專利名稱：用于產生故障信號的方法和電氣保護設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于產生故障信號的方法，該故障信號指明在三相供電網中的一 極的或兩極的故障，該故障是在供電網中呈現電氣振蕩期間產生的。本發明還涉及一種用 于監視供電網的電氣保護設備。
背景技術：
對供電網通常逐段地利用所謂的保護設備監視不允許的運行狀態，例如短路或接 地故障。在出現這樣的不允許的運行狀態時，保護設備通過斷開相應的斷路器將供電網的 發生故障的部分從其余的電網斷開并且由此避免了人員和供電網的組件的危險。為了監視 供電網的各個線段，保護設備執行所謂的保護算法。在此在使用測量數據(例如是表征供 電網的測量位置上的電流和電壓的測量值)的條件下，作出關于如下的判定是存在不允 許的還是允許的運行狀態。在此，通常采用的保護算法按照所謂的距離保護方法工作，在該距離保護方法中 從電流和電壓測量值計算位于復數平面中的阻抗值并且檢查，阻抗值是否位于預先給出的 范圍(也稱為觸發多邊形，Aus^sepolygon)。只要阻抗值位于該預定的范圍中，則距離保 護設備確定在由其監視的供電網的線段上的一個不允許的運行狀態，并且將觸發信號發送 到一個或多個限制該線段的斷路器，以便將發生故障的線段從其余的供電網分離。在此距 離保護算法區分所謂的內部故障和外部故障，其中內部故障涉及由距離保護設備直接監視 的供電網線段，外部故障位于該線段外部并且落入另一個保護設備的直接的負責范圍內。 在內部故障情況下距離保護設備必須立即啟動其發生故障的線段的斷開，而在外部故障的 情況下其通常作為備用保護。如果在一個確定的時間段內對于該外部故障負責的另一個保 護設備沒有斷開該故障，則作為備用保護工作的距離保護設備在等待該時間段之后啟動斷 開。在突然的負載改變或供電網的結構的改變(例如通過接通或斷開較大的供電設 備)時，在供電網中會出現所謂的振蕩過程或功率波動，以下為簡單起見稱為“振蕩”，因為 在供電網的饋電位置發電機必須調節到新的負載情況。這通常以衰減的振蕩形式發生，直 到供電網的新的工作點穩定。在振蕩期間電流和電壓可以說沿著供電線在高的和低的值之 間擺動。由此在振蕩情況下通常發生，電氣距離保護設備在其測量位置在同時高的電流的 情況下測量低的電壓，并且從中計算出小的阻抗值，該阻抗值位于觸發多邊形內。然而因為 衰減的(也稱為同步的)振蕩通常不描述供電網的危險運行狀態，所以在這種情況下應該 不進行觸發。然而在僅僅應用距離保護功能的情況下，距離保護設備識別不允許的運行狀 態，并且斷開供電網的監視的線段。由此可能進行供電網的特定的部分的不期望的錯誤斷 開，其通常對于供電網的運營商帶來高的成本。此外通過由錯誤斷開跳變地改變的電網結 構會發生供電網的尚接通的線段的過載，這會導致一連串的斷開直到所謂的電力網事故。為完整起見在此提到，后面描述的本發明既可以應用于同步的振蕩也可以應用于 所謂的異步的振蕩，其中阻抗至少運行一個完整的圓形軌道。“振蕩”的概念由此在以下在該意義(同步或異步)上理解。為了在振蕩情況下避免不期望的錯誤觸發，通常設置所謂的振蕩識別裝置。當振 蕩識別裝置識別到振蕩時，其給出一個振蕩信號。該振蕩信號例如可以用于，阻止通過距離 保護設備向斷路器輸出觸發信號。振蕩識別裝置在此或者可以是距離保護設備的集成的組 件、或者可以形成與距離保護設備相連的單獨的裝置。具有集成的振蕩識別的距離保護設備由發明者例如以名稱 "SIPROTECDistanzschutz 7SA6” 提供。相應的設備在 Siemens AG 的設備 手冊"SIPROTECDistanzschutz 7SA6，V4. 3” 2002 年，Siemens AG 的訂購號 為C53000-G1100-C156-3中公知。在該設備手冊的章節2. 3 "Ma^nahmen bei Netzpendelimgen”中描述了，為了識別振蕩，對由阻抗值在復數平面中形成的曲線變化檢 查典型的特性，例如“連續性”、“單調性”和“跳變特性”并且根據檢查結果在識別到振蕩的 情況下產生振蕩信號。然而，在現有的(anstehender)振蕩期間也會出現內部或外部故障，它們由保護 設備識別并且可能必須被斷開。因為故障與出現的振蕩重疊，所以通常難以識別故障。這 例如涉及一極的或兩極的故障，即，涉及供電網的一相或兩相的故障，因為在這些故障的情 況下在至少一個(未發生故障的)相中還發生振蕩，所以在發生故障的相中呈現振蕩和故
障的重疊。特別是在外部故障的情況下，由振蕩重疊的故障還具有振蕩的典型的特性，例如 記錄的阻抗值的最大程度上橢圓形的軌道曲線變化，從而在這種情況下出現的振蕩信號使 得距離保護設備的備用功能失效。由于這個原因，在公知的距離保護設備中，根據要求由振 蕩識別去除(ausnehmen)觸發多邊形的確定的區域(計算的阻抗值在外部故障的情況下位 于該區域中)，以便即使在振蕩的情況下也保證備用保護功能。此外，在確定的由振蕩重疊的內部故障的情況下，特別是當其在與距離保護設備 的測量位置相距很遠處發生時(例如在所謂的“Kippgrenze，轉換邊界”附近，即，在內部和 外部故障之間的邊界上)，還具有振蕩的典型的特性，從而振蕩信號也導致阻礙了對于直接 監視的供電網線段的保護功能。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種可能性能夠以大的安全性識別在振蕩期 間出現的一極的或兩極的故障。本發明通過一種本文開頭提到種類的方法解決上述技術問題，在該方法中在振蕩 期間產生對稱性信號(Symmetriesignal)，該對稱性信號表明，振蕩是對稱的還是不對稱 的，并且對供電網的相檢查出現的故障，其中，為了執行檢查考慮對稱性信號。如果在檢查 時識別到故障，則產生故障信號。按照本發明的方法的特別優點是，為了執行故障的檢查，考慮對稱性信號，該對稱 性信號包含關于振蕩的對稱性的結論。對稱的振蕩在供電網的所有三相中同樣地發生， 而不對稱的振蕩在至少一相中發生或者甚至限制到一或兩相。不對稱振蕩除了別的之外 可以在如下的供電線中發生其并行導線經歷過一極的斷開(所謂的“并行導線中的開極 (Open-Pole) ”)。由于相互作用，該一極的斷開在并行導線中也影響所考慮的供電線并且會將在那里發生的振蕩帶到不對稱。通過考慮對稱性信號可以將故障識別適配到供電網的目 前狀態。具體來說，在此具有優勢的是，故障信號導致撤銷顯示振蕩的振蕩信號。按照本發明的方法的另一種具有優勢的擴展，在顯示對稱振蕩的對稱性信號的情 況下，從在供電網上采集的相電流中確定按照正序電流、逆序電流和零序電流的形式的對 稱分量，并且通過比較這些對稱分量，進行對存在的故障的檢查。按照這種方式可以利用 非常簡單的手段識別一或兩極的故障，因為僅通過故障就引起在供電網中的不對稱負載狀 態，因為振蕩本身被識別為對稱的并且由此可以排除作為不對稱的原因。具體地，關于這點，為了檢驗而將零序電流和逆序電流的和與正序電流進行比較， 并且如果所述和與一個因數的乘積超過正序電流，則識別故障。通過該比較，可以以小的開 銷識別引起故障的不對稱并且產生故障信號。優選地，關于這點，將該因數動態地與正序電流的高度匹配，其中增加的正序電流 導致該因數的上升。在一個顯示對稱振蕩的對稱性信號的情況下，還可以，為了區別一極的和兩極的 故障，每相進行對阻抗值的變化的檢查。關于這點，或者如果涉及的相的至少一個阻抗值位 于復數的阻抗平面中的觸發區域內部并且在相繼的阻抗值之間的改變低于一個預先給出 的閾值，或者如果涉及的相的至少一個阻抗值位于復數阻抗平面中的觸發區域內部并且在 相繼的阻抗值之間出現跳變性改變，則推導出在各個相中故障的存在。通過該逐相的檢查， 可以特別簡單地限制故障。在顯示不對稱振蕩的對稱性信號的情況下，可以不使用對稱分量的標準。由此按 照本發明方法的另一個具有優勢的實施方式，在顯示不對稱振蕩的對稱性信號的情況下， 對于每相，確定阻抗值的變化并且根據該變化推導出在各個相中的故障存在。由于逐相檢 查阻抗，該故障識別方法雖然比對稱振蕩情況下考慮對稱分量時計算量大，然而以這種方 式可以可靠識別在各個相中的故障。具體地，在此，如果或者涉及的相的至少一個阻抗值位于復數阻抗平面中的觸發 區域內部并且在相繼的阻抗值之間的改變低于一個預先給出的閾值，或者涉及的相的至少 一個阻抗值位于復數阻抗平面中的觸發區域內部并且在相繼的阻抗值之間發生跳變改變， 則推導出在各個相中的故障存在。按照這種方式可以通過相對簡單的檢查識別故障。首先 提到的標準在此表明，相繼的阻抗值彼此幾乎沒有區別并且阻抗幾乎取一個靜態的(即， 故障阻抗的)值。第二標準表明在振蕩期間從任意的工作點到故障阻抗的跳變。外部故障應該由各個負責的保護設備斷開。在清除故障之后振蕩可能在供電網的 其余部分繼續。在這種情況下，距離保護設備必須識別故障的結束和繼續的振蕩。因此，按 照本發明的另一種具有優勢的實施方式，在對稱以及在不對稱振蕩的情況下，在等候處理 的故障信號的情況下連續地檢查，是否還存在故障，并且如果檢查得到不再存在故障，則撤 銷故障信號。具體地，關于這點，在一極的故障情況下，為了檢查故障是否還存在，將關于故障 相計算的阻抗值與關于無故障相計算的阻抗值比較，并且根據該比較推導出故障的存在。 該實施方式基于如下認識，故障相的阻抗值在一個位置幾乎保持恒定，而無故障相(在該 相上發生振蕩)的阻抗值連續地關于振幅和/或相位角改變。
關于這點例如可以，將關于故障相計算的阻抗值與關于無故障相計算的阻抗值如 下進行比較如果由各個相繼的阻抗值覆蓋(Uberstrichene)的線段(“阻抗線段”)近似 相同，則推導出故障的存在。在該檢查中將因此由各個阻抗值經過(zurilckgelegten)的線 段互相比較并且當所有的阻抗值以相同程度改變時，即，當關于故障相確定的阻抗線段和 至少一個關于無故障相確定的阻抗線段低于閾值時，推導出故障的結束。為了提高在一極的故障情況下故障情況的識別可靠性，此外，確定相電流的對稱 分量并且還根據對稱分量的比較推導出，故障是否還存在。即，由此可以識別供電網的對稱 狀態的恢復。該附加標準當然只能應用于對稱振蕩的情況，因為在不對稱振蕩情況下在故 障結束之后不會恢復到對稱狀態。為了檢查最后提到的標準，具體地，可以將零序電流和逆序電流的和與正序電流 比較，并且如果所述和與一個因數的乘積低于正序電流，則識別到故障停止的指示。按照本發明方法的另一個具有優勢的擴展，此外，在兩極的故障的情況下，為了檢 查故障是否還存在，分別從關于無故障相和兩個故障相中的一相采集的相電流以及從對于 關于無故障相以120°偏移(即，相應的電流向量以120°旋轉)的假定相的假定相電流， 計算測試逆序電流值并將該測試逆序電流值與根據實際的相電流計算的逆序電流值進行 比較，并且如果各個逆序電流值與各個測試逆序電流值的商超過一個預先給出的閾值，則 推導出關于各個考察的故障相的故障結束。單個地對于這兩個故障相進行該檢查，從而對 于每相能夠識別故障的結束。通過分別淡出一個故障相并且通過假想振蕩的相來替代，在 所述檢查中兩個一極的故障反映一個準兩極的故障。然后關于剩下的故障相可以通過所述 方法得出關于故障的繼續存在或結束的結論。上述技術問題還通過一種電氣保護設備解決，其具有用于執行上述方法或其擴展 的控制裝置。
以下借助附圖詳細解釋本發明。為此，圖1示出了一種供電網的片段的示意圖，圖2示出了在復數阻抗平面中由故障重疊的振蕩的圖，圖3示出了用于產生和撤銷故障信號的方法的實施例的示意概圖，圖4示出了用于解釋在對稱性振蕩的情況下的故障識別的示意性方法流程圖，圖5示出了用于解釋在不對稱振蕩情況下的故障識別的示意性方法流程圖，圖6示出了用于解釋在同時的一極故障的情況下的振蕩的R-X圖，圖7示出了用于解釋檢查在振蕩期間一極的故障的繼續存在的示意性方法流程 圖，圖8示出了用于解釋檢查在振蕩期間的兩極故障的繼續存在的工作過程的三個 電流向量圖，圖9示出了用于解釋檢查在振蕩期間的兩極故障的繼續存在的示意性方法流程 圖，圖10示出了逆序電流和測試逆序電流的可能變化的第一例子的圖，圖11示出了逆序電流和測試逆序電流的可能變化的第二例子的圖。
具體實施例方式圖1舉例示出了未詳細示出的三相供電網的片段10。通過發電機12向供電網的 片段10饋入電能。在發電機12和母線11之間具有示意性表示的三相輸電線13。輸電線 13具有斷路器1 和14b，借助后者可以將輸電線13與供電網的片段10的其余部分分離。為了監視輸電線13的可能發生的故障，例如短路或接地故障，設置了保護設備 1 和15b，它們是所謂的距離保護設備。保護設備1 和15b以電流和電壓測量值的形式 記錄在測量位置16a和16b上的測量值并且根據這些測量值判斷在輸電線13上的允許的 或不允許的運行狀態。距離保護設備的詳細工作原理在本文開頭已經詳細描述了并且所以 在此不再解釋。如果保護設備I5a或I5b的一個或者兩個識別了與其對應的輸電線13的不允許 的運行狀態，則向相應的斷路器14a和14b輸出觸發信號，以便將發生故障的輸電線13與 供電網的其余片段10分離。關于這點，還可以向發生故障的輸電線的相對的末端發送故障 信號的轉發，以便也啟動那里的保護設備對于其斷路器產生相應的觸發信號。在直接由相 應的保護設備監視的輸電線上發生的故障，如本文開頭提到的，也稱為“內部”故障。此外，兩個分支17a和17b與母線11相連。第一變壓器18a(例如中壓變壓器) 關于第一分支17a將在母線11上的電壓轉換到低的水平(例如中壓水平)。關于第二分支 17b通過第二變壓器1 相應地進行。在故障情況下，可以通過其他斷路器Hc和14d將分支17a和17b從母線11分 離。為此，設置了其他保護設備15c和15d，它們可以是距離保護設備。它們記錄在測量位 置16a和16b上的測量值并且根據這些測量值判斷，在分支17a或17b上呈現允許的還是 不允許的運行狀態。在圖1的情況下，示例性地在支路17b的通過閃電符號表示的故障位置19處發生 一或兩極的故障，例如接地故障。直接負責支路17b的保護設備15d必須識別該故障并且 啟動與其對應的斷路器14d斷開其開關觸點，以便將支路17b與母線11分離并且由此防止 故障對供電網的片段10的其余部分的影響。對于如下情況例如由于保護設備15d的功能 故障，在故障位置19處的故障沒有由負責的保護設備15d識別到，則保護設備1 和1 為備用保護設備。在一個時間延遲過后(在該時間延遲內向保護設備15d提供機會來響應 故障位置19處的故障)備用保護設備向其對應的斷路器發送觸發信號，以便以這種方式斷 開在位置19處的故障。在按照圖1的例子中，在這種情況下首先保護設備1 斷開其斷路器14b，而保護 設備1 僅對于保護設備1 也沒有斷開故障的情況，進行斷開。保護設備15a和1 首 先作為所謂的外部故障發覺在位置19處發生的故障，因為其不處于與其直接對應的保護 區域中，在這種情況下是輸電線13或母線11的保護區域中。供電網的片段10上的內部或外部故障的識別由于在供電網的線段上的同時發生 的振蕩會變得困難。為此，圖2示例性在所謂的R-X圖中示出了在同時發生振蕩的條件下在外部故障 的情況中記錄的阻抗值的變化。以下的解釋示例性地對于按照圖1的保護設備1 進行。在R-X圖中在復數的阻抗平面中(即以具有實部和虛部的所謂的復數形式)示出了阻抗值。在用“R”表示的軸上示出阻抗的實部，其也稱為電阻分量并且給出阻抗的歐姆 電阻分量，而在用“X”表示的軸上示出阻抗的虛部，其也稱為所謂的電抗并且給出阻抗值的 電感的和/或電容的分量。每個阻抗值通過在各個測量位置(在本例中是圖1中的測量位置16b)處記錄的 電流和電壓測量值(其通常是包含振幅和相位角的電流和電壓向量測量值)來確定。各個 阻抗值同樣通過振幅和相位角以所謂的阻抗向量的形式示出，其從R-X圖的零點出發到指 示相應的振幅和相應的相位角的值延伸。在圖2的R-X圖中為清楚起見，分別僅示出向量 峰值的變化作為曲線變化。在R-X圖內示出了所謂的觸發多邊形20，其給出在阻抗平面中的那些由阻抗值在 內部或外部故障情況下通常取的區域。如果阻抗值位于觸發多邊形內，則通常產生觸發信 號，以便斷開相應的斷路器。示例性地結合圖2示出在振蕩情況下阻抗值的變化，該振蕩通過外部故障，例如 在故障位置19處(參見圖1)的故障重疊。第一曲線變化21描述了在無故障情況下的振蕩時阻抗值的變化。這樣的振蕩可 以結合通常的方法(例如本文開頭解釋的對阻抗值的單調性、連續性和跳變性的檢查)來 識別。同樣可以作出關于如下的結論振蕩是否是對稱地(即是否在所有三個相線上同樣 地)發生或者是否呈現不對稱的振蕩。在按照圖2的R-X圖中的位置23處發生外部故障；在此阻抗值從位置22跳變到 觸發多邊形20內的位置23。在外部故障期間由于通過同時還發生的振蕩的重疊，阻抗值在 橢圓形的軌跡曲線M上延伸，然而其直徑小于在無故障情況下振蕩時的軌跡曲線21的直 徑。重復通過軌跡曲線對，直到斷開故障。在通過R-X圖的位置25處的保護設備1 清除外部故障之后，阻抗值的變化又跳 變到位于觸發多邊形20外部的位置沈處的值，并且隨后又示出在振蕩期間橢圓形的軌跡 曲線變化27，此時其不再由故障重疊。因此，在本例中保護設備1 必須能夠，識別在位置23處在振蕩期間外部故障的 進入，以及在位置25處外部故障的結束，和從位置沈起振蕩的繼續存在。只有這樣的識別 能夠可靠地進行時，保護設備1 才可以繼續作為對于保護設備15d的備用保護設備被采用。具體地，對于圖2中示出的情況，保護設備15b的工作原理應當是如下在曲線21 期間，保護設備1 必須識別發生的振蕩并且給出所謂的振蕩信號，該振蕩信號一方面示 出振蕩、另一方面當振蕩繼續的情況下阻抗進入觸發多邊形時，防止距離保護功能向斷路 器輸出觸發信號。在位置22處，保護設備1 必須識別外部故障的發生并且產生故障信 號，該故障信號示出在振蕩期間故障的存在。故障信號導致撤銷或至少阻斷振蕩信號。在 區域M中存在外部故障期間盡管那里附加地發生振蕩還是必須保持故障信號，即，盡管在 區域M中振蕩的典型的特點，保護設備1 還是必須將區域M不是作為振蕩而是作為故 障來識別，由此其能夠采取其對于保護設備15e的備用保護功能。也就是說，如果保護設備15d沒有在分配給其的時間內斷開在故障位置19處的故 障，則保護設備15b (如已經相對圖1解釋的)斷開其對應的斷路器。在位置沈處，只要通過保護設備15d清除了(即，斷開了)外部故障，則保護設備1 還必須識別故障的結束，并且撤銷故障信號，以便從曲線27的開始起通過重新產生振 蕩信號又能夠指出振蕩的繼續。 結合以下附圖要解釋，如何能夠實現所描述的工作原理。為此首先在圖3中以方 法流程圖的形式示出關于完整的算法的示意性概圖。這樣的算法通常以由保護設備的控制 裝置處理的設備軟件形式執行。 在步驟30中開始檢查。首先在步驟31中進行檢查，在供電網中是否存在振蕩。為 此，例如檢查從電流和電壓測量值計算的阻抗值的單調性、連續性和跳變特性。如果由阻抗 值描述的曲線變化單調地、連續地并且無跳變地運動，則識別振蕩并且產生振蕩信號。如果 沒有發生振蕩，則重新在步驟30開始所述算法。如果存在振蕩，則在步驟32中檢查，其是對稱的還是不對稱的振蕩。這點例如可 以通過如下進行對供電網的每相進行振蕩的上述檢查，并且在所有三相中出現同樣的振 蕩的情況下推導出對稱的振蕩，而在不同相之間發生不同的振蕩或者僅限于一相或兩相的 振蕩的情況下識別不對稱的振蕩。對稱的振蕩還可以通過如下來識別對于一相識別到振 蕩，并且根據電流的對稱分量，即，正序電流、逆序電流和零序電流，識別對稱的特性。在對 稱的特性的情況下，主要存在正序電流分量而零序和逆序電流很少發生。根據識別到對稱的還是不對稱的振蕩，產生一個顯示振蕩的相應種類的對稱性信 號。根據通過對稱性信號顯示是對稱的或是不對稱的振蕩，在步驟33a和34a以及3 和 34b中進行對于對稱的或不對稱的振蕩的相應的故障識別算法。如果在步驟33a和34a以及3 和34b中沒有識別故障，則重新在步驟30處開始 算法。然而，如果識別存在的故障，則產生故障信號并且在步驟35中將故障的種類限制到， 是一極的還是兩極的故障。這點例如可以通過如下進行逐相地檢查，計算的阻抗值是否位 于觸發多邊形內部，并且同時要么沒有發生阻抗值的明顯改變、要么識別到阻抗值的曲線 中的跳變特性。兩種情況都意味著在相應的相中的故障。當故障是內部故障時，相應的保護設備必須觸發其斷路器并且由此將發生故障的 線段從供電網中分離。在這種情況下，該方法在步驟35之前已經結束并且必要時在重新接 通涉及的線段之后重新開始。如果出現外部故障，則在步驟36a或36b繼續該方法。例如 可以根據計算的阻抗值在觸發多邊形中的位置來進行在內部和外部故障之間的區分。根據在步驟35中識別到一極的或兩極的外部故障，在步驟36a和37a或36b和 37b中對該一極的或兩極的故障的結束進行檢查。在此，如果識別出故障還存在，即其沒有 結束，則該檢查按照相應的故障種類繼續進行。然而，如果故障被識別為結束了，則撤銷故 障信號并且算法在步驟38中結束，并且在步驟30中可以重新開始。如果故障經過一個確 定的時間段還存在，即，在該時間段內沒有識別到故障的結束，則可以假定，對存在的故障 直接負責的保護設備發生了故障。識別了外部故障的那個保護設備，在這種情況下可以按 照其作為備用保護設備的功能斷開其斷路器并且由此進行故障清除。結合圖4解釋在示出對稱振蕩的對稱性信號的情況下在按照圖3的步驟33a中進 行的故障識別算法。在這種情況下可以特別簡單地進行故障識別，因為僅必須進行對不對 稱狀態的檢查。基于如下認識，在對稱振蕩的情況下發生的不對稱必定指示出要么是一極 的要么是兩極的故障。由此按照圖4從三個相電流計算對稱分量，S卩，在步驟41中所謂的 正序電流I1,在步驟42中所謂的逆序電流I2和在步驟43中所謂的零序電流I。。正序、逆序和零序電流的確定對于專業人員是充分公知的并且在此不再詳細解釋。在步驟44中進行檢查，對稱分量(即正序、逆序和零序電流)給出對稱狀態還是 不對稱狀態。當主要是正序電流而幾乎沒有零序和逆序電流時，呈現對稱狀態。在步驟44 中由此進行檢查，與因數m相乘的、逆序和正序電流的和是否大于正序電流，如以下不等式 所示m · |I0+I2| > Il1如果滿足該不等式，S卩，零序和逆序電流相對對稱分量具有顯著的分量，則識別不 對稱狀態并且由此識別故障并且產生故障信號F。在此，具有優勢地根據正序電流的大小 選擇因數m的大小，以便在小的正序電流的情況下補償可能存在的噪聲。在此，在正序電流 增加時因數增加并且在正序電流下降時下降。通常因數m位于大約10至大約160的范圍， 在額定電流(即，如下的電流，對于該電流構造供電網)的范圍中，對于因數m的值為大約 100是具有優勢的。圖5示出了對于一個示出了不對稱振蕩的對稱性信號的故障識別算法(圖3中的 步驟33b)。在不對稱振蕩的情況下首先在步驟51中進行檢查，根據電流和電壓測量值形成 的阻抗值是否位于觸發多邊形20內。在步驟52中進行檢查，阻抗值是否對于在時間上相 繼確定的阻抗值保持在一個位置上，即，檢查在相繼的阻抗值之間的改變是否低于確定的 閾值。在步驟53中最后檢查，阻抗值的曲線是否具有跳變的特性，即，在兩個阻抗值之間的 改變是否超過預定的閾值。也就是說，阻抗值在一個位置上的保持以及跳變的特性都是對 于存在的故障的明確特征。框51和52的輸出被傳輸到第一“與”門54，該第一“與”門又在輸出側與“或”門 55的輸入端相連。框51和53的輸出被傳輸到第二 “與”門56，該第二 “與”門在輸出側與 “或”門陽的另一個輸入端相連。通過由此形成的邏輯關聯，如果阻抗值位于觸發多邊形 內，并且同時要么相繼的阻抗值不具有明顯的改變、要么識別到阻抗值的曲線中的跳變特 性，則在輸出側由“或”門55精確地輸出故障信號。該檢查每相地進行，從而對于每相能夠 作出關于是否存在故障的結論。在圖5中解釋的算法適合于，進行區分，其是一極的還是兩極的故障。由此按照圖 3的步驟3 對于不對稱振蕩的故障識別算法已經提供關于存在一極的還是兩極的故障的 結論，而為了區分在按照圖3的步驟33a中識別的故障，在步驟35中為了區分故障的種類 再次進行關于圖5所解釋的算法。結合圖6詳細解釋按照圖3的步驟36a對一極的故障的結束的檢查中的工作原 理。圖6示出了三個R-X圖60a、60b和60c，其包含在相繼的時刻(t = 0至t = 2)作為阻 抗向量而記錄的阻抗值。對于相A的阻抗向量Za屬于發生故障的相并且在R-X圖中通過 故障阻抗給出的位置上保持不變，而對于相B和C的阻抗向量么和Zc振蕩，這通過該向量 的連續改變的振幅和相位角可以看出。首先在對稱振蕩的情況下，為檢查一極的故障的結束，當然提供與在檢查故障的 發生時相反的工作過程，即，檢查是否恢復到對稱狀態。然而如從對于時刻t = 2的R-X圖 60c可以看出的，在一極的故障之后僅僅對于對稱狀態的恢復的這樣的簡單測試，不能得到 關于一極的故障是否結束的結論，因為盡管還繼續存在一極的故障，在R-X圖中向量厶、Zb 和&的位置偶然地正好相應于對稱狀態，即，各個向量的振幅相等，而在各個向量之間呈現分別為120°的相位角。此外，在存在不對稱的振蕩的情況下也不能客觀地應用這樣的測
試ο因此，為了檢查一極的故障的結束，檢查發生故障的相A的相繼的阻抗向量，其變 化曲線是否近似相同地與對于無故障的相B和C的阻抗向量的變化曲線一致。具體地，為 此確定所謂的“阻抗線段”，其給出在兩個或多個相繼的時刻之間向量的改變。如果故障相 A和無故障相B和C的阻抗線段相同，則可以假定，故障相A又進行與無故障相B和C相同 的振蕩運動并且故障結束。為簡化起見也僅僅關于振蕩的相B和C中的一相進行該測試。圖7示出了相應的邏輯圖。當是一極的故障時，相應地從框72將信號傳輸到“與” 門71。框73比較對于各個阻抗向量的阻抗線段，即關于故障相A和至少一個無故障相B或 C在相繼的時刻記錄的阻抗向量之間的改變。如果關于該阻抗線段沒有出現明顯區別，則框 73同樣輸出一個輸出信號到“與”門71。然后“與”門71在這種情況下輸出一個輸出信號 A，該輸出信號撤銷顯示一極的故障的故障信號，因為在這種情況下僅尚存振蕩而而故障結 束ο附加地，如通過虛線框74所示，可以進行對稱分量的對稱狀態的檢查；如果正序 系統勝過逆序系統和零序系統，則又假定對稱狀態m · |I0+I2| < Il1對于因數m又成立上述假定。在這種情況下向“與”門71輸出一個輸出信號并且 在這種情況下只有當又恢復了對稱狀態時，“與”門71才輸出一個輸出信號，該輸出信號導 致撤銷現有的(anstehenden)故障信號。然而，只有當出現對稱振蕩時，才有意義地采用按 照框74的檢查，因為在不對稱振蕩的情況下在框74中不能識別對稱狀態。結合圖8解釋在按照圖3的步驟36b和37b對兩極的故障的結束進行檢查時的工 作方式。在兩極的故障情況下，在使用對稱分量的條件下關于一極的故障描述的工作方式 是不夠的，因為利用該工作方式不能區分一極的和兩極的故障。因為例如完全可能發生，在 兩極的故障情況下首先又清除兩相中的僅一相并且另一相還保持是具有故障的，所以這種 區分現有的一極的和現有的兩極的故障是必要的。在兩極的故障結束的情況下該工作方式首先包含兩極的故障到兩個一極的故障 的映射并且包括然后的檢查。結合圖8詳細解釋兩極故障到兩個一極故障的映射。為此， 圖8示出了第一電流向量圖80，其中示出了振蕩的相A和兩個故障相B和C的電流向量IA、 Ib和五。為了檢查相B和C是否還發生故障，將在電流向量圖80中描述的系統映射為兩個 分別描述一個一極的故障的系統，如在電流向量圖81和82中所示。在電流向量圖81中為 此對于故障相B的電流Ib通過虛擬的相B'的假定的電流向量Ib代替。虛擬的B'相同樣 假定為振蕩的相，并且涉及實際上振蕩的相A，即假定的電流向量Ib具有與電流向量Ia相 同的振幅和與之120°的相位偏移。對于故障相C的電流向量Ic在電流向量圖81中保持 不變。在第三電流向量圖82中，對于故障相C的電流向量Ic相應地通過虛擬的相C'的 假定電流向量Ic代替，其關于其振幅相應于相A的電流向量Ia并且與之相關地具有120° 的相位角。故障相B保持不變。按照電流向量圖81的系統被用于檢查，相C是否還發生故障。為此，在使用電流 向量Ia、Ib和Ie的條件下計算得到的測試逆序電流。同樣在使用實際的電流向量IA、Ib和Ic的條件下確定實際的逆序電流并且與測試逆序電流比較。為此形成逆序電流和測試逆序 電流的商。如果商高于預先給出的閾值，例如高于5，則可以從中得出，通過由假定的電流向 量Ib代替對于相B的電流向量Ib，恢復了對稱系統。在這種情況下得出，相C沒有再發生 故障。相應地，在使用按照電流向量圖82的系統的條件下檢查，相B是否還發生故障，方 法是，在使用電流向量kljPIc,條件下形成測試逆序電流并且與在使用實際的電流向量 Ia>Ib和Ic的條件下形成的逆序電流比較。如果逆序電流和測試逆序電流的商在此也高于 一個確定的閾值，則可以得出，相B沒有再發生故障。如果商低于確定的閾值，則故障還存 在于相B。圖9再次以示意性流程圖示出了該工作過程檢查。在步驟91中關于兩個故障相 中的一個(示例性假定為B)通過假定的電流向量Ib,替代電流向量Ib。然后在步驟92中 在使用電流向量Ia、Ib,和Ie的條件下計算測試逆序電流。在步驟93中使用具有測量的電 流向量兀、尨和1。的實際存在的系統，從中在步驟94中計算實際的逆序電流。然后，在步驟 95中進行測試逆序電流與逆序電流的比較，方法是形成逆序電流和測試逆序電流的商并且 與閾值(例如值5)進行比較。如果商高于閾值，則沒有被替代的那些故障相(在本例中即 相C)沒有再發生故障，而在低于閾值時故障關于該相繼續存在。當超過閾值并且故障關于考察的相不再存在時，由此在框95中產生輸出信號A。 該輸出信號A可以被用于撤銷故障信號。此處描述的工作過程不僅對于唯一的時刻的相電流，而是對于在相繼的時刻被記 錄的多個相電流的變化進行。由此可以得到結果的更大的可靠性，因為關于逆序電流或測 試逆序電流的短的波動被平衡。圖10和11分別示出了在其中記錄了逆序電流I2或測試逆序電流I/關于時間t 的曲線變化的圖。按照圖10的圖中曲線101給出了逆序電流的變化，而測試逆序電流的變 化用102給出。在圖10所示的示例性變化中關于考察的相沒有發生故障結束。相應地在圖11中用曲線111表示了逆序電流的變化，而測試逆序電流的變化用曲 線112表示。在圖11所示的示例性變化中由此關于考察的相發生故障結束。故障的清除 產生曲線112的變化中的跳變113。容易看出，由圖11示出的情況得到的逆序電流(曲線111)和測試逆序電流(曲 線112)的商比按照圖10由逆序電流(曲線101)和測試逆序電流(曲線102)得到的商取 得更高的值。圖11由此示出了對于如下情況的檢查的結果檢查的相不再發生故障，而在 圖10的情況下檢查的相還發生故障。總之，本發明示出了一種方法，利用該方法能夠快速且可靠地識別在振蕩期間發 生的一極的和兩極的故障，并且在外部故障的情況下在故障結束之后還能夠識別繼續的振 蕩。這樣的方法例如由電氣距離保護設備的控制裝置進行并且使得距離保護設備可靠并且 與各種情況匹配。因此，具有相應構造的控制裝置的距離保護設備例如能夠，即使在在振蕩 期間出現外部故障的情況下，也能接管備用保護功能，因為按照所述方法可以使用產生的 并且撤銷的故障信號，用于撤銷顯示振蕩的振蕩信號。
權利要求
1.一種用于產生故障信號的方法，該故障信號給出在三相供電網中的一極的或兩極的 故障，該故障是在供電網中存在電氣振蕩期間出現的，其中所述方法具有以下步驟-在振蕩期間產生對稱性信號，該對稱性信號表明，振蕩是對稱的還是不對稱的； -對供電網的相檢查出現的故障，其中，為了執行檢查考慮對稱性信號；并且 -如果在檢查中識別到故障，則產生故障信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，-所述故障信號導致撤銷顯示振蕩的振蕩信號。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，-在顯示對稱的振蕩的對稱性信號的情況下，從在供電網上采集的相電流中確定按照 正序電流、逆序電流和零序電流的形式的對稱分量，并且通過比較這些對稱分量進行對存 在的故障的檢查。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，-為了檢驗，將零序電流和逆序電流的和與正序電流相比較，并且如果所述和與一個因 數的乘積超過該正序電流，則識別出故障。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，-將所述因數動態地與正序電流的高度匹配，其中，增加的正序電流導致該因數的上升。
6.根據權利要求3-5中任一項所述的方法，其特征在于，-為了區別一極的和兩極的故障，每相地進行對阻抗值的變化的檢查；并且 -如果-所涉及的相的至少一個阻抗值位于復數的阻抗平面中的觸發區域內部并且在相繼的 阻抗值之間的改變低于一個預先給出的閾值；或者-所涉及的相的至少一個阻抗值位于復數阻抗平面中的觸發區域內部并且在相繼的阻 抗值之間出現跳變性改變，則推導出在各個相中故障的存在。
7.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，-在顯示不對稱振蕩的對稱性信號的情況下，對于每相確定阻抗值的變化并且根據該 變化推導出各個相中故障的存在。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于， -如果-所涉及的相的至少一個阻抗值位于復數阻抗平面中的觸發區域內部并且在相繼的阻 抗值之間的改變低于一個預先給出的閾值時；或者-所涉及的相的至少一個阻抗值位于復數阻抗平面中的觸發區域內部并且在相繼的阻 抗值之間發生跳變性改變時，則推導出在各個相中的故障存在。
9.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，-在出現故障信號的情況下，連續地檢查是否還存在故障；并且 -如果檢查得出不再存在故障，則撤銷所述故障信號。
10.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，-在一極的故障情況下，為了檢查故障是否還存在，將關于故障相計算的阻抗值與關于無故障相計算的阻抗值比較，并且根據該比較推導出故障的存在。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，-將關于故障相計算的阻抗值與關于無故障相計算的阻抗值如下地進行比較如果由 各個相繼的阻抗值覆蓋的線段近似相同，則推導出故障的結束。
12.根據權利要求10或11所述的方法，其特征在于，-確定相電流的對稱分量，并且還根據對稱分量的比較推導出故障是否還存在。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，-將零序電流和逆序電流的和與正序電流比較，并且如果所述和與一個因數的乘積低 于正序電流，則識別到故障結束的指示。
14.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，-在兩極的故障的情況下，為了檢查故障是否還存在，分別從關于無故障相和兩個故障 相中的一相采集的相電流以及從關于無故障相以120°偏移的假定相的假定相電流，計算 測試逆序電流值并且將該測試逆序電流值與根據實際的相電流計算的逆序電流值進行比 較，并且如果各個逆序電流值與各個測試逆序電流值的商超過一個預先給出的閾值，則推 導出關于各個考察的故障相的故障結束。
15.一種用于監視供電網的電氣保護設備，包括-用于采集測量值的測量裝置，其給出在供電網的測量位置上的電流和電壓，和-用于處理測量值的控制裝置，其特征在于，-所述控制裝置用于執行按照權利要求1至14中任一項所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種用于產生故障信號的方法，該故障信號給出在三相供電網中的一極的或兩極的故障，該故障是在供電網中存在電氣振蕩期間出現的。為了提供如下可能性利用該可能性能夠以高的可靠性識別在振蕩期間出現的一極的或兩極的故障，本發明提出，在振蕩期間產生對稱性信號，該對稱性信號表明，振蕩是對稱的還是不對稱的，并且對供電網的相檢查出現的故障，其中為了執行檢查考慮對稱性信號。如果在檢查中識別到故障，則產生故障信號。本發明還涉及一種具有相應構造的控制裝置的保護設備。
文檔編號H02H1/04GK102089950SQ200880130341
公開日2011年6月8日 申請日期2008年7月17日 優先權日2008年7月17日
發明者伊爾馬茲.耶爾金 申請人:西門子公司