CN106062575B - 包括至少一个导线段的电网中的短路的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于定位包括至少一个导线段的电网，尤其是自耦变压器系统的电网中的短路的方法，包括以下步骤：‑采集导线段的段特定的参数；‑从导线段的段特定的参数推导出至少一个数学函数，其中数学函数表示导线段的短路电抗与导线段内位置的函数关系；并且‑从数学函数和对短路确定的短路电抗值导出导线段内该短路的位置。

Description

包括至少一个导线段的电网中的短路的定位方法

技术领域

本发明涉及一种用于定位包括至少一个导线段的电网中的短路的方法。

此外本发明涉及一种用于定位包括至少一个导线段的电网，尤其是自耦变压器系统的电网中的短路的装置。

背景技术

对于电网的运行者，例如，能源公司或铁路事业，快速定位和确定运行的电网中的短路具有越来越重要的意义。为此通常采用距离保护继电器，其可以根据测量的短路电抗来定位短路。各个测量的短路电抗和各个从中确定的短路距离，即，出现短路的各个位置，可以由距离保护继电器以电子信息的形式提供给电网的运行者。电网的运行者可以使用这些信息来将维修人员有针对地派遣到短路的位置。这节省了查找时间并且由此提高了基础设施的可用性。同时节省了成本，因为维修人员可以更有效地工作。

短路定位通常基于测量的短路电抗到相应的短路距离的换算。目前的距离保护继电器只能当短路电抗和短路距离之间的关系至少部分是线性的时才能将短路电抗换算到相应的短路距离。然而对于具有升压变压器或自耦变压器的系统，距离-电抗曲线不是线性的。此外对于这样的系统通过除了正馈线之外引入负馈线形成第二距离-电抗曲线，其同样不是线性的。

在常规的距离保护继电器中迄今为止仅输入部分线性的距离-电抗曲线。这通过输入每千米的短路电抗，即，输入距离-电抗曲线的斜率，和对于其可以确定线性的距离-电抗曲线的每个电网段的长度来进行。因为短路电抗到短路距离的换算目前仅对于线性的距离-电抗曲线可行，所以在自耦变压器系统中短路距离的计算或者移动到子单位，即所谓的站控制器，或者简单地手动进行。站控制器中的实现要求麻烦的匹配工作。手动计算容易出错并且过时。此外以常规的方式通过局部多次测量短路电抗值或通过成本集中的仿真产生距离-电抗曲线，对于电网的运行者是麻烦和容易出错的。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于定位包括至少一个导线段的电网中的短路的新的技术措施。

上述任务通过独立权利要求的特征解决。有利构造在从属权利要求中给出。

按照本发明的用于定位包括至少一个导线段的电网，尤其是自耦变压器系统的电网中的短路的方法，包括以下步骤：

-采集导线段的段特定的参数；

-从导线段的段特定的参数推导出至少一个数学函数，其中数学函数表示导线段的短路电抗与导线段内位置的函数关系；并且

-从数学函数和对短路确定的短路电抗值导出导线段内该短路的位置。

按照本发明，为了定位电网的导线段中的短路，推导出数学函数，其非常精确地反映了距离-电抗曲线的实际走向。这使得在非线性的距离-电抗曲线的情况下也可以将测量的短路电抗换算到导线段内短路的相应位置。距离-电抗曲线由此按照本发明可以通过一般的数学函数来建模，而不是如迄今为止那样通过直线来建模距离-电抗曲线。

数学函数例如可以是多项式，尤其是样条或指数函数。然而相应的使用的数学函数的种类在本发明的范围内不限于使用多项式。

按照本发明的方法尤其是允许直接在距离保护继电器中进行自耦变压器系统中故障位置的计算，这在迄今为止是不可能的。由此可以取消常规所需的站控制器的特别编程。此外不需要手工的工作和计算。此外不需要麻烦的测量活动或仿真。为执行按照本发明的方法而构造的距离保护继电器构成至电网运行者的简单接口。

在电网的导线段中短路的情况下，为执行按照本发明的方法而构造的距离保护继电器首先可以确定与短路相关联的短路电抗。然后距离保护继电器可以通过将确定的短路电抗和与导出的数学函数对应的距离-电抗曲线比较来确定，在导线段内的哪个位置上出现短路。然后距离保护继电器产生包含了短路的出现、与此相关联的短路电抗值和导线段内短路位置的信息并且发送到电网的运行者。

按照一个有利构造，导出以n≧2阶多项式的形式的数学函数。由此数学函数可以非常精确地接近实际的距离-电抗曲线的实际走向，以便实现导线段内短路的非常精确定位。

按照另一个有利构造，作为导线段的段特定的参数，在导线段的至少三个测量位置采集测量的导线段的短路电抗值。数学函数可以根据短路电抗值和测量位置、通过插值导出。如果作为数学函数例如使用n阶多项式，则仅需在导线段上进行n+1个短路电抗测量。由此可以从少量的短路测量值导出数学函数。如果多项式例如具有n＝2阶，则仅需测量导线段的至少三个短路电抗值。这些短路电抗值可以与导线段内相应的测量位置一起被输入到构造为用于执行按照本发明的方法的距离保护继电器。距离保护继电器于是可以自动确定导线段内采集的短路的位置。这可以相应地对于电网的每个导线段进行，从而利用小数量的短路电抗测量就可以描述电网的整个导线系统。待测量的短路电抗值的数量此外可以通过如下来降低，即，将一个导线段的末端处的测量位置同时作为另一个导线段的开头处的测量位置选择。由此测量位置和在该测量位置处测量的短路电抗值仅需一次被输入到构造为用于执行按照本发明的方法的距离保护继电器。短路电抗值的测量例如可以在电网的第一导线段的开头、中间和末端进行。于是在电网的第二和每另一个导线段处，仅需在相应的导线段的中间和末端进行短路电抗值的测量。为了加大数据密度，也可以在电网的导线段内的另一个测量位置测量短路电抗值。测量的短路电抗值和相应的测量位置于是可以被输入到为执行按照本发明的方法而构造的距离保护继电器。在初始化为执行按照本发明的方法而构造的距离保护继电器时，距离保护继电器可以从输入的短路电抗值和测量位置自动确定数学函数的参数，其表示了各个导线段的距离-电抗曲线。关于自耦变压器系统不必进行完整仿真或测量活动也不必如迄今为止的那样考虑导线参数，例如每千米的阻抗或电抗，如关于常规的导线已知的。

有利地，在导线段的测量位置，对于每个存在的电流相，采集短路电抗值。例如可以在测量位置测量对于正馈线的短路电抗值和对于负馈线的短路电抗值。由此对于每个在测量位置处测量的短路电抗值，导线段内的相应测量位置仅需一次被输入到为执行按照本发明的方法而构造的距离保护继电器。通过该进一步的数据减少，可以形成三维或多维点，其对于导线段内相应的测量位置包含一个值和对于每个电流相包含一个短路阻抗值。由此可以由为执行该方法而构造的距离保护继电器同时建模多个距离-电抗曲线，而不是如迄今为止的那样，单个地考察和处理这样的距离-电抗曲线。

此外有利的是，通过平衡计算从导线段的段特定的参数导出数学函数。例如可以执行曲线拟合方法，以便从段特定的参数导出数学函数。

按照另一个有利构造，作为导线段的段特定的参数，采集段特定的参数和与电网段相连的自耦变压器的电参数。可以从这些参数中通过计算导出数学函数。替代测量的电路电抗值，可以对于每个导线段，考虑其长度、正馈线的和负馈线的导线参数以及自耦变压器的电参数。由此对于为执行该方法而构造的距离保护继电器可以计算距离-电抗曲线。

按照另一个有利构造，对于电网的每个导线段，从相应的导线段的段特定的参数导出对应的本身的数学函数，其中将数学函数互相组合为电网特定的数学函数。由此可以对于整个电网建模距离-电抗曲线。在此可以作为段特定的曲线图形地示出各个段特定的数学函数并且图形地互相组合为一个电网特定的曲线。

按照另一个有利构造，将短路、对于所述短路确定的短路电抗值和导出的导线段内短路位置一起进行发信号表示。例如可以进行声学的和/或光学的发信号表示。

按照本发明的用于定位包括至少一个导线段的电网，尤其是自耦变压器系统的电网中的短路的装置，包括具有至少一个微控制器的至少一个与电网相连的距离保护继电器，用于采集电压和电流值的测量值输入端，至少一个向外的开关触点和至少一个控制和配置接口，其特征在于，距离保护继电器用于执行按照前面提到的构造或其任意组合的方法。该装置具有关于方法提到的优点。

附图说明

本发明的上述特征、特点和优点以及如何实现它们的方式结合以下对关于示意性附图详细解释的实施例的描述变得清楚和容易理解。在此

图1示出了对于正馈线的距离-电抗曲线和对于负馈线的距离-电抗曲线的图示，

图2示出了在图1中所示的对于正馈线的距离-电抗曲线的图示，

图3示出了在图2中所示的对于正馈线的距离-电抗曲线的片段的图示，

图4示出了在图3中所示的对于正馈线的距离-电抗曲线的片段的图示以及短路电抗值，

图5示出了由在图1中示出的短路电抗值形成的图的图示以及图形示出的数学函数，

图6示出了在图3中示出的对于正馈线的距离-电抗曲线的片段的图示以及导出的数学函数的图示，和

图7示出了在图2中示出的对于正馈线的距离-电抗曲线的图示以及互相连接的和对于距离电抗曲线的每个片段单个导出的数学函数的图示。

具体实施方式

图1示出了自耦变压器系统的电网的对于正馈线的距离电抗曲线1和对于负馈线的距离电抗曲线2的图示。画出了电网内位置附近电网的短路电抗X。每个距离-电抗曲线1或2具有多个片段3，其分别对应于电网的一个导线段并且其分别示出对于相应的导线段的距离-电抗曲线。距离-电抗曲线1和2在以下分开考察，以便解释按照本发明的方法的示例构造。

图2示出了在图1中示出的对于自耦变压器系统的电网的正馈线的距离-电抗曲线1的图示。距离-电抗曲线1相应于各个导线段或片段3被划分。每个片段3表示在两个变压器之间布置的导线段的距离-电抗曲线的走向。距离-电抗曲线1由此以“物理”方式划分为片段3。

图3示出了在图2中示出的对于自耦变压器系统的电网的正馈线的距离-电抗曲线1的片段3的图示。

图4示出的在图3中示出的对于自耦变压器系统的电网的正馈线的距离-电抗曲线1的片段3的图示以及测量的短路电抗值4，5和6。短路电抗值4在与片段3对应的电网的导线段的开头、短路电抗值5在中间并且短路电抗值6在末端被测量。短路电抗值4，5和6被输入到为执行该方法而构造的距离保护继电器。

图5示出了由在图4中示出的短路电抗值4，5和6形成的图形11的图示以及图形示出的数学函数的图形8。图形11通过将短路电抗值4和5以及5和6互相连接的直线7而形成。图形8借助为执行该方法而构造的距离保护继电器、使用曲线拟合方法，例如MMSE(“Minimum Mean Square Error，最小均方差”)被确定，由此确定图形8的参数。

图6示出了在图3中示出的对于正馈线的距离-电抗曲线的片段3以及通过插值导出的数学函数的图示，该距离-电抗曲线是电网的与该片段对应的导线段的。导出的数学函数的图形9由在图5中示出的图形8的参数建模。属于图形9的数学函数表示了与片段3对应的导线段的短路电抗与导线段内位置的函数关系。

图7示出了在图2中示出的对于正馈线的距离-电抗曲线1的图示以及互相连接的和对于距离电抗曲线的每个片段3单个导出的数学函数的图示。为此结合图2至6所描述的工作方式也应用于距离-电抗曲线1的其余片段。按照图7，由此对相应的片段3建模的数学函数图形地互相组合为一个可示出的、电网特定的数学的距离电抗曲线10。对应地，电网的负馈线的距离电抗曲线2也可以被建模。

尽管详细地通过优选实施例示出和描述了本发明，但是本发明不受公开的例子限制而是可以由专业人员从中导出其他变形，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于定位自耦变压器系统或具有升压变压器的系统的、包括具有非线性的距离-电抗曲线的至少一个导线段的电网中的短路的方法，包括以下步骤：

-采集导线段的段特定的参数；

-从导线段的段特定的参数推导出至少一个数学函数，其中数学函数表示导线段的短路电抗与导线段内位置的函数关系；并且

-从数学函数和对短路确定的短路电抗值导出导线段内该短路的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导出以n≧2阶多项式的形式的数学函数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为导线段的段特定的参数，在导线段的至少三个测量位置采集导线段的测量的短路电抗值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在导线段的测量位置，对于每个存在的电流相，采集短路电抗值。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过平衡计算从导线段的段特定的参数导出所述数学函数。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为导线段的段特定的参数，采集段特定的参数和与电网段相连的自耦变压器的电参数。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，对于电网的每个导线段，从相应的导线段的段特定的参数导出对应的本身的数学函数，其中将数学函数互相组合为电网特定的数学函数。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，将短路、对于所述短路确定的短路电抗值和导出的导线段内短路的位置一起进行发信号表示。

9.一种用于定位自耦变压器系统或具有升压变压器的系统的、包括具有非线性的距离-电抗曲线的至少一个导线段的电网中的短路的装置，包括具有至少一个微控制器的至少一个与电网相连的距离保护继电器，用于采集电压和电流值的测量值输入端，至少一个向外的开关触点和至少一个控制和配置接口，其特征在于，所述距离保护继电器用于执行按照权利要求1至8中任一项所述的方法。

10.一种距离保护继电器，用于定位自耦变压器系统或具有升压变压器的系统的、包括具有非线性的距离-电抗曲线的至少一个导线段的电网中的短路，其中，距离保护继电器能够与电网连接，

其特征在于，距离保护继电器构造用于实施如下步骤：

-采集导线段的段特定的参数；

-从导线段的段特定的参数推导出至少一个数学函数，其中，数学函数表示导线段的短路电抗与导线段内位置的函数关系；并且

-从数学函数和对短路确定的短路电抗值导出导线段内该短路的位置。

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