專利名稱：用于識別故障相的方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在有故障的情形下，用于識別三相電系統(tǒng)故障相的方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
所有保護(hù)系統(tǒng)的主要任務(wù)之一是快速隔離故障部分與電力系統(tǒng)的其余部分，以維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。例如傳輸線或分支傳輸線的總斷路總是危及一個或多個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。這是因?yàn)閭鬏斁€在電力系統(tǒng)的生產(chǎn)與消費(fèi)部分之間傳輸電能，并因?yàn)樗鼈兊臄嚅_在斷開部分總是引起生產(chǎn)的能量與消費(fèi)的能量上的不平衡。
例如，架空線的大多數(shù)線路故障是單相對地瞬時故障，電力供應(yīng)的短暫中斷之后上述故障就消失了。因?yàn)檫@個原因，將單刀自動重合閘引入電力系統(tǒng)，且如果故障相只斷開很短的時間，可將電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定性的風(fēng)險減小到最低可能的水平。與例如距離保護(hù)功能相聯(lián)系的、提供故障相識別的可靠的相選擇功能因?yàn)檫@個原因起著十分重要的作用，并且對保護(hù)繼電器組的故障位置確定器功能和距離保護(hù)功能的恰當(dāng)運(yùn)行是不可少的。在故障相識別上的失敗很可能導(dǎo)致在兩個功能上的錯誤。
最簡單的相選擇器功能是僅僅基于相電流。它們的靈敏性代表性地受負(fù)荷和故障電阻的限制。如果使用對稱分量電流或與阻抗準(zhǔn)則結(jié)合運(yùn)行，可獲得改進(jìn)的靈敏性。在遠(yuǎn)距繼電器中代表性地使用這種相選擇器。
基于電流和基于阻抗的相選擇器的缺點(diǎn)之一是它們常常需要幾次調(diào)節(jié)。因此，供用戶調(diào)節(jié)它們會是困難的。恰當(dāng)調(diào)節(jié)的計算會需要很多對具體系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和知識。這適用于特別是如果相選擇器既使用電流準(zhǔn)則也使用阻抗準(zhǔn)則供運(yùn)行用時。
在US5783946中公開了用于識別故障相的方法的一個例子。所公開的方案涉及的缺點(diǎn)是它需要故障前的數(shù)據(jù)供運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因而是提供一種方法和用于實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，以便克服上面的問題或者至少減輕它們。由其特征在獨(dú)立權(quán)利要求1和8中陳述的方法和裝置實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。在從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式。
本發(fā)明基于使用電流和阻抗準(zhǔn)則的思想，采用電流和阻抗值的比用于識別故障相。
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是它們需要僅僅最少的調(diào)節(jié)次數(shù)，即使為改進(jìn)靈敏性使用電流和阻抗運(yùn)行準(zhǔn)則。例如，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)還很大程度上不受負(fù)荷和系統(tǒng)接地變化以及衰減直流分量的影響，要不然導(dǎo)致功能的誤操作或很大地延遲操作。


在下面，使用關(guān)于附圖的優(yōu)選的實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1是說明依照本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)的框圖；以及圖2是說明依照本發(fā)明實(shí)施例的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的用途不限于任何具體的系統(tǒng)，但是它們可關(guān)于各種三相電系統(tǒng)來使用，在有故障的情形下識別故障相。例如，這些系統(tǒng)包括輸電和配電網(wǎng)絡(luò)或它的部件以及電力系統(tǒng)與設(shè)備。而且，本發(fā)明的用途不限于采用50Hz和60Hz基本頻率的系統(tǒng)。
本發(fā)明使得在有故障的情形下識別三相電系統(tǒng)的故障相成為可能。在下面，要監(jiān)控的三相電系統(tǒng)的三相稱為L1、L2和L3。本發(fā)明分別利用在有故障的情形期間出現(xiàn)的相L1、L2和L3的相電流IL1、IL2和IL3的值及相電壓UL1、UL2和UL3的值。最好用適當(dāng)?shù)臏y量裝置(包括例如與要檢查的電系統(tǒng)的相連接的電流和電壓傳感器)得到這些值。在大多數(shù)現(xiàn)存的保護(hù)系統(tǒng)中，容易獲得這些值，因而本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)不需要單獨(dú)的測量裝置。如何得到這些值與本發(fā)明的基本思想沒有關(guān)系，且依賴于要監(jiān)控的具體的電系統(tǒng)。通過例如與電系統(tǒng)相聯(lián)系的保護(hù)繼電器，可以檢測要監(jiān)控的電系統(tǒng)的故障情形。
圖1示出說明依照本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)的簡化框圖。應(yīng)當(dāng)注意本發(fā)明絕不限于圖1所示的示例性的系統(tǒng)。依靠數(shù)字信號處理設(shè)備，例如其中帶有適當(dāng)?shù)能浖耐ㄓ脭?shù)字信號處理器(DSP)，能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的功能性。使用專用集成電路或相應(yīng)的裝置也是可能的。用現(xiàn)有的系統(tǒng)元件，例如各種保護(hù)繼電器，或者通過使用分開的元件或裝置能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。系統(tǒng)10接收要監(jiān)控的電系統(tǒng)(沒有示出)的相L1、L2和L3的電流值IL1、IL2和IL3及電壓值UL1、UL2和UL3。另外，系統(tǒng)10優(yōu)選地接收故障指示信號F，其指示電系統(tǒng)的故障情形并激活故障相指示?；蛘?，系統(tǒng)10獨(dú)立地檢測故障情形。這可以實(shí)現(xiàn)，以便如果隨后要更詳細(xì)描述的任何第二指示器值A(chǔ)L1、AL2和AL3低于某個閾值，優(yōu)選的是0.6，則注意到故障情形并且激活故障相指示。識別故障相之后，如下面更詳細(xì)描述的，通過輸出OUT，相應(yīng)的數(shù)據(jù)可輸送給其他系統(tǒng)或設(shè)備，例如保護(hù)繼電器。
以下參照圖2的流程圖來描述依照本發(fā)明的在故障情形下故障相的識別?；谝韵卤葋泶_定(201)三相中每一個的第一指示器的值懷疑的相的相電流與負(fù)序電流分量的比、以及所有相的相對地回路阻抗的最大值與懷疑的相的相對地回路阻抗的比。在那之后，基于以下比來確定(202)三相中每一個的第二指示器的值所有相的相電流的最大值與懷疑的相的相電流的比、以及所有相的第一指示器值的最大值與懷疑的相的第一指示器的比。最后，如果懷疑的相的第二指示器值低于預(yù)先確定的閾值T，將相識別(203)為有故障。
依照下面的公式優(yōu)選地確定相Ln(n＝1，2，3)的相對地回路阻抗相量ZLnZLn＝ULn/ILn，其中ULN＝相Ln的相電壓相量，n＝1，2，3；以及ILn＝相Ln的相電流相量，n＝1，2，3。
依照本發(fā)明的實(shí)施例，按照下面的公式分別確定三個相L1、L2和L3的第一指示器值WL1、WL2和WL3WL1=|I‾L1I‾2|·|Z‾maxPEZ‾L1|,]]>WL2=|I‾L2I‾2|·|Z‾maxPEZ‾L2|,]]>WL3=|I‾L3I‾2|·|Z‾maxPEZ‾L3|,]]>其中ZmaxPE＝max(ZL1，ZL2，ZL3)；(ZL1，ZL2和ZL3中的最大相量)，I2＝負(fù)序電流分量相量＝IL1+a2IL2+aIL3，其中算子a＝1∠120°和a2＝1∠240°依照本發(fā)明的實(shí)施例，按照下面的公式分別確定三個相L1、L2和L3的第二指示器值A(chǔ)L1、AL2和AL3AL1=|I‾LmaxI‾L1|·WLminWL1,]]>AL2=|I‾LmaxI‾L2|·WLminWL2,]]>AL3=|I‾LmaxI‾L3|·WLminWL3,]]>其中ILmax＝max(IL1，IL2，IL3)；(IL1，IL2和IL3中的最大相量)，以及WLmin＝min(WL1，WL2，WL3)依照本發(fā)明的實(shí)施例，預(yù)先確定的閾值T有低于1的值。預(yù)先確定的閾值T的值優(yōu)選地約為0.6。優(yōu)選的值0.6是基于由申請人完成的電路分析和許多次的計算機(jī)模擬。閾值T的值決定檢測的靈敏性。如果選擇閾值T的值更接近于1，它增加了將健康相錯誤地確定為故障的可能性。因而，應(yīng)當(dāng)按照由使用本發(fā)明的具體的電系統(tǒng)設(shè)置的靈敏性和其他必要條件來選擇閾值T的值。依照本發(fā)明的實(shí)施例，如果AL1、AL2和/或AL3的下面的比較是真實(shí)的，相應(yīng)的相L1、L2和/或L3是故障的AL1＜T，AL2＜T，AL3＜T。
依照本發(fā)明的實(shí)施例，在以下情況下識別三相故障|(ZmaxPE·ZmaxPE)·(ZmaxPE/ZminPE)|＜Kmaxload，其中Kmaxload是預(yù)先確定的參數(shù)，ZmaxPE＝max(ZL1，ZL2，ZL3)；(ZL1，ZL2和ZL3中的最大相量)，以及ZminPE＝min(ZL1，ZL2，ZL3)；(ZL1，ZL2和ZL3中的最小相量)。
三相故障的以上條件優(yōu)選地超越了接地故障和短路指示。參數(shù)Kmaxload是設(shè)置，它基于最大負(fù)荷來優(yōu)選地選擇。依照下面的公式優(yōu)選地確定KmaxloadKmaxload＝(q·Zmaxload)2，其中q＜1且優(yōu)選的是0.8，以及Zmaxload＝Uline2/Smax，其中Uline＝相間電壓[kv]，Smax＝監(jiān)控的電系統(tǒng)的最大負(fù)荷[MVA]參數(shù)q的值確定準(zhǔn)則的靈敏性。如果選擇參數(shù)q的值接近于1，它增加了將正常負(fù)荷情形被錯誤地確定為故障情形的可能性。因而，應(yīng)當(dāng)按照由使用本發(fā)明的具體的電系統(tǒng)設(shè)置的靈敏性和其他需要來選擇參數(shù)q的值。選擇的操作變量提供十分靈敏、穩(wěn)定和安全的操作。依照由申請人完成的許多計算機(jī)模擬，該算法十分穩(wěn)定且安全。它能代表性地檢測恰當(dāng)?shù)墓收舷啵诮拥毓收系那闆r下至少一直到100歐姆(在20kv系統(tǒng)中)故障電阻，以及在短路故障的情況下10歐姆(在20kv系統(tǒng)中)故障電阻。另外，它只基于相量大小，并且不需要相角信息。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，可以用各種方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)思，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是明顯的。本發(fā)明及其實(shí)施例不限于上面描述的例子，而是可在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一種用于在故障情形下識別三相電系統(tǒng)的故障相的方法，其特征在于所述方法包括a)基于以下比來為所述三相中的每一個確定(201)第一指示器值所懷疑的相的相電流與負(fù)序電流分量的比，以及所有相的相對地回路阻抗的最大值與所懷疑的相的相對地回路阻抗的比；b)基于以下比來為所述三相中的每一個確定(202)第二指示器值所有相的相電流的最大值與所懷疑的相的相電流的比，以及所有相的第一指示器值的最大值與所懷疑的相的第一指示器的比；c)如果所懷疑的相的第二指示器值低于預(yù)先確定的閾值，識別相為(203)有故障。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于按照下面的公式分別確定(201)所述三相L1、L2和L3的第一指示器值WL1、WL2和WL3WL1=|I‾L1I‾2|·|Z‾maxPEZ‾L1|,]]>WL2=|I‾L2I‾2|·|Z‾maxPEZ‾L2|,]]>WL3=|I‾L3I‾2|·|Z‾maxPEZ‾L3|,]]>其中ILn＝相Ln的相電流，n＝1，2，3，ZLn＝相Ln的相對地回路阻抗，n＝1，2，3，I2＝負(fù)序電流分量，以及ZmaxPE＝max(ZL1，ZL2，ZL3)。
3.依據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于按照下面的公式分別確定(202)所述三相L1、L2和L3的第二指示器值A(chǔ)L1、AL2和AL3AL1=|I‾LmaxI‾L1|·WLminWL1,]]>AL2=|I‾LmaxI‾L2|·WLminWL2,]]>AL3=|I‾LmaxI‾L3|·WLminWL3,]]>其中ILmax＝max(IL1，IL2，IL3)，以及WLmin＝min(WL1，WL2，WL3)。
4.依據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括d)在以下情況下識別(203)三相故障|(ZmaxPE·ZmaxPE)·(ZmaxPE/ZminPE)|＜Kmaxload，其中Kmaxload是預(yù)先確定的參數(shù)，ZmaxPE＝max(ZL1，ZL2，ZL3)，以及ZminPE＝min(ZL1，ZL2，ZL3)，其中ZLn＝相Ln的相對地回路阻抗，n＝1，2，3。
5.依據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于按照下面的公式確定KmaxloadKmaxload＝(q·Zmaxload)2，其中q大約是0.8，以及Zmaxload＝Uline2/Smax，其中Uline＝所述電系統(tǒng)的相間電壓，Smax＝所述電系統(tǒng)的最大負(fù)荷。
6.依據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于按照下面的公式確定當(dāng)n＝1、2、3時相Ln的相對地回路的阻抗ZLnZLn＝ULn/ILn，其中ULn＝相Ln的相電壓，n＝1，2，3，以及ILn＝相Ln的相電流，n＝1，2，3。
7.依據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述預(yù)先確定的閾值有大約0.6的值。
8.一種用于在故障的情形下識別三相電系統(tǒng)的故障相的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括第一確定單元(10)，被配置成基于以下比來為所述三相中的每一個確定第一指示器值所懷疑的相的相電流與負(fù)序電流分量的比，以及所有相的相對地回路阻抗的最大值與所懷疑的相的相對地回路阻抗的比；第二確定單元(10)，被配置成基于以下比來為所述三相中的每一個確定第二指示器值所有相的相電流的最大值與所懷疑的相的相電流的比，以及所有相的第一指示器值的最大值與所懷疑的相的第一指示器的比；以及識別單元(10)，被配置成在所懷疑的相的第二指示器值低于預(yù)先確定的閾值將相識別為故障。
9.依據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于將第一確定單元配置成按照下面的公式分別為所述三個相L1、L2和L3確定第一指示器值WL1、WL2和WL3WL1=|I‾L1I‾2|·|Z‾maxPEZ‾L1|,]]>WL2=|I‾L2I‾2|·|Z‾maxPEZ‾L2|,]]>WL3=|I‾L3I‾2|·|Z‾maxPEZ‾L3|,]]>其中ILn＝相Ln的相電流，n＝1，2，3，ZLn＝相Ln的相對地回路阻抗，n＝1，2，3，I2＝負(fù)序電流分量，以及ZmaxPE＝max(ZL1，ZL2，ZL3)。
10.依據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于將第二確定單元(10)配置成按照下面的公式分別為所述三個相L1、L2和L3確定第二指示器值A(chǔ)L1、AL2和AL3AL1=|I‾LmaxI‾L1|·WLminWL1,]]>AL2=|I‾LmaxI‾L2|·WLminWL2,]]>AL3=|I‾LmaxI‾L3|·WLminWL3,]]>其中ILmax＝max(IL1，IL2，IL3)，以及WLmin＝min(WL1，WL2，WL3)。
11.依據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的系統(tǒng)，其特征在于所述識別單元(10)被配置成在以下情況下識別三相為故障|(ZmaxPE·ZmaxPE)·(ZmaxPE/ZminPE)|＜Kmaxload，其中Kmaxload是預(yù)先確定的參數(shù)，ZmaxPE＝max(ZL1，ZL2，ZL3)，以及ZminPE＝min(ZL1，ZL2，ZL3)，其中ZLn＝相Ln的相對地回路阻抗，n＝1，2，3。
12依據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于Kmaxload＝(q·Zmaxload)2，其中q大約是0.8，以及Zmaxload＝Uline2/Smax，其中Uline＝所述電系統(tǒng)的相間電壓，Smax＝所述電系統(tǒng)的最大負(fù)荷。
13.依據(jù)權(quán)利要求8至12中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于按照下面的公式確定當(dāng)n＝1、2、3時相Ln的相對地回路阻抗ZLnZLn＝ULn/ILn，其中ULn＝相Ln的相電壓，n＝1，2，3，以及ILn＝相Ln的相電流，n＝1，2，3。
14.依據(jù)權(quán)利要求8至13中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)先確定的閾值有大約0.6的值。
全文摘要
在有故障的情形下，用于識別三相電系統(tǒng)故障相的方法與系統(tǒng)，該方法包括基于以下比來為所述三相中的每一個確定(201)第一指示器值所懷疑的相的相電流與負(fù)序電流分量的比，以及所有相的相對地回路阻抗的最大值與所懷疑的相的相對地回路阻抗的比；基于以下比來為所述三相中的每一個確定(202)第二指示器值所有相的相電流的最大值與所懷疑的相的相電流的比，以及所有相的第一指示器值的最大值與所懷疑的相的第一指示器的比；如果所懷疑的相的第二指示器值低于預(yù)先確定的閾值，識別相為(203)有故障。
文檔編號H02H3/40GK1715938SQ20051008119
公開日2006年1月4日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月23日
發(fā)明者J·阿爾托寧, A·瓦爾羅斯 申請人:Abb有限公司