CN101682185A - 测量装置以及用于确定给出接地阻抗的设定值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定对于电气保护设备的设定值的方法，其中，在出现接地短路的情况下，利用第一测量装置(11a)采集在供电导线的一段(10)的第一端上的第一电流相量测量值和第一电压相量测量值，并且利用第二测量装置(11b)采集在供电导线的该段(10)的第二端上的第二电流相量测量值和第二电压相量测量值。为了如下构造这样的方法，使得可以相对简单地确定对于地阻抗的设定值，提出，在使用第一电流和电压相量测量值以及第二电流和电压相量测量值的条件下，确定一个给出在供电导线的所述段(10)上出现接地短路的位置的故障位置值，并且在使用故障位置值的条件下，计算一个给出地阻抗的设定值。本发明还涉及一种相应构造的测量设备(例如11a)。

Description

测量装置以及用于确定给出接地阻抗的设定值的方法

技术领域

本发明涉及一种确定对于电气保护设备的设定值的方法，其中，在出现接地短路的情况下，利用第一测量装置采集在一段供电导线的第一端上的第一电流相量测量值和第一电压相量测量值，并且利用第二测量装置采集在该段供电导线的第二端上的第二电流相量测量值和第二电压相量测量值。本发明还涉及一种测量装置，其包括采集装置和通信装置，该采集装置被构造用于采集在导线段的第一端上出现第一电流相量测量值和第一电压相量测量值，而该通信装置被构造用于接收借助于另一个测量装置在导线段的第二端上所采集的第二电流相量测量值和第二电压相量测量值。

背景技术

为了监视和保护供电电网，通常采用所谓的电气保护设备。电气保护设备记录在供电电网的测量位置上的测量值，这些测量值表征了该供电电网的运行状态。例如，其在此可以是电流测量值和电压测量值。根据这些测量值并且在采用特殊的保护算法的条件下，保护设备做出如下的判断：其所监视的供电电网的部分是处于允许的运行状态还是处于不允许的运行状态。例如，如果在供电电网的该被监视的部分出现了短路，则出现了不允许的运行状态。如果出现了不允许的运行状态，则保护设备通常自动地向为其分配的断路器发出一个所谓的“切断(Trip)命令”，该断路器作为对该切断命令的反应断开其开关触点，并且由此将该有故障的段与其余的供电电网断开。

一种经常采用的电气保护设备例如是所谓的距离保护设备

这种距离保护设备测量在供电导线的测量位置上出现的电流和电压，并且从中计算出供电导线的阻抗值。根据该所计算的阻抗值，例如可以借助于特定的特征曲线来检查在该供电导线上是否出现了短路。在此，可以说该距离保护设备根据所测量的电流和电压确定一个故障位置，该故障位置给出在供电导线上出现短路的位置。如果该故障位置位于供电导线的被监视的段上，则该距离保护设备向为其分配的断路器发出一个切断命令，该断路器据此将供电导线的该有故障的段与其余的供电电网断开。距离保护设备经常被用于监视供电导线，因为其具有高的选择性并且能够自主地做出判断，而不需要为此与其它的保护设备进行通信。

例如，短路可以出现在输电导线的两个或三个相之间(所谓的“Leiter-Leiter-Kurzschluss，相间短路”)，或者出现在各个相与电气地之间(所谓的“Leiter-Erde-Kurzschluss，相对地短路”)。在供电导线的两个或三个相之间的相间短路的情况下，可以非常可靠地进行对故障位置的计算，因为为了进行故障位置计算所需要的该发生故障的导线的阻抗通常是已知的。

不过，相对地短路比相间短路显著地更经常发生，其中，基本上涉及的是与地成分(Erdbeteiligung)的单相的短路。在这种相对地短路的条件下，为了计算故障位置，需要关于参与到由距离保护设备所测量的相对地环路(Leiter-Erde-Schleife)的土地(Erdreich)的地阻抗的知识。

例如，迄今为止从供电导线的参数(例如，供电导线的零序系统阻抗以及正序系统阻抗)中来导出用于地阻抗的设定值，该设定值作为在距离保护设备中的参数必须被设定。在此，存在计算错误的危险。此外，按照这种方式确定的用于地阻抗的值比较不精确，因为仅仅是通过对于导线有效的数据来估计实际的地阻抗。另一种可能性在于，进行对地阻抗的测量。为此，必须断开供电导线的对应的段。这种测量是比较昂贵和麻烦的。

例如，欧洲专利申请EP 0795944 A2一般地公开了一种用于为保护设备确定设定值的方法。在该公知的方法中，通过测量在导线两个位置上的电流和电压以及计算对于供电导线的链接矩阵(Kettenmatrix)来确定供电导线的参数。不过，在该公知的方法中并没有提到明确地确定地阻抗。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开始部分所述类型的方法以及一种测量装置，其中，可以相对简单并且精确地确定用于地阻抗的设定值。

针对方法的上述技术问题是通过一种这类的方法解决的，其中，在使用第一电流相量测量值和第一电压相量测量值以及第二电流相量测量值和第二电压相量测量值的条件下，确定一个故障位置值，该故障位置值给出在供电导线的所述段上出现接地短路的位置，并且在使用所述故障位置值的条件下，计算一个给出地阻抗的设定值。

本发明基于如下的认知：在两侧的故障定位的条件下，即，在采用在接地的供电导线的涉及的段的两端上所记录的电流相量测量值和电压相量测量值来计算故障位置的条件下，不需要参与的土地的地阻抗的知识。因此，在这种两侧的故障定位的范围内无需地阻抗的知识就可以确定故障位置值。用于两侧的故障定位的算法是本专业领域中一般地公知的。例如，可以如在德国专利DE 4441334 C1中所描写的那样进行该两侧的故障定位。

在下一个步骤中，根据通过该两侧的故障定位所确定的故障位置值，可以确定如下的用于地阻抗的值：该值在一侧的故障定位(即，通过一个保护设备确定故障位置)中会带来同样的故障位置。可以将地阻抗的该值用作所求的设定值。

在此，可以具体地按照下式确定所述设定值

${\underset{\‾}{Z}}_E=\frac{{\underset{\‾}{U}}_A-{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{AL}}m{Z}_L-{\underset{\‾}{U}}_F}{m{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{AE}}},$

其中，采用了如下的符号：

Z _E：地阻抗；

U _A：由所述第一测量装置所测量的电压相量；

I _AL：由所述第一测量装置所测量的电流相量；

m：针对导线的被监视的段的长度从所述第一测量装置到故障位置的距离；

Z _L：导线的所述段的正序系统阻抗；

U _F：在故障位置上的电压降；

I _AE：由所述第一测量装置所测量的地电流。

在按照本发明的一个优选的实施方式中，所述第一电流相量测量值和第一电压相量测量值由所述第一测量装置采集，而所述第二电流相量测量值和第二电压相量测量值由所述第二测量装置同步地采集。

由此，为了计算故障位置值可以采用一种更简单的两侧的故障定位算法，因为该算法不必进行对第一和第二电流相量测量值和电压相量测量值的随后同步。

关于这点，被认为具有优势的是，为所述第一电流相量测量值和第一电压相量测量值以及第二电流相量测量值和第二电压相量测量值配备时间戳，所述时间戳给出各自电流相量测量值和电压相量测量值被采集的时间点。通过这些时间戳使得同步采集的电流相量测量值和电压相量测量值的对应变得容易。

关于这点，被认为具有优势的还有，为了产生所述时间戳，在各个测量装置中采用内部计时器。例如可以通过石英振荡器为这种内部计时器提供时钟。

为了将各个测量装置的内部计时器进行同步，具有优势的是，将所述测量装置的各个内部计时器通过一个公共的外部计时器进行同步。例如，一种这样的外部计时器可以是发射规则的脉冲信号的GPS卫星。

根据本发明方法的另一个优选的实施方式，可以将所采集的第二电流相量测量值和第二电压相量测量值通过通信链接从所述第二测量装置传送至所述第一测量装置。

在这种情况下可以是，所述第一测量装置计算所述故障位置值和所述设定值。按照这种方式，测量装置中的一个本身可以进行对设定值的确定。该通信链接可以是相对较少数据传输容量的简单通信链接，并且不必连续地存在，而是用于传输电流相量测量值和电压相量测量值的临时通信链接的装置就足够了。特别地，不需要在断开短路之前传输这些电流相量测量值和电压相量测量值，因为对地阻抗的设定值的计算通常在断开短路之后才进行。

作为对此的替换，按照本发明的另一个优选的实施方式，通过通信链接既将所述第一电流相量测量值和第一电压相量测量值从第一测量装置传送至所述第二测量装置，也将所述第二电流相量测量值和第二电压相量测量值从第二测量装置传送至所述第一测量装置。

在这种情况下，两个测量装置都计算所述故障位置值和所述设定值。由此实现了对设定值的冗余计算，从而通过比较在两个测量装置中所确定的设定值可以最小化错误确定的危险。

作为替换，在按照本发明的方法的另一个优选实施方式中，既将所述第一电流相量测量值和第一电压相量测量值从所述第一测量装置、也将所述第二电流相量测量值和第二电压相量测量值从所述第二测量装置传送至计算装置；并且所述计算装置计算所述故障位置值和所述设定值。

按照这种方式，作为测量装置可以采用不必具有特别高的计算能力的、相对简单的测量装置。对所述故障位置值和设定值的计算在一个外部的计算装置中进行，测量装置将其电流相量测量值和电压相量测量值传送至该计算装置。

根据本发明方法的另一个优选实施方式，将所述设定值用于设置电气距离保护设备的地阻抗参数。

作为对此的替换，可以对于多个接地短路分别计算一个设定值并且从所计算的设定值中确定一个平均值，该平均值被用于设置电气距离保护设备的地阻抗参数。由此，避免对于所谓的“异常测量值(ausreiβer)”情况的设定值的错误设置，因为首先通过多个在不同接地短路情况下所计算的设定值确定平均值，然后才将该平均值用作设定值。

关于测量装置，上面提到的技术问题是通过一种本文开始部分所述类型的测量装置解决的，其中，所述测量装置具有数据处理装置，该数据处理装置被构造用于：从所采集的第一电流相量测量值和第一电压相量测量值和所接收的第二电流相量测量值和第二电压相量测量值中，计算一个给出在所述导线段上的接地短路的位置的故障位置值，以及从所述故障位置值中计算一个给出地阻抗的设定值。

关于这点，被认为具有优势的是，所述测量装置是电气距离保护设备。在这种情况下，也可以将距离保护设备的测量值采集用于计算设定值；并不需要单独的测量装置。

附图说明

下面对照实施例对本发明作进一步的说明。为此，

图1示出了一段三相供电导线的示意图，包括第一和第二测量装置；

图2示出了一段三相供电导线的一相的示意图；

图3示出了两个测量装置的示意图，它们通过通信链接与计算装置连接；

图4示出了用于解释测量装置的工作原理的示意框图；和

图5示出了用于解释确定给出地阻抗的设定值的方法的示意性方法流程图。

具体实施方式

图1示出了没有进一步表示的接地三相供电导线的一段10。尽管下面以三相系统为出发点，本发明也可以被用在具有多于或少于三相的系统。

段10包括第一相10a、第二相10b和第三相10c。利用参考标记10d表示出对于所有三个相10a、10b、10c的共同的电气地。

在段10的第一端在第一测量位置A上设置按照电气距离保护设备11a形式的测量装置。按照对应的方式，在段10的第二端在第二测量位置B上设置按照电气距离保护设备11b形式的测量装置。在按照图1示出的例子中，这些测量装置是电气距离保护设备11a和11b；不过，也可以采用不具有额外保护功能的电气测量装置，例如所谓的相量测量设备(英语中也称为相量测量单元＝PMU)。

从三个相10a、10b、10c以及共同的电气地10d中的每个之中，在测量位置A上借助于仅仅示意性地表示的电流测量互感器和电压测量互感器采集第一电流相量测量值和电压相量测量值，并且送至第一距离保护设备11a。对应地，从三个相10a、10b、10c以及共同的电气地10d中的每个之中，在测量位置B上采集第二电流相量测量值和电压相量测量值，并且送至第二距离保护设备11b。

两个距离保护设备11a和11b被构造用于：根据所记录的电流相量测量值和电压相量测量值实施一种距离保护算法，并且对于在供电导线的段10上识别出故障(例如短路)的情况，向段10的第一端上对应的断路器12a、12b、12c以及段10的第二端上对应的断路器13a、13b、13c发出触发信号(切断命令)。由此，促使对应的断路器12a、12b、12c以及13a、13b、13c断开其开关触点，以便由此将该供电导线的有故障的相与其余的供电电网隔离。

此外，距离保护设备11a和11b通过通信链接14相互连接，其中，该通信链接既可以电缆连接、又可以无线地实施，并且不必连续地存在于两个测量装置11a和11b之间或者不必是主动的(aktiv)。例如，可以按照无线电连接的形式在两个测量装置之间建立临时的通信链接，或者通过对应的调制解调装置在两个测量装置之间建立临时的电信链接。此外，该通信链接可以是一个相对较少数据传输容量的通信链接。

下面要结合图1和2进一步解释在图1中示出的系统的工作原理。为此，假设在段10的相10c以及电气地10d之间出现了在图1中通过闪电符号15表示的接地短路。距离保护设备11a和11b如下地识别所出现的短路：它们连续地采集在各个测量位置A和B上的电流相量和电压相量，并且利用后者首先计算所有现存环路、即三个相间环路(相10a对相10b、相10a对相10c、相10b对相10c)和三个相对地环路(相10a对地10d、相10b对地10d、相10c对地10d)的阻抗。通过将所确定的阻抗与在设备中存储的特征曲线进行比较，来检验段10的故障。在故障的情况下，确定故障类型，即，是相间短路还是相对地短路。额外地，确定参与到该故障的相。此外，根据所计算的阻抗可以得出在其上出现短路的故障位置。如果出现了故障，则有关的相通过所配属的断路器12a、12b、12c以及13a、13b、13c与其余的供电电网分离。在图1中供电导线的段10的涉及接地短路的相10c示例性地通过断开表示的断路器12c和13c被断开。

在相间短路的情况下，可以比较而言简单地进行故障识别和故障定位，因为导线阻抗通常以较高的精度已知。不过，在图1示出的相对地短路的情况下，短路电流从所涉及的相10c通过电气地10d流回到各个距离保护设备11a和11b。这里存在的地阻抗通常不是以较高的精度已知的，并且迄今为止必须通过繁杂的测量(其中必须将该段10从其余的电网中分离)或估计来确定，并且作为参数输入到各个距离保护设备中。

因此，下面将解释，可以如何按照简单的方式确定用于地阻抗的设定值，该设定值比较而言是精确的，并且不需要将供电导线的段10断开。

为此，首先根据图2引入对于故障位置值m的计算。该故障位置值m给出了在相10c以及电气地10d之间的出现短路的位置。为此，在图2中示出的网孔21和22中使用了按照基尔霍夫第二定律的公知的网孔定则，其中，这些网孔分别出现在短路与各自的距离保护设备11a和11b之间。从中，对于在距离保护设备11a与短路之间的网孔21，得到下列网孔等式(1)：

-U _A+I _AL·m·Z _L+U _F+I _AE·m·Z _E＝0                        (1)

其中，符号的含义如下(同样参见图2)：

U _A：由第一距离保护设备11a所测量的电压相量，其给出相10c与电气地10d之间的电压；

I _AL：由第一距离保护设备11a所测量的电流相量，其给出在相10c中流动的电流；

m：针对整个段10的长度从第一距离保护设备11a到故障位置的距离；

Z _L：导线段10的相10c的正序系统阻抗；

U _F：在故障位置上的电压降；

I _AE：由第一距离保护设备11a所测量的地电流相量，其给出在电气地10d中流动的电流；以及

Z _E：地阻抗。

对于在距离保护设备11b与短路之间的网孔22，得到下列网孔等式(2)：

-U _B+I _BL·(1-m)·Z _L+U _F+I _BE·(1-m)·Z _E＝0                (2)

其中，附加的符号的含义如下(同样参见图2)：

U _B：由第二距离保护设备11b所测量的电压相量，其给出相10c与电气地10d之间的电压；

I _BL：由第二距离保护设备11b所测量的电流相量，其给出在相10c中流动的电流；

I _BE：由第二距离保护设备11b所测量的地电流相量，其给出在电气地10d中流动的电流。

在采用各个等式的条件下，距离保护设备11a以及11b可以确定给出故障位置的故障位置值m。不过，为此作为参数必须存在用于导线的正序系统阻抗以及在各个距离保护设备11a以及11b中的地阻抗的设定值。

在距离保护设备11a和11b的首次投入运行时，例如可以将从经验值中导出的设定值用作对于地阻抗的参数的起始值。由此，为了确定可能的起始值，例如可以引入该经验值，通常供电导线的零序系统阻抗和正序系统阻抗之间的实部以及虚部的比值大致为1。由此，可以估计用于地阻抗的设定值，该设定值尽管不是高度精确的，但是无论如何保证了距离保护设备的可靠性(Funktionstüchtigkeit)。

在运行中，距离保护设备11a和11b分别记录电流相量测量值和电压相量测量值并且检查，在被监视的段10上是否出现了故障。如果在供电导线的段10的一个相上出现了接地短路，则首先通过断路器将涉及的相与其余的供电电网隔离。

在成功地断开供电导线的涉及的相之后，可以将在接地短路的时间点所记录并在距离保护设备的内部数据储存器中存储的电流相量测量值和电压相量测量值，通过通信链接14在距离保护设备11a与11b之间进行传输。在此，可以进行单向的传输，其中，例如将由第二距离保护设备11b所记录的电流相量测量值和电压相量测量值传输至第一距离保护设备11a。作为替换，也可以进行双向的传输，其中，两个距离保护设备11a和11b将它们的电流相量测量值和电压相量测量值分别传输至另一个距离保护设备。因为在该时间点上接地短路已经断开，所以可以在任意长的时间内来完成各个电流相量测量值和电压相量测量值的该传输，使得对于通信链接14来说一种具有相对较少数据传输容量的链接就足够了。

利用特别在接地短路的时间点所记录的电流相量测量值和电压相量测量值，以及从段10的远端所记录的电流相量测量值和电压相量测量值，可以接着进行一种所谓的两侧的故障定位算法，利用该算法可以非常精确地确定接地短路所出现的故障位置。为此，由现有技术中已知了多种可能的故障定位方法，例如，可以采用在德国专利DE 4441334 C1中所描写的两侧的故障定位算法。在采用这种两侧的故障定位算法的条件下，确定故障位置值m，其给出针对整个导线长度的、接地短路的故障位置。

$m=\frac{l_{A-F}}{l_{\mathrm{ges}}}---\left(3\right)$

在此，含义如下：

l_A-F：段10的从测量位置A直到故障位置的区间；

l_ges：整个段10的长度。

采用这种两侧的故障定位算法的优点尤其在于，其援引了段10的两端的电流相量测量值和电压相量测量值，并且由此可以在没有地阻抗知识的情况下执行。

随后，利用通过两侧的故障定位算法所确定的故障位置值m，可以在两端的电流相量测量值均出现的距离保护设备(即，在单向传输条件下的一个距离保护设备以及在双向传输条件下的两个距离保护设备)中，在采用对应的网孔等式(1)以及(2)的情况下，确定与通过两侧的故障定位算法所计算的故障位置值m匹配的地阻抗。

换言之，在此计算如下的地阻抗：该地阻抗在采用仅仅通过第一或第二距离保护设备11a或11b的一侧故障定位的条件下，会得出与在所述两侧的故障位置计算中所得出的相同的故障位置。

为此，例如这样变换用于第一距离保护设备的等式(1)，使得得出下列等式(4)：

${\underset{\‾}{Z}}_E=\frac{{\underset{\‾}{U}}_A-{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{AL}}\·m\·{\underset{\‾}{Z}}_L-{\underset{\‾}{U}}_F}{m\·{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{AE}}}---\left(4\right)$

对应地，通过变换用于第二距离保护设备11b的等式(2)，确定如下的等式(5)作为地阻抗的计算等式。

${\underset{\‾}{Z}}_E=\frac{{\underset{\‾}{U}}_B-{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{BL}}\·(1\·m)\·{\underset{\‾}{Z}}_L-{\underset{\‾}{U}}_F}{(1-m)\·{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{BE}}}---\left(5\right)$

几种用于两侧的故障定位的方法，例如在已经提到的专利说明书DE4441334C1中所描写的两侧的故障定位方法，也提供用于在故障位置上的电压降U _F的值作为结果，使得可以将该值直接地在有关的计算等式(4)或者(5)中采用。如果在故障位置上的电压降U _F未知，则也可以将其忽略而对于最后的结果没有大的影响。

因为等式(4)或者(5)所需要的其它值，要么是通过测量要么是作为导线参数而已知，所以可以毫无问题地确定地阻抗Z_E。按照这种方式所计算的地阻抗可以在下面作为用于参数地阻抗的设定值而被应用到距离保护设备11a和11b中。

如果在两个距离保护设备11a和11b中进行地阻抗设定值的计算，则可以将两个用于地阻抗的结果互相比较。如果在两个结果之间出现高的偏差，则可以因为结果的不可靠而舍弃所计算的设定值，而不用作对于距离保护设备11a和11b的参数。

此外，还可以首先通过等待几个接地短路而多次地执行用于计算地阻抗设定值的方法，然后从多个所计算的地阻抗值中构造平均值。在这种情况下，随后将该平均值用作对于距离保护设备11a和11b的新的地阻抗设定值。

通过所描述的方法同样可以进行对用于地阻抗的设定值的连续的调整，以便例如考虑到由于不同的湿度值或者其它影响因素造成的土地的改变。

所描述的方法的特殊的优点在于，不是时间关键地进行用于地阻抗设定值的计算，也就是说，首先进行对有关断路器的触发，以便将故障与供电电网分离，然后才必须进行对设定值的计算。由此，将对通信链接14的要求保持为相对地低，因为在距离保护设备11a和11b之间的传输时间不起作用。

距离保护设备11a和11b例如可以按照非同步的方式记录电流相量测量值和电压相量测量值。在这种情况下，必须作为两侧的故障定位的算法采用如下的算法，即，其将来自供电导线的段10两端的电流相量测量值和电压相量测量值事后进行同步，并且然后计算出故障位置值m。在这种方法中，通常必须存在位于两个距离保护设备之间的连续的通信链接。

不过，距离保护设备11a和11b也可以按照时间同步的方式来记录其电流相量测量值和电压相量测量值，也就是说，在两个距离保护设备中同步地进行探测(Abtastung)。为此，距离保护设备11a和11b中分别具有内部计时器，它们通过一个公共的外部计时器互相同步。例如，可以将GPS卫星用作外部计时器，其按照规则间隔(例如按照秒间隔)发射信号，从该信号中可以提取出绝对的时间信号。距离保护设备将其内部计时器同步到外部计时器上，方法是：它们通过天线17a和17b(参见图1)接收GPS信号，并且借助于没有示出的GPS接收部件从该GPS信号中提取时间信号。也可以采用任意的其它外部产生的时间信号来代替GPS信号。

为电流相量测量值和电压相量测量值额外地配备时间戳，该时间戳例如按照毫秒精确地给出了其采集的时间点，使得可以按照简单的方式将段10的两端的相互对应的电流相量测量值和电压相量测量值进行对应，用于两侧的故障定位方法。将该时间戳连同各个电流相量测量值和电压相量测量值在距离保护设备11a和11b之间进行传输。在这种带有时间戳的电流相量测量值和电压相量测量值的条件下，在距离保护设备之间的仅临时存在的通信链接也是足够的了。如果在距离保护设备之间不存在通信链接，则在这种情况下也可以手动地利用数据载体在距离保护设备之间传输电流相量测量值和电压相量测量值。

尽管结合附图1和2采用了距离保护设备11a和11b作为测量装置，对于所描述的用于计算地阻抗的设定值的方法来说，并不一定要利用距离保护设备来测量电流相量测量值和电压相量测量值，或者在距离保护设备中进行对故障位置值和设定值的计算。而是也可以为此采用所谓的相量测量设备(相量测量单元：PMU)，后者作为测量设备代替距离保护设备11a和11b。在这种情况下，相量测量设备仅仅具有测量输入端以便接收电流相量和电压相量，而不具有用于向对应的断路器输出触发信号的命令输出端。例如，随后必须将按照这种方式利用相量测量设备所确定的设定值，手动地输入到距离保护设备中。

在图3中示出了一种替换的可能性，其中，距离保护设备11a和11b本身不进行设定值的计算，而是将所测量的电流相量测量值和电压相量测量值传输至外部的计算装置31。该计算装置例如是诸如膝上型电脑的便携式计算机或者按照控制站(Leitwarte)形式的计算机。对应于在图1中所示出的情况，该传输可以通过在距离保护设备11a和11b与外部的计算装置31之间的要么连续存在的通信链接要么临时构建的通信链接进行。如果在两个距离保护设备中对电流相量测量值和电压相量测量值的测量是按照非时间同步的方式进行的，则在两个距离保护设备11a和11b与计算装置31之间必须存在持续的通信链接，以便保证对不同的距离保护设备11a或11b的电流相量测量值和电压相量测量值进行事后的同步。如果按照时间同步的方式记录了电流相量测量值和电压相量测量值并且配备了时间戳，则连续的通信链接就不再是必需的了。在这种情况下，也可以将计算装置31依次手动地与两个距离保护设备11a和11b连接。例如，为此可以使用数据电缆或者单独的数据载体、例如USB棒，以便将电流相量测量值和电压相量测量值从各个距离保护设备11a和11b的内部数据储存器传输到外部的计算装置31上。

在外部的计算装置31中，进行已经结合图1和2所描述的在采用两侧的故障定位的算法的条件下对故障位置值m的计算的步骤，以及按照对应的方式对给出地阻抗的设定值的计算。随后，可以将设定值要么手动地要么自动地通过现存的通信链接传输回到距离保护设备11a和11b，以便设置地阻抗的参数。

在按照图3的实施例中，也可以采用相量测量设备来代替距离保护设备11a和11b，该相量测量设备仅仅测量电流相量测量和电压相量测量，并且传输至外部的数据处理装置。

图4示出了按照距离保护设备11a形式的测量装置的部件的详细视图。距离保护设备11a包括采集装置40，其输入侧与测量输入端40a、40b、40c和40d连接，通过这些输入端采集三个相以及电气地的电流相量测量值和电压相量测量值。采集装置40与数据处理装置41连接，后者具有内部计算装置42(例如微处理器)以及用于存储对于距离保护设备11a的设定值的储存装置43。数据处理装置41又与通信装置44连接，后者具有一个发射和接收接口44a。此外，数据处理装置41与命令部件45连接，后者在输出侧具有命令输出端45a。

此外，采集装置40具有一个内部计时器46，其为对测量输出端40a至40d的电流相量测量值和电压相量测量值的探测提供时钟。内部计时器46此外还可以具有同步输入端46a，该同步输入端与用于外部时间信号的接收器47(例如GPS接收器)连接。例如，该用于外部时间信号的接收器47具有天线48，以便接收外部时间信号。

在例如通过电缆连接的网络传输外部时间信号的情况下，也可以设置对应的其它接口、例如用于接收通过以太网络传输的外部时间信号的以太网接口，来代替天线。

数据处理装置41按照已经描述的方式计算对于地阻抗的设定值，并且将其作为地阻抗参数49存储在储存装置43中。在储存装置43中通常还存储了其它的参数，例如导线阻抗参数以及特征曲线。

为了执行距离保护方法，计算装置42可以访问储存装置43并且调用在那里所存储的地阻抗参数49，以便执行保护算法。还要在参考图5的条件下再次简短地归纳由数据处理装置41所执行的方法。

在第一步骤51中，距离保护设备11a通过采集装置40的测量输入端40a至40d采集第一电流相量测量值和电压相量测量值。该对第一电流相量测量值和电压相量测量值的采集是通过内部计时器46提供时钟的，该内部计时器通过天线48以及接收器47与外部时间信号同步。所采集的电流相量测量值和电压相量测量值被传输至数据处理装置41的计算装置42。在第二步骤52中，该计算装置检查，是否三相中的至少一相发生了短路。为此，内部计算装置42访问在数据储存器43中所存放的参数，其中，在接地短路的情况下除了别的之外还采用地阻抗参数49。

如果计算装置42识别出在供电导线的段10的一相上的故障，则向命令部件45发出信号，该信号在其输出端45a上发出用于对应的断路器的切断命令，以便将供电导线的该段的有关相与其余的能量传输电网隔离。

如果在步骤52中识别出了故障，则在下一步骤53中，借助于通信装置44接收第二电流相量测量值和电压相量测量值，后者是在第二距离保护设备(例如距离保护设备11b)上所采集的。如果也要在第二距离保护设备中计算对于地阻抗的设定值，则在步骤53中还将由第一距离保护设备11a本身所采集的第一电流相量测量值和电压相量测量值通过通信装置44传输至第二距离保护设备。

所接收的第二电流相量测量值和电压相量测量值别送至计算装置42，在步骤54中，该计算装置在采用第一和第二电流相量测量值和电压相量测量值的条件下借助于两侧的故障定位算法确定故障位置值m。

最后，在步骤55中，在采用故障位置值m的条件下，计算对于地阻抗的设定值。为此，例如采用等式(4)。

可以将按照这种方式所计算的对于地阻抗的设定值，要么立刻作为对于地阻抗的新的参数存储在数据储存器43中并且由此替代对于地阻抗的参数49。作为替换，例如也可以仅仅在新计算的设定值与已经在数据储存器43中存在的地阻抗参数49之间的最小偏差出现的条件下，才进行对地阻抗的参数49的替代。

正如前面已经提到的那样，还可以首先等待一定数量的接地短路并且对于每个接地短路按照所描述的方式计算对于地阻抗的设定值。将这些分别计算的对于地阻抗的设定值存储在数据储存器43中。不过，不将它们用作对于地阻抗的参数49。只有在计算了特定数目的设定值之后，才确定在此前所计算的设定值的平均值，并且将该平均值作为新的地阻抗参数49设置在距离保护设备11a中。

直接地从每个所计算的设定值中或者从多个所计算的设定值的平均值中对参数49的设置，可以自动地由距离保护设备进行或者由距离保护设备的操作者手动地设置。在后一种情况下，电气距离保护设备11a通过在图4中没有示出的显示器为操作者给出对于设置地阻抗参数49的建议，使得距离保护设备11a的操作者可以自己决定，是否希望采用所建议的值作为阻抗参数49。

可以连续地重复按照图5的方法，从而可以在距离保护设备11a以及11b中适应性地改变地阻抗。

Claims (15)

1.一种用于确定对于电气保护设备的设定值的方法，其中，

-在出现接地短路的情况下，利用第一测量装置(11a)采集在供电导线的一段(10)的第一端上的第一电流相量测量值和第一电压相量测量值，并且利用第二测量装置(11b)采集在供电导线的该段(10)的第二端上的第二电流相量测量值和第二电压相量测量值；

其特征在于，

-在使用第一电流相量测量值和第一电压相量测量值以及第二电流相量测量值和第二电压相量测量值的条件下，确定一个故障位置值，该故障位置值给出在供电导线的所述段(10)上出现接地短路的位置，并且

-在使用所述故障位置值的条件下，计算一个给出地阻抗的设定值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-如下地计算所述设定值

${\underset{\‾}{Z}}_E=\frac{{\underset{\‾}{U}}_a-{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{aL}}m{Z}_L-{\underset{\‾}{U}}_F}{m{\underset{\‾}{I}}_{\mathrm{aE}}},$

其中，

Z _E是地阻抗；

U _a是由所述第一测量装置(11a)所测量的电压相量；

I _aL是由所述第一测量装置(11a)所测量的电流相量；

m是针对导线的所述段(10)从所述第一测量装置(11a)到故障位置的距离；

Z _L是导线的所述段(10)的正序系统阻抗；

U _F是在故障位置上的电压降；

I _aE是由所述第一测量装置(11a)所测量的地电流。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

-所述第一电流相量测量值和第一电压相量测量值由所述第一测量装置(11a)采集，而所述第二电流相量测量值和第二电压相量测量值由所述第二测量装置(11b)同步地采集。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

-为所述第一电流相量测量值和第一电压相量测量值以及第二电流相量测量值和第二电压相量测量值配备时间戳，所述时间戳给出各自电流相量测量值和电压相量测量值被采集的时间点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

-为了产生所述时间戳，在各个测量装置(11a，11b)中采用内部计时器(46)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

-将所述测量装置(11a，11b)的各个内部计时器(46)通过一个公共的外部计时器进行同步。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-将所采集的第二电流相量测量值和第二电压相量测量值通过通信链接(14)从所述第二测量装置(11b)传送至所述第一测量装置(11a)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

-所述第一测量装置(11a)计算所述故障位置值和所述设定值。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

-通过通信链接(14)既将所述第一电流相量测量值和第一电压相量测量值从所述第一测量装置(11a)传送至所述第二测量装置(11b)，也将所述第二电流相量测量值和第二电压相量测量值从所述第二测量装置(11b)传送至所述第一测量装置(11a)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

-两个测量装置(11a，11b)都计算所述故障位置值和所述设定值。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，

-既将所述第一电流相量测量值和第一电压相量测量值从所述第一测量装置(11a)、也将所述第二电流相量测量值和第二电压相量测量值从所述第二测量装置(11b)传送至计算装置(31)；并且

-所述计算装置(31)计算所述故障位置值和所述设定值。

12.根据上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，

-将所述设定值用于设置电气距离保护设备的地阻抗参数(49)。

13.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，

-对于多个接地短路分别计算一个设定值；并且

-从所计算的设定值中确定一个平均值，该平均值被用于设置电气距离保护设备的地阻抗参数(49)。

14.一种测量装置(例如11a)，包括：

-采集装置(40)，其被构造用于采集在电能传输导线的一段(10)的第一端上出现的第一电流相量测量值和第一电压相量测量值；以及

-通信装置(44)，其被构造用于接收借助另一个测量装置(例如11b)在该段(10)的第二端上所采集的第二电流相量测量值和第二电压相量测量值；

其特征在于，

-所述测量装置(11a)具有数据处理装置(41)，该数据处理装置被构造用于：

-从所采集的第一电流相量测量值和第一电压相量测量值和所接

收的第二电流相量测量值和第二电压相量测量值中，计算一个给出在

所述段(10)上的接地短路的位置的故障位置值，以及

-从所述故障位置值中计算一个给出地阻抗的设定值。

15.根据权利要求14所述的测量装置(11a)，其特征在于，

-所述测量装置(11a)是电气距离保护设备。

Images