CN101803136A

CN101803136A - 差动保护方法、系统和设备

Info

Publication number: CN101803136A
Application number: CN200780100583A
Authority: CN
Inventors: Z·加吉克; B·兰德奎维斯特
Original assignee: ABB T&D Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2010-08-11
Also published as: BRPI0722142A2; EP2206208A1; EP2206208B1; US8102634B2; WO2009052862A1; US20100202092A1

Abstract

本发明涉及一种电网中的差动保护方法，用于确定在电网内出现的故障的类型。该电网包括具有两个或者更多端的受保护对象，并且电流差动保护设备(12，14)和电流互感器(11，13)布置于每个端(A，B)。该方法包括以下步骤：在受保护对象的第一端，从受保护对象的第二端获得测量值；在第一端比较在第一端取得的测量值的改变与从第二端获得的测量值的改变；并且在比较测量值的改变的步骤表明不同结果时，确定在该电网内出现的故障的类型。

Description

差动保护方法、系统和设备

技术领域

本发明一般性地涉及配电系统和输电系统领域，并且具体地涉及此类系统中的保护方法和保护设备。

背景技术

配电系统或者输电系统包括布置成对形成电力系统一部分的设备的运转进行保护、监测和控制的保护系统。保护系统除了其它功能之外还检测电线、互感器和配电系统的其它部分中的短路、过电流和过电压。

保护设备用于在整个电功率系统中提供这样的保护和控制。保护设备通过断开断路器并且随后在已经消除故障之后恢复电力流来检测和隔离例如输电线和配电线上的故障。取而代之，保护设备可以被布置成在检测到故障时为电力流选择替代路由。

电流差动保护是一种用于保护电网的较新和较为可靠的方法。它基于比较受保护分区或者受保护单元的两侧上的电流这一思想。受保护单元或者分区可以是电网的任何部分，例如输电线、互感器、发电机或者变电站母线。

图1示意地图示了电流差动保护原理。在正常操作条件之下，进入和离开受保护单元1(例如输电线)的所有电流I₁、I₂之和等于零。如果在受保护单元1上有故障，则来自每个端的电流之和将不再等于零。在正常操作条件之下，在连接于受保护单元1与电流继电器2之间并且布置成降低初级电力系统电流的电流互感器3a与3b中的次级电流也相等，即，i₁＝i₂，并且无电流流过电流继电器2。如果在受保护单元1内出现故障，则电流不再相等，并且有流过电流继电器2的电流。差动继电器2然后使在受保护单元1的两端布置的断路器(未示出)脱扣。一个或者多个断开的断路器将由此使故障的受保护单元与电网的其余部分隔离。

目前，本地测量用来确定电流互感器电路是否在运转。图2图示了受保护输电线L。通常的做法是使用两个主要保护设备来用于保护，例如电流差动保护设备4和距离保护设备5。为了检测故障，电流差动保护设备4利用来自它的电流互感器CT1的测量值和来自另一主要保护设备5的电流互感器CT2的参考值。也就是说，使用来自本地电流互感器CT1和CT2的测量值，这要求两个保护设备4和5的电路的混合。这一解决方案的一个缺点在于难以确定检测到的故障是否源于实际保护设备还是参考保护设备。

另外，可能难以确定已经出现的故障是初级网络故障还是次级网络故障。如果已经出现次级故障，例如故障出现在电流互感器电路内，则使断路器脱扣从而不必要地使初级输电线停止服务、由此中断向电力用户供应电功率是最不希望的。

鉴于上述情形，将希望提供一种用于提供差动保护的改进方法。具体而言，将希望提供一种用于提供电流互感器电路的差动保护监控的方法。另外，也将希望提供对应的差动保护系统。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种克服或者至少减轻现有技术的前述缺点的用于电网保护的改进方法。具体而言，本发明的一个目的在于提供一种用于差分保护的方法，其中可以容易和可靠地确定保护系统、具体为电流互感器电路内的故障。

本发明的另一目的在于提供一种用于差动保护的改进方法，其中可以独立于其它保护设备的电流互感器，来检测保护设备的电流互感器内的故障。

本发明的又一目的在于提供一种用于差动保护的方法，其中可以可靠地区别初级故障与次级故障。

通过如独立权利要求所述的方法和系统来实现这些目的以及其它目的。

根据本发明，提供一种差动保护方法，用于确定在电网内出现的故障的类型。电网包括具有两个或者更多端的受保护对象，并且电流差动保护设备布置于每个端。该方法包括以下步骤：在布置于受保护对象的第一端处的电流差动保护设备中，从在受保护对象的第二端布置的电流差动保护设备获得测量值；在第一端处的电流差动保护设备中，比较在第一端取得的测量值的改变与从第二端获得的测量值的改变；并且在比较测量值的改变的步骤表明不同结果时，确定在电网内出现的故障的类型。根据本发明，由于从受保护对象的第二端获得测量值，所以可以独立于其它本地保护设备来确定电流差动保护设备的电流互感器电路内的故障。由此可以避免两个不同保护系统的电路的所不希望的混合，并且可以可靠地确定在实际保护设备内出现的故障。另外，借助本发明来比较测量值的改变并且据此确定故障的类型。由此避免初级输电线的不必要的脱扣，这是因为可以可靠地区分初级故障与电流电路中的次级故障。另外，根据本发明提供增加的安全性，因为仅在需要时才发出脱扣命令。然而，没有以系统的可靠性降低为代价提供增加的安全性。也就是说，维持受保护电网的可靠性，并且如果在电网内出现故障，则可靠地发出脱扣命令。发明因此提供增加的安全性以及增加的可靠性。

根据本发明的一个实施方式，如果比较测量值的改变的步骤表明在两个或者更多端的改变，则确定故障的类型的步骤包括确定出现初级故障。如果比较测量值的改变的步骤表明在仅一端的改变，则检测到次级故障。因此提供了一种用于检测和确定故障的类型的可靠方法。

根据本发明的另一实施方式，该方法还包括以下步骤：响应于比较测量值的步骤表明在两个或者更多端的测量值的改变，即初级故障，使断路器脱扣。该方法还可以包括以下步骤：如果确定步骤表明在仅一端的测量值的改变，即次级故障，则阻止脱扣命令。因此避免了初级输电线的不必要脱扣。

在本发明的另一方面中，提供一种差动保护系统，由此实现与上述优点相似的优点。

在从属权利要求中限定本发明的更多实施方式。在阅读以下详细说明以及附图后，本发明的其他实施方式及其优点将会变得清楚。

附图说明

图1示意地图示了电流差动保护原理。

图2示意地图示了输电线的已知差动保护系统。

图3示意地图示了其中可以实施本发明的电网。

图4示意地图示了其中可以实施本发明的另一电网。

图5图示了根据本发明的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

图1和图2已经结合现有技术加以讨论，因此将不再进一步加以说明。

图3示意地图示了本发明的一个实施方式，具体为电网9。根据本发明的差动保护方法保护电网对象，该电网对象在所示例子中为输电线10。电流差动保护方法例如借助适当计算机硬件和其它设备来实施，并且在下文描述中使用电流差动保护设备12作为用于执行本发明方法的手段的示例。

电流差动保护设备12经由电流互感器11连接到输电线10。电流差动保护设备12布置于输电线10的第一端(指示为A)。电流互感器11以已知方式布置成将电流降低至适合于由电流差动保护设备12处理的电平。在输电线10的相反端(指示为B)，与对应电流互感器13一起布置有对应电流差动保护设备14。在两个电流差动保护12、14之间的距离例如可以距离数公里直至数百公里。

电流差动保护设备12、14分别包括可以用来在电流差动保护设备12与14之间建立两个或者更多通信信道15的通信装置19和20。通信装置优选地包括可以用来在保护设备的不同端之间交换数字测量值的数字通信装置。通信信道15可以是光纤通信信道，也就是说，电流差动保护设备12和14借助光纤15来连接。电流差动保护设备12、14的通信装置19、20继而可以例如包括光纤终端装置。应当有两个(或者更多)通信信道15，一个方向上一个，即双向通信。

通信信道15用于在电流差动保护设备12、14之间发送测量值和其它数据。由此，根据本发明无需使用本地参考测量。因而，由此可以避免本地保护设备的电路的混合。在输电线10的第一端A布置的第二保护设备16、17因此完全独立于电流差动保护设备11、12。

电流差动保护设备12、14测量电流和其它数据。根据本发明，在输电线10的第一端A处的电流差动保护设备12被布置成比较它的测量与从在输电线10的第二端B处的电流差动保护设备14获得的参考数据，以便确定是否已经出现故障。

将在输电线10的端A处的电流值与在输电线10的端B处的电流值进行比较。在正常操作条件之下，电流在两个输电线端A和B相等。

为了进行上述测量和比较，电流差动保护设备12、14包括适合于这一端的处理装置22、23。不同端应当具有相同逻辑电路，并且所有端也应当具有相反逻辑。

通过相互比较来自两端(或者若干端)的电流值或者其它测量值，可以确定故障的类型。本发明的一个优点在于使用连续数值，这要比例如将测量值与设置的阈值进行比较更为准确。如果实际保护设备中的电流未变，但是在另一端中的电流改变，则本地端将不发出脱扣，而仅发出远程电流互感器警报。

在本发明的一个实施方式中，测量一端的电流并将其与该端的更早电流值进行比较(di/dt)。在另外一端或者多端进行相应的计算。比较在一端的值与在另外一端或者多端的对应值，这些对应值借助通信信道15来获得。例如，可以比较在一端A的测量值与在该端A处在之前的一个或者两个电力系统周期(例如在50Hz电力系统中，为之前20至40ms)获得的值。如果仅在一端中(例如在输电线端A)有电流改变，但是在另一端如端B中无电流改变，则可以推断电流改变由次级故障造成，例如由电流互感器11的电路故障(比如短路或者开路)而造成。

可以以下面的布尔表达式来概括上述内容，其中A和B是输电线L₁的相应端，i是采样的瞬时电流值，优选地在两端的同步时钟进行时间标记，而L1是相1的输电线L：

如果i(L₁A)＝i(L₁B)，则无故障

如果i(L₁A)＞i(L₁B)，并且

i(L₁A)不变，并且

i(L₁B)改变，

则阻止来自输电线端A的脱扣命令。

也就是说，该故障不是初级故障，而是在端B的次级故障。

对于输电端B，对应表达式是：

如果i(L₁A)＝i(L₁B)，则无故障

如果i(L₁B)＞i(L₁A)，并且

i(L₁B)不变，并且

i(L₁A)改变，

则阻止来自B的脱扣命令，即不是初级故障。

也就是说，故障不是初级故障，而是在A端的次级故障。

在输电线端A、B之一的改变电流值意味着与先前测量(例如如前所述数毫秒之前的值)相比的改变。

当然可以针对具有三个单独相电流的典型三相电力系统实施上述条件。

本领域技术人员已经阅读本申请后，能够构造用于实施由上述算法举例说明的本发明思想的逻辑。

如果存在在图3中在F 1指示的初级故障，则在输电线10的两端A、B中的电流改变。响应于检测到初级故障，电流差动保护设备12发出用于使断路器18脱扣的脱扣命令。如果例如在电流互感器电路中存在次级故障，则仅在出现故障的那端有电流改变。相反端没有任何电流改变。借助本发明，可以可靠地区分初级故障与电流电路中的次级故障。另外，没有不必要地切断输电线10。

在图4中图示了三端三相电网。本发明也可以实施于这样具有三个或者更多端的多端系统中。输电系统的不同端借助适当通信手段来互连。由此可以在输电系统的所有端之间交换数据。如果存在初级故障，则将通过检测在两个输电线端的两个同时改变来检测这一故障；例如在三端功率系统中，如果在两个输电线端有电流改变，则可以确定存在初级故障，并且应当发出脱扣命令。无论线端数目如何，只有在仅一端有电流改变时才检测到次级故障。

图5图示了根据本发明的差动保护方法30的步骤。该方法例如可用于如图3中所示电网9内，并且提供用于确定在电网9内出现的故障的类型的手段。电网9包括具有两个或者更多端A、B的受保护对象10，例如输电线。电流差动保护设备12、14并且优选地还有对应电流互感器11、13布置于每个端A、B。在步骤31中，在布置于受保护对象10的第一端A处的电流差动保护设备12中，从在受保护对象的第二端B布置的电流差动保护设备14获得测量值。这些值借助通信信道15来通信传送。接着在步骤32，在第一端A处的电流差动保护设备12中，比较来自在第二端B的电流差动保护设备14获得的测量的值改变与在第一端A取得的测量值的改变。如果比较测量值的改变的步骤32表明不同结果，则在步骤33中确定在电网9内出现的故障的类型。如果比较测量值的改变的步骤32表示在两个或者更多端A、B的改变，则确定故障的类型的步骤33包括确定出现初级故障。如果比较的步骤32表明在仅一端的测量值的改变，则确定故障的类型是最可能在电流互感器电路中的次级故障，并且采取适当动作。

在一个优选实施方式中，比较测量值的改变的步骤包括：在第一端A比较在第一端A取得的带同步时间标记的测量值的改变与从第二端B获得的如下测量值的改变，该测量值是与在所述第一端A处的测量值同步到相同时钟的、带时间标记的测量值。由此获得实际上可比较的值。

方法30还可以包括图中未示出的更多步骤。例如，该方法优选地还包括以下步骤：响应于比较步骤32表明在两个或者更多端A、B的测量值的改变，使断路器18、21脱扣34。

方法300还可以包括以下步骤：如果确定步骤33表明在仅一端的测量值的改变，即如果它是次级故障，则阻止脱扣命令。

在以上描述中，输电线10已经用来说明可以借助本发明而受到保护的对象或者电网单元。然而，将注意其它类型的电网单元也可以借助本发明来得到保护，例如变压器、变电站、发电机、母线等。

概括而言，本发明提供一种用于电流差动保护的改进方法。可以可靠地监控保护系统内的电流电路。可以独立于连接到其它保护设备的电流互感器来检测电流互感器的电路内的故障。

Claims

1.一种电网(9)中的差动保护方法，用于确定在所述电网(9)内出现的故障的类型，所述电网(9)包括具有两个或者更多端(A，B)的受保护对象(10)，其中电流差动保护设备(12，14)布置于每个端(A，B)，其特征在于以下步骤：

-在所述受保护对象(10)的第一端(A)处的所述电流差动保护设备(12)中，从在所述受保护对象(10)的第二端(B)处的所述电流差动保护设备(14)获得(31)测量值，

-在所述第一端(A)处的所述电流差动保护设备(12)中，比较(32)在所述第一端(A)取得的测量值的改变与从在所述第二端(B)处的所述电流差动保护设备(14)获得的所述测量值的改变，

-在所述比较测量值的改变的步骤表明不同结果时，确定(33)在所述电网(9)内出现的故障的类型。

2.如权利要求1所述的方法，其中如果所述比较测量值的改变的步骤表明在两个或者更多端(A，B)处的改变，则所述确定(33)故障的类型的步骤包括确定出现初级故障。

3.如权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：响应于所述比较步骤表明在两个或者更多端(A，B)的测量值的改变，使断路器(18，21)脱扣(34)。

4.如权利要求1或者2所述的方法，其中如果所述比较测量值的改变的步骤表明在仅一端(A，B)处的改变，则所述确定(33)故障的类型的步骤包括确定出现次级故障。

5.如权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：在所述确定步骤(33)表明在仅一端的测量值的改变时，阻止脱扣命令。

6.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：如果所述比较步骤(32)表明测量值未变，则重复所述获得(31)和比较(32)测量值的改变的步骤。

7.如任一前述权利要求所述的方法，其中所述测量值的改变包括比较在所述两个或者更多端(A，B)处的电流改变。

8.如任一前述权利要求所述的方法，其中所述获得(31)测量值的步骤包括通过光纤连接来获得数值。

9.如任一前述权利要求所述的方法，其中所述比较测量值的改变的步骤包括：在所述第一端(A)处的所述电流差动保护设备(12)中，比较在所述第一端(A)取得的带同步时间标记的测量值的改变与从在所述第二端(B)处的所述电流保护设备(14)获得的如下所述测量值的改变，所述测量值是与在所述第一端(A)处的所述测量值同步到相同时钟的、带时间标记的测量值。

10.如任一前述权利要求所述的方法，其中所述电流差动保护设备(12，14)借助相应电流互感器(11，13)连接到所述受保护对象(1)。

11.如任一前述权利要求所述的方法，其中所述受保护设备包括输电线(10)。

12.一种在电网(9)内的差动保护系统，所述电网包括具有两个或者更多端(A，B)的受保护对象(10)，其中电流差动保护设备(12；14)布置于每个端(A，B)，其特征在于：

-在所述电流差动保护设备(12；14)中用于在每个相应端(A，B)对测量值的改变进行测量的装置(22，23)，

-在所述电流差动保护设备(12；14)中用于从另一电流差动保护设备(12；14)接收测量值的装置(19，20)，

-在每个所述电流差动保护设备(12；14)中用于比较在所述第一端(A)取得的测量值的改变与从所述第二端(B)获得的所述测量值的改变的装置(22，23)，以及

-在每个所述电流差动保护设备(12；14)中用于确定在所述电网(9)内出现的故障的类型的装置(22，23)。

13.如权利要求12所述的差动保护系统，其中所述电流差动保护设备(12，14)借助相应电流互感器(11，13)连接到所述受保护对象(1)。

14.一种用于电网(9)的电流差动保护设备(12，14)，所述电网包括具有两个或者更多端(A，B)的受保护对象(10)，其特征在于：

-用于对测量值的改变进行测量的装置(22，23)，

-用于从所述受保护对象(10)的另外一端或者多端(A，B)获得测量值的装置(19，20)，

-用于比较在所述第一端(A)处取得的测量值的改变与从所述第二端(B)获得的所述测量值的改变的装置(22，23)，以及

-用于确定在所述电网(9)内出现的故障的类型的装置(22，23)。

15.如权利要求14所述的电流差动保护设备(12，14)，包括用于实施如权利要求1-11中的任一权利要求所述的方法的装置。