專利名稱：三相電力系統(tǒng)中的故障識別和定向檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無需測量線電壓地識別和定向檢測三相電力系統(tǒng)的兩相之間的故障。 尤其，本發(fā)明涉及檢測電力系統(tǒng)中的兩相故障并且進一步能夠確定該故障處在檢測點的線路側(cè)還是負載側(cè)的方法。按照本發(fā)明的方法是基于代表電力系統(tǒng)每相電流的獨有信號，對該信號的處理得出能夠定向定位的參數(shù)。兩相故障的兩相檢測方法可以與識別和定位單相或三相故障的其它步驟耦合。按照另一個特征，本發(fā)明涉及設(shè)計成實現(xiàn)上述方法的檢測設(shè)備。尤其，該定向故障檢測設(shè)備包含從每相的電流信號中計算參數(shù)的裝置，所述參數(shù)的解釋無需使用代表相與相之間的電壓的值或代表線-中性線電壓的值地給出故障的性質(zhì)和/或相對地點。本發(fā)明最后涉及故障指示設(shè)備和跳閘繼電器，包含與電力系統(tǒng)的每相相聯(lián)系的電流傳感器和向上述檢測設(shè)備提供能夠通過例如指示燈指示的信號或執(zhí)行電力系統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備的跳閘。
背景技術(shù)：
三相電力系統(tǒng)中的故障檢測設(shè)備能夠觸發(fā)負載保護和/或幫助定位所述故障。例如，圖1代表中壓配電系統(tǒng)1的連線圖，它包含次級繞組與主配電線3連接的三相變壓器2。 該次級繞組進一步包含一般經(jīng)由阻抗接地的公共中性導(dǎo)線。主線3對饋線4、4'、4"供電， 一些饋線4、4'、4"可以包含保護它們的輸入斷路器或其它開關(guān)單元5。裝配在饋線4'或饋線4的若干分段上的短路故障檢測設(shè)備6可以為例如點亮指示燈7的故障流指示器的用途服務(wù)。設(shè)備61可以進一步與命令打開斷路器5的觸點的保護繼電器8相聯(lián)系或集成在其中。在接地故障10的情況下，可以在線路導(dǎo)線4與地之間產(chǎn)生大電容值9，引起大零序電流。為了防止電容鏈路9對相鄰饋線的誤動作引起的接地故障檢測設(shè)備的錯誤檢測，已經(jīng)開發(fā)出了區(qū)分接地故障10是處在相對于檢測設(shè)備6i的負載側(cè)還是相對于設(shè)備6i+1 的線路側(cè)的設(shè)備和方法。尤其，文獻EPl 475 874,EP 1 890 165,FR 2，936 319,FR 2 936 378或WO 2006/136520提出了除了別的以外，通過適當傳感器12測量電流的解決方案。在三相線3、4中幾相可能同時出現(xiàn)故障，其是三相故障、兩相接地故障還是絕緣兩相故障。故障存在的識別基于電力系統(tǒng)1的至少一相中持續(xù)最小故障間隔期的過電流的檢測。為了指定故障的性質(zhì)和/或它的相對位置，還必須進行每相電壓或甚至其它參數(shù)的測量。因此，顯而易見，考慮到它們的復(fù)雜性，尤其需要兩相地點時裝配的傳感器的數(shù)量，現(xiàn)有故障檢測設(shè)備不適合廣泛實現(xiàn)。而且，對于只包含電流傳感器12的較不復(fù)雜檢測設(shè)備，在某些應(yīng)用中，尤其取決于中性系統(tǒng)，保證不了兩相接地故障與單相接地故障之間的區(qū)分
發(fā)明內(nèi)容
除了其它優(yōu)點之外，本發(fā)明的目的是部分改正現(xiàn)有定向故障檢測設(shè)備和方法，尤其針對兩相故障的現(xiàn)有定向故障檢測設(shè)備和方法的缺點。尤其，本發(fā)明實現(xiàn)的原理是基于對代表三相線電流的信號的頻率分析，以便識別故障的性質(zhì)，以及基于不使用電力系統(tǒng)電壓，和不必廣泛取樣代表所述電流的信號(通常，小于IkHz的取樣頻率就足夠了，例如，大約600Hz)地對相電流的振幅或其它范數(shù)值的分析，以便確定故障的相對地點。更一般地說，按照本發(fā)明，對故障的兩相性質(zhì)的識別基于對每相的相同極性的半波的和電流的頻率分析。值得注意的是，在存在故障的情況下，當偽零序電流的DC (直流) 分量與二次諧波分量之間的比值超過一比五時，該故障被認為是兩相的，所述偽零序電流起因于整流半波相電流的矢量和。在該比值小于20%的情況下，按照一個優(yōu)選實施例，通過更深入地研究上述頻率分析，病通過將電力系統(tǒng)的DC分量和固有頻率分量與相同一比五比值相比較，可以確定該故障是單相的還是三相的。有利的是，上述頻率分析通過分析相電流的振幅或其它范數(shù)值來完成，以便確定故障相對于測量相電流的點的相對位置。按照其特征之一，本發(fā)明涉及三相電力系統(tǒng)中的故障識別和定向檢測方法，其包含例如檢驗代表電流的信號，尤其流入每相中的電流的振幅的變化的第一故障檢測階段。如果第一階段檢測到在所述分段中存在故障，觸發(fā)按照本發(fā)明的方法的第二故障識別階段。第二階段基于代表與相電流的相同極性的半波之和相對應(yīng)的電流的參數(shù)的分析。一旦獲得這個參數(shù)，頻率分析就能夠?qū)㈦娏ο到y(tǒng)的倍頻分量與DC分量相比較，以便識別故障的兩相性質(zhì)。有利的是，與DC分量的比較也對電力系統(tǒng)的固有頻率分量進行，以便識別單相或三個故障?？梢詫崿F(xiàn)所檢測故障的相對地點的第三階段。這基于代表所述分段的每相電流的范數(shù)的信號的處理，這些信號是在足夠長預(yù)定義間隔期，例如，整數(shù)個電力系統(tǒng)半周期上獲得的。任何交流電范數(shù)都適用于按照本發(fā)明的相對地點確定，但在優(yōu)選方式中，使用電流的均方根值或它的振幅。在獲得代表相電流的范數(shù)的信號之后，所述方法的第三階段繼續(xù)處理所述信號，以便能夠解釋在第一階段中檢測的故障相對于相電流測量點處在線路側(cè)還是負載側(cè)。按照本發(fā)明，信號的處理包含計算代表相電流的范數(shù)的信號的平均值，以及將該平均值與每個信號相比較。如果發(fā)生單相(或兩相)故障之后的單相電流范數(shù)大于針對三相計算的范數(shù)的平均值，那么該故障位于檢測點的負載側(cè)(分別地線路側(cè))。為了指定兩相故障的性質(zhì)，可以在第三階段之后繼續(xù)執(zhí)行第四階段，其中考慮相電流的全局變化，尤其將代表每相電流的范數(shù)與故障發(fā)生前它呈現(xiàn)的值相比。取決于其所觀察范數(shù)增大的相位的數(shù)量，以及取決于以前限定的相對地點，可以將接地兩相故障與絕緣兩相故障區(qū)分開。與之平行，可以通過評估零序電流或與第一參數(shù)相對應(yīng)的電流的DC分量進行三相故障的定位。有利的是，過濾尤其模擬地過濾和/或取樣代表相電流的信號。按照本發(fā)明，可以使用相對低的取樣頻率，尤其，小于1kHz，例如，大約500Hz或600Hz。按照本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施例，將所述定向檢測方法與開關(guān)設(shè)備的致動相聯(lián)系，以便將分段與在其負載側(cè)檢測到故障的點隔開。按照另一個特征，本發(fā)明涉及適用于上述方法、可能與定向檢測耦合、三相電力系統(tǒng)中的線路上的故障的識別設(shè)備。按照本發(fā)明的設(shè)備可以與像檢測環(huán)形線圈那樣提供代表所述電流的信號的傳感器相聯(lián)系。識別和/或定向檢測設(shè)備可以進一步形成故障流指示器的一部分，例如，如果檢測到來自傳感器的負載側(cè)故障，激活指示燈型的報警裝置。另一種信號，例如，具有不同顏色的信號可以進一步指示線路側(cè)故障。在一個特定優(yōu)選實施例中， 按照本發(fā)明的定向檢測設(shè)備與線路保護繼電器相聯(lián)系，所述報警裝置使線路中斷設(shè)備被致動，從而能夠?qū)z測到故障的分段隔開。尤其，按照本發(fā)明的識別設(shè)備包含第一裝置，用于供應(yīng)代表受監(jiān)視線路的每相電流，即，相同極性半波電流之和，或“偽零序列”電流的第一參數(shù)。對于定向檢測，所述第一裝置被設(shè)計成也供應(yīng)代表受監(jiān)視線路的每相電流的范數(shù)的第二參數(shù)。有利的是，所述第一裝置與所述信號的濾波裝置，例如，模擬濾波器相聯(lián)系。所述第一裝置最好包含取樣裝置以便例如在500Hz或600Hz的頻率上 一定數(shù)量的離散值。按照本發(fā)明的設(shè)備包含與所述處理裝置的激活裝置相聯(lián)系的所獲代表性信號的第二處理裝置，所述激活裝置通過故障存在檢測來觸發(fā)。致動激活裝置的故障存在檢測最好由包含適當裝置(尤其用于將代表線路的相電流的信號與一個或多個基準值相比較的裝置)的按照本發(fā)明的設(shè)備來執(zhí)行。按照本發(fā)明的設(shè)備的信號的第二處理裝置包含用于確定源自第一參數(shù)的偽零序列電流，并尤其通過將第二和第一諧波分量與DC分量相比較對其進行頻率分析的裝置，所述諧波是相對于電力系統(tǒng)的固有頻率獲取的。有利的是，按照本發(fā)明的設(shè)備的第二裝置進一步包含計算代表每個相位的范數(shù)的信號的算術(shù)平均值的裝置。所述計算裝置最好與能夠在與電力系統(tǒng)的整數(shù)個半周期相對應(yīng)的時間期間獲取信號的延時裝置相聯(lián)系。裝置能夠被提供以對代表每個相位的范數(shù)的信號與故障之前它們的值進行比較。所述信號處理裝置在輸出端上與解釋裝置耦合，所述解釋裝置能夠識別故障的性質(zhì)并且從中確定相對于獲得所述信號的點的相對位置。所述解釋裝置包含所確定諧波之間，所計算平均值與用于計算所述平均值的每個信號之間的比較器。尤其，按照本發(fā)明的三相電力系統(tǒng)中的故障的識別設(shè)備包含提供代表每個相位的電流的參數(shù)的第一裝置，其包含接收代表每個相位的電流的信號的裝置、和提供第一參數(shù)的所述信號的全波整流裝置；代表性參數(shù)的第二處理裝置，其包含計算從第一參數(shù)之和中得出的電流的裝置、和包含其第O諧波和第2諧波分量與電力系統(tǒng)的固有頻率的比較的所述結(jié)果的頻率分析裝置；按照電力系統(tǒng)中的故障的發(fā)生的檢測信號的所述第二處理裝置的激活裝置；以及通過第一參數(shù)的第二裝置解釋處理結(jié)果以便確定故障是否是兩相的裝置。所述第二裝置的頻率分析裝置進一步包含源自第一參數(shù)之和的結(jié)果的第0諧波和第1 諧波分量的比較，然后，解釋第一參數(shù)的處理結(jié)果的裝置能夠確定故障是否是單相的。上述設(shè)備可以適用于定向故障檢測，其中所述第一裝置進一步包含計算代表每相電流的信號的范數(shù)以便提供第二參數(shù)的裝置，以及所述第二裝置進一步包含在預(yù)定間隔期上計算范數(shù)的平均值的裝置、和將每個范數(shù)與所述計算平均值相比較的裝置，然后，所述解釋裝置適用于處理所述第二裝置對第二參數(shù)的處理結(jié)果，以確定故障相對于設(shè)備位于線路側(cè)還是負載側(cè)。當所述第二裝置的頻率分析裝置進一步包含通過求和第一參數(shù)提供的結(jié)果的第0諧波與閾值的比較時，解釋所述第二裝置對第一參數(shù)的處理結(jié)果的裝置能夠識別三相故障，并將后者定位在設(shè)備的線路側(cè)或負載側(cè)上。所述識別設(shè)備可以進一步包含與所述信號處理裝置的激活裝置連接的檢測電力系統(tǒng)中的短路故障的發(fā)生的裝置。尤其，這些第二裝置可以包含存儲第二參數(shù)的值的裝置，和所述檢測裝置可以包含將每個第二參數(shù)與存儲值相比較的裝置。因此，按照本發(fā)明的識別兩相故障的方法包含如下相繼步驟在獲得指示所述故障的存在的信號之后觸發(fā)；在電力系統(tǒng)的至少一個半周期的獲取時間上獲取代表每個相電流的信號；半波整流代表相電流的信號；求整流信號的矢量和；對整流信號的矢量和進行頻率分析；以及將頻率分析的第2諧波信號與第0諧波信號相比較。頻率分析的第1諧波信號與諧波信號的比較能夠被編程。為了適用于確定故障的相對地點，所述方法進一步包含確定代表每相電流的范數(shù)；在預(yù)定義間隔期上計算每個相電流的范數(shù)的算術(shù)平均值；通過比較所述平均值和代表每個相電流的范數(shù)的所述信號，解釋信號處理結(jié)果，以便指示所檢測故障位于獲得代表相電流的范數(shù)的信號的地方的負載側(cè)還是線路側(cè)。


通過對表示在附圖中的僅僅為了例示和非限制性示范目的給出的本發(fā)明的優(yōu)選實施例作如下描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征將變得更加顯而易見。圖1 (已經(jīng)描述過)代表裝有短路故障檢測設(shè)備的電力系統(tǒng)；圖2示出了在按照本發(fā)明的檢測方法中用于檢測設(shè)備的絕緣兩相故障負載側(cè)的不同信號；圖3以示意性和濾波方式示出了代表相電流，和當接地兩相故障分別發(fā)生在檢測設(shè)備的負載側(cè)和線路側(cè)時，偽零序電流的信號；圖4A和圖4B例示了本發(fā)明的檢測方法及其優(yōu)選實施例之一；以及圖5代表按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的定向故障檢測設(shè)備的方塊圖。
具體實施例方式按照本發(fā)明的用于故障10的定向檢測設(shè)備15可以取代現(xiàn)有設(shè)備6，用在像描述在圖1中的那種那樣的任何三相電力系統(tǒng)1中。尤其，盡管該描述涉及固有頻率F = 50Hz的電力系統(tǒng)1，但按照本發(fā)明的設(shè)備和方法可以直接適應(yīng)于其它頻率。該描述在下文中將針對平衡電力系統(tǒng)1，即，在不存在故障，零序電流Itl是零的情況下作出，但這決不是限制性的。如圖2所示，裝置20提供代表流入線路4的三相導(dǎo)線4a、4b、4c的每一根中的電流的一個或多個信號。電流測量裝置20有利地形成按照本發(fā)明的裝配在所述線路4上的設(shè)備15的一部分，并且與直接位于線路4上的測量設(shè)備，尤其檢測環(huán)形線圈12A、12B、12。耦接。 當在三相電力系統(tǒng)1上發(fā)生故障10時，像零序電流Itl那樣，至少一相的電流發(fā)生了變化，尤其相對于故障10的線路側(cè)。此外，正如示意性表示的那樣，從每相IAp、IBP、Icp的相同極性的半波之和中得出的電流Itlp也發(fā)生了變化。這種電流下文稱為“偽零序列電流”，呈現(xiàn)缺乏平滑高頻分量造成的附加特征。因此，在絕緣兩相故障10位于相電流Ix的檢測設(shè)備12的負載側(cè)的情況下，觀察到故障處兩相B和C的電流的變化，而第三相的電流Ia基本保持不變。如果結(jié)果的零序電流Itl呈現(xiàn)不連續(xù)性，則偽零序列電流Itlp另外還顯示不同頻率分量， 尤其在兩倍于電力系統(tǒng)1的固有頻率F的頻率f上。無論兩相故障是絕緣故障還是接地故障，位于電流檢測器12的線路側(cè)還是負載側(cè)，故障之后偽零序列電流Itlp在IOOHz上的分量Itlp 1QQ大于不是發(fā)生單相故障時的情況的 DC分量Itlp dc的20%。因此，按照本發(fā)明，將這個代表流入線路4中的電流的信號Itlp用于識別故障10的性質(zhì)N。 由于負載Z的變化也在IOOHz上產(chǎn)生可以超過DC分量的50%的分量，徹底地除去了負載Z的簡單連接/斷開，所以最好在故障之后還檢驗線路4的第1諧波分量。事實上， 對于負載Z的變化，不會生成電力系統(tǒng)1的固有頻率F上的分量，而單相或兩相故障卻改變了它，尤其這個分量Itlp超過DC分量Itlp 的5%。另一種選擇是檢驗所有三相電流IA、IB、 Ie沿著相同方向變化，即負載Z的變化引起不連續(xù)的符號，而如果兩個電流沿著一個方向變化和第三個電流沿著另一個方向變化，則發(fā)生了兩相故障10。因此，按照本發(fā)明，一旦在電力系統(tǒng)1上檢測到D故障10，識別出故障10的兩相性質(zhì)N，就測量每相的電流Ix，半波整流成Ixp，然后求和成Itlpt5分析故障之后所述和值Itlp的諧波譜，并考慮IOOHz上的分量Itlp 2F。如果這個分量超過DC分量Itlp DC的20%，并且如果存在50Hz上的分量Itlp F，那么，牽涉到兩個故障。故障的初始檢測D可以通過，例如，如涉及文獻FR 2 936319所述的任何現(xiàn)有裝置來執(zhí)行。而且，通過研究代表相電流Ix的信號本身，可以區(qū)分所述兩相故障10位于檢測器 20i、20i+1的負載側(cè)還是線路側(cè)。與針對單相接地故障(參見FR 2936 378)的方式相同，取決于其相對地點，電流幅度I IlxI I的差變事實上并不遵循相同輪廓。尤其，當故障10位于檢測器20i的負載側(cè)時，故障處兩相的電流IB、Ic事實上以相互類似的方式極大地增大，而第三相的電流I |IA| I幾乎沒有變更。相反，對于相同故障，負載側(cè)檢測裝置20i+1給出稍有變化的未變更相位A的電流和對于兩相B、C在故障處基本保持不變(稍有減小)的振幅 有關(guān)兩相接地故障10，請參見圖3。從而，將每相電流的振幅11 IxI I與三相電流Ix的振幅的平均值μ相比較就能夠?qū)⒕€路側(cè)兩相故障與負載側(cè)兩相故障區(qū)分開。因此，按照本發(fā)明，計算代表每相電流的振幅I I IxI I的信號的平均值μ，然后確定其相對于其不同分量的位置，以定位相對于傳感器12和提供代表線路4的最好濾波電流Ix 的信號的裝置20的故障10。有利的是，在足夠長間隔期Taetl上分析信號，尤其在比電力系統(tǒng)1的半周期長的時間，例如，周期1/F或任意整數(shù)個半周期上獲取信號。這樣的地點取決于平均值μ大于用于計算這個平均值的元素的次數(shù)如果振幅的平均值只大于振幅一次， 則兩相故障是負載側(cè)的。此外，如圖4Α所示，通過研究發(fā)生故障10前后振幅的全局變化，也可以在接地兩相故障與絕緣兩相故障之間作出區(qū)分。在接地兩相故障的線路側(cè)，三相電流Ix的振幅增大， 而對于絕緣故障，只有兩相受到影響。在接地兩相故障的負載側(cè)，電流的振幅增大，而對于絕緣兩相故障，振幅未增大。進一步，可以將這種識別和相對定位兩相故障的方法與識別和/或定位單相故障的方法結(jié)合。當缺乏IOOHz分量時，如果存在50Hz分量，那么識別出單相故障。通過使用也如文獻FR 2 936 378所述的上述比較電流振幅| |lx| |的方法，可以區(qū)分故障10位于電流測量設(shè)備12、20的線路側(cè)還是負載側(cè)。計算代表每相電流的振幅I I IxI I的信號的平均值 μ，然后確定其相對于其不同分量的位置。地點L取決于平均值μ大于用于計算這個平均值的元素的次數(shù)(如果振幅的平均值只大于振幅一次，則故障是線路側(cè)的)。在缺乏IOOHz和50Hz上的分量的情況下，如果事先已經(jīng)檢測到D故障10，則故障是三相的，并且可以定位該故障。當在所檢測電流Ix中不存在DC分量1_。時，沒有對線路1供電或發(fā)生了線路側(cè)三相故障。當只存在DC分量時(除了 IOOHz分量和50Hz分量之外)，那么，三相故障發(fā)生在相對于電流檢測裝置20的負載側(cè)。
因此，分析故障10之后的相電流Ix、它們的振幅11 ιχ| I和相同極性的其半波的矢量和Itlp能夠識別N和定位L故障10。而且，如果配備存儲代表相電流Ix的振幅的值的裝置，以及如果可以比較故障前后的值，則可以識別兩相故障的性質(zhì)N'。在這種情況下，最好使用存儲裝置來著手進行故障10的存在的初始檢測D，取代將零序電流Itl與一個閾值相比較，該閾值的值不僅可以取決于電力系統(tǒng)，而且可以取決于它的負載狀態(tài)或所述故障的電阻性。在每次取樣代表性信號。時，例如，在電力系統(tǒng)1的固有頻率F上，將相電流的振幅
Iixl It與基準值I IixI 相比較同樣可以導(dǎo)致識別和定位過程的觸發(fā)。對于時間t時的信號與時間t+i時的信號之間的比較，可以在每次計算范數(shù)時設(shè)置或更新基準值I |ix| Iref0為了限定計算和優(yōu)化數(shù)據(jù)處理時間，可以執(zhí)行一些中間步驟和/或以不同次序執(zhí)行以前的步驟。按照本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選實施例示意性地表示在圖4B中，其中以規(guī)律的間隔，例如，每隔1. 5ms(毫秒)測量一次每相的電流Ix。代表相電流的信號是在獲取時間T-上獲取和取樣的最好濾波信號IAf、IBf、Ira。按照本發(fā)明，電力系統(tǒng)1的大約半波或全波的時間上的五個到十個振幅值足夠了 -例如，對于50Hz的三相電流，大約500到1000Hz 的取樣頻率例如適合按照本發(fā)明的方法。然后，通過適合所選范數(shù)的公式確定所述濾波取樣信號的范數(shù)||1^||、||‘*||、||1 *||。將如此獲得的值I |iXf*| I與基準范數(shù)I |ix| Iref相比較，基準范數(shù)I IixI L可以是固定的或無故障電力系統(tǒng)中在前獲取間隔期的特征。如果對相位χ之一檢測到明顯差異， 例如，大于5或6%的差異，則認為檢測到(D)故障10，并觸發(fā)這樣的識別和定位方法。存儲故障之前(t < t。)范數(shù)的最后值11 Ia ι ι。、11 Ib ι ι。、11IC11。。在檢測到故障之后，在獲取時間期間獲取代表相電流Ix的信號，并計算偽零序列電流lop。將電流的DC分量1_。與閾值相比較。在缺乏的情況下，故障涉及線路側(cè)三相故障或沒有供電的線路。此外，還將偽零序列電流Itlp在50Hz和IOOHz上的分量Itlp5tl和 I0p 100與低閾值，例如，DC分量Itlp DC的5%相比較，以便識別負載Z的變化。在其它情況下，進行獲取時間期間故障之后取樣濾波相電流11iAf*| ι、11iBf*| ι、
I ief* 11的振幅的確定，并計算它們的算術(shù)平均值μ。進一步將偽零序列電流在50Hz和 IOOHz上的分量Itlp 5Q、IQp 100與較高閾值，尤其DC分量Itlp dc的20%相比較，以識別所檢測故障10的單相或兩相性質(zhì)。比較可以是同時的或相繼的，然后從IOOHz分量開始。然后將算術(shù)平均值μ與分別獲取的每個范數(shù)11 iAF* 11、11 iBf*l I、11 iCf* I相比較，以便相對地將故障定位在獲得代表相電流ia、Ib、I。的信號的點的線路側(cè)或負載側(cè)上。可以為線路側(cè)兩相故障執(zhí)行將故障之后的范數(shù)I |iAf*l l、l |iBf*l l、l |iCf*l I與故障之前的范數(shù)I IiaI |0>l HbI I。、 I IcI Icl相比較的附加步驟，以便指定所述兩相故障10的性質(zhì)N'。按照本發(fā)明的方法可以在保護繼電器8中，在帶有報警系統(tǒng)7的故障指示器中，通過適當定向故障檢測設(shè)備15中的實現(xiàn)來實現(xiàn)，按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的設(shè)備15示意性地表示在圖5中，所述設(shè)備與傳感器12，例如，檢測環(huán)形線圈相聯(lián)系，并最好包含獲取代表傳感器12供應(yīng)的相電流Ix的信號的裝置20。獲取裝置20有利地包含像模擬濾波器那樣的濾波裝置22。在優(yōu)選實施例中，在尤其工作在小于IkHz下的取樣模塊24中進一步處理濾波信號IAf、IBf、Ira，從而向計算裝置 26提供濾波取樣信號IAf*、IBf*、Ira*，計算裝置26計算它們的范數(shù)、振幅、均方根或其它值I iAf* 11、11 iBf* 11、11 Ira* 11。而且，獲取裝置包含半波整流裝置28，半波整流裝置28供應(yīng)相信號Ixp，以便計算偽零序列電流ioP。然后，在處理模塊30中處理參數(shù)Ixp和11 Ixf* 11。
處理模塊30按照故障10的檢測被激活。為此，將處理模塊30與任何故障檢測設(shè)備32連接。尤其，故障檢測設(shè)備32包含將檢測模塊20的適當模塊26計算的范數(shù)| | Ixf* | 與基準值I |IX| |獄相比較的裝置。如果相位之一上的差值超過閾值，則檢測到故障D，并激活處理模塊30。只要未發(fā)生激活D，就將相電流的范數(shù)值有利地存儲在存儲器34中。然后，可以將這個存儲值用作激活裝置32中的基準值。例如，在每次取樣時，存儲結(jié)果I |iAf*| I、
I iBf* 11、11 Ief* 11，處理模塊30的激活還使存儲器34失活，以便保持代表正好在故障之前
的電流的范數(shù)11 IAI I。、11 IBI I。、11 IcI I。的值。因此，處理模塊30包含相對于故障檢測設(shè)備32提供的信號D的輸入端。相對于計算電流的范數(shù)的裝置26的三個輸入端進一步與計算三個輸入數(shù)據(jù)I |iAf*| I、I |iBf*l I、
IiCf* I的算術(shù)平均值μ的設(shè)備36連接。然后，具有四個輸入，即，這三個值和計算平均值的比較設(shè)備38與解釋裝置40連接。比較裝置38將范數(shù)I I IXf*| I的每個值與它們的平均值μ相比較，并按照與解釋裝置40的比較方向有利地將二進制信號提供給解釋裝置40。與存儲在存儲器34中的值I IlxI |。相聯(lián)系的這三個輸入端還與和相同解釋裝置40 連接的相對比較振幅的裝置42相連接。比較裝置42將每個范數(shù)值I I Ixf* I I與它們的存儲值I IixI IC1相比較，并且按照相對于解釋裝置40的增加次數(shù)供給信號?？商娲兀梢园凑赵黾哟螖?shù)與1和3的比較供應(yīng)四個二進制信號。處理模塊30進一步包含來自半波整流模塊28的數(shù)據(jù)的三個輸入端，半波整流模塊28與計算偽零序列電流的設(shè)備44連接，計算設(shè)備44的輸出端與確定電平0、1、和2傅立葉系數(shù)的裝置46連接。這些系數(shù)被輸入比較裝置48，比較裝置48提供相對于電平2和 1傅立葉系數(shù)與電平0傅立葉系數(shù)的比值的兩個輸出，或按照這些比率與兩個閾值，例如， 5%和20%的比較的四個二進制輸出。還將結(jié)果發(fā)送給解釋模塊40。然后，解釋模塊40給出指定故障的真實性D、它的性質(zhì)N(或N')和它與傳感器 12的相對地點L的結(jié)果。計算平均值μ的裝置36像確定范數(shù)的裝置26那樣，與延時裝置相聯(lián)系，以便保證在足夠長時間Ta。q，例如，電力系統(tǒng)1的全波或半波，或甚至更長的時間上獲得了代表相電流的范數(shù)11iAf*l I、11iBf*l I、11Icf*l I的信號。圖5的設(shè)備可以有利地與電力系統(tǒng)的保護繼電器8相聯(lián)系，或與作為電力系統(tǒng)1 連接的地下中壓線4的故障流指示器相聯(lián)系，解釋模塊40的輸出觸發(fā)斷路器5的斷開、指示燈7或任何其它安全和/或報警裝置的點亮。因此，按照本發(fā)明，無需測量電壓地實現(xiàn)了識別和定向檢測三相電力系統(tǒng)1的線路上的故障10的方法和設(shè)備15，這既減少了設(shè)備又方便了后者的實現(xiàn)。通過同時分析正好在故障之后的相電流的振幅、電流振幅的相位_相位變化和偽零序列電流的諧波分量，可以進行故障的檢測、辨別和定位。盡管本發(fā)明是參考中性線通過補償阻抗接地的50Hz三相配電系統(tǒng)1加以描述的， 但本發(fā)明決不會局限于些。本發(fā)明可以涉及其它中性線方案，其它固有頻率F也如此。此夕卜，盡管與電流振幅一起給出，但按照本發(fā)明的方法也可以與代表表示相電流的信號的變化的任何范數(shù)一起應(yīng)用。尤其，振幅可以被均方根(rms)值所取代，被歐幾里得范數(shù)(即，范數(shù)2)所取代，或再次被范數(shù)1(也稱為“出租車范數(shù)(Taxicab norm) ”或“曼哈頓范數(shù) (Manhattanmorn)")所取代，或再次被無限范數(shù)(或向上范數(shù))所取代。
出現(xiàn)在本發(fā)明優(yōu)選實施例的范圍之內(nèi)的不同電路、模塊和功能可以利用模擬或數(shù)字部件、或具有與微控制器或微處理器一起工作的可編程形式的部件實現(xiàn)，并且所述的代表性信號可以具有電或電子信號的形式、存儲器或寄存器中的 數(shù)據(jù)值的形式、尤其能夠顯示在指示器或顯示監(jiān)視器上的光信號的形式、或與致動器一起起作用的機械信號的形式。 同樣，電流傳感器可以像霍爾效應(yīng)傳感器或磁阻那樣，不同于所述的變壓器。而且，給出的不同模塊可以組織得不同計算范數(shù)的裝置26可以例如在獲取代表電流的信號的模塊20 的外部，確定半波整流電流Ixp的模塊28也如此。
權(quán)利要求
1.一種在具有固有頻率(F)的三相電力系統(tǒng)⑴中識別故障(10)的設(shè)備(15)，包含-提供代表每個相位的電流(Ix)的參數(shù)的第一裝置(20)，其包含接收代表每個相位的電流的信號的裝置(22)、和提供第一參數(shù)(Ixp)的所述信號的半波整流裝置08)；-代表性參數(shù)的第二處理裝置(30)，其包含計算從第一參數(shù)(Ixp)之和(Itlp)中得出的電流的裝置G4)、和包含電力系統(tǒng)(1)的其第0諧波分量(Itlp DC)和第2諧波分量(Itlp 2F) 的比較的所述結(jié)果(Itlp)的頻率分析裝置G6，48)，所述諧波是相對于固有頻率(F)的；-按照電力系統(tǒng)⑴中的故障(10)的發(fā)生的檢測信號⑶的所述第二處理裝置(30) 的激活裝置(32)；以及-所述第二裝置(30)對第一參數(shù)(Ixp)的處理結(jié)果的解釋裝置(40)，以確定故障(10) 是否是兩相。
2.按照權(quán)利要求1所述的識別設(shè)備(15)，其中，第二裝置(30)的分析裝置(46，48)進一步包含通過求和第一參數(shù)(Ixp)提供的結(jié)果(Itlp)的第0諧波分量(Itlp DC)和第1諧波分量(Itlp F)的比較，所述諧波是相對于電力系統(tǒng)⑴的固有頻率(F)的，以及其中第一參數(shù) (Ixp)的處理結(jié)果的解釋裝置GO)能夠確定故障(10)是否是單相的。
3.一種在具有固有頻率(F)的三相電力系統(tǒng)(1)中識別和定向檢測故障(10)的設(shè)備 (15)，包含按照權(quán)利要求1或2所述的識別設(shè)備，其中-所述第一裝置00)進一步包含計算代表每相電流(Ix)的信號的范數(shù)以便提供第二參數(shù)(I IixI I)的裝置06)；-所述第二裝置(30)進一步包含在預(yù)定義時間上計算第二參數(shù)(ι ιιχ| I)的平均值(μ)的裝置(36)、和將每個范數(shù)(I IixI )與所述計算平均值(y)相比較的裝置(38)； 以及所述解釋裝置GO)被設(shè)計成處理所述第二裝置(30)對第二參數(shù)(I IIxI I)的處理結(jié)果，以確定故障位于設(shè)備(15)的線路側(cè)還是負載側(cè)。
4.按照權(quán)利要求3所述的識別和定向檢測設(shè)備(15)，其中，所述第二裝置(30)的頻率分析裝置(46，48)進一步包含通過求和第一參數(shù)(Ixp)提供的結(jié)果(Itlp)的第0諧波(Iqpdc) 與閾值的比較，以及其中所述第二裝置(30)對第一參數(shù)(Ixp)的處理結(jié)果的解釋裝置GO) 能夠識別三相故障，并將后者定位在設(shè)備(1 的線路側(cè)或負載側(cè)上。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的識別和定向檢測設(shè)備(15)，其中，所述第一裝置00)包含計算故障之前的范數(shù)的裝置06)提供的基準值(I IlxI |0)的取樣裝置04)和存儲裝置 034)。
6.按照權(quán)利要求5所述的識別和定向檢測設(shè)備(15)，其中，所述第二裝置(30)包含將第二參數(shù)(I IIxI I)與存儲裝置(34)的基準范數(shù)(I |ix| I0)相比較的裝置(42)，和第二參數(shù) (I IixI I)的處理結(jié)果的解釋裝置Go)能夠識別兩相故障( ο)的性質(zhì)。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的識別設(shè)備(15)，進一步包含與信號處理裝置(30) 的激活裝置連接的在電力系統(tǒng)⑴中檢測短路故障(10)的發(fā)生的裝置(32)。
8.按照權(quán)利要求6所述的識別和定向檢測設(shè)備(15)，其中，所述第二裝置(30)包含第二參數(shù)的值(I |IX| Iref)的存儲裝置034)，并且進一步包含與信號處理裝置(30)的激活裝置和存儲裝置(34)連接的在電力系統(tǒng)(1)中檢測短路故障(10)的發(fā)生的裝置(32)，所述檢測裝置(3 包含將每個第二參數(shù)(I IIxI I)與存儲值(I |ix| Iref)相比較的裝置。
9.一種短路故障流指示器，包含安排在受監(jiān)視的電力系統(tǒng)⑴的每相導(dǎo)線(4a，4b，4c) 上的電流傳感器(12a，12b，12c)，以及包含與所述電流傳感器(12a，12b，12c)連接以便接收代表相電流的范數(shù)(I I IxI I)的信號的按照權(quán)利要求1至8之一所述的故障識別設(shè)備(15)。
10.一種接地保護繼電器(8)，包含按照權(quán)利要求9所述的至少一個故障指示器、和按照所述指示器的識別設(shè)備(15)的解釋裝置GO)的結(jié)果致動開關(guān)設(shè)備(5)的裝置。
11.一種在三相電力系統(tǒng)(1)中識別(N)故障(10)的方法，包含如下相繼步驟-在獲得指示所述故障(10)的存在的信號⑶之后觸發(fā)；-在電力系統(tǒng)的至少一個半周期的時間(TacJ上獲取代表每個相電流的信號；-半波整流代表相電流(IA，IB，Ic)的信號；-求整流信號(IAp，IBP，Icp)的矢量和(Itlp)；-對整流信號的矢量和(Itlp)進行頻率分析；以及-將頻率分析的第2諧波信號(I。p 2F)與第0諧波信號(I。p DC)相比較。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，進一步包含將頻率分析的第1諧波信號(ItlpF)與第 0諧波信號(Icipdc)相比較。
13.—種在三相電力系統(tǒng)(1)中識別(N)和相對定位(L)故障(10)的方法，包含按照權(quán)利要求11或12所述的識別方法，并且進一步包含-確定代表每相電流的范數(shù)(I IIaI I，I IIbI I，Hd I)；-在預(yù)定義時間上計算每個相電流的范數(shù)(I |ιΑ| |，I |ιΒ| |，|ic| I)的算術(shù)平均值μ ；以及-通過比較所述平均值(μ)和代表每個相電流的范數(shù)(I |iA|，I |ιΒ| I，IicI I)的所述信號，解釋信號處理結(jié)果，以便指示所檢測故障⑶位于獲得代表相電流的范數(shù)(I |ιΑ| I， IibI I，lid I)的信號的地方的負載側(cè)還是線路側(cè)。
14.按照權(quán)利要求13所述的定向檢測方法，其中，指示故障(10)的存在的信號(D)是通過代表范數(shù)的信號與相位基準(I IIaI Iref, I IIbI Iref, IicI Iref)的比較獲得的。
15.一種當發(fā)生故障(10)時保護電流線路的方法，包含如果通過按照權(quán)利要求 11至14之一所述的方法檢測到故障(10)位于開關(guān)設(shè)備(6)的負載側(cè)，致動所述開關(guān)設(shè)備 (5)以便中斷所述線路(4)。
全文摘要
按照本發(fā)明，多相電力系統(tǒng)中的故障定向檢測方法和設(shè)備基于與電力系統(tǒng)的每相電流的相同極性的半波之和相對應(yīng)的電流的諧波分析，以及每相電流(4A，4B，4C)的振幅或任何其它范數(shù)值的變化的比較。尤其，分別將以前電流的第2諧波和第1諧波與第0諧波相比較，取決于比率，可以將故障分類成兩相的或單相的。每相的范數(shù)(||IA||，||IB||，||IC||)的平均值(μ)與每個所述范數(shù)的比較能夠進一步相對于相電流傳感器(12)地定位故障。
文檔編號G01R31/02GK102262199SQ20111011016
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者帕斯卡爾.庫姆內(nèi)爾, 紀堯姆.沃尼奧 申請人:施耐德電器工業(yè)公司