CN101755373B - 保护设备和用于驱动保护设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明除了别的之外涉及一种保护设备(40-47)，用于保护供电设备(20)的与该保护设备对应的电气导线，以下称为本身的导线，该保护设备具有主保护功能，该主保护功能在本身的导线上发生故障的情况下，如果满足预先给定的主保护触发条件的话，则及时产生用于断开本身的导线的主触发信号。按照本发明，所述保护设备具有用于与间接或直接相邻的保护设备通信的通信装置(70)和与该通信装置相连的控制装置(72)，以及为了形成备用保护功能这样该构造控制装置，使得其根据相邻保护设备所传输的电流测量值(I1-I4)在应用基尔霍夫定律的条件下能够检查，在一个或多个通过相邻的保护设备定义的次级保护区域(50)内是否发生故障，并且如果在该次级保护区域内发生故障，则其能够产生用于断开本身的导线的备用触发信号。

Description

保护设备和用于驱动保护设备的方法

技术领域

本发明涉及一种具有按照权利要求1的前序部分的特征的保护设备。

背景技术

这样的保护设备例如由西门子公司以产品名SIPROTEC销售。该保护设备用于保护供电设备的与保护设备对应的电气导线，以下称为本身的导线。其具有主保护功能，该主保护功能在本身的导线上发生故障的情况下，如果满足预先给定的主保护触发条件的话，及时(zeitnah)产生用于断开本身的导线的主触发信号。公知的保护设备还可以具有备用保护功能(Reserveschutzfunktion)，该备用保护功能适合于如果出现预先给定的备用保护触发条件，不需满足实际的主保护触发条件而延迟一个预先给定的分级配合时间(Staffelzeit)来产生用于断开本身的导线的备用触发信号。

通过所提到的备用保护功能，可能会出现如下问题：由于通过一个保护设备断开供电设备的导线，在其它相邻的保护设备中同样满足触发条件，从而在极少情况下会出现通过多个保护设备级联地断开导线并且发生所谓的“电力故障(Blackout)”，其中在重要的周边也会断开供电设备的实际上本身没有发生故障的并且实际上根本不必断开的部分，因为对保护设备预先给出的主保护触发条件并没有满足。

发明内容

由所述种类保护设备出发，本发明要解决的技术问题是，提出一种保护设备，其在设备故障的情况下能比迄今为止更好地避免断开供电设备的无故障部分。

本发明通过具有按照权利要求1的特征的保护设备解决上述技术问题。本发明保护设备的优选实施方式在从属权利要求中给出。

按照本发明，保护设备具有用于与间接或直接相邻的保护设备通信的通信装置和与该通信装置相连的控制装置，为了形成备用保护功能(以下为了区分其它备用保护功能称为“第一”备用保护功能)这样构造控制装置，使得其根据相邻保护设备所传输的电流测量值在应用基尔霍夫定律的条件下能够检查，在一个或多个通过相邻的保护设备定义的次级保护区域内是否发生故障，并且如果在该次级保护区域之一内发生了故障，则其能够产生用于断开本身的导线的备用触发信号(以下为了区分其它备用触发信号称为“第一”备用触发信号)。

本发明保护设备的主要优点是，其不仅能监视本身的导线，而且通过采用基尔霍夫定律，还可以与相邻的保护设备共同作用来监视全面(übergreifende)的区域(此处称为次级保护区域)。例如，如果保护设备确定，在保护设备位于其中的对应的次级保护区域内的电流和等于零或者近似等于零并且由此在该次级保护区域内不会发生故障，则保护设备即使在过载情况下也能够持续地或者对于预先给出的时间间隔，放弃断开其本身的导线，由此避免了本文开头描述的级联地自动断开供电设备的没有发生故障的部分。如果相反其确定，其处于在其中实际上出现故障的次级保护区域，则其可以通过迅速地断开其本身的导线而保证局部地有效限制故障，并且在时间上还是在其它保护设备的通过分级配合工作的备用保护功能附加地影响供电设备的没有出现故障的其它片段并可能发生通过级联断开引起的所述电力故障问题之前。

按照保护设备的优选实施方式，次级保护区域，至少其中之一，分别由至少一个完全包含在次级保护区域内的内部保护设备，和至少一个附加的电气位于外部的保护设备形成，由此通过位于外部的保护设备在至少一个内部保护设备周围电气地定义次级保护区域的一个封闭的外罩。在该实施方式中，通过关于封闭的外罩应用基尔霍夫定律，对于所有位于内部的保护设备可靠地确定故障。优选这样形成次级保护区域，使得每个保护设备对于至少一个次级保护区域形成一个位于内部的保护设备。

按照保护设备的优选实施方式，第一备用保护功能尽可能延迟少地工作，优选比保护设备的主保护功能更快地、与保护设备的主保护功能一样快或者近似一样快地并且特别是比按照预先给出的分级配合时间延迟响应的其它备用保护功能更快地工作。在该实施方式中，如果第一备用保护功能在其对应的次级保护区域内确定没有故障，则持续地或者对于预定的时间间隔禁止其它分级配合的备用保护功能的延迟响应。

保护设备的控制装置优选地具有输入装置，用于确定对应的相邻的保护设备的和用于确定一个或多个次级保护区域的输入可以馈入该输入装置。在该实施方式中，能够用户侧单独地确定，如何形成并且在供电设备中设置次级保护区域。

替换地或者附加地，保护设备的控制装置可以具有区域形成功能，该区域形成功能根据预先给出的供电设备的拓扑数据可以自动确定一个或多个次级保护区域。优选地，如下构造这样的区域形成功能，使得根据与相邻的保护设备的通信连接的质量和/或组成进行次级保护区域的自动形成。

特别优选地，保护设备还具有与第一备用保护功能不同的第二备用保护功能，其适合于，在本身的导线上过载的情况下，如果满足预先给定的过载触发条件的话，则无需满足预先给出的主保护触发条件以预先给出的分级配合时间延迟地产生用于断开本身的导线的第二备用触发信号。优选地，如果与次级保护区域的保护设备没有通信连接并且没有接收到电流测量值，则控制装置激活第二备用保护功能；如果与次级保护区域的保护设备有通信连接并且接收到其电流测量值，则优选以相应方式禁止第二备用保护功能。

控制装置还可以并行驱动第一备用保护功能和第二备用保护功能，并且在第二备用保护功能的分级配合时间期间根据次级保护区域的保护设备所传输的电流测量值在利用基尔霍夫定律的条件下检查，在对应的次级保护区域内是否发生故障，并且如果其确定，在其对应的次级保护区域内没有发生故障，则持续或者暂时地禁止第二备用触发信号的产生。

为了实现所有的保护设备能够自给自足地工作，具有优势地是，保护设备分别具有一个时间同步装置，其允许与相邻的保护设备相比时间同步地测量电流测量值。控制装置优选地与时间同步装置相连并且适合于，相对于相邻的保护设备的电流测量值时间同步地记录本身的导线的电流测量值。

控制装置优选适合于，作为电流测量值形成向量测量参数，例如按照IEEE标准C37.118。

例如，控制装置还适合于利用通信装置将其向量测量参数发送到相邻的保护设备，特别是经过有线连接或者无线的电话连接或数据连接，例如通过以太网或因特网。

具有优势的是，控制装置还适合于相位选择地测量本身的导线的相线的电流测量值并且形成相位选择的电流测量值。

一种用于驱动保护设备的方法也被视为独立的发明。按照本发明与此相关地，次级保护区域由完全包含在次级保护区域内部的至少一个内部保护设备，和至少一个电气位于外部的附加的保护设备形成，由此通过位于外部的保护设备在至少一个内部保护设备周围电气地定义次级保护区域的一个封闭的外罩，并且将以这种方式形成的次级保护区域输入到保护设备的控制装置中。关于按照本发明的方法的优点参见关于本发明的保护设备的上述实施方式。

本发明还涉及一种用于保护供电设备的具有多个如上面所述的保护设备的装置，其中这些保护设备形成至少两个待监视的次级保护区域。

优选地，在这样的装置中保护设备中的至少一个属于至少两个、此外优选互相无交叉的次级保护区域。

此外，本发明还涉及一种用于保护供电设备的预先给出的电导线的方法，其中，利用保护设备的主保护功能在预先给出的导线上发生故障的情况下，如果满足预先给出的主触发条件，则及时地产生用于断开预先给出的导线的主触发信号。

按照本发明关于这样的方法，利用通信装置将间接或直接相邻的其它保护设备的电流测量值传输到中央装置，利用该中央装置在利用基尔霍夫定律的条件下检查，在一个或多个通过相邻的保护设备定义的次级保护区域中是否出现故障，并且如果出现这样的故障，则产生用于断开预先给出的导线的第一备用触发信号。

例如，在该方法中作为中央装置使用与预先给出的导线对应的保护设备的控制装置。

替换地，作为中央装置还可以使用与预先给出的导线所对应的保护设备处于通信连接中的中央配备的监视装置。

例如，在中央配备的监视装置中进行次级保护区域的定义。关于该变形具有优势的是，分级配合地进行次级保护区域的定义，并且以用于粗略的故障定位的大的次级保护区域开始并且一直利用变小的次级保护区域继续进行，直到通过确定具有故障特征的较小的、优选尽可能最小的次级保护区域识别故障位置。

附图说明

以下结合实施例更详细地解释本发明；在此示例性地

图1为一般性解释示出了具有不是所要求保护的保护设备的供电装置的片段，

图2示出了供电设备的片段，其具有按照本发明的保护设备的实施例，其中，借助该供电设备示例性解释了按照本发明的方法的实施变形，

图3示出了按照图2的装置的保护设备的实施例，并且

图4示出了供电设备的一个片段，其具有按照本发明的保护设备的另一个实施例，并且是与中央单元共同工作的那些保护设备，其中，借助该供电设备示例性解释按照本发明的方法的另一个变形。

在附图中，为清楚起见，对相同或类似的组件始终使用相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中可以看出供电设备20的一个片段10；片段10示例性通过接头A、B、C和D来定义或者说限定。在片段10内有保护设备10、11、12、13、14、15、16和17，为保护目的其分别对应于一个本身的导线。

以下示例性假定，供电设备的保护设备分别具有主保护功能，其在本身的导线上发生故障的情况下，如果满足预先给定的主保护触发条件的话，及时地产生用于断开本身的导线的主触发信号。

此外示例性假定，保护设备附加地分别具有备用保护功能，备用保护功能适合于，在本身的导线上过载的情况下，只要满足预先给出的过载触发条件，则无需满足预先给定的主保护触发条件以预先给出的分级配合时间(Staffelzeit)延迟地产生用于断开本身的导线的备用触发信号。在此，过载触发条件例如不如主触发条件严格。通过备用保护功能例如应该确保，即使在本身的导线上没有由主保护功能所采集的“真正的”故障发生时，能够消除过载情况。

保护设备14、15、16和17例如属于同一个配电装置24并且由同一个电站电池25供电。

如果此时在片段10中、例如在保护设备14和13之间的导线段中发生短路，则将触发这两个保护设备14和13的主保护功能并且断开故障，使得供电设备20的余下的导线保持运行。

但是，这样的故障场景在不利的情况下也可能不同地发展。例如如果假定，电站电池25发生故障并且同时在保护设备14和13之间发生短路，在那里将不能触发保护设备14的保护功能，同样不能触发保护设备15、16和17的保护功能，因为它们同样由发生故障的电站电池25馈电。

因为在图1中没有左侧地断开故障，所以在保护设备10、11和12所对应的导线中可能产生过载，这在经过预先给出的分级配合时间之后会延迟地使得产生备用触发信号并且断开这些导线，尽管相应的导线本身并没有发生故障。

以相应的方式也会在时间上错开地触发在供电设备的相邻片段32和33中的保护设备30和31，从而会断开供电设备20的多个片段或者供电设备20的所有片段。

在图2中示出了具有按照本发明的保护设备40至47的实施例的供电设备的实施例。与按照图1的供电设备不同，在按照图2的供电设备20中，保护设备40至47分别具有与间接或直接相邻的保护设备通信的、具有天线71的通信装置70(参见图3)以及与该通信装置70相连的控制装置72；图3示例性示出了用于保护设备40至47的实施例。通信装置可以例如通过诸如因特网的网络有线连接地工作，或者例如通过无线电无线地工作。

控制装置72例如可以具有输入装置73，可以在用户侧将用于确定一个或多个次级保护区域的相邻的保护设备输入到该输入装置。替换地或者附加地，控制装置72具有区域形成功能74，其可以根据预先给出的供电设备20的拓扑数据自动确定一个或多个次级保护区域。

保护设备还可以具有时间同步装置75，其使得可以与相邻的保护设备相比时间同步地测量电流测量值；在这种情况下控制装置72优选与时间同步装置75相连，并且适合于与相邻的保护设备时间同步地记录本身的导线的电流测量值。

通信装置使得供电设备20的每个片段的保护设备可以互相通信并且由此可以形成通过保护设备定义的次级保护区域。在按照图2的该实施例中保护设备40至47形成次级保护区域50。在该例中保护设备45-47作为内部保护设备工作，围绕该内部保护设备通过位于外部的保护设备40-43定义次级保护区域50的封闭外罩51。

每个保护设备40至47此时测量、优选相位选择地测量在其本身的导线上的电流，并且产生相应的电流向量测量参数，其被传输到次级保护区域50的所有其它保护设备。由此在每个保护设备中出现所有的信息，这些信息单独地并且自给自足地允许每个保护设备根据基尔霍夫定律确定，在次级保护区域50内部是否出现故障。例如，每个保护设备例如按照下式可以符号正确地形成给出流入次级保护区域50的电流的电流和向量Ig：

Ig＝I1+I2+I3+I4

为了能够相应地形成电流和，保护设备优选时间同步地测量其电流测量值并且使其电流测量值具有相应的时间戳。这种时间戳例如可以从GPS信号或者其它无线电信号中获得。

如果该电流和Ig按照数值大于零或者大于预定的阈值Imax，则保护设备作为第一备用保护功能将分别产生一个备用触发信号，该备用触发信号断开本身的导线。优选无延迟地进行通过第一备用保护功能的断开，至少比时间上分级配合(gestaffelt)工作的其它备用保护功能更快。

此时如果在保护设备44和43之间的导线上发生短路并且同时发生电站电池25的故障，则与按照图1的装置不同，直接断开保护设备40、41和42，并且还是在供电设备20的其它片段32或33的时间上延迟或者说分级配合工作的备用保护功能响应并引起本身无故障的其它片段32或33断开之前。

以相应的方式，在图1中示出的供电设备20的两个其它片段32和33的保护设备优选同样形成次级保护区域60和61，其防止供电设备的其它片段的保护设备跨越片段的(abschnittsübergreifend)触发。

在图4中示出了用于保护供电设备20的另一个实施例。在该实施例中，保护设备的通信装置将其电流测量值传输到中央装置100，该中央装置在按照图4的该例中是通过中央配备的监视装置而形成并且该中央装置利用间接或直接相邻的保护设备的电流测量值在利用基尔霍夫定律的条件下检查，在通过考虑的保护设备所定义的各个次级保护区域内部是否发生故障。如果是，则断开相应的次级保护区域的导线。

例如，中央装置100形成次级保护区域50、60或61，如上面结合图2已经解释的。

中央装置100特别优选利用接收的电流测量值计算地形成多个可以重叠或交叉或者不重叠或交叉的次级保护区域，并且对于每个以这种方式形成的次级保护区域测试是否出现故障。在此特别具有优势的是，在中央装置100中分级配合地进行次级保护区域的定义并且以用于粗略定位故障的大的次级保护区域开始，并且一直利用变小的次级保护区域继续进行，直到通过确定具有故障特征的较小的、优选尽可能最小的次级保护区域来识别故障位置。通过这样的优选方式可以实现，在故障情况下断开供电设备20的尽可能少的导线。

Claims (24)

1.一种保护设备(40-47)，用于保护供电设备(20)的与该保护设备对应的电气导线，以下称为本身的导线，该保护设备具有主保护功能，该主保护功能在本身的导线上发生故障的情况下，如果满足预先给定的主保护触发条件的话，及时产生用于断开本身的导线的主触发信号，

其特征在于，

-所述保护设备具有用于与间接或直接相邻的保护设备通信的通信装置(70)和与该通信装置相连的控制装置(72)；以及

-为了形成第一备用保护功能这样构造该控制装置，使得其根据相邻保护设备所传输的电流测量值(I1-I4)在应用基尔霍夫定律的条件下能够检查，在一个或多个通过相邻的保护设备定义的次级保护区域(50)内是否发生故障，并且如果在该次级保护区域之一内发生故障，则其能够产生用于断开本身的导线的备用触发信号，

所述保护设备还具有与所述第一备用保护功能不同的第二备用保护功能，其适合于，在本身的导线上过载的情况下，如果满足预先给定的过载触发条件的话，则无需满足预先给出的主保护触发条件以预先给出的分级配合时间延迟地产生用于断开本身的导线的第二备用触发信号。

2.根据权利要求1所述的保护设备，其特征在于，

至少一个次级保护区域(50)由至少一个完全包含在所述次级保护区域(50)内的内部保护设备(44-47)，和至少一个附加的电气位于外部的保护设备(40-43)形成，由此通过所述位于外部的保护设备在所述至少一个内部保护设备的周围电气地定义次级保护区域(50)的一个封闭外罩(51)。

3.根据权利要求1所述的保护设备，其特征在于，

所述控制装置具有输入装置(73)，用于确定一个或多个次级保护区域的相邻保护设备可以在用户侧被馈入该输入装置。

4.根据权利要求1所述的保护设备，其特征在于，

所述控制装置具有区域形成功能(74)，该区域形成功能根据预先给出的供电设备(20)的拓扑数据能够自动确定一个或多个次级保护区域(50，60，61)。

5.根据权利要求4所述的保护设备，其特征在于，

如下构造所述区域形成功能(74)，使得根据与相邻的保护设备的通信连接的质量和/或组成进行所述次级保护区域的自动形成。

6.根据权利要求1所述的保护设备，其特征在于，

这样构造所述控制装置，使得如果与所述次级保护区域的保护设备有通信连接并且接收到其电流测量值，则其禁止所述第二备用保护功能。

7.根据权利要求1所述的保护设备，其特征在于，

这样构造所述控制装置，使得如果与所述次级保护区域的保护设备没有通信连接并且没有接收到电流测量值，则其激活所述第二备用保护功能。

8.根据权利要求7所述的保护设备，其特征在于，

这样构造所述控制装置，使得其并行驱动第一备用保护功能和第二备用保护功能，并且在第二备用保护功能的分级配合时间期间根据次级保护区域的保护设备所传输的电流测量值在利用基尔霍夫定律的条件下检查，在其对应的次级保护区域内是否发生故障，并且如果其确定，在其对应的次级保护区域内没有发生故障时，则持续或者暂时地禁止第二备用触发信号的产生。

9.根据权利要求1所述的保护设备，其特征在于，所述保护设备具有时间同步装置(75)，该时间同步装置使得可以相对于相邻的保护设备时间同步地测量电流测量值。

10.根据上述权利要求1所述的保护设备，其特征在于，

所述控制装置适合于，作为电流测量值形成向量测量参数。

11.根据权利要求10所述的保护设备，其特征在于，

所述控制装置适合于按照IEEE标准C37.118测量向量测量参数。

12.根据权利要求10或11所述的保护设备，其特征在于，

所述控制装置适合于利用所述通信装置将其向量测量参数发送到相邻的保护设备。

13.根据权利要求10或11所述的保护设备，其特征在于，

所述控制装置适合于利用所述通信装置将其向量测量参数经过有线连接或者无线的电话连接或数据连接发送到相邻的保护设备。

14.根据权利要求10或11所述的保护设备，其特征在于，

所述控制装置适合于利用所述通信装置将其向量测量参数通过以太网或因特网发送到相邻的保护设备。

15.根据权利要求1所述的保护设备，其特征在于，

所述控制装置适合于相位选择地测量本身的导线的相线的电流测量值并且形成相位选择的电流测量值。

16.一种用于保护供电设备的具有多个按照上述权利要求1-15中任一项所述的保护设备的装置，其中，这些保护设备形成至少两个待监视的次级保护区域(50，60，61)。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述保护设备中的至少一个属于至少两个次级保护区域。

18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述保护设备中的至少一个属于至少两个互相无交叉的次级保护区域。

19.一种用于保护供电设备的预先给出的电导线的方法，其中，利用保护设备的主保护功能在预先给出的电导线上发生故障的情况下，如果满足预先给出的主保护触发条件，则产生用于断开预先给出的电导线的主触发信号，

其特征在于，

利用通信装置将间接或直接相邻的其它保护设备的电流测量值传输到中央装置(100)，利用该中央装置在利用基尔霍夫定律的条件下检查，在一个或多个通过相邻的保护设备定义的次级保护区域中是否出现故障，并且如果出现了这样的故障，则产生用于断开预先给出的电导线的第一备用触发信号，在该预先给出的电导线上过载的情况下，如果满足预先给定的过载触发条件的话，则无需满足预先给出的主保护触发条件以预先给出的分级配合时间延迟地产生用于断开该预先给出的电导线的第二备用触发信号。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，作为所述中央装置(100)使用与预先给出的电导线对应的保护设备的控制装置。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，作为所述中央装置使用与预先给出的电导线所对应的保护设备处于通信连接中的中央配备的监视装置。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，在所述中央配备的监视装置中进行所述次级保护区域的定义。

23.根据权利要求19-22中任一项所述的方法，其特征在于，分级配合地进行所述次级保护区域的定义，并且以用于粗略的故障定位的大的次级保护区域开始并且一直利用变小的次级保护区域继续进行，直到通过确定具有故障特征的小的次级保护区域识别故障位置。

24.根据权利要求19-22中任一项所述的方法，其特征在于，分级配合地进行所述次级保护区域的定义，并且以用于粗略的故障定位的大的次级保护区域开始并且一直利用变小的次级保护区域继续进行，直到通过确定具有故障特征的尽可能最小的次级保护区域识别故障位置。

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