用于電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的感應(yīng)控制電子設(shè)備的制作方法

專利名稱：用于電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的感應(yīng)控制電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本披露總地涉及用于高壓變壓器保護(hù)系統(tǒng)，具體涉及可以用于保護(hù)高壓變壓器的控制系統(tǒng)、電力設(shè)備、電子電路和計(jì)算系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電氣設(shè)備，特別是使用交流操作的電氣設(shè)備容易改變輸入信號和條件。在典型的布置中，美國的交流設(shè)備期望接收具有預(yù)定量值(例如在北美為120V或者歐洲為240V)的60Hz的電力線電源(或者在歐洲為50Hz)。盡管這些電源可以有一些變化，對使用特定電流而制造的裝置可以通常處理接收的電力信號中的一些輕微變化。在某些情況下，由于外部條件或諧波，電力信號可以變化很大?？梢栽陔娏π盘柹弦鹬C波或準(zhǔn)直流(DC)的外部條件包括地磁風(fēng)暴或電氣設(shè)備的影響。這樣的事件可以引起電力信號的輸入電壓和電流(以及得到的電力)劇烈變化，引起破壞接收該電力信號的電子設(shè)備的可能性。地磁風(fēng)暴或與高幅值電磁脈沖(HEMP)相關(guān)的E3脈沖可以引起高壓電源生成、傳輸和分配系統(tǒng)元件(即電力傳輸線和電源變壓器)中的稱為地磁感應(yīng)電流(GIC) DC或準(zhǔn)DC電流。這些DC電流可以引起電源變壓器鐵心中的半周期飽和，這然后導(dǎo)致這樣的變壓器的過多無功功率損耗、加熱、損壞和/或故障，特別是對于較老或沒有很好維護(hù)的變壓器。此外，半周期飽和可以引起主要頻率(50或60Hz)的諧波生成。該諧波內(nèi)容可以使得電力系統(tǒng)中繼觸發(fā)，這可以斷開需要的補(bǔ)償元件。這可以導(dǎo)致電網(wǎng)的本地或廣域部分的崩潰。在過去大約20年以來，提出了用于減小電力系統(tǒng)中GIC或HEMP (E3)感應(yīng)的電流的若干建議的方法。這些解決方案通常采用一些形式中的一種。第一類解決方案使用電容性電路來同時(shí)提供AC接地路徑和用于感應(yīng)的DC電流的塊。這些解決方案通常包括一組開關(guān)，允許在正常接地的變壓器連接和通過電容性電路的接地之間進(jìn)行切換。這些解決方案可以允許不故意打開對于變壓器中性點(diǎn)(transformer neutral)的連接,或者需要昂貴的電子電路來處理接地故障條件。這些電容性電路解決方案可能需要與當(dāng)前操作參數(shù)相比重新調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)中繼配置。第二類解決方案通常包括連續(xù)使用有源元件，用于減小在變壓器中性點(diǎn)到地連接的DC或準(zhǔn)DC電路的潛在破壞GIC事件。這些解決方案通常需要昂貴的電力設(shè)備并且持續(xù)激活，使得任何故障將使得這些系統(tǒng)不可靠。此外，當(dāng)該解決方案被初始安裝在電力系統(tǒng)中時(shí)，許多中繼/斷路器將需要重新調(diào)節(jié)它們的設(shè)置。第三類解決方案通常使用電阻性方法，其中固定值電阻用于持續(xù)減小變壓器的中點(diǎn)到地連接中的DC電流；然而，在這些方法中，電阻器通常必須具有高電阻值并且僅減小而不是消除DC或準(zhǔn)DC中點(diǎn)電流。此外，在安裝這些類解決方案的過程中，可能需要重新調(diào)整電力系統(tǒng)的中繼設(shè)置。由此，不存在能提供與當(dāng)前電力傳遞系統(tǒng)兼容的可靠的低成本保護(hù)電路的解決方案。此外，不存在可靠和可測試系統(tǒng)，用于控制基本上不需要現(xiàn)場維護(hù)的保護(hù)電路。已經(jīng)提出了用于減小或阻塞電力系統(tǒng)中的GIC或E3感應(yīng)電流的若干建議的方法。然而，這些系統(tǒng)均沒有提過用于解決可能發(fā)生的各種類型的潛在有害決定的綜合布置。特別地，不存在使用感應(yīng)控制系統(tǒng)的已知方法，該感應(yīng)控制系統(tǒng)首先感應(yīng)GIC或E3事件的存在然后切換DC阻塞設(shè)備以保護(hù)高壓變壓器。由此這些或其他原因，期望改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以下內(nèi)容，可以如下解決上述和其他問題:在第一方面，公開了一種與電子保護(hù)電路一起使用的感應(yīng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多個(gè)檢測元件，用于檢測變壓器電力線或EMP和IEMI環(huán)境事件中的損害諧波和DC或準(zhǔn)DC電流。這些檢測元件可以包括但不限于:諧波分析儀、電連接在變壓器中性點(diǎn)和地之間的分流電阻、電連接在變壓器中性點(diǎn)和地之間的霍爾效應(yīng)電流傳感器以及位于屏蔽外殼外部的電磁場檢測器。該系統(tǒng)還包括多個(gè)閾值檢測器，用于比較來自檢測元件的信號和可調(diào)節(jié)的預(yù)定信號，其中當(dāng)來自檢測元件的信號超過預(yù)定信號值時(shí)閾值檢測器向控制器輸出信號指示。也位于屏蔽外殼內(nèi)的控制器用于在從多個(gè)閾值檢測器中的至少一個(gè)接收到信號指示時(shí)打開外部保護(hù)電路中通常關(guān)閉的開關(guān)。控制器還包括控制輸入，其中，從遠(yuǎn)離屏蔽外殼的電力系統(tǒng)操作員接收控制輸入?？刂破鬟€用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)自測過程，用于仿真潛在有害信號以確定系統(tǒng)是否正常工作。在某些實(shí)施例中，控制器用于響應(yīng)于從遠(yuǎn)離屏蔽外殼的電力系統(tǒng)操作員(例如控制系統(tǒng))接收到信號而打開通常關(guān)閉的開關(guān)。該系統(tǒng)可選地包括屏蔽外殼，用于保護(hù)電子元件不受電磁脈沖(EMP)和/或故意的電磁干擾(IEMI)的影響。在這樣的可選布置中，沿著屏蔽外殼的內(nèi)部邊緣布置濾波器，用于防止高頻、高功率電磁信號進(jìn)入屏蔽外殼并且潛在地?fù)p壞電子元件。在第二方面，公開了與電子保護(hù)電路一起使用的感應(yīng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括屏蔽外殼，用于保護(hù)電子元件不受電磁脈沖(EMP)和/或故意的電磁干擾(IEMI)的影響。沿著屏蔽外殼的內(nèi)部邊緣布置濾波器，用于防止高頻、高功率電磁信號進(jìn)入屏蔽外殼并且潛在地?fù)p壞電子元件。該系統(tǒng)還包括至少一個(gè)諧波分析儀，位于屏蔽外殼內(nèi)，用于檢測變壓器電力線上的有害諧波。該系統(tǒng)還包括至少一個(gè)閾值檢測器，用于比較來自諧波分析儀的信號和可調(diào)節(jié)的預(yù)定信號，其中當(dāng)來自諧波分析儀的信號超過預(yù)定信號值時(shí)，閾值檢測器向控制器輸出信號指示。也位于屏蔽外殼內(nèi)的控制器用于在從在至少一個(gè)閾值檢測器接收到信號指示時(shí)打開外部保護(hù)電路中通常關(guān)閉的開關(guān)?？刂破鬟€包括控制輸入，其中從遠(yuǎn)離屏蔽外殼的電力系統(tǒng)操作員接收該控制輸入。在第三方面，公開了用于檢測變壓器中的電力諧波的方法。該方法包括接收屏蔽外殼中電力線信號并且基于電力線信號生成總諧波失真值。該方法還包括比較總諧波失真值和閾值檢測器中的預(yù)設(shè)閾值，并且當(dāng)檢測到總諧波失真值高于預(yù)定值時(shí)生成開關(guān)控制輸出，其中開關(guān)控制輸出打開位于變壓器中性點(diǎn)和地連接之間的通常關(guān)閉的開關(guān)。在另一個(gè)方面，公開了用于自測感應(yīng)控制系統(tǒng)的方法。該方法包括在變壓器處應(yīng)用交流信號，所述交流信號具有與電力系統(tǒng)頻率不同的頻率；基于交流測試信號的已知幅值和通過直流阻塞元件的電流測量，測量直流(DC)阻塞元件的阻塞特性的功能和量值(例如阻抗)。該方法還包括比較直流(DC)阻塞元件的阻塞特性的量值和期望值以確定直流(DC)阻塞元件的正確操作。該方法還包括對電力線信號應(yīng)用諧波測試信號，諧波信號具有高于由與諧波分析儀相關(guān)聯(lián)的閾值檢測器定義的預(yù)設(shè)閾值的幅值，所述閾值限定了幅值的范圍。該方法還包括分析諧波分析儀處的諧波測試信號以確定諧波分析儀是否檢測到諧波測試信號的存在。該方法還包括在變壓器中性點(diǎn)處應(yīng)用直流電壓(DC)信號以仿真在變壓器中性點(diǎn)和地之間流動(dòng)的直流；以及應(yīng)用電磁檢測器(EM)信號，所述EM信號具有大于由閾值檢測器定義的預(yù)設(shè)閾值的幅值，所述閾值限定幅值的范圍。


圖1是連接至高壓變壓器環(huán)境的示例實(shí)施例的感應(yīng)控制電子電路的示意性前視圖。圖2示出了本披露的控制系統(tǒng)之外的電子保護(hù)電路的示例實(shí)施例。圖3示出了連接至包括電子保護(hù)電路的示例實(shí)施例的連續(xù)接地系統(tǒng)的感應(yīng)控制系統(tǒng)的示例實(shí)施例。圖4是在包括外部電磁場檢測器的屏蔽外殼中包含的感應(yīng)控制系統(tǒng)的示例實(shí)施例。圖5是屏蔽外殼中包含的感應(yīng)控制系統(tǒng)的示例實(shí)施例。圖6是感應(yīng)控制系統(tǒng)中包含的諧波分析儀的示例實(shí)施例。圖7是感應(yīng)控制系統(tǒng)中包含的諧波分析儀的另一個(gè)示例實(shí)施例。圖8是感應(yīng)控制系統(tǒng)中包含的諧波分析儀的另一個(gè)示例實(shí)施例。圖9示出了感應(yīng)控制系統(tǒng)中包含的閾值檢測器電路的示例實(shí)施例。圖10示出了包括自測功能的感應(yīng)控制電子電路的示例實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式總的來說，本披露描述了用于感應(yīng)引起電力線上的諧波內(nèi)容的損害DC或準(zhǔn)DC電流并且控制電子保護(hù)電路中的開關(guān)組件以保護(hù)高壓變壓器和其他電氣設(shè)備免受損害DC或準(zhǔn)DC電流影響的方法和系統(tǒng)。大的DC中性點(diǎn)電流和諧波電壓可以是地磁(太陽)風(fēng)暴、高幅值電磁E3脈沖(HEMP-E3)或處于相同電網(wǎng)或本地電源電路的其他電氣設(shè)備例如開關(guān)電源、弧焊設(shè)備、等離子切割、電子放電加工設(shè)備、弧光燈等的結(jié)果。總體上，本披露描述了如下方法和系統(tǒng):用于感應(yīng)50Hz或60Hz電力線電源的諧波內(nèi)容以及潛在地破壞中性點(diǎn)DC電流，并且在檢測到這樣的諧波或DC電流的情況下，控制設(shè)備切換到操作的保護(hù)模式。
通過使用感應(yīng)電力線信號上的破壞DC電流和外部高電磁事件的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)保護(hù)高壓電力系統(tǒng)不受GIC (太陽風(fēng)暴)和EMP E3脈沖的影響。這里公開的感應(yīng)系統(tǒng)提供了用于檢測高和超高電壓電力變壓器的中性點(diǎn)連接中存在DC電流的電子電路。感應(yīng)系統(tǒng)可以另外包括諧波、或總諧波失真(HD或THD)傳感器，其感應(yīng)由DC電流和變壓器繞組中的半波飽和引起的電力線信號上的諧波。感應(yīng)系統(tǒng)可以額外地包括電磁場檢測器，檢測外部電磁脈沖(EMP)事件。感應(yīng)系統(tǒng)可以額外地包括計(jì)算通過分流電阻的電流的檢測器或電連接至變壓器中性點(diǎn)的霍爾效應(yīng)電流傳感器。本披露還包括控制系統(tǒng)，其向電子保護(hù)電路發(fā)送信號以控制電子保護(hù)電路中包含的DC阻塞組件中的開關(guān)組件的操作?？刂葡到y(tǒng)控制電子保護(hù)電路中的開關(guān)以保護(hù)高壓變壓器不受地磁和EMP (E3脈沖)感應(yīng)的電流的影響。DC阻塞元件(包括一個(gè)或多個(gè)電容器、電阻器或其組合)在電子保護(hù)電路中硬連線以對高壓電力系統(tǒng)，例如向“Y”配置的高壓變壓器或自耦變壓器的中性點(diǎn)提供不間斷的AC接地路徑。在正常操作下，第二平行接地路徑通過閉合的開關(guān)組件提供了低阻抗的標(biāo)準(zhǔn)接地路徑。圖1是根據(jù)本披露的特征以及本披露的某些元件的物理布局保護(hù)的示例電氣設(shè)備的示意性前視圖。在所示的實(shí)施例中，一個(gè)電氣設(shè)備，示出為高壓變壓器100被電子地連接至電子保護(hù)電路102。根據(jù)圖2-9所示的實(shí)施例，電子保護(hù)電路102可以例如包括至少一部分下面所述的設(shè)備。高壓變壓器100通常裝配到水泥臺上。電子保護(hù)電路102電子地連接至如上所述的高壓變壓器100，封入外殼內(nèi)，并且放在電子接地的支撐件103上。除了防止GIC事件之外，所有控制電子電路(半導(dǎo)體器件)被包括在EMP/IEMI屏蔽并且電濾波的外殼104中，外殼104電連接至電子保護(hù)電路102和高壓變壓器100并且包括感應(yīng)和切換控制電路105。應(yīng)該知道，如果沒有屏蔽和濾波的外殼104，系統(tǒng)能夠保護(hù)變壓器免受GIC和EMP E3事件的影響，但是不能免受EMP E1、E2和IEMI脈沖威脅。在某些實(shí)施例中，電子保護(hù)電路102包括圖2-3中討論的開關(guān)組件和DC阻塞元件，而控制系統(tǒng)104包含如下面的圖3-10所示的感應(yīng)和開關(guān)激勵(lì)電路。然而，可以向電子保護(hù)設(shè)備提供其他的元件布置?，F(xiàn)在參考圖2，示出了可與本披露的感應(yīng)控制電子電路一起使用的電子保護(hù)電路200的第一概括實(shí)施例。電路200通常連接在變壓器12 (在實(shí)施例中示出為Y變壓器)的變壓器中性點(diǎn)10和地14之間。電子保護(hù)電路200包括開關(guān)組件202，開關(guān)組件202包括在變壓器中性點(diǎn)10和地14之間連接的電子控制的開關(guān)204。分流電阻206可以連接在開關(guān)204和地14之間，用于感應(yīng)在變壓器中性點(diǎn)10和地14之間通過的DC電流。在某些實(shí)施例中，分流電阻206通常具有低電阻值，處于幾毫歐的數(shù)量級，以允許通過開關(guān)的低阻抗接地。在另一個(gè)實(shí)施例中，分流電阻206可以由霍爾效應(yīng)電流傳感器或其他非接觸電流傳感器替代。此外，電子控制的高壓接地開關(guān)208可以連接在變壓器中性點(diǎn)10和開關(guān)204之間,例如以在接地故障事件的過程中保護(hù)開關(guān)204避免高電壓。在某些實(shí)施例中，地14可以連接至站接地網(wǎng)，而在其他實(shí)施例中，地14可以連接至接地的變壓器外殼。開關(guān)204可以是不同快速反應(yīng)的電子控制開關(guān)的任一種，例如高壓電路斷路器開關(guān)。在所示的實(shí)施例中，開關(guān)204是通常閉合的連接，其可以通過電子控制輸入而被快速地打開。下面結(jié)合圖3-10進(jìn)一步討論可以連接至控制輸入的示例感應(yīng)控制電路。DC阻塞元件210與開關(guān)組件202在變壓器中性點(diǎn)10和地14之間并聯(lián)。如在下面的例子中進(jìn)一步說明，DC阻塞元件210可以包括一個(gè)或多個(gè)直流阻塞器件(例如電容器或電阻器)，能夠在地14和變壓器中性點(diǎn)10之間插入一些電流路徑的阻塞，從而防止變壓器中性點(diǎn)10中的破壞DC或準(zhǔn)DC地電流，其將可能損壞變壓器12。根據(jù)特定應(yīng)用，在保護(hù)電路302中可以應(yīng)用電容性或電阻性(或其組合)阻塞設(shè)備210。此外，在某些實(shí)施例中，DC阻塞元件210硬連線至地14，由此即使開關(guān)204和208不小心發(fā)生故障，也可以向變壓器(或其他電力元件)提供AC地。在正常操作中，變壓器中性點(diǎn)10通過開關(guān)組件202接地。即，開關(guān)組件202(包括開關(guān)204和高壓接地開關(guān)208)通常處于閉合位置。這對應(yīng)于公用的標(biāo)準(zhǔn)接地，結(jié)果，例如這里公開的接地系統(tǒng)使用前不需要重新調(diào)節(jié)附著于其上的公用電氣設(shè)備。在第一操作模式中，不對DC阻塞元件210加電，因?yàn)殚_關(guān)組件在其周圍產(chǎn)生短路。如果操作在該正常操作模式中(無GIC)時(shí)檢測到接地故障，則通過開關(guān)組件的接地將處理接地故障電流直到電力系統(tǒng)中繼隔離了故障的設(shè)備。當(dāng)檢測到在中性點(diǎn)至地連接中存在高電壓諧波或準(zhǔn)DC電流時(shí)，GIC感應(yīng)控制電子器件打開開關(guān)組件。在第二操作模式中，DC阻塞元件210向變壓器中性點(diǎn)提供AC接地。該操作模式防止與GIC或EMP E3事件相關(guān)聯(lián)的DC或準(zhǔn)DC電流。該GIC保護(hù)模式保持操作直到處于遠(yuǎn)程位置的電力系統(tǒng)操作者宣稱該事件結(jié)束并且重新閉合開關(guān)組件202。在一些實(shí)施例中，為了說明GIC和接地故障同時(shí)發(fā)生的非常不可能的事件，會觸發(fā)電涌放電器(surge arrester)212,有時(shí)被稱為變阻器或MOV (金屬氧化物變阻器),或其他這樣的電涌放電設(shè)備，來保護(hù)阻塞元件210。開關(guān)組件208然后由來自通過變壓器中性點(diǎn)電流變壓器214的中繼檢測故障電流的信號而重新閉合，該信號然后將觸發(fā)高壓開關(guān)208以重新閉合。由此，電涌放電器212提供一個(gè)周期的接地故障內(nèi)的初始接地，并且直到開關(guān)組件202可以被重新閉合。應(yīng)該注意，該同時(shí)發(fā)生的事件(GIC和接地故障)的可能性實(shí)際上非常小，其可能絕不會在系統(tǒng)的生命周期內(nèi)發(fā)生。為了減小電涌放電器212的成本，期望使用低成本的作為犧牲設(shè)備的電涌放電器，使得它僅保護(hù)一個(gè)事件并且然后需要被替換。在電涌放電器已經(jīng)被犧牲之后，它被設(shè)計(jì)為對地短路。第二個(gè)選項(xiàng)是使用開關(guān)在初始安裝中并入額外的電涌放電器，使得如果第一個(gè)放電器被犧牲，那么按照需要第二個(gè)可以被切換作為替代。第三個(gè)選項(xiàng)是在初始安裝中并入非常耐用的電涌放電器，其將確保該電涌放電器承受許多接地故障事件而不會失敗。通過打開開關(guān)組件，圖2所示的DC阻塞元件210為變壓器中性點(diǎn)10提供AC接地路徑，同時(shí)阻塞或減小由地磁風(fēng)暴或EMP E3事件感生的DC或準(zhǔn)DC。阻塞DC保護(hù)變壓器12不進(jìn)入半周期飽和，半周期飽和可以使得變壓器過度的無功功率損耗、過熱、損壞甚至故障。此外，阻塞DC還防止在電力系統(tǒng)中生成諧波，這可以防止電力中繼的跳閘、電力補(bǔ)償元件的斷開、過度的無功電力負(fù)擔(dān)以及電網(wǎng)的小或大部分的潛在崩潰。此外，為了增加DC阻塞元件210的可靠性，可以使用多個(gè)電容器或電阻器的并聯(lián)組，使得如果這些電阻器和電容器中的一個(gè)或多個(gè)故障，其他的依然可用于阻塞元件。此外，并且如下進(jìn)一步所述，為了免于遭受故意的電磁干擾(IEMI)和/或電磁脈沖(EMP)的El和E2部分，這樣的系統(tǒng)的所有敏感的感應(yīng)控制電子電路可以被放到屏蔽和電子濾波的外殼中，例如圖1的包含控制系統(tǒng)104的外殼。沒有在屏蔽外殼內(nèi)的所有兀件不包含敏感的半導(dǎo)體電子器件，并且因此將幸免于EMP和IEMI事件。在可選的實(shí)施例中，感應(yīng)控制電子電路沒有被放到屏蔽和電子濾波的外殼中，依然保護(hù)變壓器不受地磁感生的GIC的影響。下面將更詳細(xì)地描述這樣的外殼的內(nèi)容的額外細(xì)節(jié)。在各種實(shí)施例中，可以使用不同類型的電子保護(hù)電路。在示例實(shí)施例中，電子保護(hù)電路可以包括名稱為 “Continuous Uninterrupted AC Grounding System for PowerSystem Protection”的未決美國專利申請N0.13/159，374中描述的那些,其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。現(xiàn)在參考圖3，示出了包括電子地連接至本披露的感應(yīng)控制系統(tǒng)310的電子保護(hù)電路302的系統(tǒng)300的示例實(shí)施例。在該示例實(shí)施例中，霍爾效應(yīng)電路傳感器可選地用來替代圖2的分流電阻206 (以及下面描述的電流感應(yīng)器件314)，用于測量變壓器中性點(diǎn)至地連接中的DC電流。在這樣的實(shí)施例中，霍爾效應(yīng)傳感器可以由EMP或IEMI攻擊而犧牲。也存在如下可能性:連接至變壓器10的相位的電容性電壓變壓器(CVT)(未示出)可能由于EMP或IEMI攻擊而犧牲。感應(yīng)控制電路310包括控制電子電路，例如感應(yīng)控制模塊312以及電流感應(yīng)單元314。中繼控制電路316連接至感應(yīng)控制模塊312，并且生成用于激勵(lì)開關(guān)204和208的開關(guān)控制輸出313。感應(yīng)控制模塊312感應(yīng)在GIC事件中半周期飽和的變壓器中生成的諧波。例如，模塊312可以包括諧波傳感器，其將測量位于一個(gè)變壓器相位上的標(biāo)準(zhǔn)電容電壓變壓器(CVT) 214的信號。當(dāng)來自中性點(diǎn)DC電流或諧波傳感器的信號超過預(yù)設(shè)值時(shí)，發(fā)送信號以打開開關(guān)組件202中的這兩個(gè)開關(guān)。預(yù)設(shè)值將由公共設(shè)施或電力系統(tǒng)工程師根據(jù)每個(gè)特定安裝的保護(hù)需要進(jìn)行選擇。DC或準(zhǔn)DC電流的預(yù)設(shè)值的典型范圍被期望處于大約5 - 50安培范圍內(nèi)。電力諧波水平的預(yù)設(shè)值的典型范圍被期望處于大約1%到10%總體諧波失真(THD)的范圍內(nèi)。電流感應(yīng)電路314測量通過分流電阻206由地磁風(fēng)暴弓I起的中性點(diǎn)DC或準(zhǔn)DC電流，并且將該測量的結(jié)果發(fā)送給感應(yīng)控制模塊312以按照需要觸發(fā)中繼控制電路316。在所示的實(shí)施例中，控制電路310被包括在屏蔽外殼320中，并且包括位于外殼320外周的多個(gè)濾波器322以防止高頻高功率電磁輻射進(jìn)入外殼，由此將敏感的控制感應(yīng)電子電路暴露在潛在的干擾和破壞下。濾波器322通常是低通或帶通濾波器，具有電泳抑制以抑制任何高壓信號進(jìn)入外殼。在所示的實(shí)施例中，屏蔽的外殼322是EMP/IEMI法拉第屏蔽外殼，在所有的門開口周圍具有導(dǎo)電的襯墊以提供通常從大約14kHz到IOGHz的電磁頻率的輻射保護(hù)。此外，在所示實(shí)施例中，濾波器322位于電源輸入324上，以及CVT輸入326、運(yùn)算器輸入和輸出328、開關(guān)控制輸出323和跨越分流電阻206的任一側(cè)連接的電流感應(yīng)輸入330上。此外，在外殼320的內(nèi)外的任何光纖通信將通過恰當(dāng)?shù)牟▽?dǎo)超出截止頻率穿透而被濾波，這將固有地提供對EMP和IEMI事件的保護(hù)。操作中，當(dāng)控制電路310檢測到GIC事件時(shí)，通過開關(guān)控制輸出313中繼控制電路316將打開低DC電壓開關(guān)，即開關(guān)204。這個(gè)動(dòng)作之后，信號將打開高壓接地開關(guān)208。接地開關(guān)208然后將通常在地磁風(fēng)暴事件的過程中保持打開，通常在若干小時(shí)到一天的量級。在此期間，DC阻塞元件210 (這種情況下電容器304)對變壓器12的變壓器中性點(diǎn)10提供AC地。在地磁風(fēng)暴過去之后，通常由電力系統(tǒng)的操作者控制接地開關(guān)208的重新閉合。然而，一些公用設(shè)施的安裝可能傾向于配置它們的系統(tǒng)例如在預(yù)定時(shí)間周期之后自動(dòng)地重新閉合開關(guān)。
為了確保變壓器保護(hù)在EMP或IEMI攻擊下繼續(xù)其保護(hù)功能，電磁(EM)場檢測器352可以如圖所示加入該保護(hù)系統(tǒng)，通過濾波器322連接至感應(yīng)控制電子電路312。檢測器352位于外殼320之外，并且允許檢測EMP El或E2脈沖或IEMI脈沖，其然后用于打開開關(guān)組件202 (包括開關(guān)204、208)，并且由此打開在必要的變壓器保護(hù)中的開關(guān)。EM檢測器352可以安裝在控制殼體的頂部或側(cè)面，并且可以通過屏蔽導(dǎo)管連接至被保護(hù)的控制電子電路310。在各種實(shí)施例中，可以使用不同類型的電磁場檢測器作為檢測器352。在示例實(shí)施例中，電磁場檢測器可以包括在名為“Electromagnetic Field Detection Systems andMethods”的未決美國專利申請N0.12/906, 902中描述的那些，其全部內(nèi)容并入于此作為參考。在操作中，即使霍爾效應(yīng)傳感器和/或CTV (未顯示)被電磁事件損壞或破壞，EM檢測器352也會打開開關(guān)組件202，這將保護(hù)HV變壓器10。本披露的感應(yīng)控制系統(tǒng)310包含在屏蔽外殼320中。屏蔽外殼的外圍排列了由電連接至感應(yīng)控制電子電路312的多個(gè)濾波器322。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)控制電子電路包括諧波分析儀406、多個(gè)閾值檢測器408和控制器410，如圖4所示并且下面進(jìn)行描述。感應(yīng)控制電子電路312感應(yīng)電力線中潛在有害的諧波和/或DC電流，并且操作電子保護(hù)電路302中的DC開關(guān)204和高壓接地開關(guān)208?，F(xiàn)在參考圖4，示出了本披露的感應(yīng)控制系統(tǒng)400的第一概況實(shí)施例。圖4示出了用于檢測對作為本披露的主題的變壓器12或其他電氣設(shè)備潛在有害的各種不同類型的信號的系統(tǒng)。具體地，系統(tǒng)包括根據(jù)本披露檢測電力諧波、直流(以及準(zhǔn)直流信號)和EMP/IEMI事件的感應(yīng)控制系統(tǒng)400。 本實(shí)施例的感應(yīng)控制系統(tǒng)400包括屏蔽外殼402，其包含沿著屏蔽外殼402的外圍排列的多個(gè)濾波器404。感應(yīng)控制系統(tǒng)400額外地包含EM場檢測器412 (例如類似于圖3中的檢測器352)，位于屏蔽外殼402外部并且電連接至濾波器404。每個(gè)濾波器404電連接至閾值檢測器408a-c (統(tǒng)一稱為閾值檢測器408)、諧波分析儀406或直接連接至控制器410。諧波分析儀406的輸出電連接至閾值檢測器408b。每個(gè)閾值檢測器408a_c輸出信號到控制器410。控制器410通過多個(gè)濾波器404從屏蔽外殼402遠(yuǎn)程發(fā)送信號。操作中，感應(yīng)控制系統(tǒng)400中的元件包含在用于保護(hù)感應(yīng)控制電子電路不受電磁干擾的EMP/IEMI屏蔽外殼402中。屏蔽外殼402的外圍排列了多個(gè)低通或帶通濾波器404以防止高頻、高功率電磁信號進(jìn)入外殼，其將敏感的控制和感應(yīng)電子電路暴露于潛在的干擾和損壞中。濾波器402通常類似于如上所述的圖3的濾波器322。在某些實(shí)施例中，本披露包括位于屏蔽外殼402中的諧波分析儀406，如下面更詳細(xì)描述。諧波分析儀406是用于檢測從變壓器12進(jìn)入的電力線信號上的總諧波失真(THD)的檢測元件的另一個(gè)例子。諧波分析儀406電連接至控制器410，如下面詳細(xì)描述。在所述的實(shí)施例中，多個(gè)閾值檢測器408a_c均配置為將來自檢測元件例如外部電磁(EM)場檢測器412的進(jìn)入的信號指示與可調(diào)節(jié)的預(yù)定閾值相比較。如果超過了預(yù)定閾值，對應(yīng)的閾值檢測器408將向也位于屏蔽外殼402中的控制器410發(fā)送信號。控制器410用于驅(qū)動(dòng)電子保護(hù)電路200中的至少一個(gè)外部元件，例如如圖3所示的開關(guān)204。例如，如果通過位于變壓器中性點(diǎn)和地之間的分流電阻206的DC或準(zhǔn)DC電流超過了閾值檢測器408的預(yù)定閾值，則閾值檢測器408將指示發(fā)送給控制器410?？刂破?10然后將通過濾波器404發(fā)送信號以打開位于變壓器中性點(diǎn)和地之間的通常閉合的開關(guān)204，從而保護(hù)高壓變壓器免受損壞。在所示實(shí)施例中，每個(gè)閾值檢測器408a_c可以用于檢測不同類型的信號，或者具有不同觸發(fā)閾值的接收的信號。例如，用于檢測預(yù)定閾值之上的預(yù)定直流的閾值檢測器408a可以用于當(dāng)高于第一閾值時(shí)觸發(fā)控制器410，而從諧波分析儀406接收信號的檢測器408b可以用于在檢測到不同類型的信號時(shí)或者在不同信號閾值水平處觸發(fā)控制器410。對于從EM場檢測器412接收信號的閾值檢測器408c也是這樣。在可選實(shí)施例中，額外類型的潛在有害信號可以被監(jiān)測并且饋送到閾值檢測器，用于觸發(fā)控制器410?？刂破?10可以是多種類型的可編程電路中的一種，并且用于響應(yīng)于從一個(gè)或多個(gè)閾值檢測器408a-c接收信號而生成開關(guān)輸出信號。在一些實(shí)施例中，控制器410是微處理器，用于基于從閾值檢測器或控制輸入414檢測到信號而基于可編程邏輯管理開關(guān)輸出。在所述的實(shí)施例中，控制輸入414電連接至控制器410，并且導(dǎo)致系統(tǒng)控制器遠(yuǎn)離屏蔽外殼402?？刂戚斎?14可以在系統(tǒng)控制器和控制器410之間交換數(shù)據(jù),例如傳輸由感應(yīng)控制電子電路觸發(fā)的開關(guān)事件的歷史，以及提供遠(yuǎn)程觸發(fā)和復(fù)位功能?？刂戚斎?14還可以觸發(fā)一個(gè)或多個(gè)自測過程的執(zhí)行，該過程仿真潛在的破壞信號用于監(jiān)視目的?？刂破?10可以例如基于開關(guān)指示和高壓接地開關(guān)指示測試開關(guān)致動(dòng)。這些自測過程將在下面更詳細(xì)描述。圖5示出了用于檢測變壓器中的電力諧波的本披露的示例實(shí)施例。電子電路500可以被用作例如圖4的感應(yīng)控制電子電路400的一部分，或者可選地在諧波信號是主要問題(而不是與DC信號的感應(yīng)結(jié)合)的情況下用作獨(dú)立的元件。該示例實(shí)施例包括在排列有多個(gè)濾波器504的屏蔽外殼502中包含的一連串感應(yīng)控制元件。這些濾波器與圖4中所述的濾波器類似。感應(yīng)元件501包括濾波器504、諧波分析儀506和閾值檢測器508。用于拒絕傳導(dǎo)的高能量電磁脈沖和故意的電磁干擾(IEMI)的濾波器504電連接至延伸進(jìn)入屏蔽外殼502的信號線。濾波器504電連接至諧波分析儀506，該諧波分析儀506將信號輸出給閾值檢測器508。閾值檢測器508電連接至也包含在屏蔽外殼502中的控制器510。在另一個(gè)示例實(shí)施例中，在變壓器中性點(diǎn)到地連接中僅感應(yīng)DC信號，例如在DC電流是主要問題的情況下。本披露還包括電連接至控制器510的通信總線514。通信總線514使得系統(tǒng)操作員遠(yuǎn)離屏蔽外殼502。通信總線514還可以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)自測過程，用于仿真潛在破壞信號用于監(jiān)視目的。這些自測過程將在下面更詳細(xì)描述。在操作中，諧波分析儀506通過濾波器504從位于電力變壓器12的一個(gè)相位上的CVT (圖中未顯示)接收電壓信號。諧波分析儀506檢測變壓器12中的電力諧波。由諧波分析儀506檢測的諧波與閾值檢測器508的可調(diào)節(jié)的預(yù)定閾值相比較。如果諧波超過閾值檢測器508的預(yù)定閾值，則閾值檢測器將指示已經(jīng)超過了閾值的信號發(fā)送給位于屏蔽外殼502中的控制器510。在一些實(shí)施例中，諧波分析儀、閾值檢測器和控制器均在微處理器中實(shí)現(xiàn)。控制器510通過濾波器504發(fā)送指示信號來打開DC開關(guān)，例如圖2-3的開關(guān)204，然后發(fā)送信號以打開高壓接地開關(guān)208以保護(hù)變壓器12和/或提供電網(wǎng)穩(wěn)定不受變壓器中性點(diǎn)中的潛在有害DC電流的影響，并且減少電力線信號上的諧波。
現(xiàn)在參考圖6-8，感應(yīng)控制電子電路的各種實(shí)施例包括在圖3-5的系統(tǒng)中可用的諧波分析儀(例如作為諧波分析儀406)。圖6示出了諧波分析儀600的第一可能實(shí)施例，可用作圖4所示的諧波分析儀406或圖5所示的諧波分析儀506，用于檢測變壓器12中的電力諧波。該實(shí)施例使用微處理器600來計(jì)算快速傅里葉變換(FFT)，以檢測電力信號603中的電力諧波。該實(shí)施例包括微處理器800，微處理器800包含F(xiàn)FT計(jì)算器602和總諧波失真計(jì)算器606。微處理器600中的FFT計(jì)算器602將電力線信號603變換為多個(gè)頻率信號，用作帶通濾波器組。設(shè)置系統(tǒng)的采樣率和FFT中的點(diǎn)的數(shù)目，使得輸入信號的諧波中的每個(gè)諧波落入對應(yīng)于FFT中唯一輸出索引的不同的濾波器箱。使用快速傅里葉變換濾波器帶602中的帶通濾波器將這些信號605分到與60Hz (或50Hz)功率頻率的諧波范圍相對應(yīng)的頻帶607。這些諧波然后被用于使用微處理器600中的總諧波失真計(jì)算器606來計(jì)算總諧波失真(THD) 609。然后將該總諧波失真信號609與微處理器(例如示出為閾值檢測器608)中的預(yù)設(shè)閾值水平相比較，并且如果THD信號超過預(yù)設(shè)水平，則發(fā)送信號以打開開關(guān)組件，包括開關(guān)204 和 208。圖7示出了諧波分析儀700的另一個(gè)可能實(shí)施例。諧波分析儀700可以用于替代如圖4所示的諧波分析儀406或如圖5所示的諧波分析儀506，用于檢測變壓器12中的電力諧波。諧波分析儀700電連接在濾波器701和閾值檢測器716之間。共同地，這些元件包括感應(yīng)元件501。諧波分析儀700的這個(gè)示例實(shí)施例包括電連接至放大器704的低通濾波器702和相位校正模塊706。相位校正模塊706的輸出電連接至求和放大器708。求和放大器708的輸出連接至整流器電路709，整流器電路709調(diào)節(jié)信號的幅值，使得信號714與總諧波失真成比例。操作中，諧波分析儀700的該示例實(shí)施例從濾波并移相的信號712減去未濾波的電力線信號710，然后對該濾波并移相的信號712進(jìn)行幅值調(diào)節(jié)以輸出總諧波失真信號714。該不例實(shí)施例包括低通濾波器702,用于濾除未濾波的電力線信號710的噪聲。從低通濾波器，該濾波的電力線信號通過放大器704調(diào)節(jié)幅值。該信號然后通過用于同步幅值調(diào)節(jié)和濾波的信號的相位的相位校正模塊706。然后將該濾波的、幅值調(diào)節(jié)的并且移相的信號712與未濾波的電力線信號710在求和放大器708進(jìn)行比較。求和放大器608將兩個(gè)信號相減以輸出電力線信號的電力線諧波714。然后在整流器電路709處整流電力線諧波信號以產(chǎn)生與電力線上的THD成比例的電壓。總諧波失真信號714然后被發(fā)送給閾值檢測器716，用于與如上面結(jié)合圖5所述的總諧波失真進(jìn)行比較。圖8示出了諧波分析儀800的另一個(gè)可能實(shí)施例，可用作圖4所述的諧波分析儀406或圖5所示的諧波分析儀506，用于檢測變壓器12中的電力諧波。諧波分析儀800包括電連接至低通濾波器801和閾值檢測器812的電力線信號。諧波分析儀800的該示例實(shí)施例包括電連接至相位鎖定的正弦振蕩器804的低通濾波器802。振蕩器804用于產(chǎn)生缺少諧波內(nèi)容的干凈的信號，其復(fù)制了 60Hz(或可選地50Hz)電力線信號。幅值調(diào)節(jié)電路808調(diào)節(jié)振蕩器804的輸出以匹配期望的電力線信號頻率。幅值調(diào)節(jié)的、相位鎖定的正弦振蕩器804(來自幅值校正電路808)的輸出電連接至求和放大器810。最后，求和放大器810的輸出連接至整流器811以產(chǎn)生與電力線上的總諧波失真(THD)成比例的信號818。共同地，這些元件包括感應(yīng)元件801。
該示例實(shí)施例類似于圖7的諧波分析儀706，但是使用相位鎖定的正弦振蕩器808來生成干凈的120V、60Hz (或干凈的240V、50Hz)參考信號，從未濾波的電力線信號814中減去該參考信號。該可選實(shí)施例包括低通濾波器802，用于濾除未濾波的電力線信號814的噪聲和諧波。濾波的信號然后被用作相位鎖定的正弦振蕩器804的參考信號輸入。相位鎖定的正弦振蕩器804生成干凈的120V、60Hz信號816,然后該信號與未濾波的電力線信號814在求和放大器810進(jìn)行比較。求和放大器810和整流器811輸出與電力線信號814上的總諧波失真成比例的信號818，并且將其發(fā)送給閾值檢測器812。圖9示出了閾值檢測器900的可能實(shí)施例，用作圖4所示的閾值檢測器408或圖5所示的閾值檢測器508，用于比較變壓器12中的電力諧波和DC電流。閾值檢測器的這個(gè)示例實(shí)施例從電連接至比較器904的整流器(例如圖7的整流器709或圖8的811)接收諧波或準(zhǔn)DC電流。比較器904電連接至參考發(fā)生器906和保持和復(fù)位電路908。保持和復(fù)位電路908將信號輸出給電連接的控制器910，該控制器910位于閾值檢測器900之外。在操作中，閾值檢測器從進(jìn)入的電力線信號或諧波分析儀406接收諧波或準(zhǔn)DC電流。比較器904比較整流的信號903和參考信號907。比較器904從可調(diào)節(jié)的參考發(fā)生器906接收參考信號，其限定了變壓器12可接受的諧波失真。當(dāng)比較參考信號907和輸入信號903的時(shí)候，比較器904生成可以在保持和復(fù)位電路908捕獲的信號。捕獲的信號然后被發(fā)送給控制器910用于觸發(fā)如圖2-3所示的開關(guān)204。圖10表示圖4的本披露的示例實(shí)施例,但是額外地包括自測特征以確保正確的系統(tǒng)操作。本披露的該實(shí)施例包括位于屏蔽外殼402中的自測DC電壓源1012、自測諧波源1014、自測EM檢測器源1016和自測AC電壓源1018。在一些實(shí)施例中，這些自測特征以一定周期由控制器410自動(dòng)觸發(fā)。這些自測特征還可以由用戶操作位于屏蔽外殼402的遠(yuǎn)程位置的控制系統(tǒng)而被觸發(fā)。自測AC電壓源1018生成AC信號，具有與在變壓器12接收的頻率不同的頻率。AC電壓通過濾波器1004離開屏蔽外殼402并且應(yīng)用至變壓器中性點(diǎn)10。如圖2所示的電子保護(hù)電路200在其正常操作模式中基于由AC電壓源1018生成的AC信號的已知幅值測量跨越DC阻塞設(shè)備210的電流的量值。控制器410比較DC阻塞設(shè)備210的量值和期望值，從而確定DC阻塞設(shè)備是否正常操作。本披露中的另一個(gè)自測功能是自測DC電壓源1012，其生成用于仿真在變壓器中性點(diǎn)10到地14連接中的直流的直流。生成的直流在變壓器中性點(diǎn)10到地14連接中的直流的正常操作范圍之外。由自測DC電壓源1012生成的直流通過濾波器1004離開屏蔽外殼402，并且通過直流信號輸入重新進(jìn)入屏蔽外殼402。生成的信號然后通過閾值檢測器408用于與變壓器10可接受的已知值進(jìn)行比較。如果感應(yīng)控制系統(tǒng)1000正常操作，則控制器410將觸發(fā)指示信號，該指示信號將通過濾波器404離開屏蔽外殼402以打開電子保護(hù)電路200中的開關(guān)204。如果控制器410沒有打開開關(guān)204，則控制器410將向屏蔽外殼402外部的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)送錯(cuò)誤消息。本披露的另一個(gè)自測功能是自測諧波源1014，其生成用于仿真電力線信號上不期望的諧波的諧波信號。生成的諧波信號通過濾波器1005離開屏蔽外殼402并且通過電力線信號輸入重新進(jìn)入屏蔽外殼402。該信號通過諧波分析儀406，諧波分析儀406比較生成的諧波信號和已知可接受的頻率。如果感應(yīng)控制系統(tǒng)1000正確操作，則控制器410將觸發(fā)指示信號，該指示信號通過濾波器404離開屏蔽外殼402以打開電子保護(hù)電路200中的開關(guān)204，如圖2所示。如果控制器410沒有打開開關(guān)204，則控制器410將向屏蔽外殼402外部的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)送錯(cuò)誤消息。上述說明、實(shí)例和數(shù)據(jù)給出了本發(fā)明的制品的制造和使用的完整描述。由于可以進(jìn)行本發(fā)明的許多實(shí)施例而不偏離本發(fā)明的精神和范圍，因此本發(fā)明由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測包括變壓器中性點(diǎn)的高直流和主電力頻率的諧波的潛在損害電磁信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 多個(gè)檢測元件，電連接至從電網(wǎng)上的一個(gè)或多個(gè)連接點(diǎn)引導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)電信號線； 多個(gè)閾值檢測器，每個(gè)閾值檢測器用于比較從所述多個(gè)檢測元件中選擇的檢測元件進(jìn)入的信號和具有閾值的預(yù)定信號；以及 控制器，位于內(nèi)部空間并且接收所述多個(gè)閾值檢測器中的每一個(gè)的輸出，所述控制器響應(yīng)于從所述多個(gè)閾值檢測器的至少一個(gè)接收到檢測的諧波或直流信號高于閾值的指示來驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)外部元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)檢測元件選自如下組成的一組檢測器: 諧波分析儀； 分流電阻，電連接在變壓器中性點(diǎn)和地之間； 霍爾效應(yīng)電流傳感器，跨接地線連接，所述接地線連接在變壓器中性點(diǎn)和地之間；以及 電磁場檢測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，還包括: 屏蔽外殼，具有內(nèi)部空間，所述屏蔽外殼用于屏蔽內(nèi)部空間免受電磁干擾； 多個(gè)濾波器，沿著屏蔽外殼外圍布置并且連接至電信號線，所述電信號線從屏蔽外殼外部延伸進(jìn)入內(nèi)部空間，濾波器用于防止高頻、高功率電磁信號進(jìn)入屏蔽外殼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，諧波分析儀位于屏蔽外殼內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，分流電阻位于屏蔽外殼外面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，霍爾效應(yīng)電流傳感器位于屏蔽外殼外面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，電磁場檢測器位于屏蔽外殼外面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，控制器用于打開連接在變壓器中性點(diǎn)和地連接之間的通常關(guān)閉的開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，控制器用于在從所述多個(gè)閾值檢測器中的任一個(gè)接收到指示在變壓器中性點(diǎn)已經(jīng)檢測到高于閾值的諧波或直流信號時(shí)打開通常關(guān)閉的開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，從所述多個(gè)閾值檢測器中的至少一個(gè)接收的指示表示檢測的諧波、直流信號或電磁脈沖高于與該閾值檢測器相關(guān)的閾值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)閾值檢測器具有不同的相關(guān)的閾值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)不同的相關(guān)的閾值是可調(diào)節(jié)的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括電連接至控制器的控制輸入，從遠(yuǎn)離屏蔽外殼的系統(tǒng)操作員接收所述控制輸入。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，控制器用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)自測過程，所述自測過程用于確認(rèn)在惡性事件的損壞的事件中系統(tǒng)按照預(yù)期工作。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)自測過程選擇如下組成的一組過程: 在變壓器上應(yīng)用交流信號，所述交流信號具有與電力系統(tǒng)頻率不同的頻率； 在諧波分析儀上應(yīng)用諧波信號，所述諧波信號具有高于由與諧波分析儀相關(guān)的閾值檢測器定義的閾值的幅值，所述閾值限定了幅值的范圍；在變壓器中性點(diǎn)上應(yīng)用直流(DC)電壓信號以仿真在變壓器中性點(diǎn)接收的直流；以及應(yīng)用電磁(EM)檢測器信號，所述EM信號具有高于由閾值檢測器定義的預(yù)設(shè)閾值的幅值，所述閾值限定幅值的范圍。
16.一種用于檢測變壓器信號中的諧波或電力線上的諧波的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 屏蔽外殼，具有內(nèi)部空間，所述屏蔽外殼用于屏蔽內(nèi)部空間免受電磁干擾； 多個(gè)濾波器，沿著屏蔽外殼的外圍布置并且連接至從屏蔽外殼延伸進(jìn)入內(nèi)部空間的電信號線，所述濾波器用于防止高頻、高功率電磁信號進(jìn)入屏蔽外殼，并且其中所述電信號線中的至少一個(gè)連接至電力線信號； 諧波分析儀，位于內(nèi)部空間內(nèi)并且電連接至電力線信號，諧波分析儀用于輸出電力線信號上的總諧波失真； 閾值檢測器，用于比較總諧波失真和預(yù)設(shè)閾值信號，其中如果超過了預(yù)設(shè)閾值信號，則閾值檢測器輸出開關(guān)信號；以及 控制器，位于內(nèi)部空間并且用于接收開關(guān)信號，控制器響應(yīng)于開關(guān)信號驅(qū)動(dòng)多個(gè)外部開關(guān)元件中的一個(gè)或多個(gè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，諧波分析儀還包括: 可編程電路，用于在電力線信號上執(zhí)行快速傅里葉變換，以用作帶通濾波器組，使得傅里葉變換的輸出系數(shù)對應(yīng)于電力線頻率及其諧波； 可編程電路內(nèi)的總諧波失真計(jì)算器，基于多個(gè)頻帶中的頻率信號的量值計(jì)算總諧波失真。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，總諧波失真計(jì)算器用于將除了第一頻帶之外的每個(gè)頻帶的頻率信號的量值除以在第一頻帶中的信號的量值。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，諧波分析儀還包括: 低通濾波器，用于從電力線信號中濾除噪聲； 放大器，用于調(diào)節(jié)濾波的電力線信號的幅值； 相移元件，用于同步濾波的電力線信號的相位，其中相移元件輸出濾波的信號； 求和放大器，用于從電力線信號減去濾波的信號并且輸出表示電力線的諧波內(nèi)容的信號；以及 整流器，用于生成表示電力線信號上的總諧波失真的信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，諧波分析儀還包括: 低通濾波器，用于從電力線信號中濾除噪聲； 過零檢測器，用于調(diào)節(jié)電力信號的頻率； 放大器，用于調(diào)節(jié)電力線信號的幅值； 鎖相正弦振蕩器，用于生成參考信號； 求和放大器，用于從電力線信號減去濾波的信號并且輸出表示電力線的諧波內(nèi)容的信號；以及 整流器，用于生成表示電力線信號上的總諧波失真的信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，閾值檢測器還包括: 整流器，用于整流諧波失真信號； 參考發(fā)生器，用于提供參考信號；比較器電路，用于比較參考信號和諧波失真信號；以及 保持和復(fù)位電路，用于從比較器電路接收輸出信號并且生成指導(dǎo)外部開關(guān)元件的開關(guān)的控制信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，參考信號是可調(diào)節(jié)的，以限定在變壓器處可接受的諧波失真的范圍。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，閾值檢測器至少部分地包含在微處理器中。
24.一種用于檢測變壓器中的電力諧波的方法，所述方法包括: 接收電力線信號； 基于電力線信號生成總諧波失真值； 比較總諧波失真值和預(yù)設(shè)閾值；以及 當(dāng)檢測到總諧波失真值高于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，在開關(guān)控制器電路中生成開關(guān)控制輸出信號，開關(guān)控制輸出信號傳送到位于變壓器中性點(diǎn)和地連接之間的通常閉合的開關(guān)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，基于電力線信號生成總諧波失真值包括: 使用低通濾波器來對電力線信號進(jìn)行濾波以輸出濾波的信號； 使用放大器調(diào)節(jié)濾波的信號的幅值； 使用用于輸出同步的濾波的信號的相移模塊來調(diào)節(jié)濾波的信號的相位； 使用用于對同步的濾波的信號和電力線輸入電壓進(jìn)行減法的求和放大器來比較同步的濾波的信號和電力線輸入電壓，從而輸出表不電力線的諧波內(nèi)容的信號； 整流表示諧波內(nèi)容的信號以生成和輸出總諧波失真值。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，基于電力線信號生成總諧波失真值包括: 對電力線信號執(zhí)行傅里葉變換以生成多個(gè)頻率信號； 使用多個(gè)帶通濾波器來對所述多個(gè)頻率信號進(jìn)行濾波以生成多個(gè)頻帶；以及 基于所述多個(gè)頻帶的每一個(gè)中的信號的量值來計(jì)算總諧波失真。
27.一種在用于檢測在變壓器中性點(diǎn)處的破壞或惡性事件或信號的系統(tǒng)中可操作的自測方法，所述方法包括: 在變壓器處應(yīng)用交流信號，所述交流信號具有與電力系統(tǒng)頻率不同的頻率； 基于交流測試信號的已知幅值和通過直流(DC)阻塞元件的電流測量，測量直流阻塞元件的阻塞特性的功能和量值； 比較直流(DC)阻塞元件的阻塞特性的量值和期望值以確定直流(DC)阻塞元件的正確操作； 對電力線信號應(yīng)用諧波信號，諧波信號具有高于由與諧波分析儀相關(guān)聯(lián)的閾值檢測器定義的預(yù)設(shè)閾值的幅值，所述閾值限定了幅值的范圍； 分析諧波分析儀處的諧波信號以確定諧波分析儀是否檢測到諧波信號的存在； 在變壓器中性點(diǎn)處應(yīng)用直流電壓(DC)信號以仿真在變壓器中性點(diǎn)和地之間流動(dòng)的直流；以及 應(yīng)用電磁檢測器(EM)信號，所述EM信號具有大于由閾值檢測器定義的預(yù)設(shè)閾值的幅值，所述閾值限定幅值的范圍。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括響應(yīng)于檢測到交流信號、諧波信號、直流信號和電磁檢測器信號中的一個(gè)或多個(gè)而在控制器生成控制信號。
全文摘要
公開了用于檢測變壓器處的潛在有害諧波和直流信號的系統(tǒng)和方法。一個(gè)這樣的系統(tǒng)包括多個(gè)檢測元件，電連接至從電網(wǎng)上的一個(gè)或多個(gè)連接點(diǎn)引導(dǎo)的電信號線；以及多個(gè)閾值檢測器，每個(gè)閾值檢測器用于比較來自檢測元件的進(jìn)入的信號和具有閾值的預(yù)定信號。該系統(tǒng)還包括控制器，接收多個(gè)閾值檢測器中的每一個(gè)的輸出，并且響應(yīng)于從多個(gè)閾值檢測器的至少一個(gè)接收到檢測的信號高于閾值的指示來驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)外部元件。
文檔編號H02H7/04GK103201919SQ201180040318
公開日2013年7月10日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者弗雷德里克·R·法克斯沃格, 華萊士·詹森, 特倫斯·R·諾亞, 克雷格·艾德, 戴維·布雷克·杰克森, 格雷格·富克斯, 蓋爾·諾德林 申請人:恩普里默斯有限責(zé)任公司