CN115280625A - 检测电力传输线路的被监控区域内的电气故障 - Google Patents

Abstract

描述了用于响应于电力传输系统中的被监控区域内发生的故障来保护电力传输线路的示例。在示例中，可以标识电力传输线路的至少一个相位中的故障的发生。此后，基于所计算的增量电流计算增量电流的实际变化率。在确定了实际变化率的情况下，基于所计算的增量电压、所计算的增量电流、线路参数和被监控区域的区域设置计算增量电流的变化率的阈值。基于实际变化率和变化率的阈值的比较，确定故障发生在被监控区域中。此后，可以生成用于控制与电力传输线路相关联的开关设备的跳闸信号。

Description

检测电力传输线路的被监控区域内的电气故障

技术领域

本主题总体上涉及电力传输系统。更具体地，本主题涉及用于检测电力传输线路的被监控区域内的故障的方法。

背景技术

传输线路中发生的短路故障是电力系统中的危险现象之一。当出现这种故障时，这种故障必须尽快被检测并清除。如果故障没有在关键清除时间内被清除或解决，故障可能导致电力传输系统失去瞬态稳定性，这又可能导致断电。耦接到智能电子设备(IED)的距离继电器可以被用来提供针对这种故障的电力线路的保护。可以理解，IED可以在其运行期间监控阻抗。当由IED监控的阻抗小于预定阈值时，距离继电器可以被激活以确保针对故障的保护。由于距离继电器响应于故障的检测而起作用，可以理解，常规距离继电器的速度取决于电力传输线路故障状况期间的相量估计的精度。

附图说明

参考以下描述和附图，将更好地理解本主题的特征、方面和优点。在不同的附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的特征和部件。

图1提供了根据一个示例的描绘具有智能电子设备的电网的图示；

图2提供了根据一个示例的示例智能电子设备的框图；

图3至图7提供了根据一个示例的描绘了电力传输线路的被监控区域内的三相故障的发生、电流和电压的瞬时值以及相对应的增量电流和增量电压的例示性曲线图；以及

图8提供了描绘用于确定电网内的电力传输线路的被监控区域内的故障的存在的示例方法的流程图。

可以注意到，在所有附图中，相同的附图标记指代相似但不一定相同的元件。附图不一定按比例绘制，并且一些部件的大小可能被放大以更清楚地例示所示出的示例。而且，附图提供了与描述一致的示例和/或实施方式；然而，描述不限于附图中提供的示例和/或实施方式。

具体实施方式

电气故障可以被认为是可能由于电网中的外部或内部变化而引起的电压和/或电流值的偏差。在正常运行状况下，传输线路中的电网装置承载正常的电压和电流，并在其正常运行参数内运行。然而，在发生电气故障期间，其结果是过高的电流可能流过这种网络装置。这可能造成对电网内的装置和设备的损坏。常规地实施许多预防措施来保护电网。在一个这样的示例中，当阻抗下降到低于预定值时，IED可以使距离继电器检测到故障并相应地生成用于开关设备(诸如断路器)的跳闸命令来跳闸，以防止可能由于电网中经历的阻抗下降导致的任何损坏。故障可以大致分为不对称和对称故障。不对称故障是三相电源中的负载在传输线路的所有三个相位上变得不相等的状况。另一方面，对称故障或平衡故障可以被认为是同时同等地影响电网的三相中的每一相的故障。这种对称故障的示例包括但不限于线对线对线(L-L-L)、线对线对线对地(L-L-L-G)。

被采用以用于检测故障和/或保护传输线路免受这些故障影响的技术中的一个涉及通常被称为距离保护法的方法。在这种情况下，可以基于短路阻抗的测量来检测传输线路上的短路。为此，诸如IED的保护设备可以测量阻抗，直到故障位置。基于此，可以进行另外的确定，以确定故障实际上是否发生在要由保护设备保护的传输线路或区域内。如果确定已经发生的短路位于要保护的线路上，则所讨论的线路被断开且故障网络部分与系统分离。

如还应理解的，电力传输可以包括从一个或多个源进行电力生成。目前，电力生成还可能涉及可再生功率源，这可能有助于降低电网的惯性和瞬态稳定裕度。由于对稳定性的影响，高速保护是必要的。用于高速保护的常规技术基于某些时域保护原理。这种技术还可以为高速线路保护采用高采样率和处理能力。这种方法通常能够减少故障检测时间，这取决于故障位置和源-线(source-to-line)阻抗比。然而，考虑到这种可再生源在电网内的参与只会增加，因此用于更快地检测故障的方法是期望的。

描述了用于检测可能已经发生在电力传输线路的被监控区域内的电气故障的发生的方法。在示例中，电力传输线路的至少一个相中的故障的发生可以开始被标识。进一步继续，确定基于所计算的增量电流和电压的增量电流和增量电压的实际变化率。增量电流对应于电流的差。以类似的方式，增量电压可以被认为是对应于电压的差的值。在本示例中，电流和电压在电力传输线路的端子处测量。

在确定增量电流的实际变化率的情况下，可以进一步确定增量电流的变化率的阈值。增量电流的变化率的阈值可以被理解为假设在区域边界处发生故障的情况下的增量电流的变化率。增量电流的变化率的阈值则形成了用于确定所考虑的故障是否发生在区域边界的基础。在示例中，增量电流的变化率的阈值可以基于所计算的增量电压、所计算的增量电流、线路参数和被监控区域的区域设置来计算。可以注意到，其他参数也可以用于计算增量电流的变化率的阈值。区域设置(可及范围设置)是确定保护的范围的设置，即，期望将被保护覆盖且超过其保护将不运行的区域。这可以是传输线路长度或阻抗的百分比的形式。

此后，可以作出进一步的确定，以确定故障是否已经发生在被监控区域内。被监控区域可以被认为是由智能电子设备(IED)监控的电力传输线路的一部分。在示例中，该确定可以基于增量电流的实际变化率和增量电流的变化率的阈值的比较。例如，增量电流的实际变化率大于增量电流的变化率的阈值指示故障。另一方面，如果增量电流的实际变化率小于增量电流变化率的阈值，则可以得出结论——故障可能已经发生在被监控区域之外。在确定故障已经发生在被监控区域内时，可以生成用于控制与电力传输线路相关联的开关设备(例如断路器)的跳闸信号。

与常规方法相比，所描述的方法还使得能够确定故障是否在可及范围内发生并且应该在更短的时间内被纠正，从而防止故障(诸如由于电流互感器饱和而出现的那些故障)的任何不利影响。还已经观察到，实施本主题的电力传输系统能够在电力震荡状况期间在发生故障的情况下进行检测并保持稳定。在不偏离所寻求的保护范围的情况下，以上提及的步骤的方式可以在各种示例中不同。结合附图1至图5进一步详细描述这些和其他方面。

图1提供了根据示例的等效电网100的框图。电网100包括传输线路102和双电源，即电源104、106。传输线路102还设置有一个或多个开关设备108-1，2，3，4，……，N(统称为开关设备108)。开关设备108允许电路断开，以在故障状况期间限制电网中的过量电流的流动。可以注意到，所描绘的电网100仅仅是例示性的。电网100可以包括另外的部件，而不脱离本主题的范围。

电网100还安装有智能电子设备110(称为IED 110)。IED 110可以直接地或通过其他连接方式与传输线路102进行电通信。在运行期间，IED 110可以接收和监控来自一个或多个测量设备的测量。这种测量设备的示例包括但不限于电流互感器和电压互感器。基于所接收到的测量数据，IED 110可以生成一个或多个信号来控制开关设备108，如以下段落中所解释。

IED 110还包括相位选择模块112和故障检测模块114。相位选择模块112和故障检测模块114可以被实施为安装在IED 110内的软件，或者实施为呈集成在IED 110的电路系统内的电子电路系统形式的硬件。在考虑到电网100正经历电气故障的情况下描述本示例。当IED 110被放置在传输线路102内的端子A处时，本主题能够检测被监控区域内这种故障的发生，使得可以获得来自测量设备的电流信号。可以注意到，IED 110也可以适于确定电力震荡的发生，而不脱离本主题的范围。

在运行中，相选位择模块112确定传输线路102的特定相位内故障的发生。结合其他附图进一步解释可以确定已经发生故障的相位的方式。一旦确定了已经发生故障的相位，IED 110可以进一步确定故障是否发生在电力传输线路102的被监控区域内。在示例中，故障检测模块114可以确定故障是否已经发生在被监控区域内。

为此，故障检测模块114可以确定电力传输线路102的端子处的电流和电压的值。基于电流值和电压值，故障检测模块114可以进一步基于在端子处测量的电流的变化来确定增量电流。以类似的方式，也可以确定基于电压的变化的增量电压。

一旦确定了上述提及的增量值，故障检测模块114可以基于所确定的增量电流进一步计算增量电流的实际变化率(为了简洁起见，称其为实际变化率)。此后，故障检测模块114可以进一步计算增量电流的变化率的阈值(为简洁起见，称其为变化率的阈值)。在示例中，增量电流的变化率的阈值可以基于所计算的增量电压、所计算的增量电流和对应于被监控区域内存在的传输线路102的线路参数(例如，电阻或电感)来计算。

同样如前所述，变化率的阈值可以被认为是增量电流的变化率，该增量电流在假设故障已经发生在区域边界处的情况下将会存在。在示例中，区域边界可以是传输线路102长度的一部分的长度。在另一示例中，区域边界可以被限定为出现在传输线路102的长度的大约80％处。可以注意到，限定区域边界存在的长度的本示例仅仅是示意性的。在不脱离本主题的范围的情况下，可以使用限定区域边界位置的任何其他度量。

回到本示例，一旦获得增量电流的实际变化率和变化率阈值，故障检测模块114可以进一步对其进行处理，以获得经处理的增量电流的实际变化率和经处理的变化率的阈值。在示例中，故障检测模块114可以计算实际变化率和变化率的阈值的均方根值，以提供经处理的实际变化率和经处理的变化率的阈值。

故障检测模块114随后可以基于经处理的实际变化率和经处理的变化率的阈值来评估故障是否发生在区域边界内。例如，故障检测模块114可以将经处理的实际变化率和经处理的变化率的阈值进行比较。如果经处理的实际变化率小于经处理的变化率的阈值，则故障检测模块114可以指示故障已经发生在被监控区域边界之外。然而，如果经处理的实际变化率大于经处理的变化率的阈值，则故障检测模块114可以相应地指示故障已经发生在被监控区域边界内。

在确定被监控区域边界内发生故障时，故障检测模块114还可以为开关设备108(例如断路器)生成一个或多个跳闸信号，该开关设备可以耦接到所考虑的传输线路102。基于跳闸信号，开关设备108可以被激活以隔离已经在被监控区域边界内发生的故障。结合图2进一步描述这些和其他示例。

图2提供了根据一个示例的智能电子设备(IED)110的框图。IED 110包括处理器202、接口204和存储器206。处理器202可以是单个处理单元，或者可以包括多个单元，所有这些单元可以包括多个计算单元。处理器202可以被实施为一个或多个微处理器、微型计算机、数字信号处理器、中央处理单元、状态机、逻辑电路和/或基于操作指令操纵信号的任何设备。除了其他能力之外，处理器202适于获取和执行存储在存储器206中的处理器可读指令，以实施一个或多个功能。

接口204可以包括各种软件和硬件使能接口。接口204可以实现IED 110和电网100的其他部件之间的通信和连接。这种部件的示例包括但不限于开关设备108和传感器。接口204可以促进多种协议内的多种通信，并且还可以实现与一个或多个计算机使能终端或类似网络部件的通信。

存储器206可以耦接到处理器202。存储器206可以包括本领域已知的任何计算机可读介质，包括例如易失性存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)；和/或非易失性存储器，诸如只读存储器(ROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、闪存、硬盘、光盘和磁带。

IED 110还可以包括一个或多个模块208。模块208可以被实施为硬件和编程(例如，可编程指令)的组合，以实施模块208的各种功能。在本文描述的示例中，硬件和编程的这种组合可以以几种不同的方式实施。例如，用于模块208的编程可以是可执行指令。这种指令进而可以存储在非暂时性机器可读存储介质上，该非暂时性机器可读存储介质可以直接与IED 110耦接或者间接耦接(例如，通过联网装置)。在被实施为硬件的示例中，模块208可以包括处理资源(例如，单个处理器或多个处理器的组合)，以执行这些指令。在本示例中，处理器可读存储介质可以存储当由处理资源执行时实施模块208的指令。在其他示例中，模块208可以由电子电路实施。

数据212包括作为由模块208中的任何一个实施的功能的结果而存储或生成的数据。还可以注意到，在数据212中存储和可用的信息可以用于检测故障将要在其内发生的区域。在示例中，模块208包括相位选择模块112、故障检测模块114和其他模块210。其他模块210可以实施补充由IED 110或模块208中的任何一个执行的应用或功能的功能。另一方面，数据212可以包括故障前回路电压214、故障前回路电流216、增量电压218、增量电流220、增量电流的实际变化率222、增量电流的变化率的阈值224、经处理的增量电流的变化率226、经处理的增量电流的变化率的阈值228和其他数据230。此外，IED110还可以包括其他部件232。这种其他部件232可以包括实现管理和控制电气网络100的运行的功能的各种其他电气部件。这种其他部件232的示例包括但不限于继电器、控制器、开关和电压调节器。

IED 110检测诸如电网100的电网内的电力传输线路的被监控区域内的电气故障的发生。结合图3至图4进一步描述IED 110的操作。图3至图4提供了描绘电流波形的一系列示意图。可以注意到，如此描绘的波形仅仅是示意性的，并且可能与本示例相关。根据实施方式，波形可能略有不同。

回到本示例，IED 110可以通过接口204与安装在电网100内的一个或多个测量设备连接。如前所提及的，这种测量设备的示例包括电流互感器或电压互感器。在操作中，相位选择模块112可以监控对应于在电网100内传输的三相电流的电流和电压测量，以标识已经发生故障的相位。

在示例中，在监控电网100内的电流的流动时，相位选择模块112用于确定启动信号的状态。基于启动信号的状态，可以开始相位选择步骤。在示例中，相位选择模块112可以处理三相输入电流。进一步，相位选择模块112可以通过针对每个相位计算输入电流的移动平均值来确定相-相量(phase-phase quantities)。基于输入电流的移动平均值，相位选择模块112可以确定一个或多个相-相量，基于该相-相量可以生成启动信号。移动平均值和相-相量可以基于等式1至6来确定，如下所示：

其中，

和

是电流的瞬时样本；

k是电流样本；以及

N是每个功率周期的样本的数量。

在一个示例中，将电流

和

的瞬时样本的幅值与阈值i^th进行比较。在一个示例中，阈值i^th可以是0.01。如果相位选择模块112确定电流

和

中的任何一个大于阈值i^th，则可以生成相位选择启动信号。

一旦生成相位选择启动信号，故障检测模块114可以进一步计算增量电流的值。在示例中，电信号在任何时刻处的增量被限定为某时刻处的信号的瞬时幅值与前一功率周期中这个时刻处的相同信号的幅值之间的差。在一个示例中，针对相电流以及相-相电流计算增量的量，其基于以下等式：

其中，

是端子A处的次级电流信号的第k个样本，并且其中p代表对应的相位，p∈(a,b,c)；

是在端子A处测量的电流信号的第(k-N)个样本；

N是一个功率周期中的样本的数量；

是相电流增量的量的第k个样本，p∈(a,b,c)；以及

是相电流的增量的量的第k个样本，pp∈(ab,bc,ca)

一旦已经获得了不同电流信号的增量的量，即增量电流，相位选择模块112可以进一步对其进行处理。在一个示例中，相位选择模块112可以使用移动平均滤波器来获得增量电流。在一个示例中，使用一个或多个步骤来获得预处理。在第一步骤中，增量的量通过一个功率周期窗口的移动平均滤波器，以获得第一绝对值

其基于以下等式：

其中，N是一个功率周期中的样本的数量

是第一移动平均滤波器的输出的第k个样本，p∈(a,b,c,ab,bc,ca)

在第二步骤中，第一移动平均滤波器的输出可以通过半个功率周期窗口的第二移动平均滤波器，并且将获得第二绝对值

其基于以下等式：

其中，N是一个功率周期中的样本的数量

是第二移动平均滤波器的输出的第k个样本，p∈(a,b,c,ab,bc,ca)

一旦已经执行了处理，相位选择模块112标识故障回路，使得针对每个样本标识相位和相-相量中的最大值和最小值。在一个示例中，对于每个样本标识的相位和相-相量中的最大值和最小值基于以下等式：

对于相量中的最大和最小电流值：

对于相-相量中的最大和最小电流值：

在一个示例中，回路内的故障可以对应于单相故障或相-相(即，三相)故障。为了确定故障的类型，可以在所确定的绝对值和预定值(即ε，其在一个示例中设定为0.001)之间进行比较。为此，相位选择模块112可以限定计数器值。在一个示例中，将每个样本的电流的瞬时样本的幅值(即

)与预定参数ε进行比较。基于该比较，相位选择模块112可以增加计数器值。一旦计数器值超过预定阈值，就可以标识单相故障或三相故障。

结合下面的示例描述上述方法。在本示例中，对应于每个相位或相-相回路限定了六个计数器。例如，计数器A、B和C可以对应于相位a、b和c。可以限定另外的示例性计数器AB、BC、CA，其中这些相应的计数器对应于ab、bc和ca相位。计数器A、B、C、AB、BC、CA中的每一个递增的方式可以基于下面解释的以下等式来确定：

如果出现以下情况，递增计数器A：

如果出现以下情况，递增计数器B：

如果出现以下情况，递增计数器C：

如果出现以下情况，递增计数器AB：

如果出现以下情况，递增计数器BC：

如果出现以下情况，递增计数器CA：

如果

中的每一个都小于ε，相位选择模块112可以确定单相故障的发生。此后，相位选择模块112还可以确定检查计数器A、B或C中的任何一个是否已经达到预定的计数器极限，以确定故障已经发生在哪个相位(即相位a、b、c)中。例如，如果计数器A达到预定义的计数器极限(比如10)，则相位选择模块112可以确定在相位a中已经发生了单相故障。以类似的方式，单相故障(即线路故障)的发生可以根据达到预定计数器极限的计数器，由相位选择模块112来确定在相位b或c中，并且此后可以为相对应的相位生成跳闸信号。

如果

中的每一个都大于ε，则相位选择模块112可以确定相-相故障或三相故障的发生。例如，在计数器AB、BC或CA中的任何一个达到预定的计数器极限的情况下，相位选择模块112可以得出结论：在相应的相-相回路中已经发生了相-相故障或三相故障，并且因此可以生成跳闸信号。可以注意，上面的示例仅仅是例示性的，且不是标识已经发生故障的相位的唯一处理方式。在不脱离本主题的范围的情况下，也可以利用用于检测故障的发生的其他示例。

在检测到故障的发生后，故障检测模块114可以确定电力传输线路102中的故障是否已经发生在被监控区域边界内。在示例中，故障检测模块114接收故障前回路电压214和故障前回路电流216的测量。故障检测模块114还可以通过在电力传输线路102的端子处测量电流和电压来获得电流和电压。在示例中，波形302和304分别描绘了在一个示例中所测量的电压和电流，如图3A-3B所示。进一步地，故障检测模块114还接收增量电压218和增量电流220的测量，其中增量电压218和增量电流220分别对应于在故障期间测量的和/或在故障的发生之前测量的电压和电流的差，其基于以下等式：

Δi_k＝(i_k-i_k-N)………(34)

Δv_k＝(v_k-v_k-N)……(35)

其中：

Δi_k是增量电流；

Δv_k是增量电压；

k是电流样本；以及

N是一个周期中的样本的数量。

可以注意到，上面的等式仅仅是例示性的，第一组等式也可以通过其他机制来确定。

图3C至图3D中分别进一步描绘了对应于增量电压218和增量电流220的波形。图3C至图3D是将增量电压218和增量电流220描绘为波形306、308的例示性曲线图。还可以注意到，所描绘的图表仅仅是示意性的，并且对应于许多其他示例中的一个，这些示例也落入本主题的范围内。一旦确定了增量电压218和增量电流220，故障检测模块114还处理故障前回路电压214、故障前回路电流216、增量电压218和增量电流220，以便减少噪声从而提供故障前回路电压、故障前回路电流、增量电压和增量电流的经处理的值。由故障检测模块114执行的预处理可以被执行用于平滑样本，以便隔离可能由于噪声或任何其他不期望的分量而导致的误差。

在示例中，预处理可以由故障检测模块114基于以下等式来执行：

其中

Δv_lpma是经处理的增量电压；

Δi_lplma是跨过传输线路的电感部件的经处理的增量电流；

Δi_lprma是跨过传输线路的电阻部件的经处理的增量电流；

是经处理的故障前回路电压；以及

是经处理的故障前回路电流。

一旦获得前述值，故障检测模块114基于经处理的增量电流计算增量电流222的实际变化率。增量电流222的实际变化率的值可以基于以下等式来计算：

其中，Δt是以秒为单位的时间差。

除了以上内容外，故障检测模块114还可以基于故障发生之前在被监控区域的边界处(即，在传输线路102的边界A处)测量的经处理的增量电压、经处理的增量电流和电压来计算增量电流的变化率的阈值224。在一个示例中，增量电流的变化率的阈值是基于以下等式来计算的：

其中z_b表示被监控区域的边界，以及

其中R₁,L₁为传输线路的正序串联电阻和电感。

计算后，故障检测模块114确定增量电流的变化率222和增量电流的变化率的阈值224的均方根值，以提供经处理的增量电流的变化率226和经处理的增量电流的变化率的阈值228，其可表示为：

其中

描述了经处理的电流变化率；以及

描述了经处理的增量电流的变化率的阈值。

此后，故障检测模块114还基于经处理的增量电流的变化率226和经处理的增量电流的变化率的阈值228之间的比较来确定故障是否将发生在被监控区域中。在一个示例中，当经处理的增量电流的变化率226大于经处理的增量电流的变化率的阈值228时，故障检测模块114标识被监控区域内故障的发生。相反，当经处理的增量电流的变化率226小于经处理的增量电流的变化率的阈值228时，故障检测模块114指示故障发生在监控区域之外。图4中示出了波形402、404，其涉及经处理的增量电流的变化率226和经处理的增量电流的变化率的阈值228之间的比较。

在一个实施例中，利用诸如CT饱和、功率震荡、功率震荡期间的故障等特殊示例来测试所提出的方法。结合附图5至图7进一步详细描述这些和其他方面。在一个示例中，考虑CT饱和的故障场景。图5示出了针对CT饱和的故障示例的所提出算法的性能。测试示例在线路的2％处(对于200km的线路为4km)具有带有0.1欧姆的低故障电阻的故障。一般来说，图5A示出了如波形502所示的在本地端子A处测量的端子电流，图5B示出了如波形504所示的电流的增量的量，且图5C是分别如波形506和508所示的电流的实际变化率与阈值的比较。从这两个波形可以看出，故障电流高达10kA，并且CT已经饱和(如图5B所描绘的波形的圆圈部分)。

在另一示例中，区域内的故障检测可能在功率震荡期间发生。图6示出了功率震荡期间描绘的对应的波形。一般来说，图6A示出了如波形602所示的功率震荡期间的端子电压，图6B示出了如波形604所示的功率震荡期间的端子电流，图6C示出了功率震荡期间的增量电流220，以及图6D示出了分别如波形606和608所示的增量电流的实际变化率222与增量电流的变化率阈值224之间的比较。如从波形中可以观察到的，电流的变化率没有越过阈值，因此距离元件没有运行。在又一示例中，电力震荡锁定功能(例如，由IED 110所实施的)锁定距离继电器以防止电力震荡期间的运行。然而，如果在功率震荡期间发生故障，传输线路的距离保护将可靠地运行。图7示出描绘功率震荡期间检测到的故障的相应的波形。目前，解锁功能用于检测功率震荡期间的故障并解锁距离继电器。上一节所解释的所建议的解决方案在功率震荡期间不需要任何锁定。对于功率震荡期间的故障，它能准确工作，如图7的各种波形所示。

例如，图7A示出了在200km的传输线路上20km内要标识的故障位置。在一个示例中，故障开始时间为如波形702所示的5秒，并且检测时间为如波形704所示的大约5.002秒。这种分析进一步表明在被监控区域内存在故障。可以注意到，图7A的实验图是在故障发生后2ms内捕获的。图7B示出了在200km传输线路上100km内要标识的故障位置。在一个示例中，故障开始时间为如波形706所示的5秒，并且检测时间为如波形708所示的大约5.003秒。这种分析还表明在被监控区域内存在故障。可以注意到，图7B的实验图是在故障发生后3ms内捕获的。

图7C示出了在200km传输线路上128km内要标识的故障位置。在一个示例中，故障开始时间为如波形710所示的5秒，并且检测时间为如波形712所示的大约5.003秒。这种分析还表明在被监控区域内存在故障。可以注意到，图7C的实验图是在故障发生后3ms内捕获的。图7D示出了在200km传输线路上128km内要标识的故障位置。在一个示例中，故障开始时间为如波形714所示的5秒，并且检测时间几乎可以忽略，如波形716所示。这种分析表明故障出现在被监控区域之外。因此，这个解决方案可以潜在地消除区域-1距离继电器的功率震荡锁定或解锁的需要。

图8示出了根据本主题的一个实施方式的用于检测电力传输系统中的电力传输线路的被监控区域内的电气故障的发生的方法800的流程图。描述这些方法的顺序不旨在被解释为限制，并且任何数量的所描述的方法块可以以任何顺序组合以实施这些方法或替代性方法。另外，方法800可以通过任何合适的硬件、非暂时性机器可读指令或其组合来处理资源来实施。

在块802，IED 110接收故障前回路电压214和故障前回路电流216的测量。在一个示例中，故障前回路电压214和故障前回路电流216的测量可以对应于从电力传输线路的一端获得的电流和电压的初始值。

在块804，IED 110标识特定相位内故障的发生。在一个示例中，特定相位中的回路标识可以对应于三相电流或三相电压中的一个的每个相位。可以基于预先确定的条件来标识回路中故障的发生，如之前在等式(19)至(33)中所表达的那样。在检测到故障时，可以生成跳闸信号。

在块806，IED 110确定增量电压218和增量电流220的测量。在一个示例中，增量电压218和增量电流220可以分别对应于在故障期间测量的和/或在故障发生之前测量的电压和电流的差。基于这种确定的等式在前面的等式(34)至(35)中表示。

在块808，IED 110基于经处理的增量电流计算增量电流的实际变化率222。经处理的增量电流基于增量电流220。在一个示例中，在故障发生之前，在被监控区域的边界处测量经处理的增量电流。基于等式确定经处理的增量电流和增量电流的实际变化率222，该等式在前面的等式(36)至(41)中表达。

在块810，IED 110进一步基于经处理的增量电压计算增量电流的变化率的阈值224。在一个示例中，在故障发生之前，在被监控区域的边界处测量经处理的增量电压。基于等式确定增量电流的变化率的阈值224，该等式在前面的等式(42)中表达

在块812，IED 110还基于经处理的增量电流的变化率226和经处理的增量电流的变化率的阈值228之间的比较来确定故障是否将发生在被监控区域中。在一个示例中，在经处理的增量电流的变化率226大于经处理的增量电流的变化率的阈值228的情况下，故障检测模块114指示被监控区域内故障的发生。相反，当经处理的增量电流的变化率226小于经处理的增量电流的变化率的阈值228时，故障检测模块114标识故障发生在监控区域之外。基于等式确定经处理的增量电流的变化率226和经处理的增量电流的变化率的阈值228，该等式在等式(43)至(44)中表达。

尽管已经以特定于结构特征和/或方法的语言描述了本主题的实施方式，但是应当注意，本主题不必限于所描述的具体特征或方法。相反，具体特征和方法在本主题的一些实施方式的上下文中公开和解释。

Claims (15)

1.一种用于响应电力传输系统中的被监控区域内的故障来保护电力传输线路的方法，所述方法包括：

标识电力传输线路的至少一个相位中的故障的发生；

基于所计算的增量电流计算增量电流的实际变化率；

基于所计算的增量电压、所计算的增量电流、线路参数和所述被监控区域的区域设置计算增量电流的变化率的阈值；

基于所述增量电流的实际变化率和所述增量电流的变化率的阈值的比较，确定所述故障在所述被监控区域中；以及

基于所述比较，生成用于控制与所述电力传输线路相关联的开关设备的跳闸信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所计算的增量电压和所计算的增量电流分别对应于电压和电流的差，其中，所述电压和电流在所述电力传输线路的端子处被测量。

3.根据权利要求1和2所述的方法，其中，计算所述增量电流的实际变化率还包括：

基于移动平均滤波器处理所述计算的增量电流，以提供经处理的增量电流；以及

基于所述经处理的增量电流计算所述增量电流的实际变化率。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，使用以下等式来确定经处理的增量电压和经处理的增量电流：

其中，Δv_lpma是所述经处理的增量电压；

Δi_lplma是跨过所述传输线路的电感部件的经处理的增量电流；

Δi_lprma是跨过所述传输线路的电阻部件的经处理的增量电流；

是经处理的故障前回路电压；以及

是经处理的故障前回路电流。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述线路参数包括所述传输线路的电阻和电感。

6.根据权利要求1和2所述的方法，其中，标识至少一个相位中的所述故障的发生是基于与所述电力传输线路的一个端子相关联的所计算的增量电流。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述故障还包括：

计算所述增量电流的实际变化率和所述增量电流的变化率的阈值的均方根值，以提供经处理的增量电流的实际变化率和经处理的增量电流的变化率的阈值；以及

将经处理的增量电流的实际变化率与经处理的增量电流的变化率的阈值进行比较。

8.根据权利要求1和7所述的方法，其中，当所述经处理的增量电流的实际变化率大于所述经处理的增量电流的变化率的阈值时，所述故障已经发生。

9.一种智能电子设备(IED)，用于保护电力传输线路免受已经在电力传输系统中的被监控区域内的所述电力传输线路的至少一个相位中发生的故障，所述IED被设置在将至少两个端子与一个或多个电力传输线路连接的所述电力传输线路的一端处，所述IED包括：

微处理器；

输出接口：

相位选择模块，用于：

检测电力传输线路的至少一个相位中的故障的发生；

故障检测模块，用于：

基于在所述电力传输线路的端子处测量的电压和电流，计算增量电压和增量电流；

基于所计算的增量电流计算增量电流的实际变化率；

基于所计算的增量电压、所述计算的增量电流、线路参数和被监控区域的区域设置计算增量电流的变化率的阈值；

将所述增量电流的实际变化率与所述增量电流的变化率的阈值进行比较，以确定所述故障在被监控区域中；以及

基于所述比较，生成用于控制与所述电力传输线路相关联的开关设备的跳闸信号。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，用于计算所述增量电流的实际变化率的故障检测模块基于移动平均滤波器进一步处理所述增量电流，以提供经处理的增量电流。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，使用以下等式来确定经处理的增量电压和经处理的增量电流：

其中，Δv_lpma是经处理的增量电压；以及

Δi_lplma是跨过所述传输线路的电感部件的经处理的增量电流；以及

Δi_lprma是跨过所述传输线路的电阻部件的经处理的增量电流；以及

是经处理的故障前回路电压；以及

是经处理的故障前回路电流。

12.根据权利要求9和11所述的设备，其中，所述故障检测模块使用以下等式来计算所述增量电流的实际变化率：

其中，Δi_lplma是跨过所述传输线路的电感部件的所述经处理的增量电流；以及

Δt是两个连续样本之间的间隔。

13.根据权利要求9和11所述的设备，其中，所述故障检测模块使用以下等式来计算所述增量电流的变化率的阈值：

其中，Δv_lpma是所述经处理的增量电压；

Δi_lprma是跨过所述传输线路的电阻部件的经处理的增量电流；

z_b表示所述被监控区域的边界；

R₁,L₁是所述传输线路的正序串联电阻和电感；以及

使用以下等式进一步确定：

14.根据权利要求9、12和13所述的设备，其中，所述经处理的增量电流的变化率和所述经处理的增量电流的变化率的阈值被表示为：

以及

其中

描述了所述经处理的增量电流的实际变化率；以及

其中

描述了所述经处理的增量电流的变化率的阈值。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述故障检测模块用于在所述经处理的增量电流的变化率大于所述经处理的增量电流的变化率的阈值时，确定故障的发生在所述被监控区域内。

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