專利名稱：用于檢測相對地故障的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測電網(wǎng)的三相電線上的相對地(phase to earth)故障。后臺技術(shù)在某些國家，例如波蘭，中性導(dǎo)納保護已成為普遍的接地故障保護功能。已經(jīng)報道了，在未接地和補償配電網(wǎng)中，當與基于傳統(tǒng)剩余電流(residual current)的接地故障保護相比時，中性導(dǎo)納保護提供更有效的接地故障檢測。文獻 J· Lorenc 等人，Admittance criteria for earth fault detection in substation automation systems in Polish distribution power networks， CIRED 97， 伯明翰，1997年6月，公開了實現(xiàn)基于中性導(dǎo)納的接地故障保護的示例，并提及直到1996年中期至2000年期間，才在波蘭裝設(shè)了中性導(dǎo)納保護系統(tǒng)。簡言之，中性導(dǎo)納保護基于評估商I0 = 3Ιο/υο(即網(wǎng)絡(luò)的中性導(dǎo)納)，以及將結(jié)果與導(dǎo)納平面中的工作邊界相比較。通常用電纜芯線變壓器來測量剩余電流3尨，并且根據(jù)單極隔離變壓器的開口三角形連接的三級(open-delta connected tertiaries)來測量剩余電壓Πο。目前，在現(xiàn)有保護繼電器終端中得到的導(dǎo)納保護通常需要用戶從若干可能性中選擇工作標準，其中，若干可能性例如為1)過導(dǎo)納，2)沒有/具有傾斜的過電導(dǎo)(無方向或正向/反向)，3)沒有/具有傾斜的過電納(無方向或正向/反向)，或標準1...標準3的組合(關(guān)于原點對稱)。圖1示出呈現(xiàn)在導(dǎo)納平面上的現(xiàn)有導(dǎo)納保護功能的工作特性的示例 (B為電納，而G為電導(dǎo))。工作特性中的每個中的陰影區(qū)域確定了正常區(qū)域或非工作區(qū)域， 使得如果中性導(dǎo)納在該區(qū)域以內(nèi)，則保護不工作，而如果中性導(dǎo)納在該區(qū)域以外，則保護工作。例如，如所示的，可通過設(shè)定導(dǎo)納I的絕對值Ysrt來定義過導(dǎo)納工作特性，其中，導(dǎo)納1 的絕對值Ysrt在導(dǎo)納平面上定義了圓。如所示的，可通過下(-Gsrt)電導(dǎo)設(shè)置和上(+GsJ電導(dǎo)設(shè)置來定義過電導(dǎo)工作特性，并且還可以利用角度設(shè)置α來設(shè)定傾斜。以類似的方式， 可通過下(-BsJ電納設(shè)置和上(+Bsrt)電納設(shè)置來定義過電納工作特性，并且還可以利用角度設(shè)置α來設(shè)定傾斜。應(yīng)當指出的是，在圖1示出的過電導(dǎo)特性和過電納特性中，為了清楚起見，僅部分地示出了陰影非工作區(qū)域及限定陰影非工作區(qū)域的線。另外，可以通過對設(shè)置進行組合形成工作特性的不同組合，使得例如同時應(yīng)用過電導(dǎo)設(shè)置和過電納設(shè)置。在現(xiàn)有解決方案中，要使用的工作特性取決于網(wǎng)絡(luò)中性點處理。例如，在隔離網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)當應(yīng)用過電納標準。在補償網(wǎng)絡(luò)中，建議替代地使用基于過電導(dǎo)的標準。這意味著具有導(dǎo)納保護功能性的繼電器終端要求需根據(jù)網(wǎng)絡(luò)屬性設(shè)定的許多設(shè)置。關(guān)于這樣的現(xiàn)有解決方案，許多設(shè)置和可能困難的設(shè)置計算過程是問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法和用于實現(xiàn)該方法的設(shè)備以便克服以上問題或至少緩解該問題。通過由獨立權(quán)利要求中所闡述的那些內(nèi)容表征的方法、計算機程序產(chǎn)品和設(shè)備來實現(xiàn)本發(fā)明的目的。從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
本發(fā)明基于這樣的構(gòu)思采用接地故障之前和接地故障期間的零序電流和電壓以確定中性導(dǎo)納，以及將所確定的中性導(dǎo)納或表示該中性導(dǎo)納的量與預(yù)定的工作特性進行比較，以檢測三相電線上的相對地故障，其中，當在導(dǎo)納平面上呈現(xiàn)該預(yù)定工作特性時，該預(yù)定工作特性限定了封閉區(qū)域，使得該封閉區(qū)域的中心從導(dǎo)納平面的原點向負電納方向和/ 或相負電導(dǎo)方向偏移。本發(fā)明的優(yōu)點在于其提供了簡化的工作功能和特性，該簡化的工作功能和特性能夠同時對非接地網(wǎng)絡(luò)、高阻接地網(wǎng)絡(luò)和/或補償網(wǎng)絡(luò)有效。所以，如果通過例如補償線圈的斷開改變例如接地方法，則不需要改變設(shè)置值。另外，本發(fā)明通過在中性導(dǎo)納計算中使用差量(delta-quantity)，提供了對故障電阻和系統(tǒng)失衡的免疫性。所以，能夠獲得以可檢測到多高的故障電阻表示的高靈敏度。


下面將參考附圖借助優(yōu)選實施例來更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中圖1示出導(dǎo)納保護功能的工作特性的示例；圖2是三相電網(wǎng)的簡化等效電路；圖3是三相電網(wǎng)的簡化等效電路；圖4是根據(jù)實施例的工作特性的示例；圖5是根據(jù)實施例的工作特性的示例；以及圖6是示出實現(xiàn)若干保護級的實施例的圖。
具體實施例方式本發(fā)明的應(yīng)用不限于任何特定的系統(tǒng)，而是能夠與各種三相電力系統(tǒng)結(jié)合使用本發(fā)明的應(yīng)用，以檢測電網(wǎng)的三相電線上的相對地故障。例如，電線可以是饋電線(feeder)， 而且電線可以為架空線或電纜、或兩者的組合。例如，實現(xiàn)本發(fā)明的電力系統(tǒng)可以是電力傳輸網(wǎng)絡(luò)或配電網(wǎng)、或其組件，而且該電力系統(tǒng)可包括若干饋電線或分段。此外，本發(fā)明的使用不限于采用50Hz或60Hz基頻的系統(tǒng)、或不限于任何特定的電壓電平。圖2和圖3為可以使用本發(fā)明的三相電網(wǎng)的簡化等效電路。圖2示出了在后臺網(wǎng)絡(luò)(background network)中存在故障的情形，而圖3示出了在要被監(jiān)控的電線中存在故障的情形。這些圖僅示出了理解本發(fā)明所需的組件。例示性網(wǎng)絡(luò)可以是通過變電站饋電的中壓(例如20kV)配電網(wǎng)，該變電站包括變壓器10和母線(busbar)20。所示網(wǎng)絡(luò)還包括電線引出線(outlet)，即饋電線，其中單獨示出一條饋電線30。除了線30，其它可能的饋電線以及其它的網(wǎng)絡(luò)部件稱為“后臺網(wǎng)絡(luò)”，而且已經(jīng)用單線引出線(single line outlet) 40 表示了其它可能的饋電線以及其它的網(wǎng)絡(luò)部件，但是應(yīng)當指出的是，在后臺網(wǎng)絡(luò)中可存在任何數(shù)量的饋電線或其它的網(wǎng)絡(luò)元件。還可存在若干饋電變電站。另外，例如，可以用沒有變壓器10的交換站來使用本發(fā)明。網(wǎng)絡(luò)為三相網(wǎng)絡(luò)，并且三相電力系統(tǒng)的三相被稱為Li、 L2和L3。在例示性系統(tǒng)中，本發(fā)明的功能性可以被設(shè)置在位于線30開始處的可能的繼電器單元(未示出)中，例如在線30與母線20之間的連接點中。還可能的是，在這樣的單元位置中僅執(zhí)行一些測量，然后將結(jié)果發(fā)送到在另一位置處的另一單元或多個單元作進一步處理。因此，本發(fā)明的功能性可以被分布在兩個或更多個物理單元中，而不是僅一個單元中，而且實現(xiàn)本發(fā)明的一個或多個單元可與要保護的電線30相關(guān)地設(shè)置，或可能被設(shè)置在遠程位置處。但是，這與本發(fā)明的基本構(gòu)思不相關(guān)。圖2和圖3中使用的符號如下^=網(wǎng)絡(luò)的零序電壓Eu=相Ll源電壓El2=相L2源電壓El3=相L3源電壓Icc =通過接地裝置的電流(補償線圈加并聯(lián)電阻器)Ycc =接地裝置的導(dǎo)納(補償線圈加并聯(lián)電阻器)Ili =在饋入(infeed)處測量的相Ll的相電流Il2 =在饋入處測量的相L2的相電流Il3 =在饋入處測量的相L3的相電流IL1Fd =電線的相Ll的相電流IL2Fd =電線的相L2的相電流
IL3Fd =電線的相L3的相電流IL1Bg =后臺網(wǎng)絡(luò)的相Ll的相電流IL2Bg =后臺網(wǎng)絡(luò)的相L2的相電流IL3Bg =后臺網(wǎng)絡(luò)的相L3的相電流Uli =變電站處的相Ll的相電壓Ul2 =變電站處的相L2的相電壓Ul3 =變電站處的相L3的相電壓Yf =故障導(dǎo)納(假設(shè)為純電導(dǎo))YL1Fd =電線的相Ll的導(dǎo)納YL2Fd =電線的相L2的導(dǎo)納YL3Fd =電線的相L3的導(dǎo)納YL1Bg =后臺網(wǎng)絡(luò)的相Ll的導(dǎo)納YL2Bg =后臺網(wǎng)絡(luò)的相L2的導(dǎo)納YL3Bg =后臺網(wǎng)絡(luò)的相L3的導(dǎo)納ZLd =三角形連接的負載的相阻抗優(yōu)選地通過合適的測量裝置來獲得所監(jiān)控的電流和電壓值，該測量裝置包括例如連接到電力系統(tǒng)的相的電流和電壓換能器(圖中未示出)。在大多數(shù)的現(xiàn)有保護系統(tǒng)中，這些值可容易地獲得，因此本發(fā)明的實現(xiàn)不一定需要任何單獨的或特定的測量裝置。如何獲得這樣的值與本發(fā)明的基本構(gòu)思無關(guān)，而且如何獲得這樣的值取決于要被監(jiān)控的特定電力系統(tǒng)。本發(fā)明采用計算中性導(dǎo)納Itl，即，在電線30的開始處測量的剩余電流是零序電流=與剩余電壓Ho(具有負號)的商。根據(jù)實施例，用“差”量來進行中性導(dǎo)納的計算，其中，tl和t2指的是時間上的兩個分開的實例，在(tl)之前和在 (t2)期間，故障為
權(quán)利要求
1.一種用于檢測電網(wǎng)的三相電線上的相對地故障的方法，所述方法包括 監(jiān)控所述三相電線上的零序電流和所述電網(wǎng)中的零序電壓；以及基于所述零序電壓值檢測所述電網(wǎng)中的接地故障，其特征在于，所述方法包括 確定所述接地故障之前的零序電流與所述接地故障期間的零序電流之間的差； 確定所述接地故障之前的零序電壓與所述接地故障期間的零序電壓之間的差； 基于所述零序電流之間的所述差與所述零序電壓之間的所述差的比率，來確定中性導(dǎo)納或表示所述中性導(dǎo)納的量；以及將所確定的中性導(dǎo)納或表示所述中性導(dǎo)納的量與預(yù)定工作特性相比較以檢測所述三相電線上的相對地故障，其中，當在導(dǎo)納平面上呈現(xiàn)所述預(yù)定工作特性時，所述預(yù)定工作特性限定了封閉區(qū)域，使得所述封閉區(qū)域的中心從所述導(dǎo)納平面的原點向負電納方向和/或向負電導(dǎo)方向偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所確定的中性導(dǎo)納或表示所述中性導(dǎo)納的量與預(yù)定工作特性相比較以檢測所述三相電線上的相對地故障包括確定所述中性導(dǎo)納是在所述導(dǎo)納平面上的所述預(yù)定工作特性限定的所述封閉區(qū)域的內(nèi)部還是外部；以及當所確定的中性導(dǎo)納被確定為在所述導(dǎo)納平面上的所述預(yù)定工作特性限定的所述封閉區(qū)域的外部時，檢測所述三相電線上的相對地故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過圓或橢圓來限定所述封閉區(qū)域， 所述圓或橢圓的中心點從所述導(dǎo)納平面的原點向所述負電納方向和/或向所述負電導(dǎo)方向偏移。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過圓來限定所述封閉區(qū)域，所述圓的中心點從所述導(dǎo)納平面的原點向所述負電納方向和/或向所述負電導(dǎo)方向偏移，使得從所述封閉區(qū)域中排除所述圓的、由預(yù)定電導(dǎo)值限定的線所限定的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述封閉區(qū)域為具有分別由三條或更多條線限定的三條或更多條邊的多邊形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括當所述三相電線的切換狀態(tài)改變時或以預(yù)定的間隔，更新所述預(yù)定工作特性。
7.一種包括計算機程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，其中，所述程序代碼在計算機中的執(zhí)行使所述計算機執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法的步驟。
8.一種用于檢測電網(wǎng)的三相電線(30)上的相對地故障的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于監(jiān)控所述三相電線(30)上的零序電流和所述電網(wǎng)中的零序電壓的裝置；以及用于基于所述零序電壓值檢測所述電網(wǎng)中的接地故障的裝置，其特征在于，所述設(shè)備包括用于確定所述接地故障之前的零序電流與所述接地故障期間的零序電流之間的差的裝置；用于確定所述接地故障之前的零序電壓與所述接地故障期間的零序電壓之間的差的裝置；用于基于所述零序電流之間的所述差與所述零序電壓之間的所述差的比率，來確定中性導(dǎo)納或表示所述中性導(dǎo)納的量的裝置；以及用于將所確定的中性導(dǎo)納或表示所述中性導(dǎo)納的量與預(yù)定工作特性相比較以檢測所述三相電線上的相對地故障的裝置，其中，當在導(dǎo)納平面上呈現(xiàn)所述預(yù)定工作特性時，所述預(yù)定工作特性限定了封閉區(qū)域，使得所述封閉區(qū)域的中心從所述導(dǎo)納平面的原點向負電納方向和/或向負電導(dǎo)方向偏移。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于將所確定的中性導(dǎo)納或表示所述中性導(dǎo)納的量與預(yù)定工作特性相比較以檢測所述三相電線上的相對地故障的裝置包括用于確定所述中性導(dǎo)納是在由所述導(dǎo)納平面上的所述預(yù)定工作特性限定的所述封閉區(qū)域的內(nèi)部還是外部的裝置；以及用于當所確定的中性導(dǎo)納被確定為在由所述導(dǎo)納平面上的所述預(yù)定工作特性限定的所述封閉區(qū)域的外部時，檢測所述三相電線上的相對地故障的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其特征在于，通過圓或橢圓來限定所述封閉區(qū)域， 所述圓或橢圓的中心點從所述導(dǎo)納平面的原點向所述負電納方向和/或向所述負電導(dǎo)方向偏移。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其特征在于，通過圓來限定所述封閉區(qū)域，所述圓的中心點從所述導(dǎo)納平面的原點向所述負電納方向和/或向所述負電導(dǎo)方向偏移，使得從所述封閉區(qū)域中排除所述圓的、由預(yù)定電導(dǎo)值限定的線所限定的部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的設(shè)備，其特征在于，所述封閉區(qū)域為具有分別由三條或更多條線限定的三條或更多條邊的多邊形。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于當所述三相電線的切換狀態(tài)改變時或以預(yù)定的間隔，更新所述預(yù)定工作特性的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括保護繼電
全文摘要
一種用于檢測電網(wǎng)的三相電線(30)上的相對地故障的方法和設(shè)備，該設(shè)備包括用于基于接地故障之前與接地故障期間三相電線上的零序電流之間的差與接地故障之前與接地故障期間電網(wǎng)中的零序電壓之間的差的比率，來確定中性導(dǎo)納或表示該中性導(dǎo)納的量的裝置；以及用于將所確定的中性導(dǎo)納或表示該中性導(dǎo)納的量與預(yù)定工作特性相比較以檢測三相電線上的相對地故障的裝置，其中，當在導(dǎo)納平面上呈現(xiàn)預(yù)定工作特性時，預(yù)定工作特性限定了封閉區(qū)域，使得封閉區(qū)域的中心從導(dǎo)納平面的原點向負電納方向和/或向負電導(dǎo)方向偏移。
文檔編號G01R31/08GK102224427SQ200980147036
公開日2011年10月19日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者揚內(nèi)·阿爾托寧, 阿里·瓦爾羅斯 申請人:Abb技術(shù)有限公司