的一般函数，它应该增加内部故障情况下的保护 灵敏度以加速动作；并且增加外部故障情况下的可靠性以阻止可能的误动。F(0 D θκ)的 设计基于以下事实：内部故障情况下的相位角差值（Θ R_ Θ J几乎为〇°，外部故障情况下 的相位角差值（θκ_θ J几乎为180°。下面示出了相应的矢量图。
[0055] 图2示出了根据本发明的用于由电流差动保护识别故障的方法的流程图：
[0056] 如图2所示，用于由电流差动保护识别故障的方法200包括：
[0057] 步骤202,计算故障分量电流。详细地，故障分量电流被用来计算幅值和相应的相 位角。故障分量电流的相位角用来计算不同终端的电流之间的角度差值。在优选的实施方 案中，故障分量电流的角度差值用来自适应地调节动作水平或动作-制动特性。
[0058] 步骤204,计算动作电流和制动电流。
[0059] 步骤206,根据故障分量电流自适应地调节动作水平或制动特性。此外，调节步骤 还使用动作电流和/或制动电流，这实现了对内部故障的灵敏度的提高，以及对外部故障 的可靠性的提尚。
[0060] 图3a和3b分别示出了对外部故障和内部故障的差动继电器的制动特性。
[0061] 如图3a和3b所示，F( Θ b Θ R)的一个简单实施可以是
[0062] K1-K2 · cos ( Θ R- Θ L) (6)
[0063] 这只是一个可能的示例；理论上可以使用任何满足F( θ υ Θ R)的上述要求的任何 实施方案。
[0064] 使用方程（6)替换一般函数F(0d θκ)，方程（5)可以按以下重写：
[0065]
[0066] 为了简化这个算法，Iset2的设定值可以为零。I I 可以具有相同的值。并 且此外，K1可以设定成和K2-样。由此，下面示出了方程（7)的简化的版本：
[0067]
[0068] 此处，K是一个正值（例如，K= 1.5)。下面示出了提出的差动保护的简化的、并 且典型的动作特性图。
[0069] 图4a和4b分别不出了外部故障和内部故障情况下的故障分量电流的矢量图。
[0070] 如上所述，制动（也称作动作-限制）特性中的斜率比由F(0 u θκ)(例如 (K1-K2 Θ「Θ R)))控制。内部故障情况下的动作特性中的斜率应当小，外部故障情况 下的动作特性中的斜率应当大；因此内部故障情况下的动作范围大，外部故障情况下的动 作范围小。甚至在由严重CT饱和导致的外部故障期间，如果K有一个恰当的设定，则斜率比 (K-K Θ ^ Θ R))是大的正值，这使得对CT饱和的算法足够可靠。通常，在图4b示出的 内部故障的情况下的（Θ ^ Θ R)几乎为〇°，在图4a示出的外部故障的情况下的（Θ ^ Θ R) 几乎为180°。
[0071] 图5示出了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。
[0072] 如图5所示，为了将多终端系统转换成虚拟的双端系统，首先，测量多终端线路系 统的全部终端的全量电流，并计算相应的故障分量电流矢量。从计算的故障分量电流中选 择最大的故障分量电流，计算除了最大故障分量电流之外的其余所有计算的故障分量电流 的总和；然后将最大电流和所述电流总和视为虚拟双端系统的电流。
[0073] 在多终端系统被转换成虚拟双端系统之后，可以应用图1中提到的方法以便通过 电流差动保护识别故障。
[0074] 根据一个优选的实施方案，如果至少一个电流幅值太小而不能测量相位角，例如，
;固定控制系数K可以用来替换自适应系数F( Θ u Θ R)。
[0075] 详细地，所述方法包括：测量双端线路系统的两个终端的全量电流，即，i|和f ; 通过计算全量电流矢量的总和的绝对值和第一预设值IMtl之间的第一差值获得动作值
;通过把第二差值乘以控制系数F(0d θκ)获得制动值（也称作限制 值），其中第二差值是通过全量电流的绝对值中的最大值和第二预设值IMt2之间的差值计 算得出；以及通过比较动作值和制动值识别故障是外部故障还是内部故障。也就是说，判据
[0076] 图6示出了根据本发明的实施方案的用于检测故障的系统。
[0077] 如图6所示，用于检测故障的系统600主要包括：计算模块602和调节模块604。
[0078] 计算模块602被配置成计算故障分量电流、动作电流和制动电流。故障分量电流 被用来计算幅值和相应的角度。故障分量电流的角度被用来计算不同终端的电流之间的角 度差。
[0079] 调节模块604被配置成根据故障分量电流自适应地调节动作水平或制动特性。在 一个优选的实施方案中，故障分量电流的角度差被用来自适应地调节动作水平或制动特 性，并且调节模块还使用动作电流和/或制动电流来提高对内部故障的灵敏度和对外部故 障的可靠性。
[0080] 本发明还提供了一种电流差动保护系统，其中包括：至少一个电流传感器，其被配 置成测量不同终端处的电流；至少一个故障检测单元，其被配置成计算故障分量电流，计算 动作电流和制动电流；并且根据故障分量电流自适应地调节动作水平或制动特性，检测内 部故障或外部故障，并且释放跳闸信号。此外，系统还包括至少一个通信单元，其被配置成 交换终端之间的测量值和信号。
[0081] 凭借本发明提出的方案的教导，本领域技术人员可以设计或制造出比现有产品具 有更好可靠性、灵敏度和更快速度的差动电流保护。
[0082] 应该注意的是，本发明提出的用于通过电流差动保护识别故障的方法及其设备可 以用在但不限于主要设备的线路差动保护或差动保护，例如，发电机保护、母线保护、电容 保护、变压器保护、电抗器保护、发动机保护或基于电流差动算法的其它保护等。
[0083] 基于本发明的教导，本领域技术人员应理解下面的技术优势和效果：
[0084] 1.根据本发明，用于检测故障的方法及其系统具有针对外部故障的非常小的动作 范围，这使得它甚至在伴有严重CT饱和的情况下也非常可靠。同时本方法和系统具有对内 部故障的非常大的动作范围，这使得它在内部故障甚至在重负荷和高电阻故障的情况下非 常灵敏。
[0085] 2.和现有差动保护比较，因其具有对内部故障更好的灵敏度，和对外部故障更好 的可靠性，用于检测故障的方法及其系统比以前更快。
[0086] 3.此外，差动电流和制动电流基于全分量而不是故障分量，这减小了计算误差对 保护的影响。
[0087] 虽然基于一些优选的实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解这些 实施方案绝不应限制本发明的范围。在不背离本发明的精神和范围的情况下，对实施方案 的任何变体和修改应该在具有本领域常识和技术的人员的理解范围内，并因此落入本发明 的由所附权利要求所限定的范围内。
【主权项】
1. 一种用于检测被保护电路的故障的方法，其中所述方法包括： 计算所有终端的故障分量电流和全量电流； 基于所述全量电流计算动作电流和制动电流； 通过根据所述故障分量电流自适应地调节制动特性以调节动作水平。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述故障分量电流包括幅值和相位角。3. 根据权利要求2所述的方法，其中，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所述制动特 性。4. 根据权利要求1所述的方法，其中，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。5. 根据权利要求3或4所述的方法，其中，调节所述制动特性包括根据所述相位角差值 确定内部故障或外部故障的步骤。6. 根据权利要求5所述的方法，其中，通过接近O度或180度的所述相位角差值来确定 内部故障或外部故障。7. 根据权利要求6所述的方法，其中，通过减小保护动作所需的阈值提高对内部故障 的灵敏度。8. 根据权利要求6所述的方法，其中，通过增加保护动作所需的阈值提高对外部故障 的可靠性，从而避免不希望的误动作。9. 一种用于检测被保护电路的故障的系统，其中，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；以及基于所述全量 电流计算动作电流和制动电流；以及 调节模块，其被配置成通过根据所述故障分量电流自适应地调节制动特性来调节动作 水平。10. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述故障分量电流包括幅值和相位角。11. 根据权利要求9所述的系统，其中，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。12. 根据权利要求9-11任一项所述的系统，其中，所述调节模块还被配置成提高对内 部故障的灵敏度，以及提高对外部故障的可靠性。13. 根据权利要求9-11任一项所述的系统，其中，所述调节模块还被配置成根据所述 相位角差值确定内部故障或外部故障。14. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述调节模块还被配置成通过接近0度或180 度的所述相位角差值来确定故障是内部故障或是外部故障。
【专利摘要】本发明公开了用于检测故障的方法及其电流差动保护系统。用于检测故障的方法包括：计算故障分量电流；计算所有终端的动作电流和制动电流；并且通过根据故障分量自适应地调节制动特性来调节动作水平。该方法具有对外部故障的非常小的动作区域，这使其甚至在伴有严重CT饱和的情况下也非常可靠。同时具有对内部故障的非常大的动作区域，这使其对内部故障甚至是重负荷且高电阻故障情况下都非常灵敏。
【IPC分类】H02H3/28
【公开号】CN105103395
【申请号】CN201380074127
【发明人】李幼仪, 刘凯, 伊沃·布尔恩契奇, 施展鹏
【申请人】Abb技术有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2013年4月7日
【公告号】WO2014166027A1