用于检测故障的方法及其电流差动保护系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电流差动保护技术领域，尤其涉及用于检测故障的方法及其电流差动 保护系统。
【背景技术】
[0002] 电流差动保护具有良好的性能，并被广泛用于电力系统的主保护。下面示出了一 种经典的电流差动保护算法：
[0003]
[0004] 经典的电流差动保护基于全量电流。在本发明中，全量电流也称为总电流。这里， 全量电流是原始电流测量值，它由负荷电流和故障分量电流组成。并且故障分量电流是仅 由故障引起的电流。负荷电流不包括在故障分量电流内。
[0005] 上述经典的电流差动保护具有一些问题，例如：
[0006] 1.重负荷状态或高电阻故障的情况下，灵敏度低且动作速度慢；
[0007] 2.需要额外的功能来阻止由于伴有CT饱和的外部故障导致的可能的误动；
[0008] 3.在一定程度上要平衡灵敏度、速度和可靠性相对困难。如果使用低设定值/阈 值来获得良好的灵敏度和速度，那么将导致相对差的可靠性。如果使用高设定值/阈值以 获得良好的可靠性，那么将导致相对差的灵敏度和速度。
[0009] 为了解决这些问题，业界提出了仅基于故障分量电流的故障分量差动保护。下面 示出了典型的故障分量差动保护的算法。
[0010]
[0011]由于从计算中除去了负荷电流，该故障分量差动保护在重负荷和高阻故障的条件 下，比经典的全分量电流差动保护具有更好的灵敏度和速度。
[0012] 但是现有的故障分量差动保护只在一定程度上提高了灵敏度和速度。它并没有解 决CT饱和导致的可靠性问题，并且它对于保护的灵敏度和可靠性之间的平衡问题，没有提 供更好的解决方案。
[0013] 和经典的基于全分量的差动保护相似，如果没有额外的CT饱和闭锁功能协助，前 面方程（2)中所描述的故障分量差动保护在CT饱和期间也可能会误动。
[0014] 并且除此之外，该故障分量差动保护也难于实现灵敏度、速度和可靠性之间的良 好平衡。如果针对内部故障提高灵敏度和速度，那么对外部故障的可靠性将降低。另一方 面，如果提高对外部故障的可靠性，那么对内部故障的灵敏度和速度将降低。
[0015] 为了解决上述问题，在2012年6月提交的在先申请PCT/CN2012/076525 (A Method for Identifying the Fault by Current Differential Protection and a Device Thereof (电流差动保护识别故障的方法及其设备）），申请公开了额外的相位角信息和故 障分量被用来同时提高差动保护的灵敏度和可靠性。此外，在没有任何额外的闭锁功能的 情况下，新的差动保护自身不受CT饱和的影响。
[0016] 下面示出了现有申请中的典型的保护判据。
[0017]
[0018] 由于基于相位角信息和故障分量的调节系数F(0D θκ)，判据（3)具有自适应特 性并且具有非常好的灵敏度和可靠性。
[0019] 在一些特定的例子中，例如，重合闸或电力系统振荡，故障分量电流的计算可能是 困难的或具有相对较大的计算误差。因此，这个在先申请也覆盖了基于全量电流的另一判 据，如下所示：
[0020]
[0021] 和经典的电流差动保护相似，方程（4)中的判据基于全分量。方程（4)中的判据 将满足更喜欢经典的基于全分量保护的一些用户。并且同时，归因于调节系数F(0 D θκ)， 方程（4)中的判据还具有自适应制动特性。和方程（3)中的判据相似，方程（4)中的判据 也不受CT饱和的影响。
[0022] 但是方程（4)中的判据的灵敏度通常比方程（3)中的判据低；主要原因是全量电 流包括负荷电流，因此其灵敏度将受到负荷电流的显著影响，尤其是在重负荷和高电阻故 障的情况下。
[0023] 另一方面，现有申请只涉及基于纯故障分量电流或纯全量电流的自适应差动保 护。然而通过将故障分量和全量电流的混合故障信息代替纯故障分量或纯全量电流，也能 够实现现有申请中提到的自适应特性。
[0024] 通过这种方式，基于混合故障信息的新的保护算法既具有全分量的优点又具有故 障分量的优点，并且能够实现可靠性和灵敏度之间的良好的平衡。
【发明内容】
[0025] 为了克服上述问题，本发明提出了一种用于检测故障的方法及其被保护电路。
[0026] 根据本发明的一方面，提出了用于检测被保护电路的故障的方法。所述方法包 括步骤：计算所有终端的故障分量电流和全量电流；基于全量电流计算动作电流和制动电 流；并且根据故障分量电流通过自适应调节制动特性来调节动作水平。
[0027] 根据本发明的优选的实施方案，所述故障分量电流包括幅值和相位角。
[0028] 根据本发明的优选的实施方案，通过所述故障分量电流的相位角计算不同终端的 故障分量电流之间的相位角差值；并且根据所述相位角差值自适应地调节制动特性。
[0029] 根据本发明的优选的实施方案，调节步骤包括提高对内部故障的灵敏度，以及提 高对外部故障的可靠性。
[0030] 根据本发明的优选的实施方案，调节制动特性包括根据相位角差值确定内部故障 或外部故障的步骤。
[0031] 根据本发明的优选的实施方案，内部故障或外部故障由接近0度或180度的相位 角差值确定。
[0032] 根据本发明的另一方面，提出了一种用于检测故障的系统。所述系统包括：计算模 块，其被配置成计算所有终端的故障分量电流和全量电流；以及基于全量电流计算动作电 流和制动电流；和调节模块，其被配置成根据故障分量电流通过自适应调节制动特性来调 节动作水平。
[0033] 根据本发明的优选的实施方案，故障分量电流包括幅值和相位角。
[0034] 根据本发明的优选的实施方案，所述计算模块还被配置成通过所述故障分量电流 的相位角计算不同终端的故障分量电流之间的相位角差值；并且所述调节模块还被配置成 根据所述相位角差值自适应地调节制动特性。
[0035] 根据本发明的优选的实施方案，调节模块还被配置成提高对内部故障的灵敏度并 且提尚对外部故障的可靠性。
[0036] 根据本发明的优选的实施方案，调节模块还配置成根据相位角差值确定内部故障 或外部故障。
[0037] 根据本发明的优选的实施方案，调节模块还被配置成通由接近0度或180度的相 位角差值确定内部故障或外部故障。
[0038] 提出的新方法提供了一种新的差动保护原理，其使用全量电流和故障分量电流的 混合信息。通过使用故障分量来进行相位角比较，并据此调节制动特性，避免了负荷电流对 灵敏度的不良影响。并且判据的差动电流和制动电流的计算使用全量电流。
【附图说明】
[0039] 参照图中示出的优选的示例性实施方案，在下面的描述中将更详细地讲解本发明 的主题，图中：
[0040] 图1示出具有内部故障的典型的双端系统（图la)以及相应的故障分量网络（图 Ib)；
[0041] 图2示出根据本发明的实施方案的用于检测故障的方法的流程图；
[0042] 图3a和3b分别示出针对外部故障和内部故障的差动继电器的制动特性；
[0043] 图4a和4b分别不出外部故障和内部故障情况下的故障分量电流的矢量图；
[0044] 图5示出根据本发明的用于将多终端系统转换成虚拟的双端系统的矢量图；以及
[0045] 图6示出根据本发明的实施方案的用于检测故障的系统的示意图。
【具体实施方式】
[0046] 下文中，结合附图描述了本发明的示例性实施方案。为了清楚简洁起见，本说明书 中并没有描述实际实施方案中的全部特征。
[0047] 提出的发明用于电流差动保护，电流差动保护基于以下事实：来自本地和远端的 故障分量电流的相位角差值，在内部故障和外部故障时具有明显的不同。如果两个终端的 电流参考方向都为从母线到线路，则内部故障情况下的相位差几乎为〇度，外部故障情况 下的相位差几乎为180度。否则，如果一个终端的电流参考方向为从母线到线路，另一终端 的电流参考方向为从线路到母线，则外部故障情况下的相位差几乎为〇度，内部故障情况 下的相位差几乎为180度。在本发明中，本说明基于两个终端的电流参考方向都是从母线 到线路。本领域技术人员容易理解一个终端的电流参考方向为从母线到线路，另一终端的 电流参考方向为从线路到母线的情况。
[0048] 可以利用这种明显的差别来加权差动保护判据中的制动电流（也称作偏置电流） 或动作电流（也称作差动电流）以使动作-制动特性自适应。顺便一提，制动特性中的动 作范围将根据故障状态而变化。外部故障情况下的动作范围非常小，内部故障情况下的动 作范围非常大。由此，可以同时获得对内部故障的较好的灵敏度和对外部故障的较好的可 靠性。
[0049] 图Ia不出具有内部故障的典型的双端系统，图Ib不出图Ia的故障分量网络。
[0050] 如图Ia所示，序·和存是由差动保护在两个终端（在本发明中，所有的终端都是指 被保护的电路的端部）L和R处测量的电流的矢量。Δ冬和是两个终端的相应的故障 分量电流。
[0051 ] 下面示出了所提出算法的一般方程。
[0052]
[0053] 此处，Isetl和I set2是用于控制动作特性中的斜率起点的电流设定值。在本发明的 实施方案中，两个设定值可以设定如下：IS^> 〇, I 〇。应当注意到本领域技术人员可 以根据实际实施将IMtl和I Mt2预先设定成任意值。
[0054] Iset3主要用于充电电流。IllJg来确保电流相位角的计算精确度。I _是制动电 流，它能通过任何合理的方法计算，例如，，|存-序|，丨存| + |序|，或其它方 法。此处，F(0d θκ)是故障分量电流相位