采样的点数可根据需要来设定。一般在3～4个样本之内，即可准确地判断发生了断线。

在比较过程中，如果有任一采样点的绝对值大于ZERO，就停止比较，并对怀疑断线指示进行复位，以解除怀疑。

在上述第三比较步骤305的比较结果符合第三判据，例如|i_(k+m)|≤ZERO时，执行步骤306，延时一段时间，延时时间Timer在1ms到100s之间。通常可将延时时间Timer设为5ms～20ms。

在延时时间Timer期满后，执行步骤307，判断CT断线。

另外，需要说明的是，尽管在第三实施例中，比较的操作是按第一比较步骤303、第二比较步骤304、第三比较步骤305的顺序执行的，但是本发明不限于此。本领域技术人员基于以上对第三实施例的描述能够理解，可以采用与此不同的顺序来执行这些比较步骤，甚至可以并行执行这些比较步骤，然后在将这些比较的结果集中起来进行判断。

下面以图3为例说明第三实施例的CT断线检测步骤。

如图3所示，在样本i₍₃₉₎处CT发生断线：

i_(k-actual)＝-0.32，i_(k-1)＝-1.144，i_(k+1)＝-0.031，i_(k+2)＝-0.026，

按照公式2进行计算可以得到i_(k-forecast)＝i_(k-N)＝-0.831；

针对第一判据|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|，其中Factor1取值为0.95：

0.831×0.95＝0.789＞0.32；

针对第二判据|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2或|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2，其中Factor2取值为2：

1.144＞0.32×2

0.32＞0.031×2；

针对第三判据|i_(k+1)|≤ZERO并且|i_(k+2)|≤ZERO，其中ZERO取值为0.04：

0.031≤0.04

0.026≤0.04

由此可见，比较结果符合所有的判据，在样本i₍₄₃₎之后发出怀疑断线指示，并在延时10ms之后发出确认断线指示。

第三实施例描述的CT断线检测方法在3～4个样本之后即可检测出CT断线，例如对于1kHz的采样频率来说，在CT断线发生3～4ms之后即可被检测出来，并且由于与第一、第二实施例的CT断线检测方法相比，进行了更多的比较操作以防止误判，从而进一步提高了检测的准确度。

图6为本发明第一实施例的CT断线检测装置的结构图。该CT断线检测装置包括：采样模块501、预测模块502、比较模块503和判决模块504。

采样模块501对所述电流互感器输出的电流信号进行采样。采样频率应与电力系统的频率变化相适应，如图2所示，当电流信号的频率为50Hz时，可以将采样频率设为1kHz，如此一来，在电流信号的每个周期中可以获得N＝1000/50＝20个采样点。采样模块501在获得第k采样点的电流采样值之后，将其输出到预测模块502和比较模块503。

预测模块502根据第k采样点之前的采样点的采样电流值，计算第k采样点的预测电流值i_(k-forecast)。对于周期性信号来说，由于各个周期的信号波形相同或相近似，因此可以根据某采样点的前一周期的采样信号值来预测该采样点的信号值。对于正弦电流信号，预测模块502可根据上述公式1-6中的任一个来计算第k采样点的预测电流值i_(k-forecast)。

比较模块503将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与预测电流值i_(k-forecast)进行比较，例如比较|i_(k-forecast)|×Factor1与|i_(k-actual)|的大小。其中，Factor1可以在0.1-0.99之间，为了灵敏地启动断线检测，通常将其设为0.95。

判决模块504在比较结果符合判据时，例如|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|时，输出所述电流互感器断线的判断。

图7为本发明第二实施例的CT断线检测装置的结构图。这里，仅描述与第一实施例的CT断线检测装置不同的部件，而不再赘述均与第一实施例中的相应部件相同的采样模块601、预测模块602。

在该实施例中，采样模块601将第k采样点的采样电流值输出到预测模块602、第一比较模块603，并将第k、k-1、k+1采样点的采样电流值输出到第二比较模块604。

第一比较模块603将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与预测电流值i_(k-forecast)进行比较。例如比较|i_(k-forecast)|×Factor1与|i_(k-actual)|的大小。其中，Factor1可以在0.1-0.99之间，为了灵敏地启动断线检测，通常将其设为0.95。

第二比较模块604在第一比较模块603的比较结果符合第一判据，例如|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|时，将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k-1采样点的采样电流值i_(k-1)进行比较，在该比较的结果不符合预定条件时，进一步将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k+1采样点的采样电流值i_(k+1)进行比较。例如，第二比较模块604可以先比较|i_(k-1)|与|i_(k-actual)|×Factor2的大小，如果|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2，即该比较的结果符合预定条件，则第二比较模块604输出该比较的结果；相反，如果|i_(k-1)|≤|i_(k-actual)|×Factor2，即该比较的结果不符合预定条件，则第二比较模块604进一步比较|i_(k-actual)|与|i_(k+1)|×Factor2的大小，并输出该比较的结果。其中，Factor2为一个大于等于1.01的常数。

判决模块605在第二比较模块604的比较结果符合第二判据，例如|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2或|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2时，输出CT断线的判断。

图8为本发明第三实施例的CT断线检测装置的结构图。这里，仅描述与第一、第二实施例的CT断线检测装置不同的部件，而不再赘述均与第一实施例或第二实施例中的相应部件相同的采样模块701、预测模块702、第一比较模块703。

在该实施例中，采样模块701将采样电流值输出到预测模块702、第一比较模块703，将第k、k-1、k+1采样点的采样电流值输出到第二比较模块704，并将第k+m采样点的采样电流值输出到第三比较模块705。

第二比较模块704在第一比较模块703的比较结果符合第一判据，例如|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|时，将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k-1采样点的采样电流值i_(k-1)进行比较，在该比较的结果不符合预定条件时，进一步将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k+1采样点的采样电流值i_(k+1)进行比较。例如，第二比较模块704可以先比较|i_(k-1)|与|i_(k-actual)|×Factor2的大小，如果|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2，即该比较的结果符合预定条件，则第二比较模块704输出该比较的结果；相反，如果|i_(k-1)|≤|i_(k-actual)|×Factor2，即该比较的结果不符合预定条件，则第二比较模块704进一步比较|i_(k-actual)|与|i_(k+1)|×Factor2的大小，并输出该比较的结果。其中，Factor2为一个大于等于1.01的常数。

第三比较模块705在第二比较模块704的比较结果符合第二判据，例如i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2或|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2时，将第k采样点之后的M个采样点的采样电流值i_(k+m)依次与最小电流阈值ZERO进行比较，其中m＝1，2，…M，M≥2。其中，ZERO是最小电流阈值，其取值由电流信号的额定值来确定。可以先将第k+1采样点的采样电流值i_(k+1)的绝对值和第k+2采样点的采样电流值i_(k+2)的绝对值分别与最小电流阈值ZERO进行比较。第三比较模块705在比较结果符合|i_(k+1)|≤ZERO且|i_(k+2)|≤ZERO时，发出怀疑断线的指示。此后第三比较模块705进一步将后续的采样点，即第k+3、第K+4采样点等的绝对值与ZERO进行比较，被采样的点数可根据需要来设定。一般在3～4个样本之内，即可准确地确认怀疑的断线。第三比较模块705在进一步比较的过程中，如果有任一采样点的绝对值大于ZERO，就对怀疑断线指示进行复位，以解除怀疑。

延时模块706在第三比较模块705完成其比较任务且所有的比较结果符合第三判据，例如|i_(k+m)|≤ZERO时，延时一段时间，延时时间Timer在1ms到100s之间，通常可将其设为5ms～20ms，

所述判决模块707在延时的时间期满后，输出CT断线的判断。

与本发明实施例所述的CT断线检测方法相对应，本发明实施例的CT断线检测装置也具有检测准确度高、速度快等优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种电流互感器断线检测方法，包括：

1)对所述电流互感器输出的电流信号进行采样；

2)根据第k采样点之前的采样点的采样电流值，计算第k采样点的预测电流值i_(k-forecast)；

3)将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与预测电流值i_(k-forecast)进行比较；以及

4)当比较结果符合判据时，判断所述电流互感器断线，

其中，k＞1。

2.根据权利要求1所述的电流互感器断线检测方法，其特征在于，在步骤1)中，采样频率是所述电流信号的频率的整数倍。

3.根据权利要求1所述的电流互感器断线检测方法，其特征在于，所述电流信号是正弦信号，第k采样点的预测电流值采用以下公式之一来计算：

$i_{(k-\mathrm{forecast})}=\frac{i_{(k-\frac{2}{4}N)}\×i_{(k-\frac{1}{4}N)}}{i_{(k-\frac{3}{4}N)}},$

$i_{(k-\mathrm{forecast})}=-i_{(k-\frac{2}{4}N)},$

i_(k-forecast)＝i_(k-N)，

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2-i_{(k-\frac{3}{4}N)}^2},$

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2-i_{(k-\frac{1}{4}N)}^2},$ 以及

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2+i_{(k-\frac{1}{4}N)}\×i_{(k-\frac{3}{4}N)}},$

其中N为所述电流信号的每个周期的采样点数，I_max为所述电流信号在一个周期内的最大瞬时值。

4.根据权利要求1所述的电流互感器断线检测方法，其特征在于，在步骤3)中，比较|i_(k-forecast)|×Factor1与|i_(k-actual)|的大小，并且

所述判据包括：|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|，Factor1∈[0.1，0.99]。

5.根据权利要求4所述的电流互感器断线检测方法，其特征在于，该方法进一步包括：

3A)将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k-1采样点的采样电流值i_(k-1)进行比较，并且在该比较的结果不符合预定条件的情况下，进一步将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k+1采样点的采样电流值i_(k+1)进行比较。

6.根据权利要求5所述的电流互感器断线检测方法，其特征在于，在步骤3A)中，比较|i_(k-1)|与|i_(k-actual)|×Factor2的大小，并且在该比较的结果不符合所述预定条件|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2的情况下，进一步比较|i_(k-actual)|与|i_(k+1)|×Factor2的大小，并且

所述判据进一步包括：|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2或|i_(k-actual)|＞|i_(k+1)|×Factor2，Factor2∈[1.01，+∞)。

7.根据权利要求6所述的电流互感器断线检测方法，其特征在于，该方法进一步包括：

3B)将第k采样点之后的M个采样点的采样电流值i_(k+m)依次与最小电流阈值ZERO进行比较，m＝1，2，…M；M≥2；ZERO根据所述电流信号的额定值来确定，并且

所述判据进一步包括：|i_(k+m)|≤ZERO。

8.根据权利要求7所述的电流互感器断线检测方法，其特征在于，在步骤3B)中，当针对第k+m采样点的比较结果符合|i_(k+m)|≤ZERO时，继续进行针对第k+m+1采样点的比较，直到针对第k+M采样点的比较完成或针对其中某个采样点的比较结果不符合|i_(k+m)|≤ZERO为止。

9.根据权利要求1所述的电流互感器断线检测方法，其特征在于，在步骤4)中，当比较结果符合判据时，先延时一段时间，再判断所述电流互感器断线。

10.一种电流互感器断线检测装置，包括：

采样模块，用于对所述电流互感器输出的电流信号进行采样；

预测模块，用于根据第k采样点之前的采样点的采样电流值，计算第k采样点的预测电流值i_(k-forecast)；

比较模块，用于将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与预测电流值i_(k-forecast)进行比较；

判决模块，用于当比较结果符合判据时，输出所述电流互感器断线的判断。

11.根据权利要求10所述的电流互感器断线检测装置，其特征在于，所述电流信号是正弦信号，所述预测模块采用以下公式之一来计算第k采样点的预测电流值：

$i_{(k-\mathrm{forecast})}=\frac{i_{(k-\frac{2}{4}N)}\×i_{(k-\frac{1}{4}N)}}{i_{(k-\frac{3}{4}N)}},$

$i_{(k-\mathrm{forecast})}=-i_{(k-\frac{2}{4}N)},$

i_(k-forecast)＝i_(k-N)，

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2-i_{(k-\frac{3}{4}N)}^2},$

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2-i_{(k-\frac{1}{4}N)}^2},$ 以及

$\left|i_{(k-\mathrm{forecast})}\right|=\sqrt{I_{\max }^2+i_{(k-\frac{1}{4}N)}\×i_{(k-\frac{3}{4}N)}},$

其中N为所述电流信号的每个周期的采样点数，I_max为所述电流信号在一个周期内的最大瞬时值。

12.根据权利要求10所述的电流互感器断线检测装置，其特征在于，所述比较模块比较|i_(k-forecast)|×Factor1与|i_(k-actual)|的大小，并且

所述判据包括：|i_(k-forecast)|×Factor1＞|i_(k-actual)|，Factor1∈[0.1，0.99]。

13.根据权利要求12所述的电流互感器断线检测装置，其特征在于，该装置进一步包括：第二比较模块，用于将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k-1采样点的采样电流值i_(k-1)进行比较，并且在该比较的结果不符合预定条件|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2时，进一步将第k采样点的采样电流值i_(k-actual)与第k+1采样点的采样电流值i_(k+1)进行比较，并且

所述判据进一步包括：|i_(k-1)|＞|i_(k-actual)|×Factor2或|i_(k-atual)|＞|i_(k+1)|×Factor2，Factor2∈[1.01，+∞)。

14.根据权利要求13所述的电流互感器断线检测装置，其特征在于，该装置进一步包括：第三比较模块，用于将第k采样点之后的M个采样点的采样电流值i_(k+m)依次与最小电流阈值ZERO进行比较，m＝1，2，…M；M≥2；ZERO根据所述电流信号的额定值来确定；并且

所述判据进一步包括：|i_(k+m)|≤ZERO。

15.根据权利要求10所述的电流互感器断线检测装置，其特征在于，该电流互感器断线检测装置进一步包括：延时装置，用于当比较结果符合判据时，延时一段时间；并且

所述判决模块在延时的时间期满之后，输出所述电流互感器断线的判断。

16.一种继电保护设备，包括根据权利要求10-15中任一项所述的电流互感器断线检测装置。

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