用于檢測故障的方法及其電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電流差動(dòng)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于檢測故障的方法及其電流差動(dòng) 保護(hù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電流差動(dòng)保護(hù)具有良好的性能，并被廣泛用于電力系統(tǒng)的主保護(hù)。下面示出了一 種經(jīng)典的電流差動(dòng)保護(hù)算法：
[0003]
[0004] 經(jīng)典的電流差動(dòng)保護(hù)基于全量電流。在本發(fā)明中，全量電流也稱為總電流。這里， 全量電流是原始電流測量值，它由負(fù)荷電流和故障分量電流組成。并且故障分量電流是僅 由故障引起的電流。負(fù)荷電流不包括在故障分量電流內(nèi)。
[0005] 上述經(jīng)典的電流差動(dòng)保護(hù)具有一些問題，例如：
[0006] 1.重負(fù)荷狀態(tài)或高電阻故障的情況下，靈敏度低且動(dòng)作速度慢；
[0007] 2.需要額外的功能來阻止由于伴有CT飽和的外部故障導(dǎo)致的可能的誤動(dòng)；
[0008] 3.在一定程度上要平衡靈敏度、速度和可靠性相對困難。如果使用低設(shè)定值/閾 值來獲得良好的靈敏度和速度，那么將導(dǎo)致相對差的可靠性。如果使用高設(shè)定值/閾值以 獲得良好的可靠性，那么將導(dǎo)致相對差的靈敏度和速度。
[0009] 為了解決這些問題，業(yè)界提出了僅基于故障分量電流的故障分量差動(dòng)保護(hù)。下面 示出了典型的故障分量差動(dòng)保護(hù)的算法。
[0010]
[0011]由于從計(jì)算中除去了負(fù)荷電流，該故障分量差動(dòng)保護(hù)在重負(fù)荷和高阻故障的條件 下，比經(jīng)典的全分量電流差動(dòng)保護(hù)具有更好的靈敏度和速度。
[0012] 但是現(xiàn)有的故障分量差動(dòng)保護(hù)只在一定程度上提高了靈敏度和速度。它并沒有解 決CT飽和導(dǎo)致的可靠性問題，并且它對于保護(hù)的靈敏度和可靠性之間的平衡問題，沒有提 供更好的解決方案。
[0013] 和經(jīng)典的基于全分量的差動(dòng)保護(hù)相似，如果沒有額外的CT飽和閉鎖功能協(xié)助，前 面方程（2)中所描述的故障分量差動(dòng)保護(hù)在CT飽和期間也可能會誤動(dòng)。
[0014] 并且除此之外，該故障分量差動(dòng)保護(hù)也難于實(shí)現(xiàn)靈敏度、速度和可靠性之間的良 好平衡。如果針對內(nèi)部故障提高靈敏度和速度，那么對外部故障的可靠性將降低。另一方 面，如果提高對外部故障的可靠性，那么對內(nèi)部故障的靈敏度和速度將降低。
[0015] 為了解決上述問題，在2012年6月提交的在先申請PCT/CN2012/076525 (A Method for Identifying the Fault by Current Differential Protection and a Device Thereof (電流差動(dòng)保護(hù)識別故障的方法及其設(shè)備）），申請公開了額外的相位角信息和故 障分量被用來同時(shí)提高差動(dòng)保護(hù)的靈敏度和可靠性。此外，在沒有任何額外的閉鎖功能的 情況下，新的差動(dòng)保護(hù)自身不受CT飽和的影響。
[0016] 下面示出了現(xiàn)有申請中的典型的保護(hù)判據(jù)。
[0017]
[0018] 由于基于相位角信息和故障分量的調(diào)節(jié)系數(shù)F(0D θκ)，判據(jù)（3)具有自適應(yīng)特 性并且具有非常好的靈敏度和可靠性。
[0019] 在一些特定的例子中，例如，重合閘或電力系統(tǒng)振蕩，故障分量電流的計(jì)算可能是 困難的或具有相對較大的計(jì)算誤差。因此，這個(gè)在先申請也覆蓋了基于全量電流的另一判 據(jù)，如下所示：
[0020]
[0021] 和經(jīng)典的電流差動(dòng)保護(hù)相似，方程（4)中的判據(jù)基于全分量。方程（4)中的判據(jù) 將滿足更喜歡經(jīng)典的基于全分量保護(hù)的一些用戶。并且同時(shí)，歸因于調(diào)節(jié)系數(shù)F(0 D θκ)， 方程（4)中的判據(jù)還具有自適應(yīng)制動(dòng)特性。和方程（3)中的判據(jù)相似，方程（4)中的判據(jù) 也不受CT飽和的影響。
[0022] 但是方程（4)中的判據(jù)的靈敏度通常比方程（3)中的判據(jù)低；主要原因是全量電 流包括負(fù)荷電流，因此其靈敏度將受到負(fù)荷電流的顯著影響，尤其是在重負(fù)荷和高電阻故 障的情況下。
[0023] 另一方面，現(xiàn)有申請只涉及基于純故障分量電流或純?nèi)侩娏鞯淖赃m應(yīng)差動(dòng)保 護(hù)。然而通過將故障分量和全量電流的混合故障信息代替純故障分量或純?nèi)侩娏?，也?夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有申請中提到的自適應(yīng)特性。
[0024] 通過這種方式，基于混合故障信息的新的保護(hù)算法既具有全分量的優(yōu)點(diǎn)又具有故 障分量的優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性和靈敏度之間的良好的平衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025] 為了克服上述問題，本發(fā)明提出了一種用于檢測故障的方法及其被保護(hù)電路。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了用于檢測被保護(hù)電路的故障的方法。所述方法包 括步驟：計(jì)算所有終端的故障分量電流和全量電流；基于全量電流計(jì)算動(dòng)作電流和制動(dòng)電 流；并且根據(jù)故障分量電流通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)制動(dòng)特性來調(diào)節(jié)動(dòng)作水平。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，所述故障分量電流包括幅值和相位角。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，通過所述故障分量電流的相位角計(jì)算不同終端的 故障分量電流之間的相位角差值；并且根據(jù)所述相位角差值自適應(yīng)地調(diào)節(jié)制動(dòng)特性。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，調(diào)節(jié)步驟包括提高對內(nèi)部故障的靈敏度，以及提 高對外部故障的可靠性。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，調(diào)節(jié)制動(dòng)特性包括根據(jù)相位角差值確定內(nèi)部故障 或外部故障的步驟。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，內(nèi)部故障或外部故障由接近0度或180度的相位 角差值確定。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種用于檢測故障的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：計(jì)算模 塊，其被配置成計(jì)算所有終端的故障分量電流和全量電流；以及基于全量電流計(jì)算動(dòng)作電 流和制動(dòng)電流；和調(diào)節(jié)模塊，其被配置成根據(jù)故障分量電流通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)制動(dòng)特性來調(diào) 節(jié)動(dòng)作水平。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，故障分量電流包括幅值和相位角。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，所述計(jì)算模塊還被配置成通過所述故障分量電流 的相位角計(jì)算不同終端的故障分量電流之間的相位角差值；并且所述調(diào)節(jié)模塊還被配置成 根據(jù)所述相位角差值自適應(yīng)地調(diào)節(jié)制動(dòng)特性。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，調(diào)節(jié)模塊還被配置成提高對內(nèi)部故障的靈敏度并 且提尚對外部故障的可靠性。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，調(diào)節(jié)模塊還配置成根據(jù)相位角差值確定內(nèi)部故障 或外部故障。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，調(diào)節(jié)模塊還被配置成通由接近0度或180度的相 位角差值確定內(nèi)部故障或外部故障。
[0038] 提出的新方法提供了一種新的差動(dòng)保護(hù)原理，其使用全量電流和故障分量電流的 混合信息。通過使用故障分量來進(jìn)行相位角比較，并據(jù)此調(diào)節(jié)制動(dòng)特性，避免了負(fù)荷電流對 靈敏度的不良影響。并且判據(jù)的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流的計(jì)算使用全量電流。
【附圖說明】
[0039] 參照圖中示出的優(yōu)選的示例性實(shí)施方案，在下面的描述中將更詳細(xì)地講解本發(fā)明 的主題，圖中：
[0040] 圖1示出具有內(nèi)部故障的典型的雙端系統(tǒng)（圖la)以及相應(yīng)的故障分量網(wǎng)絡(luò)（圖 Ib)；
[0041] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于檢測故障的方法的流程圖；
[0042] 圖3a和3b分別示出針對外部故障和內(nèi)部故障的差動(dòng)繼電器的制動(dòng)特性；
[0043] 圖4a和4b分別不出外部故障和內(nèi)部故障情況下的故障分量電流的矢量圖；
[0044] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的用于將多終端系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成虛擬的雙端系統(tǒng)的矢量圖；以及
[0045] 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的用于檢測故障的系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下文中，結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。為了清楚簡潔起見，本說明書 中并沒有描述實(shí)際實(shí)施方案中的全部特征。
[0047] 提出的發(fā)明用于電流差動(dòng)保護(hù)，電流差動(dòng)保護(hù)基于以下事實(shí)：來自本地和遠(yuǎn)端的 故障分量電流的相位角差值，在內(nèi)部故障和外部故障時(shí)具有明顯的不同。如果兩個(gè)終端的 電流參考方向都為從母線到線路，則內(nèi)部故障情況下的相位差幾乎為〇度，外部故障情況 下的相位差幾乎為180度。否則，如果一個(gè)終端的電流參考方向?yàn)閺哪妇€到線路，另一終端 的電流參考方向?yàn)閺木€路到母線，則外部故障情況下的相位差幾乎為〇度，內(nèi)部故障情況 下的相位差幾乎為180度。在本發(fā)明中，本說明基于兩個(gè)終端的電流參考方向都是從母線 到線路。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解一個(gè)終端的電流參考方向?yàn)閺哪妇€到線路，另一終端的 電流參考方向?yàn)閺木€路到母線的情況。
[0048] 可以利用這種明顯的差別來加權(quán)差動(dòng)保護(hù)判據(jù)中的制動(dòng)電流（也稱作偏置電流） 或動(dòng)作電流（也稱作差動(dòng)電流）以使動(dòng)作-制動(dòng)特性自適應(yīng)。順便一提，制動(dòng)特性中的動(dòng) 作范圍將根據(jù)故障狀態(tài)而變化。外部故障情況下的動(dòng)作范圍非常小，內(nèi)部故障情況下的動(dòng) 作范圍非常大。由此，可以同時(shí)獲得對內(nèi)部故障的較好的靈敏度和對外部故障的較好的可 靠性。
[0049] 圖Ia不出具有內(nèi)部故障的典型的雙端系統(tǒng)，圖Ib不出圖Ia的故障分量網(wǎng)絡(luò)。
[0050] 如圖Ia所示，序·和存是由差動(dòng)保護(hù)在兩個(gè)終端（在本發(fā)明中，所有的終端都是指 被保護(hù)的電路的端部）L和R處測量的電流的矢量。Δ冬和是兩個(gè)終端的相應(yīng)的故障 分量電流。
[0051 ] 下面示出了所提出算法的一般方程。
[0052]
[0053] 此處，Isetl和I set2是用于控制動(dòng)作特性中的斜率起點(diǎn)的電流設(shè)定值。在本發(fā)明的 實(shí)施方案中，兩個(gè)設(shè)定值可以設(shè)定如下：IS^> 〇, I 〇。應(yīng)當(dāng)注意到本領(lǐng)域技術(shù)人員可 以根據(jù)實(shí)際實(shí)施將IMtl和I Mt2預(yù)先設(shè)定成任意值。
[0054] Iset3主要用于充電電流。IllJg來確保電流相位角的計(jì)算精確度。I _是制動(dòng)電 流，它能通過任何合理的方法計(jì)算，例如，，|存-序|，丨存| + |序|，或其它方 法。此處，F(xiàn)(0d θκ)是故障分量電流相位