CN102165663A - 用于产生故障信号的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生指示在能量传输设备(11)(传输系统元件)中的故障的故障信号(F)的方法，其中，在该方法中检查是否在能量传输设备中进行接通瞬变过程，并且只要该接通瞬变过程持续，则禁止故障信号的产生。按照本发明，检查在电流的每个周期三相能量传输设备的至少一个电流(I1，I2，I3，I4)对于预先给定的最小时间间隔是否具有平坦的电流历程，并且，如果该至少一个电流对于预先给定的最小时间间隔具有平坦的电流历程，则禁止故障信号的产生。

Description

用于产生故障信号的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的方法。

背景技术

所述种类的方法例如由商业上可以获得的差动保护设备或者差动保护继电器执行。这样的保护设备起到的作用是，在能量传输设备或传输系统元件中出现故障的情况下产生显示相应故障的故障信号。然而，在能量传输设备内部的接通瞬变过程中，公知地可能出现如下的尖峰电流和电流历程，它们在能量传输设备的正常运行中通常对于故障是典型的，也就是表示在能量传输设备内部的故障。由于这个原因，公知的保护设备还检查，是否在能量传输设备中发生接通瞬变过程，并且只要各个接通瞬变过程持续则禁止故障信号的产生。通过在接通瞬变过程期间禁止故障信号，防止了保护设备的保护算法在接通瞬变过程期间响应并且触发故障信号，尽管实际上根本没有出现故障，而是进行正常的接通瞬变过程。用于产生故障信号的方法(在该方法中在接通瞬变过程期间禁止故障信号的产生)，例如由如下的保护设备进行，该保护设备由西门子公司以产品名称7UT631/63X驱动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于产生故障信号的方法，在该方法中特别可以可靠地识别接通瞬变过程并且相应地同样特别可靠地进行故障信号的禁止。

本发明通过一种具有权利要求1的特征的方法解决上述技术问题。按照本发明的方法的优选实施方式在从属权利要求中给出。

按照本发明，检查在电流的每个周期能量传输设备的至少一个电流对于预先给定的最小时间间隔是否具有平坦的电流历程并且如果该至少一个电流对于预先给定的最小时间间隔具有平坦的电流历程则禁止故障信号的产生。

按照本发明的方法的主要优点在于，利用按照本发明的方法能够可靠区分接通瞬变过程与在能量传输设备内部的实际的内部故障。在此本发明基于如下知识：在接通瞬变过程中重复地出现平坦的电流历程，而在设备的内部故障时不出现。按照本发明的方法由此着手，方法是，检查在每个周期这样的平坦的电流历程是否对于预先给定的最小持续时间或者预先给定的最小时间间隔持续，如果是，则禁止故障信号的产生。

要检查其电流历程的电流，例如可以是在差动保护继电器中的差电流、在支路或变压器侧的导体电流、零电流、变压器的中性点电流(Sternpunktstrom)、或者能量传输设备的一个或多个导体电流。

在三相能量传输设备的情况下具有优势的是，在预先给出的测量位置测量三相导线的每一相中的导体电流，检查在电流的每个周期是否所有三个导体电流同时对于预先给定的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程，并且，如果所有三个导体电流对于预先给定的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程，则禁止故障信号的产生。

为了特别可靠地避免不必要地禁止故障信号，例如还可以规定，仅当所有三个电流对于预先给出的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程并且还满足另一个禁止条件时，才禁止故障信号的产生。

例如，仅当所有三个电流以及能量传输设备的零点和/或中性点电流对于预先给定的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程时，才禁止故障信号的产生。

替换地或者附加地，仅当所有三个电流对于预先给出的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程并且此外导体电流分别超过预先给出的电流阈值时，才禁止故障信号的产生。

特别简单并且由此具有优势地，检查电流是否是平地延伸，方法是，如果在预先给出的最小时间间隔期间电流历程的时间上的改变小于改变阈值，则将电流历程视为是平坦的。

例如，可以固定地预先给出电流阈值和/或改变阈值。然而，如果电流阈值和/或改变阈值是可变的并且根据至少一个在能量传输设备上测量的测量值来确定，则实现了保护方法的更好的特性。

例如，可以根据至少一个所测量的参考电流测量值来确定电流阈值和/或改变阈值。优选地，参考电流测量值越大，则将电流阈值和/或改变阈值选择得越大。例如作为电流阈值和/或改变阈值，选择与参考电流测量值成比例的值。

在三相能量传输设备的情况下，具有优势的是，每相分别确定并应用一个特定于相导体的电流阈值和/或特定于相导体的改变阈值，其中每个特定于相导体的电流阈值和/或改变阈值优选地分别根据各自相的参考电流测量值来确定。

作为参考电流测量值，例如可以选择在时间上处于前面的参考时间间隔中所测量的最大电流值。

如果要保护变压器，则具有优势的是，如果变压器的所有三个导体电流对于预先给定的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程，则禁止故障信号的产生。

在中性点接地的变压器的情况下，具有优势的是，如果所有三个导体电流以及附加地还有变压器的中性点电流对于预先给定的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程，则禁止故障信号的产生。

此外，本发明还涉及一种现场设备，特别是保护设备，其即使在接通瞬变过程期间也具有特别好的保护特性。

按照本发明与此相关地，现场设备具有分析装置，该分析装置适合于执行如上详细描述的方法。

关于按照本发明的现场设备的优点参考结合按照本发明的方法的上述实施方式。按照本发明的现场设备的优选实施方式在从属权利要求中给出。

附图说明

以下借助实施例详细解释本发明。其中示例性地，

图1示出了具有按照本发明的现场设备的实施例的装置，

图2示出了按照图1的现场设备的分析装置的工作方式的实施例，

图3示出了在接通瞬变过程情况下在按照图1的装置中的示例性电流历程，

图4示出了在内部故障的情况下，即不是在接通瞬变过程的情况下，按照图1的装置中的示例性电流历程，并且

图5示出了具有现场设备的装置的另一个实施例。

附图中为清楚起见对于相同的或相似的组件始终使用相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中可以看出未进一步示出的能量传输设备11(传输系统元件)的片段10。该片段10例如可以具有变压器。

在片段10的测量位置15上在变压器的三个相导体L1、L2、L3上连接现场设备30。现场设备30配有分析装置40，描述电流I1、I2、I3的电流测量参数(例如可以是诸如电流采样值i_A(n)、i_B(n)和i_C(n)的电流测量值)被传输到该分析装置。分析装置40分析电流采样值i_A(n)、i_B(n)和i_C(n)，并且如果可以确定能量传输设备11中的故障则产生故障信号F。

现场设备30的分析装置40此外还检查，是否可以识别接通瞬变过程。在识别到接通瞬变过程的情况下禁止故障信号F的产生，以便避免现场设备30的错误触发。

在图2中示例性示出了一个流程图，该流程图示出了按照图1的分析装置40的工作方式的实施例。可以看出到达曲线历程检查50的电流采样值或相电流样本i_A(n)、i_B(n)和i_C(n)。在曲线历程检查50的范围内检查，在按照图1的能量传输设备11中通过电流采样值i_A(n)、i_B(n)和i_C(n)描述的导体电流是否具有平坦的历程。这点例如按照以下等式(1)检查：

|i_A(n)-i_A(n-1)|≤C和

|i_B(n)-i_B(n-1)|≤C和    (1)

|i_C(n)-i_C(n-1)|≤C

其中，C是阈值，下标A、B和C表示相导体并且标号(n)或(n-1)表示时间上相继跟随的采样值。

替换地，也可以按照以下两个等式(2)或(3)的一个来检查电流历程是否是平坦的：

di_A(n)≤D & di_B(n)≤D & di1_C(n)≤D    (3)

其中“&”描述逻辑“与”组合，D描述预先给出的阈值并且Ts描述采样时间或采样间隔。

例如，可以根据按照图1的能量传输设备的额定值I_N来确定阈值C和D。例如可以成立：

C＝0.025＊I_N和

D＝C/Ts＝25＊I_N(例如，对于Ts＝0.001s)。

此时，如果在按照图2的曲线历程检查50的范围内确定，所有三个导体电流同时满足用于“平坦的区域”或平坦的历程的标准，则在块60中将计数值Z提高1，从而在第一次识别到“平坦的区域”的情况下，计数值此时为1。

随后，在检查块70中检查：计数值Z是否已经达到了值Z＝2。如果还没有，例如因为计数值Z才为Z＝1，则按照支路80回到输入端E并且考虑分别下一个电流采样值。为了能够将这些接下来的电流采样值与已经考虑的电流采样值区别，利用标号(n+1)对其进一步处理。

随后，对这些接下来的电流采样值i_A(n+1)、i_B(n+1)和i_C(n+1)同样进行曲线历程检查50，并且检查：在按照图1的片段10的测量位置15上的导体电流是否同样具有平坦的历程。如果是，则在块60中又将计数值Z提高1，从而其取计数值Z＝2。

此时，在检查块70中确定，计数值Z取值2，从而这次不是沿着支路80分支回，而是沿着支路90跳到查询块100。

在查询块100中检查，计数值Z是否在最后的分析期间基于具有相继跟随的标号n和(n+1)的相继跟随的采样值取其计数状态Z＝2。如果是，则在块110中识别到接通瞬变过程并且产生禁止信号SB，该禁止信号禁止在按照图1的现场设备30的输出端上产生故障信号F。

取而代之，如果在查询块100中确定，计数值Z＝2不是归因于相继跟随的采样循环n和(n+1)，则计数值Z按照支路120置回为零并且按照支路130回到输入端E。

图3示例性示出了在按照图1的片段10的测量位置15上的导体电流。可以看出电流采样值i_A、i_B和i_C，其导数di_A、di_B和di_C，以及从中导出的特定于相的禁止信号CWAA、CWAB和CWAC。

此外，还示出了三个禁止信号CWAA、CWAB和CWAC的“与”组合并且用附图标记CWA-all表示。只有当所有三个特定于相的禁止信号CWAA、CWAB和CWAC同时具有逻辑1并且相应地“与”组合CWA-all在电流的周期内部同时具有逻辑1，则产生禁止信号SB。

此外，还在图4中示出了按照图2的检查方法的工作方式，然而不是对于接通瞬变过程，而是对于在变压器的高压侧的内部故障的情况。可以看到，虽然单个相导体电流中偶尔具有平坦的区域，从而其导致产生特定于相的禁止信号CWAA、CWAB和CWAC，然而这些信号从不同时出现，从而特定于相的禁止信号的“与”组合CWA-all从不具有逻辑“1”，而是始终具有逻辑“0”。相应地，在分析装置40的输出端上也不产生禁止信号。

在上面所述等式(1)至(3)中，假定对于按照图2的曲线历程检查50的恒定的阈值。替换地，还可以考虑可变的阈值或自适应的阈值，或者还可以附加考虑导体电流的各个电流大小。

按照图2的曲线历程检查50基于恒定的阈值对于电流的导数以及基于对绝对的电流大小的附加检查，例如可以借助以下等式进行：

i_A(n)≤Dc & i_B(n)≤Dc & i_C(n)≤Dc和

di_A(n)≤Dd & di_B(n)≤Dd & di1_C(n)≤Dd

阈值Dc和Dd例如为：

Dc＝0.5＊I_N和

Dd＝30＊I_N

还可以使用可变的阈值Dc和Dd，例如关于测量的导体电流或差电流Id的幅值。例如成立：

Dc＝0.2＊Id(n)和

Dd＝0.2＊Dc＊2∏f₁≈12.5＊Id(n)

还可以自适应地再调整阈值，例如根据各个电流大小或者与之匹配。例如，可以仅当对于相导体电流满足以下条件中的一个或两个时才产生特定于相导体的禁止信号：

$\left|i_{A,B,C}\left(n\right)\right|<0.3\&CenterDot;\underset{k=0...N-1}{\max }\left|i_{A,B,C}(n-k)\right|$

|di_A，B，C(n)|＜0.3·|i_A，B，C(n)|2πf₁

最后两个等式例如可以如下总结：“如果当前的采样值小于最后的周期的最大采样值的0.3倍，则检查电流关于当前采样值的导数是否足够小。如果不是，则出现平坦的区域。”

在解释按照图1的分析装置40的工作方式时，示例性假定，只有当所有三个导体电流同时具有平坦的区域时才产生禁止信号SB。替换地，还可以是只要零电流、中性点电流或仅一个相导体电流具有平坦的历程，就产生禁止信号SB。对于应该考虑在能量传输设备中流过的哪个电流的选择，可以与各个能量传输设备的个别构造相匹配。

图5示出了能量传输设备的另一个实施例。在按照图5的实施例中，除了相导体电流之外还测量变压器的中性点电流；该中性点电流用附图标记I4表示。由此不仅将相导体电流，而且将中性点电流或其采样值i_A(n)、i_B(n)、i_C(n)和i₄(n)也提供给分析装置40。

在按照图5的构造中，例如只要中性点电流I4或中性点电流I4与一个或两个相导体电流一起具有平坦的历程，就进行保护设备的禁止或者说产生禁止信号SB。对于中性点电流是否具有平坦的历程的检查，例如可以如上所解释地进行，特别是如结合图2并且结合上述等式所解释地进行。

Claims (17)

1.一种用于产生指示在能量传输设备(11)中的故障的故障信号(F)的方法，其中在该方法中

-检查是否在能量传输设备中进行接通瞬变过程，并且

-只要该接通瞬变过程持续，则禁止所述故障信号的产生，

其特征在于，

-检查在电流的每个周期三相能量传输设备的至少一个电流(I1，I2，I3，I4)对于预先给定的最小时间间隔是否具有平坦的电流历程，并且

-如果所述至少一个电流对于预先给定的最小时间间隔具有平坦的电流历程，则禁止故障信号的产生。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-在预先给出的测量位置上测量三相导线的每一相中的导体电流，

-检查在电流的每个周期是否所有三个导体电流同时对于预先给定的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程，并且

-如果所有三个导体电流对于预先给定的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程，则禁止所述故障信号的产生。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，仅当所有三个电流对于预先给出的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程并且还满足另一个禁止条件时，才禁止所述故障信号的产生。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，仅当所有三个电流以及能量传输设备的中性点电流(I4)对于预先给定的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程时，才禁止所述故障信号的产生。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，仅当所有三个电流对于预先给出的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程并且此外导体电流分别超过预先给出的电流阈值(Dc)时，才禁止所述故障信号的产生。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果在预先给出的最小时间间隔期间电流历程的时间上的改变(di_A，B，C)小于改变阈值(Dd)，则将电流历程视为是平坦的。

7.根据上述权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于，将所述电流阈值和/或改变阈值固定地预先给出。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电流阈值和/或改变阈值是可变的并且根据至少一个在能量传输设备上所测量的测量值确定。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据至少一个所测量的参考电流测量值

$\left(\right|\mathrm{Id},\underset{k=0,...N-1}{\max }\left|i_{A,B,C}(n-k)\right|)$

来确定所述电流阈值和/或改变阈值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述参考电流测量值越大，则将所述电流阈值和/或改变阈值选择得越大。

11.根据上述权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，每相分别确定并应用一个特定于相导体的电流阈值和/或改变阈值，其中，每个特定于相导体的电流阈值和/或改变阈值分别根据各自相的参考电流测量值来确定。

12.根据上述权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，选择在时间上处于前面的参考时间间隔中所测量的最大电流值

$\left(\underset{k=0...N-1}{\max }\right|i_{A,B,C}(n-k)\left|\right),$

作为所述参考电流测量值。

13.根据上述权利要求9-12中任一项所述的方法，其特征在于，选择与所述参考电流测量值成比例的值，作为电流阈值和/或改变阈值。

14.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果变压器的所有三个导体电流对于预先给定的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程，则所述禁止故障信号的产生。

15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果中性点接地的变压器的所有三个导体电流以及附加地还有变压器的中性点电流对于预先给定的最小时间间隔同时具有平坦的电流历程，则禁止所述故障信号的产生。

16.一种现场设备(30)，特别是保护设备，用于连接到三相能量传输设备(11)的导线上并且用于产生指示在该三相能量传输设备中的故障的故障信号(F)，其中，所述现场设备具有分析装置(40)，该分析装置适合于执行根据权利要求1-15中任一项所述的方法。

17.根据权利要求16所述的现场设备，其特征在于，所述分析装置具有数据处理设备，该数据处理设备被如下编程，使得其能够执行根据权利要求1-15中任一项所述的方法。

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