CN103370632B

CN103370632B - 用于检测接地故障的方法和装置

Info

Publication number: CN103370632B
Application number: CN201280008718.4A
Authority: CN
Inventors: 阿里·瓦尔罗斯; 扬内·阿尔托宁; 塔皮奥·哈科拉
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2032-02-14
Also published as: EP2490311A1; EP2490311A9; CN103370632A; EP2490311B1; RU2013141256A; WO2012110698A1; RU2550751C2

Abstract

用于检测电网的三相电线上的接地故障的方法和装置，所述装置包括用于确定三相电线(30)的中性导纳的值的装置(70)和用于在所确定的中性导纳的值和一个或更多个预定参数值的基础上来检测三相电线(30)上的接地故障的装置(70)，其中用于检测三相电线(30)上的故障的装置(70)包括用于将所确定的中性导纳的值从中性导纳域转换为剩余电流域的装置、用于在剩余电流域中将所转换的中性导纳的值与一个或更多个预定参数值相比较的装置以及用于在所述比较的基础上来检测接地故障的装置。

Description

用于检测接地故障的方法和装置

技术领域

本发明涉及检测电网的三相电线上的接地故障。

背景技术

电网中传统的和迄今为止最普遍的接地故障保护功能是基于利用零序电压极化的剩余电流。特别是在未接地并且补偿的配电网中，这种保护功能是基于Iocosphi、Iosinphi或者相位角标准。然而，在某些国家中，中性导纳保护已经变为优选甚至是必需的接地故障保护功能。1997年6月，Birmingham，CIRED97，J Lorenc等人的文章“Admittance criteriafor earth fault detection in substation automation systems in Polishdistribution power networks(用于Polish配电网中的分站自动化系统中的接地故障检测的导纳标准)”公开了实现基于接地故障保护的中性导纳的示例。

简单说，中性导纳保护是基于评估以下商：Y _o=I _o/-U _o，即根据剩余电流I _o和剩余电压U _o的基本频率相矢量所计算的网络中性导纳，并且在中性导纳域(Y _o-域)中将该结果与预定的操作边界(操作特征)进行比较。例如，剩余电流I _o可以利用电缆芯转换器来测量并且剩余电压U _o可以根据单极隔离的变压器的开口三角形连接的第三极(tertiaries)来测量。

WO2010/061055公开了利用由于故障引起的剩余电流和剩余电压的变化来计算中性导纳的替换方法：

Y _o=ΔI _o/(-ΔU _o)，

其中

ΔI _o=I _o(t₂)–I _o(t₁)，

ΔU _o=U _o(t₂)–U _o(t₁)，

t1和t2是指在故障前(t1)和故障期间(t2)的两个独立的时间实例。

此外，WO2010/061055公开了中性导纳保护特性，其中中性导纳域(Y _o-域)中的操作特性限定封闭区域，使得封闭区域的中心从导纳平面的原点朝向负电纳方向和/或负电导方向偏离。

在接地故障保护功能中，其操作是基于所测量的中性导纳，该操作发生在中性导纳域(Y _o-域)中。这意味着具有导纳保护功能的中继端子需要以中性导纳为单位(即以西门子或者实际上以微西门子为单位)进行设置。使用保护设备的使用人员可能不熟悉中性导纳的这种单位和和概念。这种单位可能被认为不实用和难以理解，因为它们很少在保护设计中使用。尽管基于中性导纳的接地故障保护可能具有优势，但由于上述原因，可能阻止基于中性导纳的接地故障保护的广泛实施。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供克服上述问题或者至少减轻它们的方法和用于实施该方法的装置。本发明的目的通过具有在独立权利要求中所陈述的特征的方法和计算机程序产品以及装置来实现。本发明的优选实施例公开在从属权利要求中。

本发明是基于以下构思：给出限定保护的操作特性的一个或更多个预定参数值，作为剩余电流量、剩余功率量或者每单位量，然后将该一个或更多个预定参数值从剩余电流域、剩余功率域或者每单位域转换为中性导纳域或者中性导纳的每单位域或者将所确定的中性导纳的值从中性导纳域或者中性导纳的每单位域转换为剩余电流域、剩余功率域或者每单位域，以启动所确定的中性导纳的值与一个或更多个预定参数值的比较，从而检测接地故障。

本发明的方法和装置的优点在于它使操作边界能够作为剩余电流量、剩余功率量或者每单位量被给出同时利用基于中性导纳的接地故障保护。因此，本发明提供基于中性导纳的操作原理的全部益处，例如对故障电阻和系统失衡的抗扰性，以及使用人员容易熟悉并且可以理解的作为剩余电流量、作为剩余功率量或者作为每单位量的简单设置。

附图说明

在下文中，参考附图通过优选的实施例来更详细地说明本发明，在附图中：

图1是三相电网的简化等效电路；

图2是三相电网的简化等效电路；

图3示出了实施例的框图；

图4示出了实施例的框图；

图5示出了实施例的框图；

图6示出了实施例的框图；

图7示出了实施例的框图；

图8示出了实施例的框图；

图9示出了根据实施例的剩余电流域的工作特性；以及

图10示出了根据实施例的剩余电力域的工作特性；

图11示出了根据实施例的每单位域的工作特性；以及

图12示出了根据实施例的中性导纳域的工作特性。

具体实施方式

本发明的应用不限于任何特定的系统，而且它可以与各种三相电气系统相连来检测在电网的三相电线上的相位对地故障。例如，该电线可以是馈电线，并且它可以是高架线或者电缆或者两者的组合。例如，实施本发明的电力系统可以是输电或者配电网或者它们的部件，并且可以包括几个馈电线或者片区。此外，本发明的使用不限于使用50Hz或者60Hz的基本频率的系统并且不限于任何特定的电压电平。

图1和2是用于可以在使用本发明的三相电网的简化等效电路的示例。图1示出了在后台网络40中存在故障的情形并且图2示出了在要被监测的电线30中存在故障的情形。附图仅仅示出了理解本发明所必需的部件。示例性网络可以是通过包括转换器10和汇流条20的分站来馈电的中压(例如20kV)配电网。示出的网络还包括电线输出，即馈电线。其它可能的馈电线以及除保护馈线30之外的其它网络部件被称为'后台网络'并且已经由单线线路出口40表示，但需要注意的是在后台网络中可能有许多馈电线或者其它网络部件。还可以有几个馈电分站。此外，例如，本发明可以与转换站而不是转换器10一起使用。如果该网络包括消弧线圈，它可以位于直接地或者通过接地转换器连接到系统中性点的分站(集中补偿50)处或者位于经过接地转换器的馈电线(非集中补偿60)处。

示例性网络是三相网络并且三相电力系统的三相称为L1、L2以及L3。在示例性系统中，本发明的功能模块可以位于在的开端处的中继单元70。也可以在中继单元70的位置处仅仅执行一些测量然后将该结果发送到另一个单元或者处于另一个位置的单元以便进一步处理。因此，本发明的功能模块可以分布在两个或更多个物理单位中而不是仅仅一个单元中并且实施本发明的单元或者多个单元可以与要被保护的电线30一起放置或者可能放置在较远的位置中。然而，这个与本发明的基本思想不相关。在图1和2中所使用的符号是如下：

U _o=网络的剩余电压，

E _L1=相位L1源电压，

Y _CC=位于分站的接地装置50的导纳。这可以包括具有或者没有并联电阻器和限流电阻器的补偿线圈。在未接地的网络中Y_CC=0。

I _CC=通过位于分站处的接地装置50的电流，

I _L1=在馈电处所测量的相位L1的相电流，

I _L2=在馈电处所测量的相位L2的相电流，

I _L3=在馈电处所测量的相位L3的相电流，

I _L1Fd=电线的相位L1的相电流，

I _L2Fd=电线的相位L2的相电流，

I _L3Fd=电线的相位L3的相电流，

I _L1Bg=后台网络的相位L1的相电流，

I _L2Bg=后台网络的相位L2的相电流，

I _L3Bg=后台网络的相位L3的相电流，

U _L1=在分站中的相位L1的相位对地电压，

U _L2=在分站中的相位L2的相位对地电压，

U _L3=在分站中的相位L3的相位对地电压，

Y _F=故障导纳(被假定为纯电导)，

Y _L1Fd=电线的相位L1的导纳，

Y _L2Fd=电线的相位L2的导纳，

Y _L3Fd=电线的相位L3的导纳，

Y _L1Bg=后台网络的相位L1的导纳，

Y _L2Bg=后台网络的相位L2的导纳，

Y _L3Bg=后台网络的相位L3的导纳，

Z _Ld=三角连接负载的相位阻抗，

Y _CClocal=位于电线中的接地装置60(补偿线圈)的导纳，

I _CClocal=通过位于电线中的接地装置60的电流。

在以下实施例中所需要的电流和电压值可以通过包括例如连接到电力系统的相位的电流和电压传感器(在附图中未示出)的合适的测量装置来获取。在大部分现有保护系统中，这种值可以容易地获得并且因此各种实施例的实施未必需要任何附加的测量装置。例如，电网的剩余电压可以根据相电压或者通过测量来自由变压器形成的开口三角形连接绕组的相电压来确定。电线30的剩余电流可以在诸如中继单元70等测量点处利用诸如电缆芯转换器或者Holmgreen连接(sum连接)等合适的电流测量装置来确定。如何获取这些值与本发明的基本思想不相关并且取决于特定的电力系统。

根据实施例，三相电线的中性导纳的值基于电网的剩余电压和电线的剩余电流的值来确定。中性导纳可以作为在接地故障时剩余电流相量I_o和剩余电压相量(-U_o)的商来计算：

Y _o=I _o/(-U _o)。

替换地，中性导纳的计算可以利用所谓的Δ量来被完成，其中t₁和t₂指的是在接地故障前(t₁)和接地故障期间(t₂)的两个独立的时间实例：

Y _o=ΔI _o/(-ΔU _o)，

其中，

ΔI _o=I _o(t₂)–I _o(t₁)，

ΔU _o=U _o(t₂)–U _o(t₁)。

使用该Δ量的优点在于：所计算的中性导纳变为在理论上不受故障电阻和系统失衡(在一定条件下)的干扰并且可以通过如以下所描述的基本网络数据来确定：

参考图1，在电线30外部出现单相接地故障时，所测量的中性导纳等于具有负号的总馈电线导纳(包括可能的非集中补偿线圈)：

Y _o=ΔI _o/(-ΔU _o)=-(Y _Fdtot+Y _CClocal),

其中，

Y _Fdtot=Y _L1Fd+Y _L2Fd+Y _L3Fd，

Y _L1Fd=G_L1Fd+j＊B_L1Fd，

Y _L2Fd=G_L2Fd+j＊B_L2Fd，

Y _L3Fd=G_L3Fd+j＊B_L3Fd，

G_L1Fd=电线的相位L1的相位对地电导，

G_L2Fd=电线的相位L2的相位对地电导，

G_L3Fd=电线的相位L3的相位对地电导，

B_L1Fd=电线的相位L1的相位对地电纳，

B_L2Fd=电线的相位L2的相位对地电纳，

B_L3Fd=电线的相位L3的相位对地电纳，

Y _CClocal=G_CClocal-j＊B_CClocal，

G_CClocal=位于电线30的接地装置60的电导。这包括位于电线30上的补偿线圈的电导。

B_CC=位于电线30处的接地装置60的电纳。这包括位于电线30上的补偿线圈的电纳。

参考图2，在电线30的内部出现单相接地故障时，所测量的中性导纳等于后台网络40的导纳加上中性装置的导纳(在非集中补偿的情况下，保护馈电线外部的所有线圈的导纳可以被包括在导纳Y _CC中)：

Y _o=ΔI _o/(-ΔU _o)=Y _Bgtot+Y _CC，

其中，

Y _Bgtot=Y _L1Bg+Y _L2Bg+Y _L3Bg，

Y _L1Bg=G_L1Bg+j＊B_L1Bg，

Y _L2Bg=G_L2Bg+j＊B_L2Bg，

Y _L3Bg=G_L3Bg+j＊B_L3Bg，

G_L1Bg=后台网络的相位L1的相位对地电导，

G_L2Bg=后台网络的相位L2的相位对地电导，

G_L3Bg=后台网络的相位L3的相位对地电导，

B_L1Bg=后台网络的相位L1的相位对地电纳，

B_L2Bg=后台网络的相位L2的相位对地电纳，

B_L3Bg=后台网络的相位L3的相位对地电纳，

Y _CC=G_CC-j＊B_CC，

G_CC=位于分站处的接地装置50的电导。这可以包括具有或者没有并联电阻器的补偿线圈的电导或限流电阻器的电导。在未接地的网络的情况下G_CC=0。在非集中补偿的情况下，在电线30外部的所有线圈的电导可以被包括到电导G_CC中。

B_CC=位于分站处的接地装置50的电纳。这可以包括补偿线圈的电纳。在未接地的网络的情况下B_CC=0。在非集中补偿的情况下，电线30外部的所有线圈的电纳可以被包括到电纳B_CC中。

根据实施例，与其它接地故障保护功能类似，导纳保护可以利用U_o过电压状态作为用于电网中的初始故障检测的普遍标准。U_o启动的设定值可以被设定在网络的最大的正常Uo电平以上，以便避免错误的启动。根据实施例，在中性导纳被确定时，可以在所确定的中性导纳的值和一个或更多个预定参数值的基础上检测在三相电线30上的接地故障。预定的参数值限定操作特征，在该操作特性的基础上可以确定接地故障是在电线30上还是在它的外部。根据实施例，一个或更多个预定的参数值作为剩余电流量、作为剩余功率量或者作为每单位量被给出。根据实施例，故障的检测包括将一个或更多个预定的参数值从剩余电流域、剩余功率域或者每单位域转换为中性导纳域并且在中性导纳域中将所确定的中性导纳的值与所转换的一个或更多个预定的参数值相比较。根据替换的实施例，故障的检测包括将所确定的中性导纳的值从中性导纳域转换为剩余电流域、剩余功率域或者每单位域并且在剩余电流域、剩余功率域或者每单位域中将所转换的中性导纳的值与一个或更多个预定的参数值相比。然后可以在比较的基础上检测在三相电线30上的接地故障。根据实施例，如果该比较显示所确定的中性导纳的值是在由一个或更多个预定的参数值所限定的工作区域内，则在三相电线30上检测出接地故障。如果所确定的中性导纳的值是在非工作区域范围内，即在工作区域的外部，则在三相电线30上没有检测出接地故障。

根据实施例，将一个或更多个预定参数值从剩余电流域转换到中性导纳域根据以下公式来执行：

Y _o＊=conj(I _o)/q，

其中，

I _o=剩余电流域中的值，

Y _o＊=中性导纳域中的等效值，

q=转换因子。

根据实施例，将所确定的中性导纳的值从中性导纳域转换到剩余电流域根据以下公式来执行：

I _o＊=conj(Y _o)＊q，

其中，

Y _o=中性导纳域中的值，

I _o＊=剩余电流域中的等效值，

q=转换因子。

根据实施例，转换因子q等于电网的相位对地电压。根据实施例，转换因子q等于电网的名义相位对地电压或者所测量的电网的正常状态相位接地电压。根据实施例，转换因子q是标量，由此电网的相位对地电压的绝对值可以作为转换因子来使用。

根据实施例，将一个或更多个预定参数值从剩余功率域转换到中性导纳域根据以下公式来执行：

Y _o＊=conj(S _o)/q^2，

其中，

S _o=剩余功率域中的值，

Y _o＊=中性导纳域中的等效值，

q=转换因子。

根据实施例，将所确定的中性导纳的值从中性导纳域转换到剩余功率域根据以下公式来执行：

S _o＊=conj(Y _o)＊q^2，

其中，

Y _o=中性导纳域中的值，

S _o=剩余功率域中的等效值，

q=转换因子。

根据实施例，将一个或更多个预定参数值从剩余电流或者剩余功率的每单位域转换到中性导纳域根据以下公式来执行：

Y _o＊=conj(pu)＊w，

其中，

pu=剩余电流或者剩余功率的(复数)每单位域中的值，

Y _o＊=中性导纳域中的等效值，

w=转换因子。

根据实施例，将所确定的中性导纳的值从中性导纳域转换到剩余电流或者剩余功率的每单位域根据以下公式来执行：

pu＊=conj(Y _o)/w，

其中，

Y _o=中性导纳域中的值，

pu＊=剩余电流或者剩余功率的(复数)每单位域中的等效值，

w=转换因子。

根据实施例，转换因子w等于所选择的电网的相位对地导纳的基准值。根据实施例，转换因子w由所选择的对剩余电流、剩余电压以及剩余功率有效的基准值根据以下公式计算出：

w=Y_obase=I_obase/U_obase，

或者，

w=Y_obase=S_obase/U_obase^2，

其中，

I_obase=所选择的对剩余电流有效的基准值，

U_obase=所选择的对剩余电压有效的基准值，

S_obase=所选择的对剩余功率有效的基准值。

根据实施例，将所确定的中性导纳的值从中性导纳的每单位域转换到剩余电流或者剩余功率的每单位域根据以下公式来执行：

pu＊=conj(Ypu),

其中，

Ypu=中性导纳的(复数)每单位域中的值，

pu＊=剩余电流或者剩余功率的每单位域中的等效值。

根据实施例，将一个或更多个预定参数值从剩余电流或者剩余功率的每单位域转换到中性导纳的每单位域根据以下公式来执行：

Ypu＊=conj(pu)，

其中，

pu=剩余电流或者剩余功率的(复数)每单位域中的值，

Ypu＊=中性导纳的每单位域中的等效值。

图3示出了实施例的框图。在步骤301中，确定中性导纳。在步骤302中，将所确定的中性导纳的值从中性导纳域转换到剩余电流域中。在步骤304中，将从该转换所获取的剩余电流域中的中性导纳的等效值与步骤303中给出的预定参数值(设定)相比。在该比较304的基础上，可以在步骤305中做出跳闸(tripping)决定。

图4示出了实施例的框图。在步骤401中，确定中性导纳。在步骤402中，将所确定的中性导纳的值从中性导纳域转换到剩余功率域中。在步骤404中，将从该转换所获取的剩余功率域中的中性导纳的等效值与步骤403中给出的预定参数值(设定)相比。在该比较404的基础上，可以在步骤405中做出跳闸决定。

图5示出了实施例的框图。在步骤501中，确定中性导纳。在步骤502中，将所确定的中性导纳的值从中性导纳域转换到剩余电流或者剩余功率的每单位域中。在步骤504中，将从该转换所获取的剩余电流或者剩余功率的每单位域中的中性导纳的等效值与步骤503中给出的预定的参数值(设定)相比。在该比较504的基础上，可以在步骤505中做出跳闸决定。

图6示出了另一个实施例的框图。在步骤601中，确定中性导纳。在步骤603中，将步骤602中给出的预定的参数值(设定)从剩余电流域转换到中性导纳域中。在步骤604中，将所确定的中性导纳的值与中性导纳域中的预定参数值的等效值相比。在该比较604的基础上，可以在步骤605中做出跳闸决定。

图7示出了另一个实施例的框图。在步骤701中，确定中性导纳。在步骤703中，将步骤702中给出的预定的参数值(设定)从剩余功率域转换到中性导纳域中。在步骤704中，将所确定的中性导纳的值与中性导纳域中的预定参数值的等效值相比。在该比较704基础上，可以在步骤705中做出跳闸决定。

图8示出了另一个实施例的框图。在步骤801中，确定中性导纳。在步骤803中，将步骤802中给出的预定的参数值(设定)从剩余电流或者剩余功率的每单位域转换到中性导纳域中。在步骤804中，将所确定的中性导纳的值与中性导纳域中的预定参数值的等效值相比。在该比较804基础上，可以在步骤805中做出跳闸决定。

图9示出了根据实施例的剩余电流域上的一些可能的工作特性，该工作特性对于将所确定的中性导纳值转换到等效剩余电流值时所获取的等效剩余电流值I _o＊而言是有效的，I _o＊=conj(Y _o)＊q。要注意的是，因为所测量的Y _o不受故障电阻的影响，仅仅在RF=0Ω时，等效剩余电流值I_o＊对应于物理上可测量的I _o。表示非工作区域（"盒(box)"）的保护特性，在外部故障时可以设置在与由电线30生成的接地故障电流I _Fdtot对应的电流值附近。在最简单的形式中，如备选方案a)所示的，仅仅需要一个预定的参数，Io_res_fwd来限定工作特性。它可以基于与线圈的并联电阻器和后台网络的总损耗对应的电流值来设定。在电线30所生成的接地故障电流未知或者它在日常工作期间可能极大地改变时，可以应用这种特性。为了提高灵敏度，该范围可以利用参数Io_ind来限制。它可以基于在考虑到最大线长度时由电线30所生成的接地故障电流来设置。如备选方案b)所示，盒形特性通过将在反方向上具有参数Io_res_rev的范围限制为与Io_ind相同的值来获取。然而，最好的灵敏度可以通过在向前方向中引入具有参数修正角和Io_start的倾斜特性来获取。参见备选方案c），修正角参数的目的与传统的接地故障保护(例如补偿测量误差)中的相同并且参数Io_start可以基于考虑了实际的测量不精确性的最小可测量电流值来设置。该特性可以设置为考虑了以下情况：其中罕见地，位于电线30的分布式线圈将过度补偿、即在外部故障的情况下该线会生成感应的接地故障电流。可以利用参数Io_cap来考虑这种过度补偿。在备选方案d)-f)中示出了用于通过分布式补偿来补偿配电网的有效特性。

图12示出了根据实施例的中性导纳域上的一些可能的工作特性。图12的备选方案a)-f)相当于图9的那些，使得所示出的参数的对应关系如下：

Yo_res_fwd=conj(Io_res_fwd)/q=Io_res_fwd/q，

Yo_ind=conj(+j＊Io_ind)/q=-j＊Io_ind/q，

Yo_res_rev=conj(Io_res_rev)/q=Io_res_rev/q，

Yo_cap=conj(-j＊Io_cap)/q=+j＊Io_cap/q，

Yo_start=conj(Io_start)/q=Io_start/q，

Y _Fdtot=conj(I _Fdtot)/q，

反之亦然，

Io_res_fwd=conj(Yo_res_fwd)＊q=Yo_res_fwd＊q，

Io_ind=conj(-j＊Yo_ind)＊q=+j＊Io_ind＊q，

Io_res_rev=conj(Yo_res_rev)＊q=Io_res_rev＊q，

Io_cap=conj(+j＊Yo_cap)＊q=-j＊Io_cap＊q，

Io_start=conj(Yo_start)＊q=Io_start＊q，

I _Fdtot=conj(Y _Fdtot)＊q。

如上所述，剩余电流域上的参数可以被转换为中性导纳域上的相应参数。

图10示出了根据实施例的剩余功率域上的一些可能的工作特性，该工作特性对于将所确定的中性导纳值转换到等效剩余功率值时所获取的等效剩余功率值S _o＊而言是有效的，S _o＊=conj(Y _o)＊q^2。要注意的是，因为所测量的Y _o不受故障电阻影响，仅仅在RF=0Ω时，等效剩余功率值S _o＊相当于物理上可测量的S _o。表示非工作区域（"盒"）的保护特性，可以设置在与在外部故障时由电线30生成的接地故障电流I _Fdtot对应的电流值附近。在最简单的形式中，如备选方案a)所示的，仅仅需要一个预定参数So_res_fwd来限定工作特性。它可以基于与线圈的并联电阻器和后台网络的总损耗对应的功率值来设置。在电线30所生成的接地故障功率是未知的或者它在日常工作期间可能极大地改变时，可以应用这种特性。为了提高灵敏度，该范围可以利用参数So_ind来限制。它可以基于在考虑到最大线长度时由电线30生成的接地故障功率来设置。如备选方案b)所示，盒形特性通过将在反方向中具有参数So_res_rev的范围限制为与So_ind相同的值来获取。然而，最好的灵敏度可以通过在向前方向中引入具有参数修正角和So_start的倾斜特性来获取。参见备选方案c），修正角参数的目的与传统的接地故障保护(例如补偿测量误差)中的相同并且参数So_start可以基于考虑了实际的测量不精确性的最小可测量功率值来设置。该特性可以设置为考虑了下述情况：其中罕见地，位于电线30处的分布式线圈将过度补偿、即在外部故障的情况下该线会生成感应接地故障功率。可以利用参数So_cap来考虑这种过度补偿。在备选方案d)-f)中示出了用于通过分布式补偿来补偿配电网的有效特性。

图12示出了根据实施例的中性导纳域上的一些可能的工作特性。图12的备选方案a)-f)相当于图10的那些，使得所示出的参数的对应关系如下：

Yo_res_fwd=conj(So_res_fwd)/q^2=So_res_fwd/q^2，

Yo_ind=conj(+j＊So_ind)/q^2=-j＊So_ind/q^2，

Yo_res_rev=conj(So_res_rev)/q^2=So_res_rev/q^2，

Yo_cap=conj(-j＊So_cap)/q^2=+j＊So_cap/q^2，

Yo_start=conj(So_start)/q^2=So_start/q^2，

Y _Fdtot=conj(S _Fdtot)/q^2，

反之亦然，

So_res_fwd=conj(Yo_res_fwd)＊q^2=Yo_res_fwd＊q^2，

So_ind=conj(-j＊Yo_ind)＊q^2=+j＊Io_ind＊q^2，

So_res_rev=conj(Yo_res_rev)＊q^2=Io_res_rev＊q^2，

So_cap=conj(+j＊Yo_cap)＊q^2=-j＊Io_cap＊q^2，

So_start=conj(Yo_start)＊q^2=Io_start＊q^2，

S _Fdtot=conj(Y _Fdtot)＊q^2。

如上所述，剩余功率域上的参数可以被转换为中性导纳域上的相应参数。

图11示出了根据实施例的剩余电流或者剩余功率的每单位域上的一些可能的工作特性，该工作特性对于将所确定的中性导纳值转换为等效的每单位值时所获取的等效每单位值pu＊而言是有效的，pu＊=conj(Y _o)/w。表示非工作区域（"盒"）的保护特性，可以设置在与在外部故障时由电线30生成的接地故障电流I _Fdtot或者S_{Fdtot_pu}对应的每单位电流值附近。在最简单的形式中，如备选方案a)所示的，仅仅需要一个预定的参数pu_res_fwd来限定工作特性。它可以基于与线圈的并联电阻器和后台网络的总损耗对应的每单位电流或者功率值来设置。在电线30所生成的接地故障电流是未知的或者它在日常工作期间可能极大地改变时，可以应用这种特性。为了提高灵敏度，该范围可以利用参数pu_ind来限制。它可以基于在考虑到最大线长度时由电线30生成的每单位接地故障电流或者功率来设置。如备选方案b)所示，盒形特性通过将在反方向中具有参数pu_res_rev的范围限制为与pu_ind相同的值来获取。然而，最好的灵敏度可以通过在向前方向中引入具有参数修正角和pu_start的倾斜特性来被获取。参见备选方案c），修正角参数的目的与传统的接地故障保护(例如补偿测量误差)中的相同并且参数pu_start可以基于考虑了实际的测量不精确性的最小可测量的每单位电流(或者功率)值来设置。该特性可以设置为考虑了下述情况：其中罕见地，位于电线30处的分布式线圈将过度补偿、即在外部故障的情况下该线会生成感应接地故障电流(或者功率)。可以利用参数pu_cap来考虑这种过度补偿。在备选方案d)-f)中示出了用于通过分布式补偿来补偿配电网的有效特性。

图12示出了根据实施例的中性导纳域上的一些可能的工作特性。图12的备选方案a)-f)与图11的那些对应，使得所示出的参数的对应关系如下：

Yo_res_fwd=conj(pu_res_fwd)＊w=pu_res_fwd＊w，

Yo_ind=conj(+j＊pu_ind)＊w=-j＊pu_ind＊w，

Yo_res_rev=conj(pu_res_rev)＊w=pu_res_rev＊w，

Yo_cap=conj(-j＊pu_cap)＊w=+j＊pu_cap＊w，

Yo_start=conj(pu_start)＊w=pu_start＊w，

Y _Fdtot=conj(I _{Fdtot_pu})＊w，

Y _Fdtot=conj(S _{Fdtot_pu})＊w，

反之亦然，

pu_res_fwd=conj(Yo_res_fwd)/w=Yo_res_fwd/w，

pu_ind=conj(-j＊Yo_ind)/w=+j＊Io_ind/w，

pu_res_rev=conj(Yo_res_rev)/w=Io_res_rev/w，

pu_cap=conj(+j＊Yo_cap)/w=-j＊Io_cap/w，

pu_start=conj(Yo_start)/w=Io_start/w，

I _{Fdtot_pu}=conj(Y _Fdtot)/w，

S _{Fdtot_pu}=conj(Y _Fdtot)/w。

如上所述，每单位域上的参数可以被转换为中性导纳域上的相应参数。

根据以上实施例中的任一个或者它们的组合的装置可以作为配置为实施各个实施例的功能的单个单元或者两个或更多个独立单元来被实施。在这里，术语'单元'通常涉及物理的或者逻辑的实体，诸如物理装置或者它们的部件或者软件程序。一个或更多个的这些单元例如可以存在于保护中继单元70中。

根据实施例中的任何一个的装置可以通过例如设置有合适的软件的计算机或者相应的数字信号处理设备来实施。这种计算机或者数字信号处理设备优选至少包括为算术运算提供存储区的工作存储器(RAM)和中央处理器(central processing unit,CPU)，诸如通用数字信号处理器。该CPU可以包括一组寄存器、运算逻辑单元以及控制单元。控制单元通过从RAM传输到CPU的程序指令序列来控制。控制单元可以包括用于基本操作的许多微指令。微指令的实施可以根据CPU设计而变化。程序指令可以通过程序设计语言来编码，该程序设计语言可以是诸如C、Java等的高级程序设计语言或者诸如机器语言或者汇编程序的低级程序设计语言。计算机还可以具有可以向写入有程序指令的计算机程序提供系统服务的操作系统。实施本发明的计算机或者其它装置进一步优选包括用于接收例如测量和/或控制数据的合适的输入装置以及用于输出例如计算结果和/或控制数据的输出装置。也可以使用单个或更多个多个专用集成电路或者相应的部件和装置来实施根据实施例中的任一个的功能。

本发明可以在诸如各种保护继电器或者中继装置等现有系统元件中实施或者通过以集中或者分布的方式使用独立的专用元件或者装置来实施。诸如保护继电器等用于电气系统的现有保护装置通常包括可以用于根据本发明的实施例的功能的处理器和存储器。因此，在例如现有的保护装置中实施本发明的实施例所需要的所有变形例和配置可以作为软件程序来执行，它可以作为增加或者更新的软件程序来实施。如果本发明的功能通过软件来实施，则这种软件可以作为包括计算机程序代码的计算机程序产品被提供，该计算机程序代码在计算机上运行时使计算机或者相应的装置执行如上所述的根据本发明的功能。这种计算机程序代码可以被存储或者大体包括在计算机可读介质上，例如闪速存储器或者磁盘存储器等适当的存储装置，计算机程序可从该计算机可读介质加载到执行程序代码的单元或者多个单元。此外，实施本发明的这种计算机程序代码可以通过例如合适的数据网络被加载到执行计算机程序代码的单元或者多个单元，并且它可以代替或者更新可能存在的程序代码。

对于本领域技术人员明显的是，随着技术的进步，本发明构思可以多种方式被实施。本发明和它的实施例不限于如上所述的示例而且在权利要求的范围内可以改变。

Claims

1.一种用于检测电网的三相电线上的接地故障的方法，所述方法包括：

在所述电网的剩余电压的值和所述电线的剩余电流的值的基础上来确定(301；401；501；601；701；801)所述三相电线(30)的中性导纳的值；

在所确定的中性导纳的值和一个或更多个预定参数值的基础上来检测所述三相电线(30)上的接地故障，其特征在于，所述一个或更多个预定参数值作为剩余电流量、作为剩余功率量或者作为每单位量来给出，并且检测所述三相电线(30)上的故障包括：

a)将所述一个或更多个预定参数值从剩余电流域、剩余功率域或者每单位域转换为中性导纳域或者中性导纳的每单位域(603；703；803)；以及在所述中性导纳域或者所述中性导纳的每单位域中将所确定的中性导纳的值与所转换的一个或更多个预定参数值相比较(604；704；804)；

或者

b)将所确定的中性导纳的值从中性导纳域或者中性导纳的每单位域转换为剩余电流域、剩余功率域或者每单位域(302；402；502)；以及在所述剩余电流域、所述剩余功率域或者所述每单位域中将所转换的中性导纳的值与所述一个或更多个预定参数值相比较(304；404；504)；

以及

c)在所述比较的基础上来检测所述接地故障(305；405；505；605；705；805)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据备选方案a)，所述一个或更多个预定参数值从所述剩余电流域到所述中性导纳域的转换(603)根据以下公式来执行：

Y _o*＝conj(I _o)/q,

其中，

I _o＝所述剩余电流域中的值，

Y _o*＝所述中性导纳域中的等效值，

q＝转换因子。

3.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，根据备选方案b)，所确定的中性导纳的值从所述中性导纳域到所述剩余电流域的转换(302)根据以下公式来执行：

I _o*＝conj(Y _o)*q,

其中，

Y _o＝所述中性导纳域中的值，

I _o*＝所述剩余电流域中的等效值，

q＝转换因子。

4.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，根据备选方案a)，所述一个或更多个预定参数值从所述剩余功率域到所述中性导纳域的转换(703)根据以下公式来执行：

Y _o*＝conj(S _o)/q^2,

其中，

S _o＝所述剩余功率域中的值，

Y _o*＝所述中性导纳域中的等效值，

q＝转换因子。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据备选方案b)，所确定的中性导纳的值从所述中性导纳域到所述剩余功率域的转换(402)根据以下公式来执行：

S _o*＝conj(Y _o)*q^2,

其中，

Y _o＝所述中性导纳域中的值，

S _o*＝所述剩余功率域中的等效值，

q＝转换因子。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述转换因子q等于所述电网的相位对地电压。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据备选方案a)，所述一个或更多个预定参数值从剩余电流或者剩余功率的每单位域到所述中性导纳域的转换(803)根据以下公式来执行：

Y _o*＝conj(pu)*w,

其中，

pu＝所述剩余电流或者剩余功率的、复数的每单位域中的值，

Y _o*＝所述中性导纳域中的等效值，

w＝转换因子。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据备选方案b)，所确定的中性导纳的值从所述中性导纳域到剩余电流或者剩余功率的每单位域的转换(502)根据以下公式来执行：

pu*＝conj(Y _o)/w,

其中，

Y _o＝所述中性导纳域中的值，

pu*＝所述剩余电流或者剩余功率的、复数的每单位域中的等效值，

w＝转换因子。

9.一种用于检测电网的三相电线上的接地故障的装置，所述装置包括：

用于在所述电网的剩余电压的值和所述电线的剩余电流的值的基础上来确定所述三相电线(30)的中性导纳的值的装置(70)；

用于在所确定的中性导纳的值和一个或更多个预定参数值的基础上来检测所述三相电线(30)上的接地故障的装置(70)，其特征在于，所述一个或更多个预定参数值是剩余电流量、剩余功率量或者每单位量，并且用于检测所述三相电线(30)上的故障的装置(70)包括：

a)用于将所述一个或更多个预定参数值从剩余电流域、剩余功率域或者每单位域转换为中性导纳或者中性导纳的每单位域的装置；以及用于在所述中性导纳域或者所述中性导纳的每单位域中将所确定的中性导纳的值与所转换的一个或更多个预定参数值相比较的装置；

或者，

b)用于将所确定的中性导纳的值从中性导纳域或者中性导纳的每单位域转换为剩余电流域、剩余功率域或者每单位域的装置；以及用于在所述剩余电流域、所述剩余功率域或者所述每单位域中将所转换的中性导纳的值与所述一个或更多个预定参数值相比较的装置；

以及，

c)用于在所述比较的基础上来检测所述接地故障的装置。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，根据备选方案a)，用于将所述一个或更多个预定参数值从所述剩余电流域转换为所述中性导纳域的装置被配置为根据以下公式来执行所述转换：

Y _o*＝conj(I _o)/q,

其中，

I _o＝所述剩余电流域中的值，

Y _o*＝所述中性导纳域中的等效值，

q＝转换因子。

11.如权利要求9或者10所述的装置，其特征在于，根据备选方案b)，用于将所确定的中性导纳的值从所述中性导纳域转换为所述剩余电流域的装置被配置为根据以下公式来执行所述转换：

I _o*＝conj(Y _o)*q,

其中，

Y _o＝所述中性导纳域中的值，

I _o*＝所述剩余电流域中的等效值，

q＝转换因子。

12.如权利要求9或者10所述的装置，其特征在于，根据备选方案a)，用于将所述一个或更多个预定参数值从所述剩余功率域转换为所述中性导纳域的装置被配置为根据以下公式来执行所述转换：

Y _o*＝conj(S _o)/q^2,

其中，

S _o＝所述剩余功率域中的值，

Y _o*＝所述中性导纳域中的等效值，

q＝转换因子。

13.如权利要求9或者10所述的装置，其特征在于，根据备选方案b)，用于将所确定的中性导纳的值从所述中性导纳域转换到所述剩余功率域的装置被配置为根据以下公式来执行所述转换：

S _o*＝conj(Y _o)*q^2,

其中，

Y _o＝所述中性导纳域中的值，

S _o*＝所述剩余功率域中的等效值，

q＝转换因子。

14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述转换因子q等于所述电网的相位对地电压。

15.如权利要求9或者10所述的装置，其特征在于，根据备选方案a)，用于将所述一个或更多个预定参数值从剩余电流或者剩余功率的每单位域转换为所述中性导纳域的装置被配置为根据以下公式来执行所述转换：

Y _o*＝conj(pu)*w,

其中，

Y _o*＝所述中性导纳域中的等效值，

w＝转换因子。

16.如权利要求9或者10所述的装置，其特征在于，根据备选方案b)，用于将所确定的中性导纳的值从所述中性导纳域转换为剩余电流或者剩余功率的每单位域的装置被配置为根据以下公式来执行所述转换：

pu*＝conj(Y _o)/w,

其中

Y _o＝所述中性导纳域中的值，

w＝转换因子。