用于確定距相對地故障的距離的方法和設備的制作方法
【專利摘要】公開了一種用于確定距電網的三相電線上的相對地故障的距離的方法和設備，該設備包括：用于在三相電線（30）上的相對地故障（F）期間，當電線（30）外的電網的中性點對地導納具有第一值時，確定電流和電壓值的裝置；用于當電線（30）外的電網的中性點對地導納具有不同于第一值的第二值時，確定電流和電壓值的裝置；以及用于基于所確定的電流和電壓值來確定從測量點（40）到相對地故障（F）的距離的裝置，其中用于確定距離的裝置被配置成使用能夠從針對三相電線上的相對地故障的等效電路導出的4個方程。
【專利說明】用于確定距相對地故障的距離的方法和設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及確定距電網的三相電線上的相對地(phase-to-earth)故障的距離。
【背景技術】
[0002]近年來，在使用基頻相量的高阻抗接地網絡中(尤其是在補償網絡中)的接地故障定位一直處于研究和發展中，以找到針對故障距離估計實際上可應用的解決方案。
[0003]文獻:
[0004]*J.Altonen, A.ffahlroos, “Advancements in fundamental frequencyimpedance based earth-fault location in unearthed distributionnetworks” , CIRED2007, Vienna
[0005]公開了一種用于在未接地網絡中定位接地故障的方法。
[0006]文獻:
[0007]*J.Altonen, A.ffahlroos, “Advancements in earth-fault location incompensated MV-networks，，, CIRED2011, Frankfurt
[0008]*S.Hanililien, M.Lehtonen, “Earth fault distance computation with
fundamental frequency signals based on measurements in substation supplybay”，VTT Research Notes2153, Espoo2002 以及
[0009]*Ρ.Schegner, G.Eberl, “Computation of the earth fault distance incompensated MV-networks by evaluating steady-state values，，，PSCC, SeviIla2002
[0010]公開了利用在故障期間所測量的電壓和電流的變化的方法。例如，可以通過改變補償線圈的阻抗來獲得故障期間的變化。通常這意味著補償線圈的并聯電阻器的連接或斷開或補償線圈的補償程度的變化。然而，該變化可以是在故障期間所測量的電線外電網的中性點對地導納的任何變化。可替選地，例如連接至系統中性點的電流注入設備可能引起在電壓和電流中可測量的變化。
[0011]可應用在補償網絡中的這些已知的現有技術方法的共同之處在于，它們根據由基于對單相接地故障有效的等效電路的兩個方程構成的方程組來求解故障距離d和故障電阻Rf:
[0012]* 一個方程在故障期間變化之前的時期有效，另一個方程在故障期間變化之后的時期有效；或者
[0013]* 一個方程表示對于描述故障期間的變化的單相接地故障有效的方程的實部，另一個方程表示對于描述故障期間的變化的單相接地故障有效的方程的虛部。
[0014]通常需要將相電流、相對地電壓、殘余電流和殘余電壓作為測量結果。可以利用公知的方程根據這樣的測量結果來推導根據故障相被相調節的正序和負序對稱分量。
[0015]通常需要將線路阻抗作為設置參數:正序電阻&、正序電抗X1、零序電阻Rtl和零序電抗X。。
[0016]此外，在以上所有現有技術的故障定位算法中，還需要線路的由電導Gtl和電納B。組成的并聯導納(shunt admittance) Po = (? + J'Mo。該設置參數用于估計故障位置處
的故障電流和從測量點到該故障的零序阻抗上的電壓降。此外，需要設置參數q，即用于線路的零序電流的分布因子，以便計算零序充電電流分量的、正在引起從測量點到故障點的零序阻抗上的電壓降的部分。
[0017]通常縱向正序線路參數(R1J1)是已知的并且可從DMS (配電管理系統)獲得，但是縱向零序線路參數(Rci, Xtl)的精確值是基于一般線路理論的或多或少的近似。如有必要，還可以使用專用的設備來測量這些參數。
[0018]可以從DMS獲得參數瓦=G0 + j*βο的初始值，但是為了充分的實際準確性，應該對其進行測量并且持續地更新以匹配該線路的電流(current)切換狀態。這樣的測量和更新過程可以基于例如電流注入技術，為此目的，其需要專用設備。已經發現設置參數F0= 的準確度對故障距離估計的影響是非常重要的。當對有意義的接地故障定
位的故障電阻覆蓋范圍的要求從固體故障擴展到低歐姆故障時，這是尤為成立的。基于在文獻 J.Altonen, A.Wahlroos, “Advancements in earth-fault location in compensatedMV-networks”，CIRED2011, Frankfurt中給出的結果，Fo中5%的誤差已經足夠使得故障距
離的有效性在幾百歐姆的范圍內的故障電阻值處很差。這是由于以下事實:在故障定位方
法中參數瓦被用于估計故障位置處的故障電流和從測量點至故障的零序阻抗上的電壓降。
這些項的正確性對于總體的故障距離計算過程是必要的。對于參數瓦的準確性的要求可
能超過實際可獲得的準確性，例如根據在理論書籍中給出的DMS數據或近似。
[0019]參數q的值，即線路的零序電流的分布因子還可以是設置參數，但是基于線路的均勻分配的并聯導納的假設，其通常被固定至值0.5。如果實際分配不同，則該近似對計算的故障位置引入了誤差。
【發明內容】
[0020]因而，本發明的目的是提供一種方法及用于實施該方法的設備，以克服上述問題或至少緩和上述問題。本發明的目的是通過以在獨立權利要求中所陳述內容為特征的一種方法及裝置來實現。在從屬權利要求中公開了本發明的優選實施方式。
[0021]本發明基于以下構思:通過使用可從針對三相電線上的相對地故障的等效電路導出的4個方程來確定從測量點至相對地故障的距離。
[0022]本發明的該方法及裝置的優點是:它們使得能夠在沒有設置參數和q的情況下進行故障距離估計，盡管它們的影響仍然包括在故障距離估計中。這意味著不需要確定并且設置參數F和q。由于這些優點，本發明使得能夠以幾百歐姆范圍內的故障電阻值例如在補償網絡Ψ地行準確的故障定位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]下面將參考附圖借助于優選實施方式更詳細地對本發明進行描述，其中:
[0024]圖1是示出了根據一種實施方式的電網的圖；以及
[0025]圖2是根據一種實施方式的等效電路。【具體實施方式】
[0026]本發明的應用不限于任何特定的系統，但是其可以結合各種三相電系統來使用，以確定到電網的三相電線上的相對地故障的距離。電線例如可以是饋線，并且可以是架空線或線纜或其組合。實施本發明的電力系統例如可以是輸電或配電網絡或其組件，并且可以包括若干饋線或線段。此外，本發明的使用不限于采用50Hz或60Hz基頻的系統，或不限于任何特定電壓電平。
[0027]圖1是示出了可以應用本發明的電網的簡化圖。該圖僅示出了理解本發明所必需的組件。該示例性網絡可以是通過包括變壓器10和母線20的變電站饋送的中壓(例如，20kV)配電網絡。所示出的網絡還包括電線引出線(即饋線)，單獨示出了其中一條電線引出線30。除了線30之外的其他可能的饋線以及其他網絡組件都被稱為“后臺網絡”。該圖還示出了線30的開始處的保護繼電器單元(R)40、以及接地故障點F。保護繼電器單元40可以位于變電站內。應當注意，在該網絡中可以有任何數量的饋線或其他網絡元件。還可以有若干饋電變電站。此外，例如可以使用不具有變壓器10的開關站(switching station)來利用本發明。盡管網絡是三相網絡，但是為了清楚起見，在圖中沒有示出相。在圖1的示例性系統中，本發明的功能例如可以位于繼電器單元40中。還可能的是，例如在單元40的位置處僅進行一些測量，然后將結果傳送至其他位置處的其他單元(未在圖中示出)，以進行進一步的處理。換言之，繼電器單元40可以僅是測量單元，而本發明的功能或其一部分可以位于其他單元中。
[0028]可以通過包括例如電流和電壓傳感器(圖中未示出)的適合的測量裝置來獲得在下面實施方式中所需要的電流和電壓值。在大多數現有保護系統中，這樣的值可容易地獲得，因此各種實施方式的實施不一定需要任何附加的測量裝置。可以根據例如在繼電器單元40或其他位置處測量的相電壓來確定電網的零序電壓。例如，還可以通過從由例如電壓變壓器形成的開口三角繞組測量電網的零序電壓，來對其進行確定。例如可以在如繼電器單元40的測量點處用適合的電壓測量裝置來確定電線30的故障相的相對地電壓。例如在如繼電器單元40的測量點處使用適合的電流測量裝置來確定電線30的零序電流、正序電流和負序電流。然而，如何獲得這些及可能的其他電流和電壓值取決于具體的電力系統。例如，可以通過與電力系統相關聯的保護繼電器40來檢測出現在三相電線30上的相對地故障F及對應的故障相。如何檢測相對地故障并且識別對應的故障相的具體方式與本發明的基本構思無關。
[0029]根據一種實施方式，當在相對地故障期間，電線30外的電網的中性點對地導納從第一值變化至不同于該第一值的第二值時，可以確定從如繼電器單元40的測量點至故障F的距離。例如，故障期間的變化可以通過改變補償線圈的阻抗來獲得。通常這意味著補償線圈的并聯電阻器的連接或斷開、或補償線圈的補償程度的變化。不過，該變化可以是故障期間電線30外的電網的中性點對地導納的任何變化。替選地,例如,連接至系統中性點的電流注入設備可能引起在電壓和電流中可測量的變化。因此，本發明不限于消弧線圈補償網絡。
[0030]根據一種實施方式，確定從如繼電器單元40的測量點至故障F的距離包括:在三相電線30上的相對地故障F期間，當電線30外的電網的中性點對地導納具有第一值時，確定以下各項:
[0031]*電網的零序電壓值，
[0032]*在測量點處電線的故障相的相對地電壓值，
[0033]*在測量點處電線的零序電流值，
[0034]*在測量點處電線的正序電流值，以及
[0035]*在測量點處電線的負序電流值。
[0036]此外，確定從測量點至故障F的距離包括:在三相電線30上的相對地故障F期間，當電線30外的電網的中性點對地導納具有不同于第一值的第二值時，確定以下各項:
[0037]*電網的零序電壓值，
[0038]*在測量點處電線的故障相的相對地電壓值，
[0039]*在測量點處電線的零序電流值，
[0040]*在測量點處電線的正序電流值，以及
[0041]*在測量點處電線的負序電流值。
[0042]在確定上述值之后，可以基于所確定的電流和電壓值來確定從測量點40至相對地故障F的距離。
[0043]優選地，基于以下對稱分量的公知理論，根據故障相來對在測量點處電線的正序和負序電流進行相調節:
[0044]故β早相LI: Iau= Ia 工ILi=Ii
[0045]故障相L2: I2l2=a.I2 I1L2=a2.I1
[0046]故障相L3: I2L3=a2.I2 I1L3=a.I1
[0047]其中
[0048]I1=正序電流分量=(IL1+a.IL2+a2.IL3) /3
[0049]I2=負序電流分量=(IL1+a2.IL2+a.IL3) /3
[0050]a= I Z 120。
[0051]a2=I Z 240°
[0052]根據一種實施方式，通過使用可從針對三相電線上的相對地故障的等效電路導出的4個方程來確定故障距離d。
[0053]優選地，當電線外的電網的中性點對地導納具有第一值時，第一方程將測量點處故障相的相對地電壓的實部與電網的零序電壓相關、且與測量點處電線的零序電流、正序電流和負序電流相關。
[0054]優選地，當電線外的電網的中性點對地導納具有第一值時，第二方程將測量點處故障相的相對地電壓的虛部與電網的零序電壓相關、且與測量點處電線的零序電流、正序電流和負序電流相關。
[0055]優選地，當電線外的電網的中性點對地導納具有第二值時，第三方程將在測量點處故障相的相對地電壓的實部與電網的零序電壓相關、且與測量點處電線的零序電流、正序電流和負序電流相關。
[0056]最后，當電線外的電網的中性點對地導納具有第二值時，第四方程將測量點處故障相的相對地電壓的虛部與電網的零序電壓相關、且與測量點處電線的零序電流、正序電流和負序電流相關。[0057]圖2示出了根據一種實施方式的電線上相對地故障的簡化等效電路。應當注意，圖2的等效電路僅是電線上相對地故障的可能等效電路的一個示例。因此，等效電路的形式可以不同于圖2所示的電路。在圖2中使用了以下符號:
[0058]d=每單位故障距離(d=0…I)
[0059]
【權利要求】
1.一種用于確定距電網的三相電線上的相對地故障的距離的方法，所述方法包括:
在所述三相電線(30)上的相對地故障(F)期間，當所述電線(30)外的所述電網的中性點對地導納具有第一值時，確定所述電網的零序電壓的值以及測量點處所述電線的故障相的相對地電壓、零序電流、正序電流和負序電流的值； 在所述三相電線(30)上的所述相對地故障(F)期間，當所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納具有不同于所述第一值的第二值時，確定所述電網的零序電壓的值以及所述測量點處所述電線的所述故障相的相對地電壓、零序電流、正序電流和負序電流的值；以及 基于所確定的電流和電壓值來確定從所述測量點(40)到所述相對地故障(F)的距離，其特征在于，所述距離是通過使用能夠從針對三相電線上的相對地故障的等效電路導出的4個方程來確定的,其中 當所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納具有所述第一值時，第一方程將所述測量點處所述故障相的所述相對地電壓的實部與所述電網的所述零序電壓相關、且與所述測量點處所述電線的所述零序電流、所述正序電流和所述負序電流相關； 當所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納具有所述第一值時，第二方程將所述測量點處所述故障相的所述相對地電壓的虛部與所述電網的所述零序電壓相關、且與所述測量點處所述電線的所述零序電流、所述正序電流和所述負序電流相關； 當所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納具有所述第二值時，第三方程將所述測量點處所述故障相的所述相對地電壓的實部與所述電網的所述零序電壓相關、且與所述測量點處所述電線的所述零序電流、所述正序電流和所述負序電流相關；以及 當所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納具有所述第二值時，第四方程將所述測量點處所述故障相的所述相對地電壓的虛部與所述電網的所述零序電壓相關、且與所述測量點處所述電線的所述零序電流、所述正序電流和所述負序電流相關。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一方程為:
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過連接或斷開補償線圈的并聯電阻器或通過改變補償線圈的補償程度，將所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納從所述第一值改變至所述第二值。
4.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，使用與針對三相電線上的所述相對地故障的所述等效電路對應的所述4個方程來確定所述故障電阻。
5.一種包括計算機程序代碼的計算機程序產品，其中所述程序代碼在計算機中的執行使得所述計算機執行根據權利要求1至4中任一項所述的方法的步驟。
6.一種用于確定距電網的三相電線上的相對地故障的距離的設備，所述設備包括: 用于在所述三相電線(30)上的相對地故障(F)期間，當所述電線(30)外的所述電網的中性點對地導納具有第一值時，確定所述電網的零序電壓的值以及測量點處所述電線的故障相的相對地電壓、零序電流、正序電流和負序電流的值的裝置(40 ); 用于在所述三相電線(30)上的所述相對地故障(F)期間，當所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納具有不同于所述第一值的第二值時，確定所述電網的零序電壓的值以及所述測量點處所述電線的所述故障相的相對地電壓、零序電流、正序電流和負序電流的值的裝置(40);以及 用于基于所確定的電流和電壓值來確定從所述測量點(40)到所述相對地故障(F)的距離的裝置(40)，其特征在于，用于確定所述距離的裝置(40)被配置成使用能夠從針對所述三相電線上的相對地故障的等效電路導出的4個方程，用于確定從所述測量點(40)到所述相對地故障(F)的所述距離，以使得: 當所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納具有所述第一值時，所述第一方程將所述測量點處所述故障相的所述相對地電壓的實部與所述電網的所述零序電壓相關、且與所述測量點處所述電線的所述零序電流、所述正序電流和所述負序電流相關； 當所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納具有所述第一值時，所述第二方程將所述測量點處所述故障相的所述相對地電壓的虛部與所述電網的所述零序電壓相關、且與所述測量點處所述電線的所述零序電流、所述正序電流和所述負序電流相關； 當所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納具有所述第二值時，所述第三方程將所述測量點處所述故障相的所述相對地電壓的實部與所述電網的所述零序電壓相關、且與所述測量點處所述電線的所述零序電流、所述正序電流和所述負序電流相關；以及當所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納具有所述第二值時，所述第四方程將所述測量點處所述故障相的所述相對地電壓的虛部與所述電網的所述零序電壓相關、且與所述測量點處所述電線的所述零序`電流、所述正序電流和所述負序電流相關。`
7.根據權利要求6所述的設備，其特征在于，所述第一方程為:
8.根據權利要求6或7所述的設備，其特征在于，所述設備包括:用于通過連接或斷開補償線圈的并聯電阻器或通過改變補償線圈的補償程度來將所述電線(30)外的所述電網的所述中性點對地導納從所述第一值改變至所述第二值的裝置。
9.根據權利要求6、7或8所述的設備，其特征在于，所述設備包括用于通過使用與針對三相電線上的所述相對地故障的所述等效電路對應的所述4個方程來確定所述故障電阻的裝置(40)。
10.根據權利要求6至9中任一項所述的設備，其特征在于 ，所述設備包括保護繼電器。
【文檔編號】G01R31/08GK103529356SQ201310274604
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月2日 優先權日:2012年7月3日
【發明者】阿里·瓦爾羅斯, 揚內·阿爾托寧 申請人:Abb技術有限公司