专利名称：用于检测相对地故障的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测电网的三相电线上的相对地(phase to earth)故障。后台技术在某些国家，例如波兰，中性导纳保护已成为普遍的接地故障保护功能。已经报道了，在未接地和补偿配电网中，当与基于传统剩余电流(residual current)的接地故障保护相比时，中性导纳保护提供更有效的接地故障检测。文献 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，公开了实现基于中性导纳的接地故障保护的示例，并提及直到1996年中期至2000年期间，才在波兰装设了中性导纳保护系统。简言之，中性导纳保护基于评估商I0 = 3Ιο/υο(即网络的中性导纳)，以及将结果与导纳平面中的工作边界相比较。通常用电缆芯线变压器来测量剩余电流3尨，并且根据单极隔离变压器的开口三角形连接的三级(open-delta connected tertiaries)来测量剩余电压Πο。目前，在现有保护继电器终端中得到的导纳保护通常需要用户从若干可能性中选择工作标准，其中，若干可能性例如为1)过导纳，2)没有/具有倾斜的过电导(无方向或正向/反向)，3)没有/具有倾斜的过电纳(无方向或正向/反向)，或标准1...标准3的组合(关于原点对称)。图1示出呈现在导纳平面上的现有导纳保护功能的工作特性的示例 (B为电纳，而G为电导)。工作特性中的每个中的阴影区域确定了正常区域或非工作区域， 使得如果中性导纳在该区域以内，则保护不工作，而如果中性导纳在该区域以外，则保护工作。例如，如所示的，可通过设定导纳I的绝对值Ysrt来定义过导纳工作特性，其中，导纳1 的绝对值Ysrt在导纳平面上定义了圆。如所示的，可通过下(-Gsrt)电导设置和上(+GsJ电导设置来定义过电导工作特性，并且还可以利用角度设置α来设定倾斜。以类似的方式， 可通过下(-BsJ电纳设置和上(+Bsrt)电纳设置来定义过电纳工作特性，并且还可以利用角度设置α来设定倾斜。应当指出的是，在图1示出的过电导特性和过电纳特性中，为了清楚起见，仅部分地示出了阴影非工作区域及限定阴影非工作区域的线。另外，可以通过对设置进行组合形成工作特性的不同组合，使得例如同时应用过电导设置和过电纳设置。在现有解决方案中，要使用的工作特性取决于网络中性点处理。例如，在隔离网络中，应当应用过电纳标准。在补偿网络中，建议替代地使用基于过电导的标准。这意味着具有导纳保护功能性的继电器终端要求需根据网络属性设定的许多设置。关于这样的现有解决方案，许多设置和可能困难的设置计算过程是问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和用于实现该方法的设备以便克服以上问题或至少缓解该问题。通过由独立权利要求中所阐述的那些内容表征的方法、计算机程序产品和设备来实现本发明的目的。从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
本发明基于这样的构思采用接地故障之前和接地故障期间的零序电流和电压以确定中性导纳，以及将所确定的中性导纳或表示该中性导纳的量与预定的工作特性进行比较，以检测三相电线上的相对地故障，其中，当在导纳平面上呈现该预定工作特性时，该预定工作特性限定了封闭区域，使得该封闭区域的中心从导纳平面的原点向负电纳方向和/ 或相负电导方向偏移。本发明的优点在于其提供了简化的工作功能和特性，该简化的工作功能和特性能够同时对非接地网络、高阻接地网络和/或补偿网络有效。所以，如果通过例如补偿线圈的断开改变例如接地方法，则不需要改变设置值。另外，本发明通过在中性导纳计算中使用差量(delta-quantity)，提供了对故障电阻和系统失衡的免疫性。所以，能够获得以可检测到多高的故障电阻表示的高灵敏度。
下面将参考附图借助优选实施例来更详细地描述本发明，在附图中图1示出导纳保护功能的工作特性的示例；图2是三相电网的简化等效电路；图3是三相电网的简化等效电路；图4是根据实施例的工作特性的示例；图5是根据实施例的工作特性的示例；以及图6是示出实现若干保护级的实施例的图。
具体实施例方式本发明的应用不限于任何特定的系统，而是能够与各种三相电力系统结合使用本发明的应用，以检测电网的三相电线上的相对地故障。例如，电线可以是馈电线(feeder)， 而且电线可以为架空线或电缆、或两者的组合。例如，实现本发明的电力系统可以是电力传输网络或配电网、或其组件，而且该电力系统可包括若干馈电线或分段。此外，本发明的使用不限于采用50Hz或60Hz基频的系统、或不限于任何特定的电压电平。图2和图3为可以使用本发明的三相电网的简化等效电路。图2示出了在后台网络(background network)中存在故障的情形，而图3示出了在要被监控的电线中存在故障的情形。这些图仅示出了理解本发明所需的组件。例示性网络可以是通过变电站馈电的中压(例如20kV)配电网，该变电站包括变压器10和母线(busbar)20。所示网络还包括电线引出线(outlet)，即馈电线，其中单独示出一条馈电线30。除了线30，其它可能的馈电线以及其它的网络部件称为“后台网络”，而且已经用单线引出线(single line outlet) 40 表示了其它可能的馈电线以及其它的网络部件，但是应当指出的是，在后台网络中可存在任何数量的馈电线或其它的网络元件。还可存在若干馈电变电站。另外，例如，可以用没有变压器10的交换站来使用本发明。网络为三相网络，并且三相电力系统的三相被称为Li、 L2和L3。在例示性系统中，本发明的功能性可以被设置在位于线30开始处的可能的继电器单元(未示出)中，例如在线30与母线20之间的连接点中。还可能的是，在这样的单元位置中仅执行一些测量，然后将结果发送到在另一位置处的另一单元或多个单元作进一步处理。因此，本发明的功能性可以被分布在两个或更多个物理单元中，而不是仅一个单元中，而且实现本发明的一个或多个单元可与要保护的电线30相关地设置，或可能被设置在远程位置处。但是，这与本发明的基本构思不相关。图2和图3中使用的符号如下^=网络的零序电压Eu=相Ll源电压El2=相L2源电压El3=相L3源电压Icc =通过接地装置的电流(补偿线圈加并联电阻器)Ycc =接地装置的导纳(补偿线圈加并联电阻器)Ili =在馈入(infeed)处测量的相Ll的相电流Il2 =在馈入处测量的相L2的相电流Il3 =在馈入处测量的相L3的相电流IL1Fd =电线的相Ll的相电流IL2Fd =电线的相L2的相电流
IL3Fd =电线的相L3的相电流IL1Bg =后台网络的相Ll的相电流IL2Bg =后台网络的相L2的相电流IL3Bg =后台网络的相L3的相电流Uli =变电站处的相Ll的相电压Ul2 =变电站处的相L2的相电压Ul3 =变电站处的相L3的相电压Yf =故障导纳(假设为纯电导)YL1Fd =电线的相Ll的导纳YL2Fd =电线的相L2的导纳YL3Fd =电线的相L3的导纳YL1Bg =后台网络的相Ll的导纳YL2Bg =后台网络的相L2的导纳YL3Bg =后台网络的相L3的导纳ZLd =三角形连接的负载的相阻抗优选地通过合适的测量装置来获得所监控的电流和电压值，该测量装置包括例如连接到电力系统的相的电流和电压换能器(图中未示出)。在大多数的现有保护系统中，这些值可容易地获得，因此本发明的实现不一定需要任何单独的或特定的测量装置。如何获得这样的值与本发明的基本构思无关，而且如何获得这样的值取决于要被监控的特定电力系统。本发明采用计算中性导纳Itl，即，在电线30的开始处测量的剩余电流是零序电流=与剩余电压Ho(具有负号)的商。根据实施例，用“差”量来进行中性导纳的计算，其中，tl和t2指的是时间上的两个分开的实例，在(tl)之前和在 (t2)期间，故障为
权利要求
1.一种用于检测电网的三相电线上的相对地故障的方法，所述方法包括 监控所述三相电线上的零序电流和所述电网中的零序电压；以及基于所述零序电压值检测所述电网中的接地故障，其特征在于，所述方法包括 确定所述接地故障之前的零序电流与所述接地故障期间的零序电流之间的差； 确定所述接地故障之前的零序电压与所述接地故障期间的零序电压之间的差； 基于所述零序电流之间的所述差与所述零序电压之间的所述差的比率，来确定中性导纳或表示所述中性导纳的量；以及将所确定的中性导纳或表示所述中性导纳的量与预定工作特性相比较以检测所述三相电线上的相对地故障，其中，当在导纳平面上呈现所述预定工作特性时，所述预定工作特性限定了封闭区域，使得所述封闭区域的中心从所述导纳平面的原点向负电纳方向和/或向负电导方向偏移。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所确定的中性导纳或表示所述中性导纳的量与预定工作特性相比较以检测所述三相电线上的相对地故障包括确定所述中性导纳是在所述导纳平面上的所述预定工作特性限定的所述封闭区域的内部还是外部；以及当所确定的中性导纳被确定为在所述导纳平面上的所述预定工作特性限定的所述封闭区域的外部时，检测所述三相电线上的相对地故障。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过圆或椭圆来限定所述封闭区域， 所述圆或椭圆的中心点从所述导纳平面的原点向所述负电纳方向和/或向所述负电导方向偏移。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过圆来限定所述封闭区域，所述圆的中心点从所述导纳平面的原点向所述负电纳方向和/或向所述负电导方向偏移，使得从所述封闭区域中排除所述圆的、由预定电导值限定的线所限定的部分。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述封闭区域为具有分别由三条或更多条线限定的三条或更多条边的多边形。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括当所述三相电线的切换状态改变时或以预定的间隔，更新所述预定工作特性。
7.一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，其中，所述程序代码在计算机中的执行使所述计算机执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
8.一种用于检测电网的三相电线(30)上的相对地故障的设备，所述设备包括用于监控所述三相电线(30)上的零序电流和所述电网中的零序电压的装置；以及用于基于所述零序电压值检测所述电网中的接地故障的装置，其特征在于，所述设备包括用于确定所述接地故障之前的零序电流与所述接地故障期间的零序电流之间的差的装置；用于确定所述接地故障之前的零序电压与所述接地故障期间的零序电压之间的差的装置；用于基于所述零序电流之间的所述差与所述零序电压之间的所述差的比率，来确定中性导纳或表示所述中性导纳的量的装置；以及用于将所确定的中性导纳或表示所述中性导纳的量与预定工作特性相比较以检测所述三相电线上的相对地故障的装置，其中，当在导纳平面上呈现所述预定工作特性时，所述预定工作特性限定了封闭区域，使得所述封闭区域的中心从所述导纳平面的原点向负电纳方向和/或向负电导方向偏移。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述用于将所确定的中性导纳或表示所述中性导纳的量与预定工作特性相比较以检测所述三相电线上的相对地故障的装置包括用于确定所述中性导纳是在由所述导纳平面上的所述预定工作特性限定的所述封闭区域的内部还是外部的装置；以及用于当所确定的中性导纳被确定为在由所述导纳平面上的所述预定工作特性限定的所述封闭区域的外部时，检测所述三相电线上的相对地故障的装置。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，通过圆或椭圆来限定所述封闭区域， 所述圆或椭圆的中心点从所述导纳平面的原点向所述负电纳方向和/或向所述负电导方向偏移。
11.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，通过圆来限定所述封闭区域，所述圆的中心点从所述导纳平面的原点向所述负电纳方向和/或向所述负电导方向偏移，使得从所述封闭区域中排除所述圆的、由预定电导值限定的线所限定的部分。
12.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述封闭区域为具有分别由三条或更多条线限定的三条或更多条边的多边形。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于当所述三相电线的切换状态改变时或以预定的间隔，更新所述预定工作特性的装置。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括保护继电
全文摘要
一种用于检测电网的三相电线(30)上的相对地故障的方法和设备，该设备包括用于基于接地故障之前与接地故障期间三相电线上的零序电流之间的差与接地故障之前与接地故障期间电网中的零序电压之间的差的比率，来确定中性导纳或表示该中性导纳的量的装置；以及用于将所确定的中性导纳或表示该中性导纳的量与预定工作特性相比较以检测三相电线上的相对地故障的装置，其中，当在导纳平面上呈现预定工作特性时，预定工作特性限定了封闭区域，使得封闭区域的中心从导纳平面的原点向负电纳方向和/或向负电导方向偏移。
文档编号G01R31/08GK102224427SQ200980147036
公开日2011年10月19日 申请日期2009年11月20日 优先权日2008年11月26日
发明者扬内·阿尔托宁, 阿里·瓦尔罗斯 申请人:Abb技术有限公司