专利名称：差动保护方法和差动保护设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在多相供电网中采集保护对象(例如母线、输电线或功率变压器)的至少一相的短路的方法，在该方法中对于每一相在保护对象的至少两个测量位置上采集电流值，对于每一相从电流值中确定差电流值并且当一个特定的相的差电流值超过阈值时，对于该相产生触发信号。本发明还涉及一种相应的差动保护设备。
背景技术：
应用本文开头提到的方法的相应差动保护设备由申请人例如作为名称为 "SIPR0TEC 4 :7SD52”的功率差动保护设备或者名称为“SIPR0TEC 4 :7SS52”的母线保护设备来制造和销售。由于努力以越来越紧凑的构造方式实施供电网中的电气开关设备并且同时越来越提高待传输的功率，所以用于采集为计算差电流值所需的电流值的电流互感器通常被尽可能小地实施并且互相相邻地布置在狭小的空间中。该发展特别是在气体绝缘的高压开关设备中被注意到。由于各个相的电流互感器在空间上靠近，在各个相和地之间的短路(所谓的接地短路)或者在两个或多个相之间的短路的情况下，通过由此引起的高的短路电流导致也影响没有发生短路的相所对应的那些电流互感器。在此通过由短路引起的高的初级电流导致在无故障相的电流互感器中的局部的场强过高，由此在这些电流互感器中感应出一个电压，该电压在次级侧连接到电流互感器的负载中导致相应的电流。连接到次级侧的差动保护设备(该差动保护设备使用相应的电流值作为差动电流的计算基础)，在最不利的情况下会识别明显的差电流并且由此向一个或多个相应的断路器错误地输出一个触发信号，以将至少有关的相与其余的供电网分离。一方面，该问题存在于外部短路的情况下，即在位于差动保护设备的保护区域之外的短路的情况下，通过相邻的电流互感器的影响却导致实际上无故障的保护区域中明显的差电流并且由此错误地导致该保护区域断开。另一方面，在相选择地断开的可能性情况下，内部短路，即，位于考察的保护区域中的短路，影响无故障相的电流互感器并且导致这些无故障相断开。为了避免由于互感器影响导致错误触发，通常试图采用明显超规模的电流互感器，在这些电流互感器中出现降低的饱和效应。这可以通过在互感器铁芯中设置特别的气隙或通过所谓的均衡绕组来支持。然而这些措施与高的成本和相应的空间开销相关并且此外也不能完全阻碍部分饱和效应。此外可以相应不敏感地调整差动保护。然而由此存在不能识别特定的低电流下的故障的危险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种上述种类的差动保护方法以及一种相应的差动保护设备，所述差动保护设备尽管为采集电流值而使用的电流互感器在空间上靠近却仅对实际上发生短路的相进行可靠和选择性的断开。为了解决上述技术问题，按照本发明，提出一种本文开头提到的那种方法，在该方法中，对于每一相从电流值中确定稳定电流值，并且如果有关的稳定电流值低于预先给出的稳定阈值，则对于特定的相产生禁止信号，其中，所述禁止信号抑制对于有关的相输出触发信号。本发明基于如下认识，没有发生短路的相的稳定电流值尽管各个电流互感器互相影响却明显小于实际发生短路的相的稳定电流。也就是可以通过相对简单的标准借助对于各个相的稳定电流值判断，在保护对象的特定相中是否实际上存在短路还是对于该相仅由于通过发生短路的相对电流互感器的影响而出现差电流。本发明的特别的优点在于，仅通过改变由保护设备处理的软件就能够实现在外部故障情况下差动保护方法的稳定性和触发的选择性的改善；高成本地采用其他电流互感器是不必要的。该方法的有利扩展是，将稳定阈值动态地与各个出现的情况匹配。为此提出，确定最大的稳定电流值并且根据最大的稳定电流值确定稳定阈值。在此例如可以设置，通过最大稳定电流值乘以预先给出的横向稳定因数来确定稳定阈值，其中横向稳定因数在O和1之间，优选在0. 3和0. 5之间选择。作为对于调整横向稳定因数特别优选的值，得到值0.4，S卩，对于那些其稳定电流值不超过最大稳定电流值的 40%的相，输出一个禁止信号。作为本发明方法的另一种优选实施方式，确定在具有最大稳定电流的相的差电流值或稳定电流值和其余相的差电流值或稳定电流值之间的相位，并且仅当特定的相的相位，与具有最大稳定电流值的相的相位一致或者偏移180度时，才对于该相输出禁止信号。 该扩展还基于以下知识，即通过各个电流互感器的影响形成的差电流或稳定电流在所有相中取相同相位，而通过在一相中实际的短路引起的差电流或稳定电流具有与之不同的相位。也就是通过考虑各个差电流或稳定电流的相位可以以更高的可靠性来产生禁止信号。在形成禁止信号时进一步提高的可靠性可以通过如下来实现，即对于每一相考察多个在时间上直接相继的差电流值或稳定电流值的变化，并且仅当对于特定的相的变化的上升比具有最大稳定电流值的相的变化的上升延迟一个预先给出的时间偏移(例如2-3毫秒)发生时，才对该相产生禁止信号。也就是在没有发生短路的相的差电流变化或稳定电流变化中通过电流互感器的影响产生的上升，通常相对于实际上发生短路的相的差电流变化或稳定电流变化中的上升以一定的时间偏移发生。关于稳定电流值的形成，优选可以设置，通过对所有对于有关的相采集的电流值的绝对值求和来计算各个稳定电流值。上述技术问题还通过一种用于监视供电网中的保护对象的短路的电气差动保护设备来解决，该差动保护设备具有构造为用于执行上述方法的数据处理装置。
以下借助实施例详细解释本发明。其中，图1示出了借助差动保护系统监视的第一保护对象的示意图；图2示出了借助差动保护系统监视的第二保护对象的示意图3示出了用于解释对差动保护设备的触发信号的禁止的示意性框图；图4示出了差动保护设备的差动保护单元的实施例；图5示出了差动保护设备中的禁止装置的第一实施例；以及图6示出了差动保护设备的禁止装置的第二实施例。
具体实施例方式图1示出了没有进一步详细示出的供电网的片段10。在片段10中设置了保护对象11，该保护对象例如可以是供电网的三相架空电线。保护对象11在其第一末端Ila借助第一差动保护设备1 并在其第二末端lib借助第二差动保护设备12b来监视。为此对于保护对象11的每一相13a、13b、13c利用在保护对象11的第一末端Ila上的第一电流互感器1 和在保护对象11的第二末端lib上的第二电流互感器15a、Mb和15c采集电流值并且传输到各个差动保护设备1 或12b。差动保护设备1 或12b通过通信导线16互相连接并且可以通过该通信导线分别为另一个差动保护设备1 或12b以同步形式提供本身的电流值，即，可以在差动保护设备12a或12b中对于保护对象11的每一相13a、13b、13c分别形成同时在两个末端Ila和 lib记录的电流值的对。借助在两个差动保护设备12a和12b中可供使用的、保护对象11的两个末端Ila 和lib的电流值，可以在一个或两个差动保护设备1 或12b中借助数据处理装置对每一相形成电流值的绝对值的差(或符号正确的和)并且与阈值比较。在无故障的保护对象11中每一相流入保护对象11的电流等于从保护对象11流出的电流，从而电流值的绝对值的差必须取值零。由于互感器精度和测量误差的原因，在无故障情况下差值也不会精确地取值零，而是低于预先给出的阈值。该阈值可以静态地也可以动态地(例如与各自的相电流的高度匹配地)被确定。如果对于特定的相，差值超过预先给出的阈值，则这点提示在保护对象11的有关的相内部存在短路，例如是接地短路或两相或多相短路，即，在保护对象的两个或多个相之间的短路。对于识别了故障的相，差动保护设备1 或12b通过控制导线17a或17b向相可选择性关断的断路器18或19发送相应的触发信号，由此促使相应的与相相关的断路器 18a、18b、18c或19a、19b、19c断开其开关触点并且将发生故障的相13a、13b、13c与其余的供电网分离。例如，如果在相1 上存在接地短路，则差动保护设备1 或12b借助超过相应的阈值的差电流值识别这一点并且向与相相关的断路器18b或19b发送触发信号，以将保护对象11的相13b与供电网分离。然而由于电流互感器14a、14b、14c或15a、15b、15c在空间上靠近，通过在发生故障的相的电流互感器的初级侧流过的高的短路电流会影响对应于无故障的相的电流互感器，从而差动保护设备1 或12b也会识别无故障相的差电流并且同样断开这些相。因此必须通过后面详细描述的方法来防止这样错误断开无故障相。虽然按照图1示出仅具有两个末端Ila或lib的三相保护对象11，但是按照本发明的方法也可以应用于具有两个或多个末端的任意多相的保护对象，例如具有多个分支的电气母线。在图1以及以下图中描述的工作方式相应地可以扩展到这样的保护对象的多个末端。按照图1的本发明方法的实施例涉及内部短路的识别问题，即位于由差动保护设备1 或12b监视的区域内部的短路识别问题，和仅实际发生短路的相的断开，而根据按照图2的实施例描述外部故障的稳定识别。为此图2示出了具有以三相母线21形式的保护对象的供电网的片段20。为了更清楚起见在显示中舍去了母线的可能分支。母线21划分为两个保护区域21a和21b。每个片段在其末端分别由各一个测量位置22a、22b、22c和各一个断路器23a、23b、23c为界。在按照图2的实施例中断路器23a、 2!3b、23C是三极断路器，其中所有三相共同连接，S卩，在此不可能选择性地断开单个的相。断路器的该实施方式通常在高压或中压开关设备中可以找到。对于以下实施方式，要详细考察保护区域21a，即，所有在该保护区域21a内部发生的故障，例如接地短路或在两个或多个相导体之间的两极或多极短路，被视为内部故障，而在保护区域21a之外发生的故障(例如在保护区域21b中发生的故障)被视为外部故障。在测量位置22a、22b、22c处利用电流互感器采集次级侧电流并且传输到测量设备Ma、Mb、Mc。它们采集以电流值形式的次级侧电流并且将这些电流值通过通信连接 25 (例如是按照环形结构的通信总线)传输到中央的差动保护设备沈。中央的差动保护设备26关于每个保护区域21a、21b借助相应的电流值确定差电流。在使用属于各自的保护区域21a、21b的差电流的条件下中央的差动保护设备作出关于在有关的保护区域21a、21b 中是否出现故障的判断。如果中央的差动保护设备识别一个故障，则其通过通信连接25向相应的测量设备Ma、Mb、2k发送触发信号，所述测量设备Ma、Mb、2k在其一侧通过控制导线27a、27b、27c向相应的断路器23a、23b、23c发送触发信号，以将发生故障的保护区域21a、21b完整地、即关于所有三相，从其余的母线21分离。此时如果在保护区域21b中出现故障，则由于在测量位置2 处电流互感器在空间上的靠近，会出现由故障引起的高的短路电流影响在该测量位置2 处相邻的电流互感器并且使得对于保护区域21a的差电流的计算发生错误，从而中央的保护设备由于互感器影响，除了在实际发生故障的保护区域21b中的故障之外还错误地识别保护区域21a中的内部故障并且将其断开。然而因为从保护区域21a的角度实际上仅存在一个外部故障，即在保护区域21b中的故障，所以不期望这样的断开。因此，以下描述的方法使得也可以避免将外部故障作为内部故障来这样错误处理。图3至6以示意性框图示出了在差动保护设备12a或12b (参见图1)以及在中央的差动保护设备26 (参见图幻中设置的数据处理装置的部分。为此在图3至6中示出的功能块在差动保护设备1 或12b以及沈的数据处理装置中通常借助特殊的设备软件来实现。以下的实施方式分别关于保护对象和在该保护对象的末端处采集的电流值。该保护对象例如可以是按照图1的保护对象11。在这种情况下在第一末端Ila上的电流值Ial、 Ia2和Ia3和在第二末端lib上的电流值Ibl、Ib2和Ib3由差动保护设备12a或12b在使用电流互感器14a、14b、14c以及15a、15b、15c的条件下被记录。此外保护对象还可以是按照图 2的考察的保护区域21a。在这种情况下电流值Ial、Ia2和Ia3借助测量设备Ma在使用在测量位置2 处的电流互感器并且电流值Ibl、Ib2和Ib3借助测量设备24b在使用在测量位置22b处的电流互感器的条件下被记录并且被传输到中央的差动保护设备沈。图3示出差动保护设备1 或12b以及沈的数据处理装置的差动保护单元30，其在输入侧施加通过各自的电流互感器在保护对象处采集的电流值Ial、ia2* Ia3以及Ibl、ib2 和Ib3。差动保护单元30按照后面详细解释的方式计算差电流值并且根据差电流值判断， 对于各个相是否存在短路。如果要识别这样的短路，则差动保护单元30在输出侧输出触发信号A1、A2和A3。在按照图1的实施例中，为了相选择性地断开，触发信号~、4和~被传输到相应的断路器18或19的各自的开关极18a、18b、18c或19a、19b、19c，并且促使其断开其开关触点，以将各自发生故障的相从其余的供电网分离。相反，在按照图2的实施例中不是将单个的相选择性地断开。由此存在一个触发信号A1或A2或A3就足以断开有关的断路器23a、23b的所有极并且由此将保护区域21a完全断开。由于特别是在具有紧凑结构的开关设备中存在的、电流互感器的空间上狭窄的布置，例如在高压电网的气体绝缘的开关设备中，以及在中压开关设备中越来越常见的那样， 所以在一相或多相上的短路情况下通过由此引起的高的故障电流(该故障电流在输入侧被传输到发生故障的相的电流互感器)，会导致也影响对应于无故障相的其余的电流互感器。由于这样的影响，会通过电流互感器在次级侧将电流传输到相应的差动保护设备1 或12b以及沈，该电流促使差动保护设备1 或12b以及沈计算明显的差电流，据此差动保护设备1 或12b以及沈识别相应的短路。由此错误断开实际上无故障的相(图1)或者甚至所有三相(图2)。图3还示出禁止装置31，其同样在输入侧施加电流值Ial、Ia2和Ia3以及IblUl32和 Ib3。禁止装置以后面详细解释的方式根据电流值Ial、Ia2和Ia3以及Ibl> Ib2和Ib3确定，是否对于各个相实际上存在短路还是仅发生了通过流过的高的短路电流影响了这样的相的相应的电流互感器。如果禁止装置31对于有关的相确定对电流互感器的这样的影响，则其在输出侧输出相应的禁止信号B”化和 ，所述触发信号被用于抑制向各自的断路器输出相应的触发信号~為為。为此例如设置与门32a、32b、32c，该与门在输入侧一方面施加各自的触发信号Ap A2、A3并且另一方面通过反转的输入端施加各自的禁止信号Bp B2, 。例如，如果在关于相13b (图1)存在接地短路的情况下借助电流值Ial、Ia2、Ia3、Ibl、 Ib2、Ib3对于相13a和13c虽然识别了提高的差电流，但是同时在禁止装置21中识别电流互感器影响，因此通过禁止信号B1和 抑制触发信号A1和A3,从而通过未禁止的触发信号A2 断开仅对于相Hb存在的接地短路。在按照图2的实施例的情况下这意味着，在保护区域21b中的外部故障的情况下 (该外部故障由于高的短路电流会导致对在测量位置2 处无故障相的电流互感器的影响)，对于保护区域21a，虽然关于无故障相识别了明显的差电流，但是所属的禁止信号防止保护区域21a断开。相反关于发生外部故障的相，没有识别明显的差电流并且由此也没有产生触发信号，因为高的短路电流既流入保护区域21a又从其流出。图4示例性示出了差动保护单元30的实施例。如对于图3已经解释的，测量值 Ial、Ia2、Ia3以及Ibl、Ib2和Ib3被传输到差动保护单元30的输入侧。分别对应于保护对象的一相的电流值被传输到差值形成器40a、40b和40c，在那里按照以下等式(1)对于各个相形成电流值的符号正确的和
权利要求
1.一种用于在多相供电网中采集保护对象(11)的至少一相(13a，13b，13c)的短路的方法，在该方法中，-对于每一相(13a，13b，13c)在保护对象(11)的至少两个测量位置上采集电流值； -对于每一相(13a，13b，13c)从所述电流值中确定差电流值；并且 -如果一个特定的相(例如13b)的差电流值超过阈值，则对于该相(例如13b)产生触发信号；其特征在于，-对于每一相(13a，13b，13c)从所述电流值中确定稳定电流值，并且如果有关的稳定电流值低于预先给出的稳定阈值，则对于特定的相(例如13a，13c)产生禁止信号，其中，所述禁止信号抑制对于有关的相(例如13a，13c)输出触发信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，-确定所述最大的稳定电流值并且根据所述最大的稳定电流值确定所述稳定阈值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，-通过所述最大稳定电流值乘以预先给出的横向稳定因数来确定所述稳定阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，-所述横向稳定因数在0和1之间，优选在0. 3和0. 5之间选择。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于， -作为横向稳定因数选择值0. 4。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，-确定在具有最大稳定电流的相(例如13b)的差电流值或者稳定电流值和其余相(例如13a，13c)的差电流值或稳定电流值之间的相位；并且-仅当特定的相(例如13a，13c)的相位，与具有最大稳定电流值的相(例如13b)的相位一致或者偏移180度时，才对于该相(例如13a，13c)输出禁止信号。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其特征在于，-对于每一相(13a，13b，13c)考察多个在时间上直接相继的差电流值或稳定电流值的变化；并且-仅当对于特定的相(例如13a，13c)的变化的上升比具有最大稳定电流值的相(例如 13b)的变化的上升延迟一个预先给出的时间偏移才发生时，才对该相(例如13a，13c)产生禁止信号。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-通过对所有对于有关的相(13a，13b，13c)采集的电流值的绝对值求和来计算各个稳定电流值。
9.一种用于监视供电网中的保护对象(11)的短路的电气差动保护设备(1 ，12b)，具有-构造为用于执行按照权利要求1至8中任一项所述方法的数据处理装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于在多相供电网中采集保护对象(11)的至少一相(13a，13b，13c)的短路的方法，其中，对于每一相(13a，13b，13c)在保护对象(11)的至少两个测量位置上采集电流值，对于每一相从所述电流值中确定差电流值并且当一个特定的相(例如13b)的差电流值超过阈值时，对于该相(例如13b)产生触发信号。为了提供一种方法，该方法尽管为采集电流值而使用的电流互感器在空间上靠近却仅对实际上发生短路的相进行可靠和选择性的断开，提出，对于每一相从所述电流值中确定稳定电流值并且当有关的稳定电流值低于预先给出的稳定阈值时，对于特定的相(例如13a，13c)产生禁止信号，其中，所述禁止信号抑制对于有关的相输出触发信号。本发明还涉及一种相应的差动保护设备。
文档编号H02H3/28GK102204050SQ200880131714
公开日2011年9月28日 申请日期2008年10月28日 优先权日2008年10月28日
发明者伯恩德·谢弗, 塞巴斯蒂安·施耐德, 汉斯-沃纳·芬克, 马丁·舒马赫, 马塞厄斯·希克 申请人:西门子公司