CN113794181A - 用于进行线路保护的方法和保护设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题是一种用于进行线路保护的方法和保护设备。在用于进行线路保护的方法中，在电气线路(2，L1，L2，L3)上，设置用于进行无功功率补偿的扼流圈装置(7，8，27‑30)，并且在扼流圈装置(7，8，27‑30)的线路侧，借助第一测量装置(9，24‑26)，在断开断路器(5)之后测量谐振电流(ICT)，其特征在于，借助第二测量装置(10，31‑33)，在断开断路器(5)之后测量电压，以及借助分析装置，根据测量的电压计算扼流圈装置中的电流(ISH)，并且借助分析装置，从测量的谐振电流(ICT)中减去计算的电流(ISH)，以获得校正后的电流(ICB)。

Description

用于进行线路保护的方法和保护设备
技术领域
本发明涉及一种用于进行线路保护的方法以及保护设备。
背景技术
在较长的架空线和电缆上，一般安装扼流圈装置，用于补偿线路上的容性无功电流。如果在扼流圈的线路侧安装有电流互感器，则在断路器断开之后，测量到逐渐减小的谐振电流。这种谐振电流对评估切断电流的保护装备的功能产生不利影响。这些功能例如是断开命令(Auskommando)的关闭(Absteuerung)以及开关故障保护(Schalterversagerschutz)。迄今为止，通过针对保护装备，将断路器断开时的最小电流的设置值设置为对应地大的值，来解决该问题。由此，也将开关故障保护中的电流阈值设置为对应地大。然而，由此，保护装备的这两个功能在其灵敏度方面都明显受到限制。
从手册“SIPROTEC 7SD87 Leitungsdifferentialschutz(SIPROTEC 7SD87线路差动保护)”，Siemens AG 2018中，已知一种用于线路保护的扩展模块。可以将该扩展模块与从手册“SIPROTEC 5Schutz,Automatisierung und
Figure BDA0003079923830000011
(SIPROTEC 5保护、自动化和监视)”，Siemens AG 2016,Artikel-Nr.:EMDG-B10022-00中已知的保护装备组合。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，给出一种用于进行线路保护的方法，所述方法针对线路保护提供相对高的安全性。
本发明通过根据本发明的方法来解决上述技术问题。
例如，扼流圈装置可以是扼流线圈，必要时针对多个相构造扼流线圈。下面，同义地使用术语“扼流圈”、“扼流线圈”和“扼流圈装置”。对应地使用这种电感来进行容性无功功率补偿。
例如，线路可以被构造为用于三相交流电压，从而也针对三个相来构造扼流圈装置和测量装置。线路例如可以是高压线路，例如具有超过52kV的标称电压的架空线。
本发明使用测量的电压来计算扼流圈中的电流，然后通过减法来确定计算的断路器处的电流。在断开断路器之后，扼流圈中的补偿电流不对计算的电流施加负荷。这使得保护装备能够在其功能、例如电网部分的切断和开关故障保护方面实现更低的触发灵敏度，这提高了线路或电网运行的安全性。
利用计算的电流，可以像往常一样灵敏地设置用于确定断路器的断开状态的电流阈值。消除了在扼流线圈的线路侧安装电流互感器引起的限制。
第一测量装置例如可以具有电流互感器，并且第二测量装置例如可以具有电压互感器。
第一和第二测量装置例如可以是单独的测量设备。然而，替换地，也可以使用兼有电流测量和电压测量两个功能的单个测量设备。这具有如下优点，即，存在相应地相同的时间点、例如具有相同的时间戳的电压值和电流值，而不需要在第一测量装置与第二测量装置之间进行同步。
例如可以通过过程总线(Prozessbus)，将测量装置的输出值传输到分析装置和/或保护装置。替换地，可以使用其它数字数据传输方法。
可以使用具有处理器装置和数据存储装置的计算机作为分析装置。然而，分析装置也可以以软件来实现，并且可以被构造为具有自己的处理器装置和数据存储装置的保护装置中的功能。
在一个变形方案中，第一测量装置和第二测量装置可以是保护装置的一部分。在一个扩展方案中，分析装置也可以是保护装置的一部分。
本发明的意义上的谐振电流是在切断线路时在短时间内可以测量到并且随着时间逐渐减小的电流。
在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中，保护装置使用校正后的电流作为线路保护功能的输入参量。这是有利的，因为可以消除扼流线圈的虚假的(
Figure BDA0003079923830000021
)影响。
在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中，对于保护装置，使用用于确定断路器的断开状态的阈值，其中，该阈值比在使用测量的谐振电流作为输入参量时小。这是有利的，因为因此可以实现保护装置的更高的触发灵敏度，由此可以实现提高的安全性。
在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中，对于扼流圈装置，使用主电抗器分流器和中性电抗器分流器。
在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中，相应地通过分析对称分量，来针对每一相确定扼流圈装置中的电流。这是有利的，因为其是一种简单且经过验证的方法。
此外，本发明要解决的技术问题是，给出一种保护设备，该保护设备针对线路保护提供相对高的安全性。
本发明通过根据本发明的保护设备来解决上述技术问题。从下面的描述中得到优选实施方式。在此，类似地得到与在开头针对根据本发明的方法说明的优点相同的优点。
此外，本发明要解决的技术问题是，给出一种方法，利用所述方法，可以进一步提高电网中的安全性。
本发明通过用于进行线路保护的方法来解决上述技术问题，在所述方法中，在电气线路上设置用于进行无功功率补偿的扼流圈装置，并且在扼流圈装置的线路侧，借助第一测量装置，在断路器的闭合状态下测量第一电流，其特征在于，借助第二测量装置，在断路器的闭合状态下测量电压，并且借助分析装置，根据测量的电压来计算扼流圈装置中的电流，并且借助分析装置，从测量的第一电流中减去计算的电流，以获得校正后的电流。
在本发明的该替换设计方案中，也可以在断开断路器之前，即在闭合状态下，相应地针对每一相测量(第一)电流(在这种情况下，也就是说，不是谐振电流)和电压，以计算校正后的电流。
在一个优选的实施方式中，保护装置使用校正后的电流作为其它保护功能的输入参量。
在一个优选的实施方式中，对于保护装置，使用用于触发其它保护功能的阈值，该阈值比在使用第一电流作为输入参量时小。其它保护功能例如可以是故障定位和/或距离保护。这是有利的，因为通过根据本发明的对电流的更准确的采集，可以实现针对所提及的其它保护功能改善的结果，因此可以实现电网中的提高的安全性。
附图说明
为了进一步说明本发明，
图1以示意图示出了第一电网，以及
图2以示意图示出了第二电网，以及
图3以示意图示出了对称分量的等效电路图，以及
图4以示意图示出了三相电流走向的仿真。
具体实施方式
图1示出了长度为360km的电气线路2的所谓的单线图(单相图)1。在母线4上设置有电能的馈入3，例如光伏设备。沿着线路2，扼流线圈7、8布置在断路器5的下游。扼流线圈具有所谓的“主电抗器分流器(Main Reactor shunt)”7和所谓的“中性电抗器分流器(Neutral Reactor shunt)”8。作为第一测量装置的电流互感器在线路侧布置在扼流线圈7、8的下游。电流互感器测量谐振电流，在这种长的线路中，由于断开断路器5时的谐振效应，谐振电流可能在短时间段内呈现相对大的值。该电流值可能位于保护装备(未示出)的触发阈值以上，使得保护装备不能执行特定的保护功能、例如开关故障保护。
根据本发明提出，在线路2上(在相对于断路器的线路侧，在图2中在右侧示出)，布置例如容性地工作的电压互感器10或第二测量装置，用于测量在扼流线圈中施加的电压。根据该电压，可以相应地推断出扼流圈中的电流，并且使用该电流来校正测量的谐振电流。
例如得到以下值：
Figure BDA0003079923830000041
当断开断路器时，在第一测量装置中测量的电流对应于流过扼流线圈的电流。由此，如果该测量的电流大于用于确定线路2被保护装置切断的状态的阈值(例如50mA)，则可以延迟地关闭保护装置的触发(“trip”)。
由于该原因，根据本发明提出，通过从测量的电流中减去计算的流过扼流线圈的电流流动，来在计算上校正测量的电流。根据借助作为第二测量装置的电压互感器的电压测量，来计算该流过线圈的电流流动。相对于断路器在线路侧布置电压互感器。此外，为了进行计算，使用计算的扼流线圈的阻抗。
在图2中以三相示出了与图1中的单线图等效的电路图20。每一相L1、L2、L3具有一个断路器21、22、23，其中，对于每一相，在断路器中施加所寻求的实际电流ICB(对于相L3，以箭头示出)。此外，每一相具有一个电流测量装置24、25、26，在电流测量装置24、25、26上相应地可以确定测量的电流ICT。在每一相的电压测量装置31、32、33上测量电压。扼流线圈27至30对于每一相具有所谓的“主电抗器”的第一部分，其具有线圈27、28、29，其中，这里，流过要计算的电流ISH。此外，设置有所谓的“中性电抗器”30。
(针对相中的一个)可以如下计算断路器上的电流ICB：
ICB＝ICT-ISh
为了计算ISH，使用相电压：
VPh＝ISh_N·ZNSh+ISh·ZLSh
为了求解划分为ZNSh和ZLSh的电流，对于扼流线圈，分析所谓的对称分量。对称分量分析在电气工程中是常用的方法，并且例如从维基百科中已知(永久链接：
https://de.wikipedia.org/w/index.php？title＝Symmetrische_Komponenten&oldid＝198714718)。
ISH_A＝I1+I2+I0
对于相A，得到：
Figure BDA0003079923830000051
Figure BDA0003079923830000052
对应地，对于其它两相B、C，也可以根据基于对称分量的分析，来计算断路器上的电流。
图3示例性地示出了针对对称分量正序系统、负序系统和零序系统的等效电路图41至43，其中，正序系统和负序系统具有相同的阻抗ZSH，并且零序系统通过ZSH+3＊ZNSH来定义。电路图41给出了所谓的正序系统(Mitsystem)，电路图42给出了负序系统(Gegensystem)，并且电路图43给出了零序系统(Nullsystem)(参见上面提到的维基百科文章)。
图4针对三个相L1、L2和L3，分别示出了测量的谐振电流80、81、82的走向。在此，在仿真中的t＝0ms处，在350km长的线路上产生了远距离短路。(在次级侧，即在电流互感器上)给出了短路电流I(A)的幅值相应地在1A至-1A之间，其中，例如在电流互感器的变比为1000的情况下，在线路的初级侧得到1000A至-1000A之间的幅值。
在仿真中，在时间点460ms处断开断路器。这通过垂直线90来表示。
对于450ms之后的第一次“测量”，即在大约460ms处断开断路器之前，得到以下值(相应地以量值(长度)和角度给出的矢量测量参量)：
测量值 量值 角度(°)
电流相A 417mA 135
电流相B 629mA 89
电流相C 519mA -108
电压相A 60.75V -49
电压相C 48.41V -169
电压相C 58.07V 80
由于在该时间点处，开关仍然闭合，因此测量的电流不称为谐振电流。在下面的示例中，在断开开关之后，将测量的电流称为谐振电流。
由测量值得出以下计算的值：
计算的参量 量值 角度(°)
正序系统 55.61V -46
负序系统 6.37V -86
零序系统 1.36V 36
校正后的电流相A 424mA 147
校正后的电流相B 696mA 91
校正后的电流相C 505mA -99
可以清楚地看到，(在断开断路器之前)校正后的电流在量值和角度方面分别仅与测量的电流略有偏差。
如果在断开断路器之后在500ms处(即在断路器断开之后)重复进行测量，则得到以下测量值：
测量值 量值 角度(°)
谐振电流相A 89mA 62
谐振电流相B 30mA -55
谐振电流相C 88mA -170
电压相A 77.98V -12
电压相B 4.87V 27
电压相C 76.72V 81
由此得到以下计算的值：
计算的参量 量值 角度(°)
正序系统 48.44V -25
负序系统 15.85V -85
零序系统 37.41V 34
校正后的电流相A 7mA -27
校正后的电流相B 3mA -149
校正后的电流相C 7mA 104
通过对测量的谐振电流进行校正，得到非常小的校正后的电流(10mA以下)，这些校正后的电流基本上可以视为是零(这是断路器断开时的预期值)。校正后的电流位于一般的阈值50mA以下，该阈值在保护装置中被视为断路器闭合时仍存在的电流流动。由此，本发明使得能够针对布置在下游的保护装置更好地识别断开的开关。
在550ms处，得到以下：
Figure BDA0003079923830000071
Figure BDA0003079923830000081
由此得到以下计算的值：
计算的参量 量值 角度(°)
正序系统 63.17V -26
负序系统 1.74V -43
零序系统 2.85V 105
校正后的电流相A 7mA -22
校正后的电流相B 5mA -98
校正后的电流相C 8mA 113
通过对测量的谐振电流进行校正，再次得到非常小的校正后的电流(10mA以下)，这些校正后的电流使得能够改善保护装备中的故障识别。

Claims (10)

1.一种用于进行线路保护的方法，在所述方法中，
在电气线路(2，L1，L2，L3)上，设置用于进行无功功率补偿的扼流圈装置(7，8，27-30)，并且在所述扼流圈装置(7，8，27-30)的线路侧，借助第一测量装置(9，24-26)，在断开断路器(5，21-23)之后测量谐振电流(ICT)，
其特征在于，
借助第二测量装置(10，31-33)，在断开所述断路器(5，21-23)之后测量电压，以及
借助分析装置，根据测量的电压来计算所述扼流圈装置中的电流(ISH)，并且借助所述分析装置，从测量的谐振电流(ICT)中减去计算的电流(ISH)，以获得校正后的电流(ICB)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正后的电流(ICB)被保护装置用作线路保护功能的输入参量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于所述保护装置，使用用于确定所述断路器(5)的断开状态的阈值，其中，所述阈值比在使用测量的谐振电流(ICT)作为输入参量时小。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于所述扼流圈装置(7，8，27-30)，使用主电抗器分流器(7，27-29)和中性电抗器分流器(8，30)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，相应地通过对称分量分析，针对每一相确定所述扼流圈装置(7，8，27-30)中的电流(ISH)。
6.一种用于进行线路保护的保护设备，所述保护设备具有：
电气线路(2，L1，L2，L3)，所述电气线路具有用于进行无功功率补偿的扼流圈装置(7，8，27-30)，以及
断路器(5，21-23)，所述断路器用于接通或切断所述线路(2，L1，L2，L3)，以及
第一测量装置(9，24-26)，所述第一测量装置布置在所述扼流圈装置(7，8，27-30)的线路侧，用于测量在断开所述断路器(5，21-23)之后流动的谐振电流(ICT)，
其特征在于，
第二测量装置(10，31-33)被构造为用于，在断开所述断路器(5，21-23)之后测量电压，以及
分析装置被构造为用于，根据测量的电压来计算所述扼流圈装置(7，8，27-30)中的电流(ISH)，并且从测量的谐振电流(ICT)中减去计算的电流(ISH)，以获得校正后的电流(ICB)。
7.根据权利要求6所述的保护设备，其特征在于，保护装置被构造为用于，将所述校正后的电流(ICB)用作线路保护功能的输入参量。
8.根据权利要求7所述的保护设备，其特征在于，所述保护装置被构造为使用用于确定所述断路器(5，21-23)的断开状态的阈值，其中，所述阈值比在使用测量的谐振电流(ICT)作为输入参量时小。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述扼流圈装置(7，8，27-30)具有主电抗器分流器(7，27-29)和中性电抗器分流器(8，30)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助所述分析装置，相应地通过对称分量分析，来针对每一相确定所述扼流圈装置(7，8，27-30)中的电流(ISH)。
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