CN103532108A - 电力网络中的差动保护 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力网络中的差动保护。一种三端差动保护的方法，包括：测量差动保护的保护区的每一端（T1,T2,T3）的受保护的每一相（L1,L2,L3）的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)），以及根据所述端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）来确定相的偏置电流（I_b（y））。所述偏置电流的确定包括一个端的端相电流的相量值减去两个端的端相电流的相量值。根据端相电流的相位角或幅度，选择在相量差计算中作为被减数的端相电流。

Description

电力网络中的差动保护

技术领域

本发明涉及在电力网络中使用的差动保护。

背景技术

差动保护被用于保护发电机、变压器、总线和电源线免受内部故障的影响，从而所述发电机、变压器、总线或电源线构成了差动保护的保护区。在差动保护中，通过与保护用继电器相连接的电流互感器（transformer）来划定保护区，从而在保护区内部发生故障时，会导致保护用继电器提供保护操作，然而在保护区外部发生故障时，不会引起保护操作。因此，差动保护是绝对有选择性的保护方案，这是因为它只在它自己的保护区中发生故障时才工作。

在差动保护方案中，比较保护区两侧的电流。逐相进行所述电流的比较，以使得保护区的不同侧上同一相的电流被互相比较。在正常情况下，或者针对保护区外部的故障，保护区不同侧上的电流是相等的，并且没有差动电流流经保护用继电器。如果故障发生在保护区内部，则保护区不同侧上的电流不再相等，这导致差动电流流经保护用继电器，从而引起保护用继电器工作。

与上述理想的情形相反，在实践中，例如，总有一些差动电流源于电流互感器的励磁电流，电流互感器的电流相关的转换误差以及电流互感器饱和。通过系统电压水平来确定所述励磁电流，因此可以视为恒定的，与负载水平无关。然而，所述电流互感器的转换误差是各自电流水平的函数。因此，通常不将所述保护用继电器的保护操作中的差动电流的阈值实现为恒定的差动电流阈值，而是形成为偏置电流的函数，偏置电流也可以被称为抑制电流或稳定电流。所述偏置电流表示保护区的穿越性电流（through-current），在高电流流经保护区的情况下，它广泛用于差动保护中来降低保护的敏感性，来避免不是由保护区中的故障引起的、而是由其他原因引起的差动电流所引发的保护用继电器的误操作，所述一些引起差动电流的其他原因在前面已有解释。

通过下面关于图1(a)和图1(b)的两个例子来进一步阐明差动保护的一般原理。图1(a)公开了双端(terminal)系统的示意性的例子，所述双端系统包括第一端T1和第二端T2，所述第一端T1和第二端T2形成保护区。在正常工作的情况下，有流入保护区的第一端电流I _T1，以及有流出保护区的第二端电流I _T2，从而当电流的正向被确定为朝向保护区时，有I _TI=-I _T2。所述双端系统中的差动电流I _d(y)被如下确定

I _d（y)=I _Tl(y)+I _T2(y)。    (1)

取回所述偏置电流的一种方法是选择流入和流出保护区的电流的最大值，要么是分相的，要么通过对所有相使用一个共同的偏置。另一种方法是取流入和流出保护区的电流的幅度的平均值。

第三种取回双端保护区或双终端保护区的偏置电流的方法是，例如对于双绕组变压器，取每一相的流入和流出保护区的电流的相量差(phasordifference)。取流入和流出保护区的电流的相量差是一种很好的方法，可以对内部故障增加保护的灵敏性，同时对穿越性故障(through fault)或其他问题的情况仍然保持保护的稳定性。所述保护的稳定性的意思是将源于保护区中故障的差动电流与源于其他原因的差动电流区别开的保护能力。当电流的正向被定义为朝向保护区时，所述每一相的偏置电流可以通过如下被确定：

$I_{b\left(y\right)}=\frac{1}{2}|{\underset{\‾}{I}}_{T1\left(y\right)}-{\underset{\‾}{I}}_{T2\left(y\right)}|,---\left(2\right)$

其中，I_b(y)是相y的偏置电流I_b，对于三相电力系统，y=L1，L2，L3，I _T1(y)是保护区的第一端(例如，在电力变压器的高电压侧上)的相y的电流的相量值，而I _T2(y)是保护区的第二端(例如，电力变压器的低电压侧上)的相y的电流的相量值。并且，如前面所述，通常不将差动电流保护的工作阈值I_{d(y)_limit}实现为恒定的差动电流阈值，而是形成为偏置电流的函数，即

I_{d(y)_limit}=f(I_b(y))。    (3)

对于理想的穿越性故障或负载情形，所述偏置电流的幅度与保护区的各相对侧上的电流的幅度一致，即I_b(y)=I_Tl(y)=I_T2(y)。如上所述，因为电流的正向被定义为朝向保护区，这意味着，对于理想的穿越性故障或负载情形，相量I _T1(y)的角度与相量I _T2(y)的角度相反，即对于理想的穿越性故障或负载情形，I _T1(y)=-I _T2(y)。在来自两个方向的内部故障中，所述偏置电流I_b朝着0减小，导致对保护的工作特性有最大的灵敏性。

图1（b）公开了三端系统的示意性的例子，所述三端系统包括第一端T1，第二端T2和第三端T3，第一端T1，第二端T2和第三端T3形成了保护区。在正常的工作情况下，例如，有流入保护区的第一端电流I _T1，有流出保护区的第二端电流I _T2和第三端电流I _T3，从而当电流的正向被确定为朝向保护区时，有I _T1=–（I _T2+I _T3）。所述三端系统的差动电流I _d(y)被如下确定:

I _d(y)=I _T1(y)+I _T2(y)+I _T3(y)，             （4）

此时，通常通过相量电流绝对值之和来计算每一相的偏置电流，式子为：

$I_{b\left(y\right)}=\frac{1}{X}\left(\right|{\underset{\‾}{I}}_{T1\left(y\right)}|+|{\underset{\‾}{I}}_{T2\left(y\right)}|+|{\underset{\‾}{I}}_{T3\left(y\right)}\left|\right),---\left(5\right)$

其中，I _T3(y)是保护区的第三端T3的相y的电流的相量值，X是缩放系数，值为1或2，取决于差动保护提供者。在式子（5）的情形下，对于内部故障，偏置作用永不消失，但在多终端馈入的情形下，甚至可以得到加强。所述差动电流保护的工作阈值I_{d(y)_limit}再次形成为如式子（3）的偏置电流的函数。

在如上所公开的偏置电流I_b的确定中，应当注意的是，在各个端或终端的相电流可以被比较之前，它们必须首先与绝对值和相位角值是匹配的，这样，在理想化条件下的无故障运转中，各个端或终端的相应的相电流被缩放的，以使它们在绝对值和相位角值上是相等的。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于确定三端或三终端（end）差动保护的偏置电流的新颖的解决方案。

一种电力网络中的三端差动保护的方法，包括：测量差动保护的保护区的每一端的受保护的每一相的端相电流，以及根据端相电流来确定相的偏置电流，其中，所述偏置电流的确定包括一个端的端相电流的相量值减去其余两个端的端相电流的相量值。根据端相电流的相位角或幅度，选择在相量差计算中作为被减数的端相电流。

用于电力网络的三端差动保护系统包括：至少一个电流测量装置和至少一个智能电子装置，所述电流测量装置在差动保护系统的保护区的每一端的受保护的每一相中测量每一端的端相电流，所述智能电子装置被配置成根据测量每一端的受保护的每一相的端相电流所获得的端相电流来确定相的偏置电流，其中，所述智能电子装置被配置用于偏置电流的确定，以使一个端的端相电流的相量值减去其余两个端的端相电流的相量值，其中，根据端相电流的相位角或幅度，选择在相量差计算中作为被减数的端相电流。

一种计算机程序包括程序代码装置，所述程序代码装置被配置成当所述程序代码装置在智能电子装置上运行时，执行权利要求1到10中的任一项中公开的方法。

所述方法包括测量差动保护的保护区的每一端的受保护的每一相的端相电流。所述方法还包括根据端相电流来确定相的偏置电流。所述偏置电流的确定包括一个端的端相电流的相量值减去其余两个端的端相电流的相量值，根据端相电流的相位角或幅度，选择在相量差计算中作为被减数的端相电流。

在所述解决方案中，在不同端测量到的关于端相电流的相位角信息被保存，由此确定的偏置电流比以前更精确，因为在现有技术的解决方案中，在不同端测量到的关于端相电流的相位角信息被忽视。更加精确的偏置电流的确定使得改善差动保护的灵敏性成为可能，从而至少可以比以前更可靠地检测保护区中发生的一些故障，这意味着可以减少对电力网络和连接在电力网络中的组件的损害，以及对周围事物的可能的损害。

根据实施方式，所述偏置电流由式子

确定，其中I_b(y)是相y的偏置电流，y=L1，L2，L3，I _A(y)、I _B(y)和I _C(y)是与在每一个端测量到的相电流相对应的端相电流的相量值，X是缩放系数，例如，值为1或2。

根据实施方式，选择以下的端相电流在相量差计算中作为被减数，所述端相电流与其余两个端相电流的相位角的绝对相位角差超过120度。

根据实施方式，选择以下的端相电流在相量差计算中作为被减数，所述端相电流的幅度最高。

附图说明

在下面，通过优选实施方式和参照附图，将更加详细地描述本发明，其中，

图1（a）示意性地示出了双端系统，而图1（b）示意性地示出了三端系统，

图2示意性地示出了用于电力变压器保护的三端差动保护系统的例子，

图3示意性地示出了用于三端差动保护系统的偏置电流确定的流程图，

图4示意性地示出了在内部三相故障期间三端差动保护的工作的例子，

图5示意性地示出了在内部两相故障期间三端差动保护的工作的例子，以及

图6示意性地示出了在外部三相故障期间三端差动保护的工作。

具体实施方式

图2示意性地示出了电力网络1的一部分，电力网络1包括三相，即相L1、L2和L3。所述电力网络1包括电力变压器2，所述变压器2具有三个端，即端T1、T2和T3，其中，所述第一端T1由变压器2的高电压侧上的变压器绕组组成，所述第二端T2由变压器2的低电压侧上的变压器绕组组成。变压器2的第三端T3由变压器2的低电压侧上的另一组变压器绕组组成。例如，形成第三端T3的那组变压器绕组可以提供辅助变压器，用于给变压器2所处的电站的设备供电。为清楚起见，没有在图2中更加精确地公开所述电站。在所述变压器2的高电压侧上，有三相断路器CB1，而在所述变压器2的低电压侧上，有三相断路器CB2和CB3，在变压器2中发生内部故障（例如短路）时，所述断路器用于断开电力变压器2与电力网络1的连接。

用三端差动保护系统可以保护图2的三端电力变压器2免受内部故障的影响。图2示意性地示出了三端差动保护系统3，所述差动保护系统3包括智能电子装置4和电流测量装置，所述智能电子装置也可称为IED 4，所述电流测量装置与智能电子装置4相连接，并且被配置成在差动保护系统3中提供必要的保护控制动作。因此，图2的三端差动保护系统3包括第一电流测量装置CMDT1L1，第二电流测量装置CMDT2L1，以及第三电流测量装置CMDT3L1，所述第一电流测量装置CMDT1L1用于测量第一端T1的相L1的端相电流I _T1(L1)，所述第二电流测量装置CMDT2L1用于测量第二端T2的相L1的端相电流I _T2(L1)，所述第三电流测量装置CMDT3L1用于测量第三端T3的相L1的端相电流I _T3(L1)。图2的三端差动保护系统3还可以包括各自的电流测量装置，用于测量每一个端T1、T2和T3的相L2和L3的端相电流，但是，为清楚起见，图2中没有示出用于相L2和L3的电流测量装置。所述电流测量装置可以被连接到智能电子装置4，用于给智能电子装置4提供端相电流的测量信息，所述智能电子装置4通常具有保护用继电器的形式。所述智能电子装置4被配置成根据每一个端的端相电流的测量来确定差动保护系统3的保护区中是否存在故障。在差动保护中，通过电流测量装置划定保护区，因此，图2的差动保护系统3的保护区是变压器2。在变压器2中发生故障的情况下，所述智能电子装置4被配置成工作，或者换句话说，被配置成提供控制信号，所述控制信号用于通过断开所述断路器CB1、CB2和CB3来断开变压器2和电力网络1的连接，在图2所示的情况下，所述断路器处于断开状态。

所述电流测量装置CMDT1L1、CMDT2L1和CMDT3L1通常具有电流互感器的形式。通过使用有线连接，可以将每一个电流测量装置提供的端相电流信息作为连续的测量信号来传送给智能电子装置4。在这种情况下，所述电子智能装置4包括必要的采样电路，所述采样电路以预定的采样频率，将每一个连续的端相电流测量信号转换为测量信号的采样序列。然而，所述电流测量装置可以包括采样电路和通信装置，所述采样电路以预定的采样频率，将连续的端相电流测量信号转换为测量信号的采样序列，所述通信装置通过使用有线或无线连接将测量到的采样序列发送给智能电子装置4。在这两种情形中，所述预定的采样频率可以是例如1kHz。因此，下面用于确定相L1的偏置电流I_b的端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)是相应的端T1、T2和T3的相L1的电流的采样序列，序列中每一个单独的采样与特定离散时间的特定端相电流相对应。端相电流符号I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)的相量形式用于表示获得了每一个端T1、T2和T3中关于端相电流的幅度信息和相位角信息。

如上所述，差动保护方案中使用的偏置电流I_b表示被保护区域的穿越性电流。所述偏置电流I_b被用于差动保护中来降低保护的敏感性，在高电流流经保护区的情况下，来避免不是由保护区中的故障引起的差动电流所引发的保护用继电器的误操作。下面，根据表示端T1、T2和T3的相L1的电流的端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)，描述图2的智能电子装置4和差动保护系统3中偏置电流I_b的确定，但是相L1的偏置电流I_b的确定与保护区的相L2和L3的偏置电流的确定是类似的。

根据所述解决方案，某一相的偏置电流I_b(y)可以用如下式子确定：

$I_{b\left(y\right)}=\frac{1}{X}|{\underset{\‾}{I}}_{A\left(y\right)}-{\underset{\_}{I}}_{B\left(y\right)}-{\underset{\‾}{I}}_{C\left(y\right)}|,---\left(6\right)$

其中，I_b(y)是相y的偏置电流，y=L1，L2，L3，I _A(y)、I _B(y)和I _C(y)是不同端的端相电流的相量值，X是缩放系数，它的值可以变化。当考虑相L1和端T1、T2和T3的相L1的端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)时，所述式子（6）中提出的一般形式可用如下形式：

$I_{b\left(L1\right)}=\frac{1}{X}|{\underset{\‾}{I}}_{A\left(L1\right)}-{\underset{\‾}{I}}_{B\left(L1\right)}-{\underset{\‾}{I}}_{C\left(L1\right)}|,---\left(7\right)$

其中，I_b(L1)是相L1的偏置电流，I _A(L1)、I _B(L1)和I _C(L1)是不同端的端相电流的相量值，X是缩放系数。如上所述，所述缩放系数的值可以变化，例如，值1和2可以被用作缩放系数的值。每当端相电流I _A(L1)、I _B(L1)和I _C(L1)的新的采样可利用时，可以计算偏置电流I_b(L1)的新的值，或者在某一时间段计算偏置电流I_b(L1)的新的值。

式子（7）中因素的选择，即三个端相电流I _A(L1)、I _B(L1)和I _C(L1)中的哪一个端相电流被选择作为被减数I_A(L1)，以及三个端相电流I _A(L1)、I _B(L1)和I _C(L1)中的哪两个端相电流被选择作为减数I _B(L1)和I _C(L1)，在下面会考虑。

式子（7）中相量差计算中被减数I _A(L1)以及减数I _B(L1)和I _C(L1)的选择，可以根据端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)的相位角的比较，或者根据端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)的幅度的比较，来选择。

当根据端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)的相位角的比较来选择式子（7）中的被减数I _A(L1)时，端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)的相位角被如下定义：

α(I _T1(L1))=arg(I _T1(L1))，

α(I _T2(L1))=arg(I _T2(L1))，     （8）

α(I _T3(L1))=arg(I _T3(L1))，

其中，α(I _T1(L1))是端T1相电流I _T1(L1)的相位角，α(I _T2(L1))是端T2相电流I _T2(L1)的相位角，α(I _T3(L1))是端T3相电流I _T3(A)的相位角。在确定相位角之后，所述相位角的值α(I _T1(L1))、α(I _T2(L1))和α(I _T3(L1))被互相比较，并且与其余两个端相电流的相位角的绝对相位角差超过120度的（例如大于121°的）那个端相电流被选作为式子（7）中的被减数I _A(L1)。其余两个端相电流被选择作为式子（7）中的减数I _B(L1)和I _C(L1)，并且这两个减数在式子（7）中的相互顺序是无关紧要的。

根据上述解释的相位角准则来选择式子（7）中的被减数I _A(L1)，这是一种很方便的选择被减数I _A(L1)的方法，因为在同一时间只有一个端相电流与其余两个端相电流的相位角差超过120度的准则可以是正确的。

然而，有时，上述相位角准则对于端相电流中任一个而言可能不是正确的。例如，这可能临时发生在短暂状况期间，即在穿越性故障或来自所有方向的内部故障或只来自两个方向的内部故障的开始或结束时。在这种情况下，通过上述相位角准则，不一定以可靠的方式选择式子（7）中的被减数I _A(L1)。对于以可靠的方式确定端相电流的相位角而言，如果端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)中的任一个的幅度太小，就会出现所述情况。为确保可靠地确定相位角，可以设定如下准则，在端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)的相位角的计算之前，或者在对相位角之间进行比较之前，端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)中每一个的幅度必须超过针对端相电流的幅度而设定的第一最小限值I_{min_limit_1}。

端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)的幅度被如下定义：

I_T1(L1)=|I _T1(L1)|，

I_T2(L1)=|I _T2(L1)|，            （9）

I_T3(L1)=|I _T3(L1)|，

其中，I_T1(L1)是端T1相电流I _T1(L1)的幅度，I_T2(L1)是端T2相电流I _T2(L1)的幅度，I_T3(L1)是端T3相电流I _T3(L1)的幅度。如果端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)的幅度值的任一个不超过针对端相电流的幅度设定的第一限值I_{min_limit_1}，则根据端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)的幅度值来选择式子（7）中的被减数I _A(L1)。可以将所述第一限值设定为保护对象的额定电流的百分之几，例如1.5%，并且可以取决于测量转换器精度来设定所述第一限值。根据端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)的幅度值来选择式子（7）中的被减数I _A(L1)，并且还可以确定是否所有端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)和I _T3(L1)的幅度值都超过针对端相电流的幅度设定的第一限值I_{min_limit_1}但是与其余两个端相电流的相位角的绝对相位角差超过120度的端相电流仍然一个都没有。

根据实施方式，为了防止端相电流（该端相电流与其余端相电流的绝对相位角差超过120度但是其幅度非常小）被选为被减数I _A(L1)，对于与其余端相电流的绝对相位角差超过120度的那个端相电流，可以提供第二限值I_{min_limit_2}来被所述端相电流的幅度超过。这使得，在发生内部故障时，能够防止具有较小幅度但流向负载的电流被选择作为被减数I _A(L1)。所述第二限值I_{min_limit_2}可以被设定为，例如，达到端相电流的幅度的最大幅度的10到95%。

当根据端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)、I _T3(L1)的幅度的比较来选择式子（7）中的被减数I _A(L1)以及减数I _B(L1)和I _C(L1)时，幅度I_T1(L1)、I_T2(L1)和I_T3(L1)被互相比较，并且，选择幅度最高的端相电流作为式子（7）中的被减数I _A(L1)。其余两个端相电流被选择作为式子（7）中的减数I _B(L1)和I _C(L1)，它们在式子（7）中的相互顺序是无关紧要的。

如上所公开的偏置电流I_b的确定中，应当注意的是，在差动保护的各个端或终端的端相电流可以被比较之前，它们必须首先就绝对值和相位角值而言是被匹配的，这样，在无故障运转中，各个端或终端的相应的端相电流的测量信号被缩放，以使它们的绝对值和相位角值是相等的。

图3总结了偏置电流I_b的确定或估计。参照相L1，下面的描述总结了偏置电流I_b的确定或估计，但如上述所公开的那样，对相L2和L3可以应用同一原理。作为第一阶段，参照参考标号7，测量端T1、T2和T3的受保护的每一相的端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)、I _T3(L1)。在下一阶段，参照参考标号8，计算端相电流的幅度I_T1(L1)、I_T2(L1)和I_T3(L1)以及相位角α(I _T1(L1))、α(I _T2(L1))和α(I _T3(L1))。为了选择是根据端相电流的相位角来选择式子（7）中的被减数还是根据端相电流的幅度来选择式子（7）中的被减数，将端相电流的幅度I_T1(L1)、I_T2(L1)和I_T3(L1)与针对端相电流的幅度设定的第一限值I_{min_limit_1}进行比较。这一阶段参照参考标号9。如果所有的端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)、I _T3(L1)的幅度值I_T1(y)、I_T2(y)和I_T3(y)都超过针对端相电流的幅度设定的第一最小限值I_{min_limit_1}，所述方法可以进行到下一阶段，参照参考标号10，其中，根据端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)、I _T3(L1)的相位角α(I _T1(L1))、α(I _T2(L1))和α(I _T3(L1))的比较来选择式子（7）中的被减数。在这个阶段中，计算端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)、I _T3(L1)的相位角α(I _T1(L1))、α(I _T2(L1))和α(I _T3(L1))，除非已经在同一时间计算了端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)、I _T3(L1)的幅度值I_T1(L1)、I_T2(L1)和I_T3(L1)。端相电流的相位角α(I _T1(L1))、α(I _T2(L1))和α(I _T3(L1))被互相比较，并且，选择与其余两个端相电流的相位角的绝对相位角差超过120度的那个端相电流作为式子（7）中的被减数。在选择了式子（7）的被减数之后，参照图3中参考标号12的阶段，通过使用式子（7），可以计算或估计所讨论的相的偏置电流I_b，在这个例子中，所讨论的相是相L1。在这个阶段，也可以对那个被选为式子（7）的被减数的端相电流的幅度与针对端相电流的幅度设定的第二限值I_{min_limit_2}进行比较。

然而，如果端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)、I _T3(L1)的幅度值I_T1(L1)、I_T2(L1)和I_T3(L1)的任一个都不超过针对端相电流的幅度设定的第一限值I_{min_limit_1}，或者，如果图3的阶段10中被选作为被减数的那个端相电流的幅度不超过第二限值I_{min_limit_2}，所述方法可以进行到参考标号11的阶段。在这个阶段11，根据端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)、I _T3(L1)的幅度I_T1(L1)、I_T2(L1)和I_T3(L1)的比较来选择式子（7）中的被减数，选择具有最高幅度的那个端相电流作为被减数。当在阶段11中选择了式子（7）的被减数时，在阶段12中，通过使用式子（7）可以再次计算或估计所讨论的相的偏置电流I_b。

在上面的例子中，首先根据端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)、I _T3(L1)的相位角来被选择式子（7）的相量差计算中的被减数，但是，也可以直接根据端相电流I _T1(L1)、I _T2(L1)、I _T3(L1)的幅度来被选择式子（7）中的被减数。

在IED4中实现所述偏置电流I_b的确定或估计，所述IED4包括用于计算偏置电流I_b的偏置电流估计单元5。所述偏置电流估计单元5例如可以包括微处理器或信号处理器，还可能包括一个或多个存储单元，从而运行或执行软件程序代码来进行端相电流的测量信号的采样、以及为了确定偏置电流I_b而进行必要的计算。因此，所述偏置电流估计单元5的输出是所讨论的相的偏置电流I_b的值，即相L1的I_b（L1）的值。

在图2中所示的实施方式中，所述偏置电流I_b（L1）的值被进一步转移到在IED4中包括的保护和控制单元6。所述保护和控制单元6确定差动电流保护的工作阈值I_{d(y)_limit}，工作阈值I_{d(y)_limit}是偏置电流的函数，即，

I_{d(y)_limit}=f(I_b(y))，          （10）

其中，I_{d(y)_limit}是相y的差动电流的阈值，y=L1、L2、L3，而I_b(y)是相y的偏置电流，它基于为特定的差动保护方案设定的设置，以及基于差动保护系统3的保护区中是否存在故障。所述保护和控制单元6例如可以包括微处理器或信号处理器，还可能包括一个或多个存储单元，从而运行或执行软件程序代码来进行差动保护系统3的保护区中是否存在故障的确定。

如果所述差动电流I_d(y)的值至少是给定的阈值I_{d(y)_limit}或超过给定的阈值I_{d(y)_limit}，以及如果达到了其他表示保护区内部出现故障的条件，例如，没有谐波频率或基于波形的阻塞是有功的（active），则所述保护和控制单元6确定差动保护系统3的保护区内部存在故障。因此，当差动电流I_d(y)的值至少是给定的阈值I_{d(y)_limit}或超过给定的阈值I_{d(y)_limit}时，可以启动受保护的相的保护操作。另外，如果达到了其他表示保护区内部出现故障的条件，可以对有故障的相提供保护操作。因此，如果所述保护和控制单元6确定差动保护系统3的保护区内部存在故障，则所述保护和控制单元6给断路器CB1、CB2、CB3的致动器发送控制信号CTR1、CTR2、CTR3来断开断路器，即，将电力变压器2或至少变压器2的有故障的相与电力网络1断开连接。这使得由故障引起的对电力网络1和电力变压器2的可能的损害最小。对于电力网络控制和保护方案领域的技术人员，通常知道差动保护方案的工作或跳闸特性，因此，这里不再更详细地描述这些特性。例如在ABB 615系列技术手册，文件ID 1MRS756887中描述了差动保护的工作特性。

如上所述，通过执行为此目的设计的一个或多个软件或计算机程序来实现所公开的偏置电流确定的过程。所述计算机程序包括程序代码装置，所述程序代码装置被配置成，当在智能电子装置上运行所述程序代码装置时，执行公开的动作和步骤。

所述智能电子装置4的实际的实现方式可以变化。根据实施方式，所述IED4可以被实现为保护和控制继电器，除了偏置电流I_b的确定，还根据差动电流I_d和上述其他情形，提供必要的保护和控制功能。在图2的实施方式中，所述IED4包括与偏置电流估计单元5分开的保护和控制单元6，但是，在实践中，所述IED4通常只包括一个单元，该单元被配置成同时实现偏置电流估计单元5和保护和控制单元6的功能。然而，所述IED4可以是任何一种设备，例如，计算机等，其可以被配置成执行一个或多个软件或计算机程序，这些软件或计算机程序被设计成执行所述用于确定偏置电流的动作和步骤，并且可能执行必要的动作来保护电力网络或该网络的一些组件免受保护区中的故障的影响。

当如上所述地确定了偏置电流时，在不同端测量到的关于端相电流的相位角信息被保存。这意味着，可以比以前更加精确地确定偏置电流，因为在现有技术解决方案中，没有利用关于端相电流的相位角信息。因为可以比以前更加精确地确定偏置电流，可以改善差动保护的灵敏性，从而可以比以前更加可靠和快速地检测保护区中发生的故障，从而可以将对电力网络和连接在电力网络中的组件的损害、以及对周边事物的可能的损害降到最低。

图4、5和6示意性地示出了当根据本发明和现有技术来确定偏置电流时三端差动保护工作的例子。图4示出了在内部三相故障期间的工作，图5示出了在内部两相故障期间的工作特性，以及图6示出了在外部三相故障期间的工作特性。所述工作特性示出了在发生故障的情况下受保护的系统的工作点如何快速地进入差动保护的工作区域。在所有这些图形中，OC1表示三端差动保护的工作特性，即，式子I_{d(y)_limit}=f(I_b(y))的值随不同的偏置电流I_b(y)值的变化。TC1表示当根据本发明来确定偏置电流时不同时刻的工作点的轨迹。TC2表示当根据现有技术来确定偏置电流时不同时刻的工作点的轨迹，根据所述现有技术将偏置电流确定为流入和流出保护区的电流中的最大电流，并且对于所有相，具有一个共同的偏置。TC3表示，当根据现有技术，使用式子（5），且式子（5）中缩放系数X为2，来确定偏置电流时，不同时刻的工作点的轨迹。图4、5和6的例子基于模拟的故障，当受保护的系统是电力变压器时，自然地，所有的轨迹TC1、TC2和TC3涉及变压器的同一相的偏置电流的确定。图4、5和6中的Y轴表示差动电流I_d与参考电流I_ref的关系，X轴表示偏置电流I_b与参考电流I_ref的关系。所述参考电流I_ref可以是保护对象的额定电流，例如，电力变压器初级绕组的额定电流。

图4和5示出了，在两个内部故障中，涉及本解决方案的轨迹TC1进入差动保护的工作区更快或更早，即具有偏置电流和参考电流之间的关系的值小于现有技术的解决方案。反过来，图6示出了，当故障位于保护区的外部时，涉及本解决方案的轨迹TC1表现得与涉及现有技术解决方案的轨迹TC3大致相似。然而，在图6中，没有任何轨迹进入差动保护的工作区，因为涉及图6的故障位于保护区的外部。

在图2的例子中，变压器的高电压侧上的变压器绕组是Y型连接或星型连接的，变压器的低电压侧上的两个变压器绕组是D型连接或三角形连接的，但是，不管变压器绕组怎样连接，都可以应用所述公开的偏置电流估计的解决方案。

在图2的例子中，变压器的高电压侧上有一个端，变压器的低电压侧上有两个端，但是对于变压器的高电压侧上有两个端并且变压器的低电压侧上有一个端的情形，也可以应用所述公开的偏置电流估计的解决方案。

在图2的例子中，三端差动保护系统被应用于电力变压器的保护，所述电力变压器形成了电力网络部分或是电力网络的一部分，但是所述同样的保护系统也可以被应用于保护发电机、总线和电源线免受内部故障的影响，所述发电机、总线和电源线因此各自是电力网络的一部分。

图2的例子只包括一个智能电子装置，但是三端差动保护系统可以包括若干个智能电子装置，例如，如果保护区是电源线。如果有若干个智能电子装置，则可以在与特定端相电流的测量位置有关的智能电子装置处确定端相电流的相量差、幅度和相位角，然后传送给其他智能电子装置。

对于本技术领域的技术人员而言，显然，随着技术的进步，所述发明的思想可以以各种方式实现。本发明和它的实施方式不限于上述例子，而是可以在权利要求的范围内有所变化。

Claims (21)

1.一种电力网络（1）中的三端差动保护的方法，所述方法包括：

测量所述差动保护的保护区的每一端（T1,T2,T3）的受保护的每一相（L1,L2,L3）的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)），以及

根据所述端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）来确定相（L1,L2,L3）的偏置电流（I_b(y)），其中，所述偏置电流（I_b(y)）的确定包括从一端（T1,T2,T3）的端相电流的相量值减去其余两端（T1,T2,T3）的端相电流的相量值，其中，根据所述端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角或幅度来选择在所述相量差计算中作为被减数的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用式子

$I_{b\left(y\right)}=\frac{1}{x}|{\underset{\‾}{I}}_{A\left(y\right)}-{\underset{\‾}{I}}_{B\left(y\right)}-{\underset{\‾}{I}}_{C\left(y\right)}|$

确定相（L1,L2,L3）的偏置电流（I_b(y)），其中，I_b(y)是相y的偏置电流，y=L1，L2，L3，而I _A(y)、I _B(y)和I _C(y)是端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相量值，X是缩放系数。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述缩放系数X的值为1或2。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将作为所述被减数（I _A(y)）的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）选择成以下端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)），该端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

确定所述端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度，

将所述确定的幅度与所述端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度的第一限值（I_{min_limit_1}）进行比较，以及

如果每一个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度超过所述第一限值（I_{min_limit_1}），则确定所述端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角，以及将所述被减数（I _A(y)）选择成以下端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)），该端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，只有与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度超过端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度的第二限值（I_{min_limit_2}），才选择这个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）作为所述被减数（I(_A(y))）。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，如果没有端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度，或者如果被选择作为所述被减数的端相电流的幅度不超过所述端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度的第二限值（I_{min_limit_2}），则选择幅度最高的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）作为所述被减数（I _A(y)）。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，如果没有端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度，或者如果被选择作为所述被减数的端相电流的幅度不超过所述端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度的第二限值（I_{min_limit_2}），则选择幅度最高的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）作为所述被减数（I _A(y)）。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，如果没有端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度，或者如果被选择作为所述被减数的端相电流的幅度不超过所述端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度的第二限值（I_{min_limit_2}），则选择幅度最高的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）作为所述被减数（I _A(y)）。

10.如权利要求1到3的任一项所述的方法，其特征在于，将作为所述被减数的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）选择成以下端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)），该端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度最高。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果至少差动电流的值超过相应的阈值（I_{d(y)_limit}），则启动受保护的相的保护操作，所述阈值是受保护的相（L1,L2,L3）的偏置电流（I_b(y)）的函数。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，如果差动电流的值超过相应的阈值（I_{d(y)_limit}），以及如果达到了所述保护区内部存在故障的其他条件，则对受保护的相（L1,L2,L3）提供保护操作。

13.一种用于电力网络（1）的三端差动保护系统（3），所述差动保护系统（3）包括：

至少一个电流测量装置（CMD_A1，CMD_A2，CMD_A3），在所述差动保护系统（3）的保护区的每一端（T1,T2,T3）的受保护的每一相（L1,L2,L3）中，用于测量每一端（T1,T2,T3）的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)），以及

至少一个智能电子装置（4），所述智能电子装置（4）被配置为根据通过测量每一端（T1,T2,T3）的受保护的每一相（L1,L2,L3）的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）所获得的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)），来确定相（L1,L2,L3）的偏置电流（I_b(y)），

其中，所述智能电子装置（4）被配置用于所述偏置电流（I_b(y)）的确定，使一端（T1,T2,T3）的端相电流的相量值减去其余两个端（T1,T2,T3）的端相电流的相量值，其中，根据端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角或幅度，选择在相量差计算中作为被减数的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）。

14.如权利要求13所述的三端差动保护系统，其特征在于，所述智能电子装置（4）被配置成用式子

$I_{b\left(y\right)}=\frac{1}{X}|{\underset{\‾}{I}}_{A\left(y\right)}-{\underset{\‾}{I}}_{B\left(y\right)}-{\underset{\‾}{I}}_{C\left(y\right)}|$

来确定相（L1,L2,L3）的偏置电流（I_b(y)），其中，I_b(y)是相y的偏置电流，y=L1，L2，L3，而I _A(y)、I _B(y)和I _C(y)是端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相量值，X是缩放系数。

15.如权利要求13或14所述的三端差动保护系统，其特征在于，所述智能电子装置（4）被配置成将作为所述被减数的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）选择成以下端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)），该端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度。

16.如权利要求13所述的三端差动保护系统，其特征在于，所述智能电子装置（4）被配置成

确定端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度，

将所确定的幅度与所述端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度的第一限值（I_{min_limit_1}）进行比较，以及

如果每一个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度均超过所述第一限值（I_{min_limit_1}），则所述智能电子装置（4）被配置成确定所述端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角，以及将所述被减数I(_A(y))选择成以下的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)），该端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度。

17.如权利要求15所述的三端差动保护系统，其特征在于，所述智能电子装置（4）被配置成，只有与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度超过端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度的第二限值（I_{min_limit_2}），才选择这个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）作为所述被减数（I(_A(y))）。

18.如权利要求16所述的三端差动保护系统，其特征在于，所述智能电子装置（4）被配置成，只有与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度超过端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度的第二限值（I_{min_limit_2}），才选择这个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）作为所述被减数（I(_A(y))）。

19.如权利要求14所述的三端差动保护系统，其特征在于，所述智能电子装置（4）被配置成，如果没有端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度，或者如果被选择作为所述被减数的端相电流的幅度不超过端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度的第二限值（I_{min_limit_2}），则选择幅度最高的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）作为所述被减数（I(_A(y))）。

20.如权利要求15所述的三端差动保护系统，其特征在于，所述智能电子装置（4）被配置成，如果没有端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）与其余两个端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的相位角的绝对相位角差超过120度，或者如果被选择作为所述被减数的端相电流的幅度不超过端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）的幅度的第二限值（I_{min_limit_2}），则选择幅度最高的端相电流（I _T1(y),I _T2(y),I _T3(y)）作为所述被减数（I(_A(y))）。

21.一种计算机程序，包括程序代码装置，所述程序代码装置被配置成，当所述程序代码装置在智能电子装置（4）上被运行时，执行权利要求1到12中的任一项中公开的方法。

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