CN102089950B - 用于产生故障信号的方法和电气保护设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生故障信号的方法，该故障信号给出在三相供电网中的一极的或两极的故障，该故障是在供电网中存在电气振荡期间出现的。为了提供如下可能性：利用该可能性能够以高的可靠性识别在振荡期间出现的一极的或两极的故障，本发明提出，在振荡期间产生对称性信号，该对称性信号表明，振荡是对称的还是不对称的，并且对供电网的相检查出现的故障，其中为了执行检查考虑对称性信号。如果在检查中识别到故障，则产生故障信号。本发明还涉及一种具有相应构造的控制装置的保护设备。

Description

用于产生故障信号的方法和电气保护设备

技术领域

本发明涉及一种用于产生故障信号的方法，该故障信号指明在三相供电网中的一极的或两极的故障，该故障是在供电网中呈现电气振荡期间产生的。本发明还涉及一种用于监视供电网的电气保护设备。

背景技术

对供电网通常逐段地利用所谓的保护设备监视不允许的运行状态，例如短路或接地故障。在出现这样的不允许的运行状态时，保护设备通过断开相应的断路器将供电网的发生故障的部分从其余的电网断开并且由此避免了人员和供电网的组件的危险。为了监视供电网的各个线段，保护设备执行所谓的保护算法。在此在使用测量数据(例如是表征供电网的测量位置上的电流和电压的测量值)的条件下，作出关于如下的判定：是存在不允许的还是允许的运行状态。

在此，通常采用的保护算法按照所谓的距离保护方法工作，在该距离保护方法中从电流和电压测量值计算位于复数平面中的阻抗值并且检查，阻抗值是否位于预先给出的范围(也称为触发多边形，)。只要阻抗值位于该预定的范围中，则距离保护设备确定在由其监视的供电网的线段上的一个不允许的运行状态，并且将触发信号发送到一个或多个限制该线段的断路器，以便将发生故障的线段从其余的供电网分离。在此距离保护算法区分所谓的内部故障和外部故障，其中内部故障涉及由距离保护设备直接监视的供电网线段，外部故障位于该线段外部并且落入另一个保护设备的直接的负责范围内。在内部故障情况下距离保护设备必须立即启动其发生故障的线段的断开，而在外部故障的情况下其通常作为备用保护。如果在一个确定的时间段内对于该外部故障负责的另一个保护设备没有断开该故障，则作为备用保护工作的距离保护设备在等待该时间段之后启动断开。

在突然的负载改变或供电网的结构的改变(例如通过接通或断开较大的供电设备)时，在供电网中会出现所谓的振荡过程或功率波动，以下为简单起见称为“振荡”，因为在供电网的馈电位置发电机必须调节到新的负载情况。这通常以衰减的振荡形式发生，直到供电网的新的工作点稳定。在振荡期间电流和电压可以说沿着供电线在高的和低的值之间摆动。由此在振荡情况下通常发生，电气距离保护设备在其测量位置在同时高的电流的情况下测量低的电压，并且从中计算出小的阻抗值，该阻抗值位于触发多边形内。然而因为衰减的(也称为同步的)振荡通常不描述供电网的危险运行状态，所以在这种情况下应该不进行触发。然而在仅仅应用距离保护功能的情况下，距离保护设备识别不允许的运行状态，并且断开供电网的监视的线段。由此可能进行供电网的特定的部分的不期望的错误断开，其通常对于供电网的运营商带来高的成本。此外通过由错误断开跳变地改变的电网结构会发生供电网的尚接通的线段的过载，这会导致一连串的断开直到所谓的电力网事故。

为完整起见在此提到，后面描述的本发明既可以应用于同步的振荡也可以应用于所谓的异步的振荡，其中阻抗至少运行一个完整的圆形轨道。“振荡”的概念由此在以下在该意义(同步或异步)上理解。

为了在振荡情况下避免不期望的错误触发，通常设置所谓的振荡识别装置。当振荡识别装置识别到振荡时，其给出一个振荡信号。该振荡信号例如可以用于，阻止通过距离保护设备向断路器输出触发信号。振荡识别装置在此或者可以是距离保护设备的集成的组件、或者可以形成与距离保护设备相连的单独的装置。

具有集成的振荡识别的距离保护设备由发明者例如以名称“SIPROTECDistanzschutz 7SA6”提供。相应的设备在Siemens AG的设备手册“SIPROTECDistanzschutz 7SA6，V4.3”2002年，Siemens AG的订购号为C53000-G1100-C156-3中公知。在该设备手册的章节2.3“Maβnahmen bei Netzpendelungen”中描述了，为了识别振荡，对由阻抗值在复数平面中形成的曲线变化检查典型的特性，例如“连续性”、“单调性”和“跳变特性”并且根据检查结果在识别到振荡的情况下产生振荡信号。

然而，在现有的(anstehender)振荡期间也会出现内部或外部故障，它们由保护设备识别并且可能必须被断开。因为故障与出现的振荡重叠，所以通常难以识别故障。这例如涉及一极的或两极的故障，即，涉及供电网的一相或两相的故障，因为在这些故障的情况下在至少一个(未发生故障的)相中还发生振荡，所以在发生故障的相中呈现振荡和故障的重叠。

特别是在外部故障的情况下，由振荡重叠的故障还具有振荡的典型的特性，例如记录的阻抗值的最大程度上椭圆形的轨道曲线变化，从而在这种情况下出现的振荡信号使得距离保护设备的备用功能失效。由于这个原因，在公知的距离保护设备中，根据要求由振荡识别去除(ausnehmen)触发多边形的确定的区域(计算的阻抗值在外部故障的情况下位于该区域中)，以便即使在振荡的情况下也保证备用保护功能。

此外，在确定的由振荡重叠的内部故障的情况下，特别是当其在与距离保护设备的测量位置相距很远处发生时(例如在所谓的“Kippgrenze，转换边界”附近，即，在内部和外部故障之间的边界上)，还具有振荡的典型的特性，从而振荡信号也导致阻碍了对于直接监视的供电网线段的保护功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种可能性：能够以大的安全性识别在振荡期间出现的一极的或两极的故障。

本发明通过一种本文开头提到种类的方法解决上述技术问题，在该方法中在振荡期间产生对称性信号(Symmetriesignal)，该对称性信号表明，振荡是对称的还是不对称的，并且对供电网的相检查出现的故障，其中，为了执行检查考虑对称性信号。如果在检查时识别到故障，则产生故障信号。

按照本发明的方法的特别优点是，为了执行故障的检查，考虑对称性信号，该对称性信号包含关于振荡的对称性的结论。对称的振荡在供电网的所有三相中同样地发生，而不对称的振荡在至少一相中发生或者甚至限制到一或两相。不对称振荡除了别的之外可以在如下的供电线中发生：其并行导线经历过一极的断开(所谓的“并行导线中的开极(Open-Pole)”)。由于相互作用，该一极的断开在并行导线中也影响所考虑的供电线并且会将在那里发生的振荡带到不对称。通过考虑对称性信号可以将故障识别适配到供电网的目前状态。

具体来说，在此具有优势的是，故障信号导致撤销显示振荡的振荡信号。

按照本发明的方法的另一种具有优势的扩展，在显示对称振荡的对称性信号的情况下，从在供电网上采集的相电流中确定按照正序电流、逆序电流和零序电流的形式的对称分量，并且通过比较这些对称分量，进行对存在的故障的检查。按照这种方式可以利用非常简单的手段识别一或两极的故障，因为仅通过故障就引起在供电网中的不对称负载状态，因为振荡本身被识别为对称的并且由此可以排除作为不对称的原因。

具体地，关于这点，为了检验而将零序电流和逆序电流的和与正序电流进行比较，并且如果所述和与一个因数的乘积超过正序电流，则识别故障。通过该比较，可以以小的开销识别引起故障的不对称并且产生故障信号。

优选地，关于这点，将该因数动态地与正序电流的高度匹配，其中增加的正序电流导致该因数的上升。

在一个显示对称振荡的对称性信号的情况下，还可以，为了区别一极的和两极的故障，每相进行对阻抗值的变化的检查。关于这点，或者如果涉及的相的至少一个阻抗值位于复数的阻抗平面中的触发区域内部并且在相继的阻抗值之间的改变低于一个预先给出的阈值，或者如果涉及的相的至少一个阻抗值位于复数阻抗平面中的触发区域内部并且在相继的阻抗值之间出现跳变性改变，则推导出在各个相中故障的存在。通过该逐相的检查，可以特别简单地限制故障。

在显示不对称振荡的对称性信号的情况下，可以不使用对称分量的标准。由此按照本发明方法的另一个具有优势的实施方式，在显示不对称振荡的对称性信号的情况下，对于每相，确定阻抗值的变化并且根据该变化推导出在各个相中的故障存在。由于逐相检查阻抗，该故障识别方法虽然比对称振荡情况下考虑对称分量时计算量大，然而以这种方式可以可靠识别在各个相中的故障。

具体地，在此，如果或者涉及的相的至少一个阻抗值位于复数阻抗平面中的触发区域内部并且在相继的阻抗值之间的改变低于一个预先给出的阈值，或者涉及的相的至少一个阻抗值位于复数阻抗平面中的触发区域内部并且在相继的阻抗值之间发生跳变改变，则推导出在各个相中的故障存在。按照这种方式可以通过相对简单的检查识别故障。首先提到的标准在此表明，相继的阻抗值彼此几乎没有区别并且阻抗几乎取一个静态的(即，故障阻抗的)值。第二标准表明在振荡期间从任意的工作点到故障阻抗的跳变。

外部故障应该由各个负责的保护设备断开。在清除故障之后振荡可能在供电网的其余部分继续。在这种情况下，距离保护设备必须识别故障的结束和继续的振荡。因此，按照本发明的另一种具有优势的实施方式，在对称以及在不对称振荡的情况下，在等候处理的故障信号的情况下连续地检查，是否还存在故障，并且如果检查得到不再存在故障，则撤销故障信号。

具体地，关于这点，在一极的故障情况下，为了检查故障是否还存在，将关于故障相计算的阻抗值与关于无故障相计算的阻抗值比较，并且根据该比较推导出故障的存在。该实施方式基于如下认识，故障相的阻抗值在一个位置几乎保持恒定，而无故障相(在该相上发生振荡)的阻抗值连续地关于振幅和/或相位角改变。

关于这点例如可以，将关于故障相计算的阻抗值与关于无故障相计算的阻抗值如下进行比较：如果由各个相继的阻抗值覆盖(überstrichene)的线段(“阻抗线段”)近似相同，则推导出故障的存在。在该检查中将因此由各个阻抗值经过(zurückgelegten)的线段互相比较并且当所有的阻抗值以相同程度改变时，即，当关于故障相确定的阻抗线段和至少一个关于无故障相确定的阻抗线段低于阈值时，推导出故障的结束。

为了提高在一极的故障情况下故障情况的识别可靠性，此外，确定相电流的对称分量并且还根据对称分量的比较推导出，故障是否还存在。即，由此可以识别供电网的对称状态的恢复。该附加标准当然只能应用于对称振荡的情况，因为在不对称振荡情况下在故障结束之后不会恢复到对称状态。

为了检查最后提到的标准，具体地，可以将零序电流和逆序电流的和与正序电流比较，并且如果所述和与一个因数的乘积低于正序电流，则识别到故障停止的指示。

按照本发明方法的另一个具有优势的扩展，此外，在两极的故障的情况下，为了检查故障是否还存在，分别从关于无故障相和两个故障相中的一相采集的相电流以及从对于关于无故障相以120°偏移(即，相应的电流向量以120°旋转)的假定相的假定相电流，计算测试逆序电流值并将该测试逆序电流值与根据实际的相电流计算的逆序电流值进行比较，并且如果各个逆序电流值与各个测试逆序电流值的商超过一个预先给出的阈值，则推导出关于各个考察的故障相的故障结束。单个地对于这两个故障相进行该检查，从而对于每相能够识别故障的结束。通过分别淡出一个故障相并且通过假想振荡的相来替代，在所述检查中两个一极的故障反映一个准两极的故障。然后关于剩下的故障相可以通过所述方法得出关于故障的继续存在或结束的结论。

上述技术问题还通过一种电气保护设备解决，其具有用于执行上述方法或其扩展的控制装置。

附图说明

以下借助附图详细解释本发明。为此，

图1示出了一种供电网的片段的示意图，

图2示出了在复数阻抗平面中由故障重叠的振荡的图，

图3示出了用于产生和撤销故障信号的方法的实施例的示意概图，

图4示出了用于解释在对称性振荡的情况下的故障识别的示意性方法流程图，

图5示出了用于解释在不对称振荡情况下的故障识别的示意性方法流程图，

图6示出了用于解释在同时的一极故障的情况下的振荡的R-X图，

图7示出了用于解释检查在振荡期间一极的故障的继续存在的示意性方法流程图，

图8示出了用于解释检查在振荡期间的两极故障的继续存在的工作过程的三个电流向量图，

图9示出了用于解释检查在振荡期间的两极故障的继续存在的示意性方法流程图，

图10示出了逆序电流和测试逆序电流的可能变化的第一例子的图，

图11示出了逆序电流和测试逆序电流的可能变化的第二例子的图。

具体实施方式

图1举例示出了未详细示出的三相供电网的片段10。通过发电机12向供电网的片段10馈入电能。在发电机12和母线11之间具有示意性表示的三相输电线13。输电线13具有断路器14a和14b，借助后者可以将输电线13与供电网的片段10的其余部分分离。

为了监视输电线13的可能发生的故障，例如短路或接地故障，设置了保护设备15a和15b，它们是所谓的距离保护设备。保护设备15a和15b以电流和电压测量值的形式记录在测量位置16a和16b上的测量值并且根据这些测量值判断在输电线13上的允许的或不允许的运行状态。距离保护设备的详细工作原理在本文开头已经详细描述了并且所以在此不再解释。

如果保护设备15a或15b的一个或者两个识别了与其对应的输电线13的不允许的运行状态，则向相应的断路器14a和14b输出触发信号，以便将发生故障的输电线13与供电网的其余片段10分离。关于这点，还可以向发生故障的输电线的相对的末端发送故障信号的转发，以便也启动那里的保护设备对于其断路器产生相应的触发信号。在直接由相应的保护设备监视的输电线上发生的故障，如本文开头提到的，也称为“内部”故障。

此外，两个分支17a和17b与母线11相连。第一变压器18a(例如中压变压器)关于第一分支17a将在母线11上的电压转换到低的水平(例如中压水平)。关于第二分支17b通过第二变压器18b相应地进行。

在故障情况下，可以通过其他断路器14c和14d将分支17a和17b从母线11分离。为此，设置了其他保护设备15c和15d，它们可以是距离保护设备。它们记录在测量位置16a和16b上的测量值并且根据这些测量值判断，在分支17a或17b上呈现允许的还是不允许的运行状态。

在图1的情况下，示例性地在支路17b的通过闪电符号表示的故障位置19处发生一或两极的故障，例如接地故障。直接负责支路17b的保护设备15d必须识别该故障并且启动与其对应的断路器14d断开其开关触点，以便将支路17b与母线11分离并且由此防止故障对供电网的片段10的其余部分的影响。对于如下情况：例如由于保护设备15d的功能故障，在故障位置19处的故障没有由负责的保护设备15d识别到，则保护设备15a和15b为备用保护设备。在一个时间延迟过后(在该时间延迟内向保护设备15d提供机会来响应故障位置19处的故障)备用保护设备向其对应的断路器发送触发信号，以便以这种方式断开在位置19处的故障。

在按照图1的例子中，在这种情况下首先保护设备15b断开其断路器14b，而保护设备15a仅对于保护设备15b也没有断开故障的情况，进行断开。保护设备15a和15b首先作为所谓的外部故障发觉在位置19处发生的故障，因为其不处于与其直接对应的保护区域中，在这种情况下是输电线13或母线11的保护区域中。

供电网的片段10上的内部或外部故障的识别由于在供电网的线段上的同时发生的振荡会变得困难。

为此，图2示例性在所谓的R-X图中示出了在同时发生振荡的条件下在外部故障的情况中记录的阻抗值的变化。以下的解释示例性地对于按照图1的保护设备15b进行。

在R-X图中在复数的阻抗平面中(即以具有实部和虚部的所谓的复数形式)示出了阻抗值。在用“R”表示的轴上示出阻抗的实部，其也称为电阻分量并且给出阻抗的欧姆电阻分量，而在用“X”表示的轴上示出阻抗的虚部，其也称为所谓的电抗并且给出阻抗值的电感的和/或电容的分量。

每个阻抗值通过在各个测量位置(在本例中是图1中的测量位置16b)处记录的电流和电压测量值(其通常是包含振幅和相位角的电流和电压向量测量值)来确定。各个阻抗值同样通过振幅和相位角以所谓的阻抗向量的形式示出，其从R-X图的零点出发到指示相应的振幅和相应的相位角的值延伸。在图2的R-X图中为清楚起见，分别仅示出向量峰值的变化作为曲线变化。

在R-X图内示出了所谓的触发多边形20，其给出在阻抗平面中的那些由阻抗值在内部或外部故障情况下通常取的区域。如果阻抗值位于触发多边形内，则通常产生触发信号，以便断开相应的断路器。

示例性地结合图2示出在振荡情况下阻抗值的变化，该振荡通过外部故障，例如在故障位置19处(参见图1)的故障重叠。

第一曲线变化21描述了在无故障情况下的振荡时阻抗值的变化。这样的振荡可以结合通常的方法(例如本文开头解释的对阻抗值的单调性、连续性和跳变性的检查)来识别。同样可以作出关于如下的结论：振荡是否是对称地(即是否在所有三个相线上同样地)发生或者是否呈现不对称的振荡。

在按照图2的R-X图中的位置23处发生外部故障；在此阻抗值从位置22跳变到触发多边形20内的位置23。在外部故障期间由于通过同时还发生的振荡的重叠，阻抗值在椭圆形的轨迹曲线24上延伸，然而其直径小于在无故障情况下振荡时的轨迹曲线21的直径。重复通过轨迹曲线24，直到断开故障。

在通过R-X图的位置25处的保护设备15e清除外部故障之后，阻抗值的变化又跳变到位于触发多边形20外部的位置26处的值，并且随后又示出在振荡期间椭圆形的轨迹曲线变化27，此时其不再由故障重叠。

因此，在本例中保护设备15b必须能够，识别在位置23处在振荡期间外部故障的进入，以及在位置25处外部故障的结束，和从位置26起振荡的继续存在。只有这样的识别能够可靠地进行时，保护设备15b才可以继续作为对于保护设备15d的备用保护设备被采用。

具体地，对于图2中示出的情况，保护设备15b的工作原理应当是如下：在曲线21期间，保护设备15b必须识别发生的振荡并且给出所谓的振荡信号，该振荡信号一方面示出振荡、另一方面当振荡继续的情况下阻抗进入触发多边形时，防止距离保护功能向断路器输出触发信号。在位置22处，保护设备15b必须识别外部故障的发生并且产生故障信号，该故障信号示出在振荡期间故障的存在。故障信号导致撤销或至少阻断振荡信号。在区域24中存在外部故障期间尽管那里附加地发生振荡还是必须保持故障信号，即，尽管在区域24中振荡的典型的特点，保护设备15b还是必须将区域24不是作为振荡而是作为故障来识别，由此其能够采取其对于保护设备15e的备用保护功能。

也就是说，如果保护设备15d没有在分配给其的时间内断开在故障位置19处的故障，则保护设备15b(如已经相对图1解释的)断开其对应的断路器。

在位置26处，只要通过保护设备15d清除了(即，断开了)外部故障，则保护设备15b还必须识别故障的结束，并且撤销故障信号，以便从曲线27的开始起通过重新产生振荡信号又能够指出振荡的继续。

结合以下附图要解释，如何能够实现所描述的工作原理。为此首先在图3中以方法流程图的形式示出关于完整的算法的示意性概图。这样的算法通常以由保护设备的控制装置处理的设备软件形式执行。

在步骤30中开始检查。首先在步骤31中进行检查，在供电网中是否存在振荡。为此，例如检查从电流和电压测量值计算的阻抗值的单调性、连续性和跳变特性。如果由阻抗值描述的曲线变化单调地、连续地并且无跳变地运动，则识别振荡并且产生振荡信号。如果没有发生振荡，则重新在步骤30开始所述算法。

如果存在振荡，则在步骤32中检查，其是对称的还是不对称的振荡。这点例如可以通过如下进行：对供电网的每相进行振荡的上述检查，并且在所有三相中出现同样的振荡的情况下推导出对称的振荡，而在不同相之间发生不同的振荡或者仅限于一相或两相的振荡的情况下识别不对称的振荡。对称的振荡还可以通过如下来识别：对于一相识别到振荡，并且根据电流的对称分量，即，正序电流、逆序电流和零序电流，识别对称的特性。在对称的特性的情况下，主要存在正序电流分量而零序和逆序电流很少发生。

根据识别到对称的还是不对称的振荡，产生一个显示振荡的相应种类的对称性信号。根据通过对称性信号显示是对称的或是不对称的振荡，在步骤33a和34a以及33b和34b中进行对于对称的或不对称的振荡的相应的故障识别算法。

如果在步骤33a和34a以及33b和34b中没有识别故障，则重新在步骤30处开始算法。然而，如果识别存在的故障，则产生故障信号并且在步骤35中将故障的种类限制到，是一极的还是两极的故障。这点例如可以通过如下进行：逐相地检查，计算的阻抗值是否位于触发多边形内部，并且同时要么没有发生阻抗值的明显改变、要么识别到阻抗值的曲线中的跳变特性。两种情况都意味着在相应的相中的故障。

当故障是内部故障时，相应的保护设备必须触发其断路器并且由此将发生故障的线段从供电网中分离。在这种情况下，该方法在步骤35之前已经结束并且必要时在重新接通涉及的线段之后重新开始。如果出现外部故障，则在步骤36a或36b继续该方法。例如可以根据计算的阻抗值在触发多边形中的位置来进行在内部和外部故障之间的区分。

根据在步骤35中识别到一极的或两极的外部故障，在步骤36a和37a或36b和37b中对该一极的或两极的故障的结束进行检查。在此，如果识别出故障还存在，即其没有结束，则该检查按照相应的故障种类继续进行。然而，如果故障被识别为结束了，则撤销故障信号并且算法在步骤38中结束，并且在步骤30中可以重新开始。如果故障经过一个确定的时间段还存在，即，在该时间段内没有识别到故障的结束，则可以假定，对存在的故障直接负责的保护设备发生了故障。识别了外部故障的那个保护设备，在这种情况下可以按照其作为备用保护设备的功能断开其断路器并且由此进行故障清除。

结合图4解释在示出对称振荡的对称性信号的情况下在按照图3的步骤33a中进行的故障识别算法。在这种情况下可以特别简单地进行故障识别，因为仅必须进行对不对称状态的检查。基于如下认识，在对称振荡的情况下发生的不对称必定指示出要么是一极的要么是两极的故障。由此按照图4从三个相电流计算对称分量，即，在步骤41中所谓的正序电流I₁，在步骤42中所谓的逆序电流I₂和在步骤43中所谓的零序电流I₀。正序、逆序和零序电流的确定对于专业人员是充分公知的并且在此不再详细解释。

在步骤44中进行检查，对称分量(即正序、逆序和零序电流)给出对称状态还是不对称状态。当主要是正序电流而几乎没有零序和逆序电流时，呈现对称状态。在步骤44中由此进行检查，与因数m相乘的、逆序和正序电流的和是否大于正序电流，如以下不等式所示：

m·|I₀+I₂|＞|I₁|

如果满足该不等式，即，零序和逆序电流相对对称分量具有显著的分量，则识别不对称状态并且由此识别故障并且产生故障信号F。在此，具有优势地根据正序电流的大小选择因数m的大小，以便在小的正序电流的情况下补偿可能存在的噪声。在此，在正序电流增加时因数增加并且在正序电流下降时下降。通常因数m位于大约10至大约160的范围，在额定电流(即，如下的电流，对于该电流构造供电网)的范围中，对于因数m的值为大约100是具有优势的。

图5示出了对于一个示出了不对称振荡的对称性信号的故障识别算法(图3中的步骤33b)。在不对称振荡的情况下首先在步骤51中进行检查，根据电流和电压测量值形成的阻抗值是否位于触发多边形20内。在步骤52中进行检查，阻抗值是否对于在时间上相继确定的阻抗值保持在一个位置上，即，检查在相继的阻抗值之间的改变是否低于确定的阈值。在步骤53中最后检查，阻抗值的曲线是否具有跳变的特性，即，在两个阻抗值之间的改变是否超过预定的阈值。也就是说，阻抗值在一个位置上的保持以及跳变的特性都是对于存在的故障的明确特征。

框51和52的输出被传输到第一“与”门54，该第一“与”门又在输出侧与“或”门55的输入端相连。框51和53的输出被传输到第二“与”门56，该第二“与”门在输出侧与“或”门55的另一个输入端相连。通过由此形成的逻辑关联，如果阻抗值位于触发多边形内，并且同时要么相继的阻抗值不具有明显的改变、要么识别到阻抗值的曲线中的跳变特性，则在输出侧由“或”门55精确地输出故障信号。该检查每相地进行，从而对于每相能够作出关于是否存在故障的结论。

在图5中解释的算法适合于，进行区分，其是一极的还是两极的故障。由此按照图3的步骤33b对于不对称振荡的故障识别算法已经提供关于存在一极的还是两极的故障的结论，而为了区分在按照图3的步骤33a中识别的故障，在步骤35中为了区分故障的种类再次进行关于图5所解释的算法。

结合图6详细解释按照图3的步骤36a对一极的故障的结束的检查中的工作原理。图6示出了三个R-X图60a、60b和60c，其包含在相继的时刻(t＝0至t＝2)作为阻抗向量而记录的阻抗值。对于相A的阻抗向量Z _A属于发生故障的相并且在R-X图中通过故障阻抗给出的位置上保持不变，而对于相B和C的阻抗向量Z _B和Z _C振荡，这通过该向量的连续改变的振幅和相位角可以看出。

首先在对称振荡的情况下，为检查一极的故障的结束，当然提供与在检查故障的发生时相反的工作过程，即，检查是否恢复到对称状态。然而如从对于时刻t＝2的R-X图60c可以看出的，在一极的故障之后仅仅对于对称状态的恢复的这样的简单测试，不能得到关于一极的故障是否结束的结论，因为尽管还继续存在一极的故障，在R-X图中向量Z _A、Z _B和Z _C的位置偶然地正好相应于对称状态，即，各个向量的振幅相等，而在各个向量之间呈现分别为120°的相位角。此外，在存在不对称的振荡的情况下也不能客观地应用这样的测试。

因此，为了检查一极的故障的结束，检查发生故障的相A的相继的阻抗向量，其变化曲线是否近似相同地与对于无故障的相B和C的阻抗向量的变化曲线一致。具体地，为此确定所谓的“阻抗线段”，其给出在两个或多个相继的时刻之间向量的改变。如果故障相A和无故障相B和C的阻抗线段相同，则可以假定，故障相A又进行与无故障相B和C相同的振荡运动并且故障结束。为简化起见也仅仅关于振荡的相B和C中的一相进行该测试。

图7示出了相应的逻辑图。当是一极的故障时，相应地从框72将信号传输到“与”门71。框73比较对于各个阻抗向量的阻抗线段，即关于故障相A和至少一个无故障相B或C在相继的时刻记录的阻抗向量之间的改变。如果关于该阻抗线段没有出现明显区别，则框73同样输出一个输出信号到“与”门71。然后“与”门71在这种情况下输出一个输出信号A，该输出信号撤销显示一极的故障的故障信号，因为在这种情况下仅尚存振荡而而故障结束。

附加地，如通过虚线框74所示，可以进行对称分量的对称状态的检查；如果正序系统胜过逆序系统和零序系统，则又假定对称状态：

m·|I₀+I₂|＜|I₁|

对于因数m又成立上述假定。在这种情况下向“与”门71输出一个输出信号并且在这种情况下只有当又恢复了对称状态时，“与”门71才输出一个输出信号，该输出信号导致撤销现有的(anstehenden)故障信号。然而，只有当出现对称振荡时，才有意义地采用按照框74的检查，因为在不对称振荡的情况下在框74中不能识别对称状态。

结合图8解释在按照图3的步骤36b和37b对两极的故障的结束进行检查时的工作方式。在两极的故障情况下，在使用对称分量的条件下关于一极的故障描述的工作方式是不够的，因为利用该工作方式不能区分一极的和两极的故障。因为例如完全可能发生，在两极的故障情况下首先又清除两相中的仅一相并且另一相还保持是具有故障的，所以这种区分现有的一极的和现有的两极的故障是必要的。

在两极的故障结束的情况下该工作方式首先包含两极的故障到两个一极的故障的映射并且包括然后的检查。结合图8详细解释两极故障到两个一极故障的映射。为此，图8示出了第一电流向量图80，其中示出了振荡的相A和两个故障相B和C的电流向量I _A、I _B和I _C。为了检查相B和C是否还发生故障，将在电流向量图80中描述的系统映射为两个分别描述一个一极的故障的系统，如在电流向量图81和82中所示。在电流向量图81中为此对于故障相B的电流I _B通过虚拟的相B′的假定的电流向量I _B代替。虚拟的B′相同样假定为振荡的相，并且涉及实际上振荡的相A，即假定的电流向量I _B具有与电流向量I _A相同的振幅和与之120°的相位偏移。对于故障相C的电流向量I _C在电流向量图81中保持不变。

在第三电流向量图82中，对于故障相C的电流向量I _C相应地通过虚拟的相C′的假定电流向量I _C代替，其关于其振幅相应于相A的电流向量I _A并且与之相关地具有120°的相位角。故障相B保持不变。

按照电流向量图81的系统被用于检查，相C是否还发生故障。为此，在使用电流向量I _A、I _B和I _C的条件下计算得到的测试逆序电流。同样在使用实际的电流向量I _A、I _B和I _C的条件下确定实际的逆序电流并且与测试逆序电流比较。为此形成逆序电流和测试逆序电流的商。如果商高于预先给出的阈值，例如高于5，则可以从中得出，通过由假定的电流向量I _B代替对于相B的电流向量I _B，恢复了对称系统。在这种情况下得出，相C没有再发生故障。

相应地，在使用按照电流向量图82的系统的条件下检查，相B是否还发生故障，方法是，在使用电流向量I _A、I _B和I _C′条件下形成测试逆序电流并且与在使用实际的电流向量I _A、I _B和I _C的条件下形成的逆序电流比较。如果逆序电流和测试逆序电流的商在此也高于一个确定的阈值，则可以得出，相B没有再发生故障。如果商低于确定的阈值，则故障还存在于相B。

图9再次以示意性流程图示出了该工作过程检查。在步骤91中关于两个故障相中的一个(示例性假定为B)通过假定的电流向量I _B′替代电流向量I _B。然后在步骤92中在使用电流向量I _A、I _B′和I _C的条件下计算测试逆序电流。在步骤93中使用具有测量的电流向量I _A、I _B和I _C的实际存在的系统，从中在步骤94中计算实际的逆序电流。然后，在步骤95中进行测试逆序电流与逆序电流的比较，方法是形成逆序电流和测试逆序电流的商并且与阈值(例如值5)进行比较。如果商高于阈值，则没有被替代的那些故障相(在本例中即相C)没有再发生故障，而在低于阈值时故障关于该相继续存在。

当超过阈值并且故障关于考察的相不再存在时，由此在框95中产生输出信号A。该输出信号A可以被用于撤销故障信号。

此处描述的工作过程不仅对于唯一的时刻的相电流，而是对于在相继的时刻被记录的多个相电流的变化进行。由此可以得到结果的更大的可靠性，因为关于逆序电流或测试逆序电流的短的波动被平衡。

图10和11分别示出了在其中记录了逆序电流I₂或测试逆序电流I₂ ^*关于时间t的曲线变化的图。按照图10的图中曲线101给出了逆序电流的变化，而测试逆序电流的变化用102给出。在图10所示的示例性变化中关于考察的相没有发生故障结束。

相应地在图11中用曲线111表示了逆序电流的变化，而测试逆序电流的变化用曲线112表示。在图11所示的示例性变化中由此关于考察的相发生故障结束。故障的清除产生曲线112的变化中的跳变113。

容易看出，由图11示出的情况得到的逆序电流(曲线111)和测试逆序电流(曲线112)的商比按照图10由逆序电流(曲线101)和测试逆序电流(曲线102)得到的商取得更高的值。图11由此示出了对于如下情况的检查的结果：检查的相不再发生故障，而在图10的情况下检查的相还发生故障。

总之，本发明示出了一种方法，利用该方法能够快速且可靠地识别在振荡期间发生的一极的和两极的故障，并且在外部故障的情况下在故障结束之后还能够识别继续的振荡。这样的方法例如由电气距离保护设备的控制装置进行并且使得距离保护设备可靠并且与各种情况匹配。因此，具有相应构造的控制装置的距离保护设备例如能够，即使在在振荡期间出现外部故障的情况下，也能接管备用保护功能，因为按照所述方法可以使用产生的并且撤销的故障信号，用于撤销显示振荡的振荡信号。

Claims (15)

1.一种用于产生故障信号的方法，该故障信号给出在三相供电网中的一极的或两极的故障，该故障是在供电网中存在电气振荡期间出现的，其中所述方法具有以下步骤：

-在振荡期间产生对称性信号，该对称性信号表明，振荡是对称的还是不对称的，其中，对称的振荡在供电网的所有三相中同样地发生，而不对称的振荡在至少一相中发生；

-对供电网的相检查出现的故障，其中，为了执行检查以如下的方式考虑对称性信号：在显示对称的振荡的对称性信号的情况下，为了检查存在的故障，考虑与在显示不对称振荡的对称性信号的情况下不同的、另一种故障识别算法；并且

-如果在检查中识别到故障，则产生故障信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-所述故障信号导致撤销显示振荡的振荡信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-在显示对称的振荡的对称性信号的情况下，从在供电网上采集的相电流中确定按照正序电流、逆序电流和零序电流的形式的对称分量，并且通过比较这些对称分量进行对存在的故障的检查。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

-为了检验，将零序电流和逆序电流的和与正序电流相比较，并且如果所述和与一个因数的乘积超过该正序电流，则识别出故障。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

-将所述因数动态地与正序电流的高度匹配，其中，增加的正序电流导致该因数的上升。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

-为了区别一极的和两极的故障，每相地进行对阻抗值的变化的检查；并且

-如果

-所涉及的相的至少一个阻抗值位于复数的阻抗平面中的触发区域内部并且在相继的阻抗值之间的改变低于一个预先给出的阈值；或者

-所涉及的相的至少一个阻抗值位于复数阻抗平面中的触发区域内部并且在相继的阻抗值之间出现跳变性改变，则推导出在各个相中故障的存在。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-在显示不对称振荡的对称性信号的情况下，对于每相确定阻抗值的变化并且根据该变化推导出各个相中故障的存在。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

-如果

-所涉及的相的至少一个阻抗值位于复数阻抗平面中的触发区域内部并且在相继的阻抗值之间的改变低于一个预先给出的阈值时；或者

-所涉及的相的至少一个阻抗值位于复数阻抗平面中的触发区域内部并且在相继的阻抗值之间发生跳变性改变时，则推导出在各个相中的故障存在。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-在出现故障信号的情况下，连续地检查是否还存在故障；并且

-如果检查得出不再存在故障，则撤销所述故障信号。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，

-在一极的故障情况下，为了检查故障是否还存在，将关于故障相计算的阻抗值与关于无故障相计算的阻抗值比较，并且根据该比较推导出故障的存在。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

-将关于故障相计算的阻抗值与关于无故障相计算的阻抗值如下地进行比较：如果由各个相继的阻抗值覆盖的线段近似相同，则推导出故障的结束。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

-确定相电流的对称分量，并且还根据对称分量的比较推导出故障是否还存在。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

-将零序电流和逆序电流的和与正序电流比较，并且如果所述和与一个因数的乘积低于正序电流，则识别到故障结束的指示。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

-在两极的故障的情况下，为了检查故障是否还存在，分别从关于无故障相和两个故障相中的一相采集的相电流以及从关于无故障相以120°偏移的假定相的假定相电流，计算测试逆序电流值并且将该测试逆序电流值与根据实际的相电流计算的逆序电流值进行比较，并且如果各个逆序电流值与各个测试逆序电流值的商超过一个预先给出的阈值，则推导出关于各个考察的故障相的故障结束。

15.一种用于监视供电网的电气保护设备，包括

-用于采集测量值的测量装置，其给出在供电网的测量位置上的电流和电压，和

-用于处理测量值的控制装置，

其特征在于，

-所述控制装置用于执行按照权利要求1至14中任一项所述的方法。