專利名稱：差動保護方法、系統(tǒng)和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及配電系統(tǒng)和輸電系統(tǒng)領(lǐng)域，并且具體地涉及此類系統(tǒng)中的保 護方法和保護設(shè)備。
背景技術(shù)：
配電系統(tǒng)或者輸電系統(tǒng)包括布置成對形成電力系統(tǒng)一部分的設(shè)備的運轉(zhuǎn)進行保 護、監(jiān)測和控制的保護系統(tǒng)。保護系統(tǒng)除了其它功能之外還檢測電線、互感器和配電系統(tǒng)的 其它部分中的短路、過電流和過電壓。保護設(shè)備用于在整個電功率系統(tǒng)中提供這樣的保護和控制。保護設(shè)備通過斷開斷 路器并且隨后在已經(jīng)消除故障之后恢復(fù)電力流來檢測和隔離例如輸電線和配電線上的故 障。取而代之，保護設(shè)備可以被布置成在檢測到故障時為電力流選擇替代路由。電流差動保護是一種用于保護電網(wǎng)的較新和較為可靠的方法。它基于比較受保護 分區(qū)或者受保護單元的兩側(cè)上的電流這一思想。受保護單元或者分區(qū)可以是電網(wǎng)的任何部 分，例如輸電線、互感器、發(fā)電機或者變電站母線。圖1示意地圖示了電流差動保護原理。在正常操作條件之下，進入和離開受保護 單元1(例如輸電線)的所有電流Ii、I2之和等于零。如果在受保護單元1上有故障，則來 自每個端的電流之和將不再等于零。在正常操作條件之下，在連接于受保護單元1與電流 繼電器2之間并且布置成降低初級電力系統(tǒng)電流的電流互感器3a與3b中的次級電流也相 等，即，h = i2，并且無電流流過電流繼電器2。如果在受保護單元1內(nèi)出現(xiàn)故障，則電流不 再相等，并且有流過電流繼電器2的電流。差動繼電器2然后使在受保護單元1的兩端布 置的斷路器(未示出)脫扣。一個或者多個斷開的斷路器將由此使故障的受保護單元與電 網(wǎng)的其余部分隔離。目前，本地測量用來確定電流互感器電路是否在運轉(zhuǎn)。圖2圖示了受保護輸電線 L。通常的做法是使用兩個主要保護設(shè)備來用于保護，例如電流差動保護設(shè)備4和距離保護 設(shè)備5。為了檢測故障，電流差動保護設(shè)備4利用來自它的電流互感器CT1的測量值和來自 另一主要保護設(shè)備5的電流互感器CT2的參考值。也就是說，使用來自本地電流互感器CT1 和CT2的測量值，這要求兩個保護設(shè)備4和5的電路的混合。這一解決方案的一個缺點在 于難以確定檢測到的故障是否源于實際保護設(shè)備還是參考保護設(shè)備。另外，可能難以確定已經(jīng)出現(xiàn)的故障是初級網(wǎng)絡(luò)故障還是次級網(wǎng)絡(luò)故障。如果已 經(jīng)出現(xiàn)次級故障，例如故障出現(xiàn)在電流互感器電路內(nèi)，則使斷路器脫扣從而不必要地使初 級輸電線停止服務(wù)、由此中斷向電力用戶供應(yīng)電功率是最不希望的。鑒于上述情形，將希望提供一種用于提供差動保護的改進方法。具體而言，將希望提供一種用于提供電流互感器電路的差動保護監(jiān)控的方法。另外，也將希望提供對應(yīng)的差 動保護系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于，提供一種克服或者至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的前述缺點的用于電網(wǎng)保護的改進方法。具體而言，本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于差分保護的方法，其 中可以容易和可靠地確定保護系統(tǒng)、具體為電流互感器電路內(nèi)的故障。本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于差動保護的改進方法，其中可以獨立于其它保護設(shè)備的電流互感器，來檢測保護設(shè)備的電流互感器內(nèi)的故障。本發(fā)明的又一目的在于提供一種用于差動保護的方法，其中可以可靠地區(qū)別初級故障與次級故障。通過如獨立權(quán)利要求所述的方法和系統(tǒng)來實現(xiàn)這些目的以及其它目的。根據(jù)本發(fā)明，提供一種差動保護方法，用于確定在電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)的故障的類型。電網(wǎng) 包括具有兩個或者更多端的受保護對象，并且電流差動保護設(shè)備布置于每個端。該方法包 括以下步驟在布置于受保護對象的第一端處的電流差動保護設(shè)備中，從在受保護對象的 第二端布置的電流差動保護設(shè)備獲得測量值；在第一端處的電流差動保護設(shè)備中，比較在 第一端取得的測量值的改變與從第二端獲得的測量值的改變；并且在比較測量值的改變的 步驟表明不同結(jié)果時，確定在電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)的故障的類型。根據(jù)本發(fā)明，由于從受保護對象的 第二端獲得測量值，所以可以獨立于其它本地保護設(shè)備來確定電流差動保護設(shè)備的電流互 感器電路內(nèi)的故障。由此可以避免兩個不同保護系統(tǒng)的電路的所不希望的混合，并且可以 可靠地確定在實際保護設(shè)備內(nèi)出現(xiàn)的故障。另外，借助本發(fā)明來比較測量值的改變并且據(jù) 此確定故障的類型。由此避免初級輸電線的不必要的脫扣，這是因為可以可靠地區(qū)分初級 故障與電流電路中的次級故障。另外，根據(jù)本發(fā)明提供增加的安全性，因為僅在需要時才發(fā) 出脫扣命令。然而，沒有以系統(tǒng)的可靠性降低為代價提供增加的安全性。也就是說，維持受 保護電網(wǎng)的可靠性，并且如果在電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)故障，則可靠地發(fā)出脫扣命令。發(fā)明因此提供增 加的安全性以及增加的可靠性。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，如果比較測量值的改變的步驟表明在兩個或者更多 端的改變，則確定故障的類型的步驟包括確定出現(xiàn)初級故障。如果比較測量值的改變的步 驟表明在僅一端的改變，則檢測到次級故障。因此提供了一種用于檢測和確定故障的類型 的可靠方法。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，該方法還包括以下步驟響應(yīng)于比較測量值的步驟 表明在兩個或者更多端的測量值的改變，即初級故障，使斷路器脫扣。該方法還可以包括以 下步驟如果確定步驟表明在僅一端的測量值的改變，即次級故障，則阻止脫扣命令。因此 避免了初級輸電線的不必要脫扣。在本發(fā)明的另一方面中，提供一種差動保護系統(tǒng)，由此實現(xiàn)與上述優(yōu)點相似的優(yōu)點。在從屬權(quán)利要求中限定本發(fā)明的更多實施方式。在閱讀以下詳細說明以及附圖 后，本發(fā)明的其他實施方式及其優(yōu)點將會變得清楚。


圖1示意地圖示了電流差動保護原理。圖2示意地圖示了輸電線的已知差動保護系統(tǒng)。圖3示意地圖示了其中可以實施本發(fā)明的電網(wǎng)。
圖4示意地圖示了其中可以實施本發(fā)明的另一電網(wǎng)。圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟的流程圖。
具體實施例方式圖1和圖2已經(jīng)結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)加以討論，因此將不再進一步加以說明。圖3示意地圖示了本發(fā)明的一個實施方式，具體為電網(wǎng)9。根據(jù)本發(fā)明的差動保護 方法保護電網(wǎng)對象，該電網(wǎng)對象在所示例子中為輸電線10。電流差動保護方法例如借助適 當計算機硬件和其它設(shè)備來實施，并且在下文描述中使用電流差動保護設(shè)備12作為用于 執(zhí)行本發(fā)明方法的手段的示例。電流差動保護設(shè)備12經(jīng)由電流互感器11連接到輸電線10。電流差動保護設(shè)備 12布置于輸電線10的第一端(指示為A)。電流互感器11以已知方式布置成將電流降低 至適合于由電流差動保護設(shè)備12處理的電平。在輸電線10的相反端(指示為B)，與對應(yīng) 電流互感器13 —起布置有對應(yīng)電流差動保護設(shè)備14。在兩個電流差動保護12、14之間的 距離例如可以距離數(shù)公里直至數(shù)百公里。電流差動保護設(shè)備12、14分別包括可以用來在電流差動保護設(shè)備12與14之間建 立兩個或者更多通信信道15的通信裝置19和20。通信裝置優(yōu)選地包括可以用來在保護設(shè) 備的不同端之間交換數(shù)字測量值的數(shù)字通信裝置。通信信道15可以是光纖通信信道，也就 是說，電流差動保護設(shè)備12和14借助光纖15來連接。電流差動保護設(shè)備12、14的通信裝 置19、20繼而可以例如包括光纖終端裝置。應(yīng)當有兩個(或者更多)通信信道15，一個方 向上一個，即雙向通信。通信信道15用于在電流差動保護設(shè)備12、14之間發(fā)送測量值和其它數(shù)據(jù)。由此， 根據(jù)本發(fā)明無需使用本地參考測量。因而，由此可以避免本地保護設(shè)備的電路的混合。在 輸電線10的第一端A布置的第二保護設(shè)備16、17因此完全獨立于電流差動保護設(shè)備11、 12。電流差動保護設(shè)備12、14測量電流和其它數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明，在輸電線10的第一 端A處的電流差動保護設(shè)備12被布置成比較它的測量與從在輸電線10的第二端B處的電 流差動保護設(shè)備14獲得的參考數(shù)據(jù)，以便確定是否已經(jīng)出現(xiàn)故障。將在輸電線10的端A處的電流值與在輸電線10的端B處的電流值進行比較。在 正常操作條件之下，電流在兩個輸電線端A和B相等。為了進行上述測量和比較，電流差動保護設(shè)備12、14包括適合于這一端的處理裝 置22、23。不同端應(yīng)當具有相同邏輯電路，并且所有端也應(yīng)當具有相反邏輯。通過相互比較來自兩端(或者若干端)的電流值或者其它測量值，可以確定故障 的類型。本發(fā)明的一個優(yōu)點在于使用連續(xù)數(shù)值，這要比例如將測量值與設(shè)置的閾值進行比 較更為準確。如果實際保護設(shè)備中的電流未變，但是在另一端中的電流改變，則本地端將不 發(fā)出脫扣，而僅發(fā)出遠程電流互感器警報。在本發(fā)明的一個實施方式中，測量一端的電流并將其與該端的更早電流值進行比 較(di/dt)。在另外一端或者多端進行相應(yīng)的計算。比較在一端的值與在另外一端或者多 端的對應(yīng)值，這些對應(yīng)值借助通信信道15來獲得。例如，可以比較在一端A的測量值與在該 端A處在之前的一個或者兩個電力系統(tǒng)周期(例如在50Hz電力系統(tǒng)中，為之前20至40ms)獲得的值。如果僅在一端中(例如在輸電線端A)有電流改變，但是在另一端如端B中無電 流改變，則可以推斷電流改變由次級故障造成，例如由電流互感器11的電路故障(比如短 路或者開路)而造成。可以以下面的布爾表達式來概括上述內(nèi)容，其中A和B是輸電線U的相應(yīng)端，i是 采樣的瞬時電流值，優(yōu)選地在兩端的同步時鐘進行時間標記，而L1是相1的輸電線L 如果i (L:A) = i (I^B)，則無故障如果i (“A) > i (LiB)，并且i(LiA)不變，并且i (L^)改變，則阻止來自輸電線端A的脫扣命令。也就是說，該故障不是初級故障，而是在端B的次級故障。對于輸電端B，對應(yīng)表達式是
如果 i (LA) = i (I^B)，則無故障如果i (“B) > i (LiA)，并且i(LiB)不變，并且i(LiA)改變，則阻止來自B的脫扣命令，即不是初級故障。也就是說，故障不是初級故障，而是在A端的次級故障。在輸電線端A、B之一的改變電流值意味著與先前測量(例如如前所述數(shù)毫秒之前 的值)相比的改變。當然可以針對具有三個單獨相電流的典型三相電力系統(tǒng)實施上述條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)閱讀本申請后，能夠構(gòu)造用于實施由上述算法舉例說明的本 發(fā)明思想的邏輯。如果存在在圖3中在F 1指示的初級故障，則在輸電線10的兩端A、B中的電流改 變。響應(yīng)于檢測到初級故障，電流差動保護設(shè)備12發(fā)出用于使斷路器18脫扣的脫扣命令。 如果例如在電流互感器電路中存在次級故障，則僅在出現(xiàn)故障的那端有電流改變。相反端 沒有任何電流改變。借助本發(fā)明，可以可靠地區(qū)分初級故障與電流電路中的次級故障。另 外，沒有不必要地切斷輸電線10。在圖4中圖示了三端三相電網(wǎng)。本發(fā)明也可以實施于這樣具有三個或者更多端的 多端系統(tǒng)中。輸電系統(tǒng)的不同端借助適當通信手段來互連。由此可以在輸電系統(tǒng)的所有端 之間交換數(shù)據(jù)。如果存在初級故障，則將通過檢測在兩個輸電線端的兩個同時改變來檢測 這一故障；例如在三端功率系統(tǒng)中，如果在兩個輸電線端有電流改變，則可以確定存在初級 故障，并且應(yīng)當發(fā)出脫扣命令。無論線端數(shù)目如何，只有在僅一端有電流改變時才檢測到次 級故障。圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的差動保護方法30的步驟。該方法例如可用于如圖3中 所示電網(wǎng)9內(nèi)，并且提供用于確定在電網(wǎng)9內(nèi)出現(xiàn)的故障的類型的手段。電網(wǎng)9包括具有 兩個或者更多端A、B的受保護對象10，例如輸電線。電流差動保護設(shè)備12、14并且優(yōu)選地 還有對應(yīng)電流互感器11、13布置于每個端A、B。在步驟31中，在布置于受保護對象10的 第一端A處的電流差動保護設(shè)備12中，從在受保護對象的第二端B布置的電流差動保護設(shè)備14獲得測量值。這些值借助通信信道15來通信傳送。接著在步驟32，在第一端A處的 電流差動保護設(shè)備12中，比較來自在第二端B的電流差動保護設(shè)備14獲得的測量的值改 變與在第一端A取得的測量值的改變。如果比較測量值的改變的步驟32表明不同結(jié)果，則 在步驟33中確定在電網(wǎng)9內(nèi)出現(xiàn)的故障的類型。如果比較測量值的改變的步驟32表示在 兩個或者更多端A、B的改變，則確定故障的類型的步驟33包括確定出現(xiàn)初級故障。如果比 較的步驟32表明在僅一端的測量值的改變，則確定故障的類型是最可能在電流互感器電 路中的次級故障，并且采取適當動作。在一個優(yōu)選實施方式中，比較測量值的改變的步驟包括在第一端A比較在第一 端A取得的帶同步時間標記的測量值的改變與從第二端B獲得的如下測量值的改變，該測 量值是與在所述第一端A處的測量值同步到相同時鐘的、帶時間標記的測量值。由此獲得 實際上可比較的值。方法30還可以包括圖中未示出的更多步驟。例如，該方法優(yōu)選地還包括以下步 驟響應(yīng)于比較步驟32表明在兩個或者更多端A、B的測量值的改變，使斷路器18、21脫扣 34。方法300還可以包括以下步驟如果確定步驟33表明在僅一端的測量值的改變， 即如果它是次級故障，則阻止脫扣命令。在以上描述中，輸電線10已經(jīng)用來說明可以借助本發(fā)明而受到保護的對象或者 電網(wǎng)單元。然而，將注意其它類型的電網(wǎng)單元也可以借助本發(fā)明來得到保護，例如變壓器、 變電站、發(fā)電機、母線等。概括而言，本發(fā)明提供一種用于電流差動保護的改進方法?？梢钥煽康乇O(jiān)控保護 系統(tǒng)內(nèi)的電流電路?？梢元毩⒂谶B接到其它保護設(shè)備的電流互感器來檢測電流互感器的電 路內(nèi)的故障。
權(quán)利要求
一種電網(wǎng)(9)中的差動保護方法，用于確定在所述電網(wǎng)(9)內(nèi)出現(xiàn)的故障的類型，所述電網(wǎng)(9)包括具有兩個或者更多端(A，B)的受保護對象(10)，其中電流差動保護設(shè)備(12，14)布置于每個端(A，B)，其特征在于以下步驟-在所述受保護對象(10)的第一端(A)處的所述電流差動保護設(shè)備(12)中，從在所述受保護對象(10)的第二端(B)處的所述電流差動保護設(shè)備(14)獲得(31)測量值，-在所述第一端(A)處的所述電流差動保護設(shè)備(12)中，比較(32)在所述第一端(A)取得的測量值的改變與從在所述第二端(B)處的所述電流差動保護設(shè)備(14)獲得的所述測量值的改變，-在所述比較測量值的改變的步驟表明不同結(jié)果時，確定(33)在所述電網(wǎng)(9)內(nèi)出現(xiàn)的故障的類型。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中如果所述比較測量值的改變的步驟表明在兩個或者 更多端(A，B)處的改變，則所述確定(33)故障的類型的步驟包括確定出現(xiàn)初級故障。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟響應(yīng)于所述比較步驟表明在兩個或者 更多端(A，B)的測量值的改變，使斷路器(18，21)脫扣(34)。
4.如權(quán)利要求1或者2所述的方法，其中如果所述比較測量值的改變的步驟表明在僅 一端(A，B)處的改變，則所述確定(33)故障的類型的步驟包括確定出現(xiàn)次級故障。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括以下步驟在所述確定步驟(33)表明在僅一端的 測量值的改變時，阻止脫扣命令。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟如果所述比較步驟(32)表明測量值未 變，則重復(fù)所述獲得(31)和比較(32)測量值的改變的步驟。
7.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述測量值的改變包括比較在所述兩個或者 更多端(A，B)處的電流改變。
8.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述獲得(31)測量值的步驟包括通過光纖 連接來獲得數(shù)值。
9.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述比較測量值的改變的步驟包括在所述 第一端(A)處的所述電流差動保護設(shè)備(12)中，比較在所述第一端(A)取得的帶同步時間 標記的測量值的改變與從在所述第二端(B)處的所述電流保護設(shè)備(14)獲得的如下所述 測量值的改變，所述測量值是與在所述第一端(A)處的所述測量值同步到相同時鐘的、帶 時間標記的測量值。
10.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述電流差動保護設(shè)備(12，14)借助相應(yīng) 電流互感器(11，13)連接到所述受保護對象(1)。
11.如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述受保護設(shè)備包括輸電線(10)。
12.一種在電網(wǎng)(9)內(nèi)的差動保護系統(tǒng)，所述電網(wǎng)包括具有兩個或者更多端(A，B)的 受保護對象(10)，其中電流差動保護設(shè)備(12 ； 14)布置于每個端(A，B)，其特征在于-在所述電流差動保護設(shè)備(12 ； 14)中用于在每個相應(yīng)端(A，B)對測量值的改變進行 測量的裝置(22，23)，-在所述電流差動保護設(shè)備(12 ； 14)中用于從另一電流差動保護設(shè)備(12 ； 14)接收測 量值的裝置(19，20)，-在每個所述電流差動保護設(shè)備(12 ； 14)中用于比較在所述第一端(A)取得的測量值的改變與從所述第二端(B)獲得的所述測量值的改變的裝置(22，23)，以及-在每個所述電流差動保護設(shè)備(12 ； 14)中用于確定在所述電網(wǎng)(9)內(nèi)出現(xiàn)的故障的 類型的裝置(22，23)。
13.如權(quán)利要求12所述的差動保護系統(tǒng)，其中所述電流差動保護設(shè)備(12，14)借助相 應(yīng)電流互感器(11，13)連接到所述受保護對象(1)。
14.一種用于電網(wǎng)(9)的電流差動保護設(shè)備(12，14)，所述電網(wǎng)包括具有兩個或者更多 端(A，B)的受保護對象(10)，其特征在于-用于對測量值的改變進行測量的裝置(22，23)，-用于從所述受保護對象(10)的另外一端或者多端(A，B)獲得測量值的裝置(19，20)，-用于比較在所述第一端(A)處取得的測量值的改變與從所述第二端(B)獲得的所述 測量值的改變的裝置(22，23)，以及_用于確定在所述電網(wǎng)(9)內(nèi)出現(xiàn)的故障的類型的裝置(22，23)。
15.如權(quán)利要求14所述的電流差動保護設(shè)備(12，14)，包括用于實施如權(quán)利要求1-11 中的任一權(quán)利要求所述的方法的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)中的差動保護方法，用于確定在電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)的故障的類型。該電網(wǎng)包括具有兩個或者更多端的受保護對象，并且電流差動保護設(shè)備(12，14)和電流互感器(11，13)布置于每個端(A，B)。該方法包括以下步驟在受保護對象的第一端，從受保護對象的第二端獲得測量值；在第一端比較在第一端取得的測量值的改變與從第二端獲得的測量值的改變；并且在比較測量值的改變的步驟表明不同結(jié)果時，確定在該電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)的故障的類型。
文檔編號H02H3/30GK101803136SQ200780100583
公開日2010年8月11日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月25日
發(fā)明者B·蘭德奎維斯特, Z·加吉克 申請人:Abb技術(shù)有限公司