CN103575995B - 中性导线阻抗变化的检测系统及方法、包括系统的变电站 - Google Patents

中性导线阻抗变化的检测系统及方法、包括系统的变电站 Download PDF

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Abstract

检测系统检测多相交流电网的中性导线的阻抗变化（84），电网包括P个相导线（34）和一个中性导线，P是大于1的整数。检测系统包括：一组（42A）P个电压传感器（56A,58A,60A），每个电压传感器（56A,58A,60A）适于测量各个相导线（34）相对于中性导线的电压，包括经由数据链路（62）连接到每个电压传感器(56A,58A,60A)的监督设备。检测系统（还包括（N‑1）个其他组（42B、42C等）的P个电压传感器（56B,58B,60B,56C,58C,60C），N是大于1的整数，N组电压传感器(42A,42B、42C等)安排在沿电网的不同位置处，监督设备在两个连续传感器组(42A,42B)之间检测一给定相导线（34）相对于中性导线的电压变化，以检测中性导线的阻抗变化（84）及定位在两个连续传感器组(42A,42B)之间的阻抗变化（84）。

Description

中性导线阻抗变化的检测系统及方法、包括系统的变电站
技术领域
本发明涉及一种用于检测多相交流（AC）电网的中性导线的阻抗变化的系统，其中该电网包括P个相导线和一个中性导线，其中P是大于1的整数。
该检测系统包括一组P个电压传感器，每个电压传感器适于测量各个相导线相对于中性导线的电压，以及包括经由数据链路连接到每个电压传感器的监督设备。
本发明还涉及要连接到多相AC电网的电力变电站，该变电站包括P个相导线，一个中性导线和用于检测在中性导线的阻抗变化的此类系统。
本发明还涉及一种用于利用此类检测系统检测在多相AC电网的中性导线的阻抗变化的方法。
背景技术
文献US2007/0258175A1公开了一种上述类型的检测系统。该检测系统包括：用于测量一方面在第一导线和中性导线之间，与另一方面在第二导线和中性导线之间的电压不平衡的装置。该系统适合两相电路。该检测系统包括用于比较相对于预定的阈值的电压不平衡的装置。该系统包括：用于如果测得的电压不平衡大于或小于任何的预定的阈值则产生报警的装置。以这种方式，通过测量两个电力相导线的电压和比较该值和预定的阈值，该系统使得能够在测量电路（诸如用电设备板（consumer board））中产生关于中性线断开的报警。
但是，此类检测系统不提供用电设备板外关于电网的状态的信息。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种检测系统，适合于检测在电网的中性导线上的阻抗变化和定位沿电网的中性变化。
为此，本发明涉及上述类型的检测系统，其特征在于：
-该系统还包括（N-1）个其他组的P个电压传感器，其中N是大于1的整数，N组电压传感器安排在沿电网的不同位置处，以及其特征在于
-监督设备适合于在两个连续传感器组之间检测一给定相导线相对于中性导线的电压的变化，以便检测中性导线的阻抗变化以及定位在两个连续传感器组之间的阻抗变化。
根据本发明的另外有利的方面，该检测系统采取隔离的方式或根据任何技术可行的组合方式包括一个或多个以下特征：
-每个电压传感器包括用于如果对至少一个相导线检测到过压或欠压则向监督设备发送告警消息的装置；
-每个电压传感器包括用于将测量电压与预定义的过压阈值和欠压阈值进行比较，以检测过压或欠压的装置；
-监督设备包括用于将从对应电压传感器接收的测量电压与预定义的过压阈值和欠压阈值进行比较，以检测过压或欠压的装置；
-监督设备包括用于与每个电压传感器通信的装置，其适合于向每个电压传感器发送查询以便在响应中接收由每个电压传感器测量的电压；
-监督设备包括计算单元，其适合于将每个相导线的测量电压与预定义的过压阈值和欠压阈值进行比较。
本发明还涉及一种要连接到多相AC电网的电力变电站，该变电站包括：
-第一板，包括P个电力输入导线，适合于连接该电网，其中P是大于1的整数，
-第二板，包括P个电力导线的至少一个输出和一个中性导线，
-连接在第一板和第二板之间的变压器，其适合于将输入导线上的具有第一AC电压的输入电流转换为具有第二AC电压的电流，以及
-检测系统，用于检测在中性导线中的阻抗变化，其特征在于该检测系统是如上定义的检测系统。
本发明还涉及一种用于检测在多相AC电网的中性导线的阻抗变化的方法，该电网包括P个相导线和一个中性导线，其中P是大于1的整数，该方法包括如下步骤：
-通过一组P个电压传感器在电网的给定位置处测量每个相导线相对于中性导线的电压，
-从该组电压传感器向监督设备发送测量的电压,
该方法其特征在于，在测量步骤期间，通过安排在沿电网的不同位置处的N组P个电压传感器测量在所述不同位置处每个相导线相对于中性导线的电压，以及其特征在于该方法还包括如下步骤：
-在两个连续传感器组之间，检测在给定相导线相对于中性导线的电压的变化，以便检测中性导线的阻抗变化以及定位在两个连续传感器组之间的阻抗变化，该检测步骤通过监督设备基于由电压传感器组的每个发送的测量电压来执行。
根据本发明的另外有利的方面，用于检测中性导线的阻抗变化的方法包括如下特征：
-在当对至少一个相导线检测到诸如过压或欠压的电压异常时从给定组的电压传感器接收告警消息之后，监督设备向给定组的不同电压传感器发送查询以便接收由给定组的传感器测量的电压；
-在接收由给定组的传感器测量的电压之后，监督设备检查是否均检测到关于一个相导线的过压和关于其他相导线的欠压；
-在接收由给定组的传感器测量的电压之后，监督设备检查检测的电压异常不是由网络的任一相的损耗或由在网络的各相之间的负载不平衡造成的；
-在从给定组的电压传感器接收告警消息之后，监督设备还向与给定组相邻的组的不同电压传感器发送查询；
-监督设备确定检测到电压异常的传感器组和未检测到电压异常的组或其他组，以及确定位于未指示异常的最终传感器组和指示异常的第一传感器组之间的阻抗变化区。
附图说明
通过阅读仅利用非限制的示例提供的并参照附图的以下描述，本发明的这些特征和优点将显现，其中：
-图1是连接到三相AC电网的电力变电站的图解表示，其中变电站包括根据本发明的用于检测变化的系统；
-图2是图1的区域II的大比例视图；
-图3是用于检测电网的中性导线的阻抗变化的方法的流程图。
具体实施方式
在图1中，连接到AC电网12的变电站10包括第一中压板14，第二低压板16，连接在第一板和第二板之间的变压器18和系统20，该系统20用于检测在中性导线22中的阻抗变化。
变电站10适合将网络12输出的并具有第一交流电压的电流转换为具有第二交流电压的电流。
电网12是多相交流网络，包括P个相，其中P是大于1的整数，如三相网络。换句话说，在描述的实施例中，P等于3。
电网12是中压网络，即其电压大于1000伏并少于50000伏的网络。因而第一三相电压是中压。
第一板14包括多个输入24。每个输入24包括P个电力输入导线26，其中P是大于1的整数，并包括隔离开关28。
第一板14包括连接在变压器18和输入24之间的输入断路器30。
第二板16包括多个输出32，每个输出32适合于提供第二AC电压，并包括P个电力输出导线34和中性导线22。
第二板16包括连接在变压器18和输出32之间的输出断路器36。
变压器18适合将来自电网的具有第一AC电压的电流转换为提供给第二板16的具有第二AC电压的电流。变压器18包括连接至第一板14的初级绕组38和连接至第二板16的次级绕组40。
检测系统20适合于沿所述导线检测在中性导线22中的阻抗变化。
检测系统20包括N组42A、42B、……、42N电压传感器，其中在图1示出三个连续的组42A、42B、42C，以及其中在图2能够看到大比例的一组42A。这些N个组中的每个包括P个传感器，例如组42A的56A、58A、60A，用于测量P个相导线相对于中性导线22的每个电压。在图1所描述的实施例中，各组42A，42B，42C由P个电压传感器56A，58A，60A，56B，58B，60B，56C，58C，60C组成。
按照这种方式，N个电压传感器沿每个输出导线34分布，并且适合于测量在N个不同的点处每相导线34相对于中性导线22的电压。这是例如电压传感器56A、56B、56C用于第一相的电压测量的情况。
检测系统20包括监督设备61，其经由数据链路62连接到每个电压传感器56A，...，60C。
每个输出32是低压输出，即所述电压小于1000伏特的输出。因此，第二三相电压是低压。
每个相导线34传送电力到位于电网沿线的用户的负载63。这些负载中的一些，特别是包括电子电路的那些，很容易受到电网电压变化的影响。
每个电压传感器56A，...，60N包括处理器64和与处理器64关联的存储器65。存储器65适用于存储第一通信软件66和第一计算软件68。
在一个实施例中，每个传感器56A，...，60N包括无线电收发器70，适合于与监督设备61进行双向通信，每个数据链路62在这种情况下是无线电数据链路。
替换地，每个传感器56A，...，60N包括PLC发射器（未示出），适合于与监督设备61进行双向通信，每个数据链路62是经由电力线通信的数据传输链路。
检测系统20的监督设备61适合于与电压传感器56A，...，60N和与控制中心72进行通信。
监督设备61包括处理器74和与处理器74关联的存储器76。存储器76适合于存储第二通信软件78和第二计算软件80。
在本实施例中，监督设备61包括适合与每个传感器以及与控制中心72进行通信的无线电收发器82。在本实施例中，控制中心72还包括收发器（未示出），适合于与监督设备61通信。另外，上面描述的通信使用经由电力线通信的数据传输链路。
第一通信软件66适合于在每个电压传感器56A，...，60N和监督设备61之间建立通信。第一通信软件66特别适合于在由第一计算软件68对至少一个相导线34检测到过压或欠压的事件中向监督设备61发送告警消息。
第一计算软件68适用于通过给定的电压传感器56A，...，60N，基于预定义的过压和欠压阈值检测测量的过压或欠压。第一计算软件68特别适合将测得的电压与预定义的过压阈值和欠压阈值进行比较，以检测所述过压或欠压。
替换地，电压传感器56A，...，60N直接向监督设备61传送测量的电压，其中，监督设备61使用第二计算软件80适合于确定测量相对于预定义的阈值的过压或欠压的电压传感器56A，...，60N。
这两个软件66和68适合于一起通信。以这种方式，由第一计算软件68检测的电压异常检测引起由第一通信软件66发送告警到监督设备61。
第二通信软件78适于在监督设备61和网络56A，...，60N的各种电压传感器之间建立通信，以及在监督设备61和控制中心72之间建立通信。第二通信软件78适合于发送查询到每个电压传感器56A，...，60N，以便接收由这些传感器的每个作为响应测得的电压。
第二计算软件80适合于基于由电压传感器56A，...，60N传送的数据确定异常于预定义的过压阈值或欠压阈值的欠压或过压。
或者，当电压传感器56A，...，60N直接向监督设备61传送测得的电压时，第二计算软件80将从电压传感器56A，...，60N收到的测量电压与预定义的过压阈值和欠压阈值比较，以检测过压或欠压。
在图1中表示中性导线22上的阻抗变化84。阻抗变化84例如包括中性导线断开，或中性导线接触退化。
现在将考虑图3描述检测系统的操作。图3表示由检测系统20（它包括沿输出导线34分布的N个组42A，...，42N的电压传感器）以及由监督设备61实施的检测方法的步骤的流程图。
在图3中，在第一步骤100期间，电压传感器（如传感器56B）检测在相导线34之一上过压的存在。例如，检测的过压对应于在相导线34和中性导线22之间测量的、比所述相导线34的额定电压相对于中性导线22多10％的电压，即110％的额定电压，即在图1实施例的例子中约260V。
在检测到任一相导线34上的过压后，在步骤110期间，检测到异常的电压传感器发送告警到监督设备61。
在接到告警时，监督设备61查询两个电压传感器58B，60B，它们属于和检测到异常的传感器56B相同的组42B。
在步骤130期间，监督设备32检查在任意的电压传感器（如在图1的例子中的传感器56B）上检测的过压与在组42B的其他两个电压传感器（如传感器58B和60B）上测量的欠压并行发生。在三相网络和预定的过压阈值等于110％的额定电压的情况下，则监督设备61检查由与两个另外相导线关联的电压传感器58B，60B的任一个观察的至少5％的欠压。换句话说，监督设备61检查来自与检测到过压的传感器46B相同的组42B的至少一个电压传感器58B，60B测量到小于对应额定电压的95%的电压，即在图1的实施例的示例中的228V。
在步骤130之后，步骤140包括检查上述的检测确实代表阻抗变化，如中性线断开。换句话说，步骤140包括定位潜在的虚假告警。特别是，监督设备61检查该电压异常检测不是由于中压供电网的任何相的损耗引起的，从而在任一相导线34的过压现象发生在第二低电压板16，而其他两个相导线在50%的区域具有欠压。
在某些情况下，分散协调的同频电力生产的存在，例如通过光伏面板，引起在电网的其中一相上10％的区域的过压。相反，在某些情况下，在电网的任意一相上显著负载的存在引起在电网的其他相上5％到10％的区域中的欠压。在一个实施例中，监督设备61测量在每个相上流动的电流，和在同一相上产生或消耗的所有功率。因此，它可以区分由于分散生产和电网上一个或多个显著负载的存在引起的电压异常与由于中性导线退化引起的电压异常。此外，中性导线退化的特征在于，它引起网络相电压的突然变化。
在步骤140中检测代表中性线84的阻抗变化的电压异常之后，步骤150意图确定未指示阻抗变化的最终传感器56A和指示阻抗变化的第一传感器56B。
为此目的，在测量任一相导线34上的电压异常之后，以及在通过电压传感器56B警告监督设备61之后，监督设备61查询与传感器56B，58B，60B相邻的传感器42A，42C的组。如果任何这些传感器组（诸如组42A）未测量到异常，则监督设备61推断阻抗变化的位置位于测量到异常的组42B和没有测量到异常的被查询的组42A之间。
如果查询组也测量到异常，则监督设备61进一步查询距先前查询组的上游和下游的相邻组。以这种方式，在多次查询之后，从位于测量到异常的第一组42B的上游和下游的传感器组的递归查询适合于定位未测量到电压异常的传感器的第一组42A。
最后，在步骤160期间，通过位于未指示电压异常的最终传感器56A和指示电压异常的第一传感器56B之间的区域定位阻抗变化区。
一旦位置已被监督设备61发现，异常位置信息被发送到控制中心72，以使能网络上安排的维修。
因此，根据本发明的检测系统不仅适用于检测阻抗变化（诸如中性线断开），而且也定位由于沿低压网络布置的N组42A，...，42N电压传感器引起的沿着低压网络的阻抗变化的区域。
此外，在每个电压传感器56A，...，60N和监督设备61之间的通信适合于区别与中压网络12的结构关联的电压异常和由于要求维护的阻抗变化84引起的电压异常。
根据本发明的系统和方法因此适合于在其断开之前检测中性导线的恶化，使能网络上的预防性维修。
然后，在中性线22的彻底断开发生和破坏或损害连接到低压网络的负载63之前进行低压电网的干预。这有助于防止这些负载的退化。
此类设备和此类方法的使用也可以使能包括无线电收发器70的电压传感器56A，...，60N的使用，这样就避免了需要工作人员跋涉来读数。
此类设备和此类方法也适合于，在定位电网的故障84后，从监督设备61向控制中心72发生告警，以及与所述故障84关联的位置信息。控制中心72然后派出维修小组，以检查在确定目标和先前定位的区域中的中性导线22的连接状态。
因此，维修小组优化其资源的可用性以维护该阻抗变化区。这种优化得以实现是因为维护操作员可以直接前往阻抗变化区，无需浪费时间来定位该区域。
因此，能够设想根据本发明的检测系统经由电网的电压监视不仅适用于检测，而且也定位网络上的阻抗变化，诸如中性线断开。

Claims (13)

1.一种用于检测多相交流(AC)电网的中性导线(22)的阻抗变化(84)的检测系统(20)，该电网包括P个相导线(34)和一个中性导线(22)，其中P是大于1的整数，该系统包括：
-一组(42A)P个电压传感器(56A,58A,60A)，每个电压传感器(56A,58A,60A)适于测量各个相导线(34)相对于中性导线(22)的电压，以及-经由数据链路(62)连接到每个电压传感器(56A,58A,60A)的监督设备(61),
其特征在于该系统还包括(N-1)个其他组(42B、……、42N)的P个电压传感器(56B,58B,60B,…,56N,58N,60N)，其中N是大于1的整数，N组电压传感器(42A,…,42N)安排在沿电网的不同位置处，以及
其特征在于监督设备(61)适合于在两个连续传感器组(42A,42B)之间检测一给定相导线(34)相对于中性导线(22)的电压的变化，以便检测中性导线(22)的阻抗变化(84)以及定位在两个连续传感器组(42A,42B)之间的所述阻抗变化(84)。
2.根据权利要求1所述的检测系统(20)，其特征在于每个电压传感器(56A,…,60N)包括用于当对至少一个相导线(34)检测到过压或欠压时则向监督设备(61)发送告警消息的装置(66)。
3.根据权利要求1或2所述的检测系统(20)，其特征在于每个电压传感器(56A,…,60N)包括用于将测量电压与预定义的过压阈值和欠压阈值进行比较，以检测过压或欠压的装置(68)。
4.根据权利要求1或2所述的检测系统(20)，其特征在于监督设备(61)包括用于将从对应电压传感器(56A,…,60N)接收的测量电压与预定义的过压阈值和欠压阈值进行比较，以检测过压或欠压的装置(80)。
5.根据权利要求1或2所述的检测系统(20)，其特征在于监督设备(61)包括用于与每个电压传感器(56A,…,60N)通信的装置(78)，其适合于向每个电压传感器发送查询以便作为响应接收由每个电压传感器测量的电压。
6.根据权利要求1或2所述的检测系统(20)，其特征在于监督设备(61)包括计算单元(80)，其适合于将每个相导线(34)的测量电压与预定义的过压阈值和欠压阈值进行比较。
7.一种要连接到多相AC电网(12)的电力变电站，该变电站包括
-第一板(14)，包括P个电力输入导线(26)，适合于连接到该电网(12)，其中P是大于1的整数，
-第二板(16)，包括P个电力导线的至少一个输出(32)和一个中性导线(22)，
-连接在第一板(14)和第二板(16)之间的变压器(18)，其适合于将输入导线(26)上的具有第一AC电压的输入电流转换为具有第二AC电压的电流，以及
-检测系统(20)，用于检测在中性导线(22)中的阻抗变化(84)，
其特征在于该检测系统(20)是根据前述权利要求的任何一个的检测系统。
8.一种用于检测在多相AC电网的中性导线(22)中的阻抗变化(84)的方法，该电网包括P个相导线(34)和中性导线(22)，其中P是大于1的整数，该方法包括如下步骤：
-通过一组(42A)P个电压传感器(56A,58A,60A)在电网的给定位置处测量每个相导线(34)相对于中性导线(22)的电压，
-从该组(42A)电压传感器向监督设备(61)发送测量的电压,
该方法其特征在于，在测量步骤期间，通过安排在沿电网的不同位置处的N组(42A,…,42N)P个电压传感器(56A,…,60N)测量在所述不同位置处相导线(34)相对于中性导线(22)的电压，以及
其特征在于该方法还包括如下步骤：
-在两个连续传感器组之间，检测给定相导线(34)相对于中性导线(22)的电压的变化，以便检测中性导线(22)中的阻抗变化(84)以及定位在两个连续传感器组(42A,42B)之间的所述阻抗变化(84)，该检测步骤通过监督设备(61)基于由电压传感器组(42A,…,42N)的每个发送的测量电压来执行。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在当对至少一个相导线(34)检测到过压或欠压的电压异常时从给定组(42B)的电压传感器(56B)接收告警消息之后，监督设备(61)向给定组(42B)的不同电压传感器(56B，58B，60B)发送查询以便接收由给定组(42B)的传感器测量的电压。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在接收由给定组(42B)的传感器(56B，58B，60B)测量的电压之后，监督设备(61)检查是否检测到关于一个相导线(34)的过压和关于其他相导线(34)的欠压二者。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于：在接收由给定组(42B)的传感器测量的电压之后，监督设备(61)检查检测的电压异常不是由网络的任一相的损耗或由在网络的各相之间的负载不平衡造成的。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于：在从给定组(42B)的电压传感器接收告警消息之后，监督设备(61)还向与给定组(42B)相邻的组(42A，42C)的不同电压传感器发送查询。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：监督设备(61)确定检测到电压异常的传感器组(42B，42C)和未检测到电压异常的组(42A)或其他组，以及确定位于未指示异常的最终传感器组(42A)和指示异常的第一传感器组(42B)之间的阻抗变化区。
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