防止中壓配電網絡的單相故障的改進保護系統的制作方法

防止中壓配電網絡的單相故障的改進保護系統的制作方法
【專利摘要】電能配電網絡包括具有意欲連接至電源（2）的上游端部的中壓饋線（1）。饋線（1）至少包括沿著饋線（1）定位的連續的第一保護器（Pi）和第二保護器（Pi+1）以及限定要監控的第一元件（Oi）的端部。第一保護器（Pi）包括被配置為，在以下時間延遲以后啟動斷路器（Ci）的搜索模塊（Mi），以中斷電能配電：在第一時間延遲（Ti1）以后，當搜索模塊（Mi）檢測到第一元件（Oi）的監控區域（Li）中的單相永久性故障（D）時；以及在長于第一時間延遲（Ti1）的第二時間延遲（Ti2）以后，當搜索模塊（Mi）檢測到位于區域（Li）下游的附加監控區域（L’i）中的單相永久性故障（D）時。
【專利說明】防止中壓配電網絡的單相故障的改進保護系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有上游端部和下游端部的中壓饋線的電能配電網絡，該上游端部意欲連接至電源。
【背景技術】
[0002]以兩種主要等級來組織從生產中心至顧客的電能輸送。第一等級對應于相間電壓通常大于50kV的高壓輸電網(HV)。高壓輸電網意欲將電能從生產中心和發電廠輸送至為用電區域服務的配電中心。第二等級對應于相間電壓通常低于50kV的中壓配電網(MV)。中壓配電網能夠局部地將電能從配電中心傳送至最終顧客。
[0003]當前的電能配電網絡保持持續發展。作為示例，可再生能源的開發和激勵性規制促進了分布式發電(DG)裝置的連接速率大幅提高。因此，與當前中壓電網絡相關聯的保護系統應該適應這種發展，以改善供電和連接服務的質量。在系統中發生故障的情況下，配電器首先嘗試保持連接最大數量的顧客并且在某種程度上，保持連接最大數量的本地生產商。由此，配電網優選地劃分為通過沿著網絡所部署的保護器所保護的區域。
[0004]通常，保護器用于檢測電網中可能發生的絕緣故障。通過不斷地將網絡電量與閾值進行比較的多功能模塊來實現保護功能。根據保護類型，多功能模塊可以測量電流、電壓或者還測量頻率，并且通過這些被測量和其他被測量進行計算，尤其是計算功率和阻抗。當被測量或者被計算的量具有異常值時，保護器(protection)檢測到故障。因此，多功能模塊提供動作命令，例如，斷開斷路器的命令。
[0005]用于保護電能配電網的系統的效率很強地依賴于部署在網絡中的保護器的選擇性。選擇性表示調節保護器以能夠以協調的方式并且盡可能快地使保護器正確動作的方法。選擇性強加進行精確調節，該精確調節啟用保護器以隔離包括故障的系統區域，同時如果可能的話，保持系統中的完好的其他部分繼續供電。根據配電網絡的結構并且根據網絡設計者可利用的方法，可以實施不同的選擇性。
[0006]作為示例，微分和邏輯選擇性可以用于中壓配電網絡的保護系統。然而，這種選擇性需要保護器之間的快速通信，以有效用于串聯地部署的保護系統。保護器之間的通信意味著使用附加的連接線，因此會導致更高的成本以及其他故障風險。通常，為了使幾個保護器串聯地運行，保護器使用計時選擇性(chronometric selectivity)。從HV/MV變電站至與HV/MV變電站相對的饋線的端部，通過逐漸減少的時間延遲來調節部署在連接至HV/MV變電站的饋線中的保護器。因此，針對時間延遲限制和具有備用保護器的需要，限制可以部署的保護器的數量并且通常不超過三個保護器。
[0007]時空選擇性還可以用于包括串聯地配置的幾個保護器的電網中。這種類型的選擇性依賴于通過給定保護器確定故障發生區域。當網絡為非同質網絡時，很難確定故障發生的位置或者甚至故障發生區域，從而限制了這種選擇類型在中壓網絡中的應用。現在，中壓配電網越來越復雜。實際上，大部分這種網絡都是可以包括分布式發電裝置(DG)的異質網絡。那么，確定這種類型的網絡中的故障發生區域成為復雜的任務。
【發明內容】

[0008]本發明的目的在于，提供用于中壓配電網絡的保護系統，包括串聯的幾個保護器，該保護系統易于實施并且能夠適用于不同結構的配電網絡，并且尤其適用于包括異質導線的配電網絡。
[0009]傾向于通過提供電能配電網絡來實現該目標，該電能配電網絡包括:具有上游端部和下游端部的中壓饋線，上游端部意欲連接至電源；和沿著饋線設置并排列的連續的至少第一保護器和第二保護器，使得第一保護器位于饋線的上游端部和第二保護器之間，第一保護器和第二保護器限定與第一保護器相關聯的第一元件的上游端部和下游端部。
[0010]此外，第一保護器包括:斷路器，用于停止第一保護器下游的電能配電；和搜索模塊，該搜索模塊被配置為檢測第一保護器的下游的單相永久性故障，搜索模塊設置有相電壓和相電流測量電路。
[0011]第一保護器還包括:用于通過被測量的相電壓和相電流計算具有實部Re (Zi)和虛部Im (Zi)的復量(complex quantity) Zi的系統；和用于將被計算的復量Zi與第一復閾值和第二復閾值進行比較的電路，該第一復閾值和第二復閾值對應于在與坐標系(0，Re(Zl), Im (Zl))相關聯的復平面內的第一直線和第二直線。
[0012]第一復閾值在復平面內限定第一域，該第一域被配置為表示監控區域中的單相永久性故障的發生，該監控區域包括在第一元件中并具有第一保護器作為上游端部。第一閾值和第二閾值還在復平面內限定第二域，該第二域與第一域不重疊，并且被配置為表示附加監控區域中的單相永久性故障的發生，該附加監控區域不同于監控區域并且被配置在監控區域的下游，使得監控區域的下游端部對應于附加監控區域的上游端部。
[0013]此外，斷路器被配置為在以下時間延遲以后，停止電能配電:
[0014]第一時間延遲，當被計算的復量Zi屬于復平面的第一域時；
[0015]長于第一時間延遲的第二時間延遲，當被計算的復量Zi屬于復平面的第二斷路器時，并且當在第一時間延遲以后，仍然檢測到單相故障時。
[0016]還提供了用于保護電能配電網絡的方法，在通過第一保護器檢測到單相永久性故障時，該方法包括以下步驟:
[0017]通過由測量電路所測量的相電壓和相電流而計算復量Zi ；
[0018]將被計算的值Zi和與復坐標系(0，Re (Zl), Im (Zl))中的直線對應的第一復閾值及第二復閾值進行比較；
[0019]驗證在監控區域中或者在附加監控區域中存在單相永久性故障。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]以下在結合附圖的具體實施例的非限定性描述中，將詳細討論本發明的上述及其他特征和優點，其中:
[0021]圖1示意性地示出了包括根據本發明的具體實施例，以串聯的方式配置的幾個保護器的電能配電網。
[0022]圖2示意性地示出了通過兩個復閾值所限定的復平面的兩個域的復坐標系的理論示圖，這兩個復閾值與通過配置在圖1的網絡中的保護器所監控的兩個區域相關聯；[0023]圖3至圖5示意性地示出了包括根據本發明的實施例的三個串聯的保護器的網絡或部分電能配電網絡的示例；
[0024]圖6示意性地示出了用于研究目的的包括三個串聯的保護器的理論電能配電網絡；
[0025]圖7示意性地示出了通過仿真所獲得的，與配置在圖6的理論研究系統中的保護器相關聯的復量的值的復坐標系的示圖；
[0026]圖8示意性地示出了通過仿真所獲得的，與配置在理論研究系統中的保護器相關聯的復量的值的復坐標系的示圖；以及
[0027]圖9示出了用于調節計算系數的方法的步驟，該計算系數用于確定與配置在圖1的網絡中的保護器相關聯的復閾值。
【具體實施方式】
[0028]根據圖1所示的本發明的實施例，電能配電網包括具有上游端部和下游端部的中壓饋線I。上游端部意欲連接至電源2，因此，允許沿著配電方向3進行電能配電。電源2可以由高壓到中壓變電站(HV/MV)形成。HV/MV變電站表示高壓輸電網和中壓配電網之間的接口。HV/MV變電站還包括HV/MV變壓器、進入饋線、母線以及傳出饋線。
[0029]系統還包括部署在饋線I中的至少兩個保護器。在以下描述中，并且為了簡化部署在饋線I中的不同保護器的注釋，考慮到保護器形成串聯的η個保護器，η是大于或等于2的整數，并且該串聯的每個保護器Pj都與排序j相關聯，j是在I和η之間變化的整數。保護器P」根據逐漸增加的排序j從饋線I的上游端部至下游端部定位在饋線I中。
[0030]如圖1所示，系統至少包括連續的第一保護器Pi和第二保護器Pi+1，第一保護器Pi和第二保護器pi+1沿著該饋線I進行定位和排列，使得第一保護器Pi沿著配電方向3被配置在饋線I的上游端部和第二保護器Pi+1之間。第一保護器Pi和第二保護器Pi+1沿著配電方向3限定第一元件Oi的上游端部和下游端部。元件表示通過兩個斷路器所界定的饋線I的部分并且能夠包括異質導線，例如，架空線路和地下電纜。元件Oi與第一保護器Pi相關聯。此外，系統包括與限定其上游端部的第二保護器Pi+1相關聯的第二元件0i+1。
[0031]第一保護器Pi包括:搜索模塊Mi,通常稱為保護繼電器；和斷路器Ci,被配置為中斷第一保護器Pi的下游的電能配電。通過設置有相電流和相電壓測量電路的搜索模塊Mi來控制斷路器Q。檢索模塊Mi被配置為檢測出現在第一保護器Pi的下游的單相永久性故障D，并且確定該故障的電流方向和故障相。搜索模塊Mi還具有識別位于第一保護器Pi下游的、包括單相永久性故障D的饋線的區域的功能。
[0032]對于由補償中線接地的HV/MV變電站所形成的電源2，優選地，基于通過PWH型保護器(PWH代表法語短語“protection wattmetrique homopolaire”,即，零序瓦特計式保護器)所使用的標準來實施通過饋線I中的搜索模塊Mi檢測故障。實際上，PWH型保護器使用零序功率的有源部件(active component)。對于其他接地,搜索模塊Mi可以使用應用零序電流的方向電流標準。這種檢測與僅能夠應用故障相的識別算法的故障相的檢測原理相關聯。
[0033]第一保護器Pi根據時空選擇性而運行。換句話說，在檢測到在饋線I中并且第一保護器Pi的下游出現單相永久性故障D時，搜索模塊Mi確定饋線I中發生故障D的可變尺寸的區域。根據饋線I中發生故障D的區域的位置，搜索模塊Mi判定繼續還是停止第一保護器Pi的下游的電能配電。為了停止電能配電，在先前確定的時間延遲以后，搜索模塊Mi向斷路器Ci提供啟動命令。用于啟動斷路器Ci的時間延遲的值取決于饋線I中發生故障D的區域的位置。
[0034]第一保護器Pi被配置為計算具有實部Re (Zi)和虛部Im (Zi)的復數值Zi，以確定包括單相永久性故障D的饋線區域。基于通過搜索模塊Mi的測量電路所測量的相電壓和相電流，通過包括在第一保護器Pi內的計算系統來計算復數值Zi。
[0035]第一保護器Pi還包括用于將計算的復量Zi與第一復閾值Sil和第二復閾值Si2進行比較的電路。如圖2和3所示，例如，第一復閾值Sil和第二復閾值Si2分別對應于與正交坐標系(0，Re (Zi)7Im (Zi))相關聯的復平面中的第一直線和第二直線。第一復閾值Sil在復平面內限定第一域Bil，該第一域被配置為表示在與第一保護器Pi相關聯的并包括在第一元件Oi中的監控區域Li中單相永久性故障D的發生。第一保護器Pi形成監控區域Li的(和第一元件Oi的)上游端部第一閾值Sil和第二閾值Si2在復平面內還限定第二域Bi2，該第二域被配置為表示在不同于監控區域Li的并且被配置在其下游的附加監控區域L%中單相永久性故障D的發生。
[0036]有利地，為了第一保護器Pi能夠監控元件Oi的所有部分，將附加區域L’，限定在第一元件Oi和第二元件0i+1中，使得配置在第一元件Oi中的區域Li的下游端部Yi形成附加區域L%的上游端部。第一域Bil和第二域Bi2是復平面的域，在復平面中，繪制被計算的量Zi的值。確定第一復閾值Sil和第二復閾值Si2，使得至少在繪制被計算的量的值的部分復平面中，第一域和第二域不同并且不重疊。
[0037]根據網絡的結構來預先確定與第一保護器Pi相關聯的第一閾值Sil和第二閾值Si20網絡的結構取決于幾個參數，包括:
[0038]接地阻抗的性質(容性、電阻性、感性)和值；
[0039]網絡的操作類型，S卩，網絡是否通過另一備用網絡供電；
[0040]部署在饋線中的保護器的斷路器的狀態(接通/關斷)；
[0041]存在連接至網絡的分布式發電裝置(DG);
[0042]用于網絡中的設備的技術參數。
[0043]復量Zi的數學公式至少考慮關于測量電路的發生單相永久性故障D的的定位位置和該故障的阻抗值。由于電磁暫態仿真裝置，能夠根據發生仿真的單相永久性故障的位置的變化并且根據其阻抗的變化來計算不同的復量Zi值。電磁暫態仿真表示仿真能夠通過微分方程對系統建模，并且跟蹤由于系統中發生單相永久性故障所導致的不同電參量的時間變化。
[0044]優選地，選擇復量Zi的數學公式，使得根據具有固定電阻的單相永久性故障發生的位置，實部Re (Zi)和虛部Im (Zi)的變化是單調變化。類似地，根據在饋線I的固定位置出現故障的電阻，復量Zi的實部Re (Zi)和虛部Im (Zi)的變化優選地被選擇為單調的。發生單相永久性故障的位置基本上對應于單相永久性故障和搜索模塊的測量電路之間的距離，通過將測量電路與單相永久性故障分離開的導體的屬性對該距離進行加權。
[0045]可以在復坐標系(0，Re (Zl), Im (Zl))中表示通過仿真所計算的復量Zi的值，用于具有限定特征的單相永久性故障。“單相永久性故障的特征”主要指出其發生位置X和其電阻Rdef。
[0046]用于第一保護器？,的復量Zi的仿真值的表示能夠界定復平面的第一域Bil和第二域Bi2。第一域Bil包括對應于仿真故障的量Zi的大部分仿真值，該仿真故障發生位置屬于饋線I的與監控區域Li相關聯的部分，并且第二域Bi2包括對應于仿真故障的量Zi的大部分仿真值，該仿真故障發生位置屬于饋線I的與附加監控區域L’ i相關聯的部分。更普遍地，仿真值能夠限定表示在監控區域Li與附加監控區域L’ i的邊界處發生單相永久性故障的公式。這種公式表不復平面內的第一閾值Sn。
[0047]在確定復閾值Sil和Si2之后，第一保護器Pi的比較電路使用復閾值Si2，使得可以將它們與通過被測量的相電壓和相電流所計算的復量Zi的值進行比較。有利地，通過復閾值進行識別的方法能夠使用復量Zi的虛部和實部，用于更好地識別包括沿著饋線I的單相永久性故障D的區域。有利地,與第一保護器Pi相關聯的閾值Sil和Si2對應于復坐標系(O, Re (Zi)7Im (Zi))中的與被計算的量Zi的復數值相關聯的直線。直線形式的閾值在該復平面內限定兩個半平面，并且可以通過線性方程式來代表直線，該線性方程式容易計算。因此，通過使用表示閾值的線性方程式可容易地實現通過第一保護器匕所計算的復量ZJA值與直線形式的閾值的比較。
[0048]因此，當在第一保護器Pi的下游檢測到單相永久性故障D時，比較電路可以確定故障D出現在與第一保護器Pi相關聯的監控區域Li還是出現在附加監控區域L’ it)基于該識別，搜索模塊Mi控制斷路器Ci,該斷路器被配置為:當被計算的量Zi屬于復平面的第一域Bil時，換句話說，當故障出現在與監控區域Li相關聯的部分饋線I中時，在第一時間延遲Til以后，停止電能配電。斷路器Ci還被配置為當被計算的量Zi屬于復平面的第二域Bi2并且當在第一時間延遲Til以后仍然檢測到單相永久性故障D時，在長于第一時間延遲Til的第二時間延遲Ti2以后，停止電能配電。
[0049]根據被保護的網絡的約束條件(constraint)來確定第一時間延遲Τη。通常,第一時間延遲Til對應于常用保護器的響應時間。保護器的響應時間包括相電流和/或相電壓測量時間、處理和分析通過測量值所獲得的數據的時間以及斷路器Ci的響應時間。保護器的響應時間還可以包括形成安全裕度的時間延遲。優選地，第一時間延遲Til約為200ms。作為示例，當顧客直接連接至被第一保護器Pi所保護的第一元件Oi時，第一時間延遲Til有利地包括考慮顧客保護器的附加時間延遲。在這種情況下，如果故障出現在顧客的住所處，則第一保護器Pi僅在為顧客保護器的響應留出的充足時間以后啟動。如果顧客保護器在附加時間延遲以后沒有啟動，則第一保護器Pi進行接管并且中斷配電。作為示例，第一時間延遲可以約為500ms，其對應于顧客保護器啟動的時間延遲(通常為200ms)加上選擇時間延遲(通常為300ms)。
[0050]有利地，電能配電網絡包括配置在第二保護器Pi+1和饋線I的下游端部之間的第三保護器Pi+2。第二保護器Pi+1和第三保護器Pi+2配置在饋線I中以分別地限定與第二保護器pi+1相關聯的第二元件0i+1的上游端部和下游端部。附加監控區域L’ i是連續的并且包括第二元件0i+1的部分[Xi+1，Y/ ]。監控區域Li的下游端部Yi可能會與饋線I中的第二保護器Pi+1的位置Xi+1混淆。在這種情況下，監控區域Li整體上與元件Oi相關聯。有利地，串聯地在饋線I中配置幾個保護器和限定與每個保護器相關聯的至少兩個監控區域的事實能夠更好地識別饋線I的包括故障D的有限區域。[0051]當單相永久性故障D出現在第一元件Oi的部分[H]中時，第一保護器Pi的搜索模塊Mi在與第一保護器Pi相關聯的監控區域Li中檢測到該故障。因此，在第一時間延遲Til以后，第一保護器Pi快速地中斷第一保護器？1的下游的電能配電，以保護系統以及連接至該系統的顧客的家用電器。
[0052]當單相永久性故障D出現在第二元件0i+1的部分[Xi+1，Yi,]中時，通過第一保護器Pi和第二保護器pi+1檢測到該故障。因此，第一保護器Pi的搜索模塊Mi識別出附加監控區域1^\中的故障D。第一保護器Pi可以用作第二保護器Pi+1的備用保護器。在這種情況下，如果在第一時間延遲Til以后，仍然檢測到故障D，則第一保護器僅中斷電能配電。然后，在長于第一時間延遲Til的第二時間延遲Ti2以后，通過第一保護器Pi的斷路器Ci來中斷電能配電。換句話說，在其運行故障的情況下，第一保護器復來援助第二保護器Pi+1。此外，當單相故障D出現在位于第一元件Oi的端部的部分[Yi，Xi+1]中時，第一保護器Pi的搜索模塊Mi識別附加監控區域L’ i中的故障D。然后，在第二時間延遲Ti2以后，通過第一保護器Pi的斷路器Ci來中斷電能配電。
[0053]第一時間延遲Til和第二時間延遲Ti2被配置為，使得當第一保護器Pi和第二保護器Pi+1檢測到在通過第二保護器Pi+1所保護的第二元件oi+1的部分[Xi+1，Yi,]中的單相永久性故障時，第一保護器Pi和第二保護器Pi+1根據計時選擇性運行。第一時間延遲Til和第二時間延遲Ti2之間的時差At (At=Ti2-Til)形成第一保護器Pi和第二保護器Pi+1之間的響應時間延遲，并且該時差取決于所使用的裝置的性能。
[0054]優選地，部署在饋線I中的每個保護器都與第一保護器Pi類似地運行，以使用時空選擇性形成保護系統。因此，對于每個保護器，將監控區域和附加監控區域限定為監控與該保護器相關聯的元件。如圖3所示并且作為示例，監控區域Li+1和附加監控區域Li+1’與第二保護器Pi+1相關聯并且與第二元件0i+1相關聯。有利地，保護器完全相同并且它們具有相同的時間延遲(Til=T1和Ti2=T2)。部署在饋線I中的保護器還具有不同的時間延遲。在這種條件下，與部署在饋線I中的每個保護器相關聯的時間延遲被配置為，提供饋線I中的每對連續保護器之間的計時選擇性。被部署的這種結構的保護器提供饋線I的敏感并且可靠的保護系統，同時消除了對保護器之間的快速通信的需要。
[0055]監控區域Li通常接近于第一元件Oi的阻抗的70%至90%。換句話說，對應于部分[XijYi]的阻抗接近于第一元件Oi的總阻抗值的70%至90%。類似地，附加區域L’i監控第二元件0i+1的阻抗的40%至80% (對應于部分[Xi+1，Y/ ])。
[0056]有利地，與第一保護器Pi相關聯的監控區域Li和L%的這種布置能夠降低雙啟動(double starting)第一保護器Pi和第二保護器Pi+1的概率。雙啟動意味著在檢測到相同的單相永久性故障D時，瞬間啟動饋線I的兩個保護器。通過計算或者識別錯誤會導致雙啟動。
[0057]有利地，與第一保護器Pi相關聯的附加監控區域L’，不同于與第二保護器Pi+1相關聯的監控區域L’ i+1。實際上，在第二元件0i+1中的這兩個監控區域(L’ i; L’ i+1)之間的交集(intersection)處出現單相永久性故障還可能導致在第二時間延遲T2以后,雙啟動第一保護器Pi和第二保護器Pi+1。
[0058]通常在與排序為j的保護器Pj相關聯的元件Oj的開始處出現導致雙啟動的不良識別的故障。作為示例，當在第二元件oi+1中，在第二保護器Pi+1的附近，換句話說，在位置xi+1的附近出現單相永久性故障Dd時，在第一時間延遲T1以后，可能會導致第一保護器Pi和第二保護器pi+1的雙啟動。實際上，在監控區域Li與整個第一元件Oi相關聯的情況下，換句話說，在監控區域Li與饋線I的線段[Xi，Xi+1]相關聯的情況下，第一保護器Pi的搜索模塊Mi可能錯誤地識別出與第一保護器Pi相關聯的監控區域Li中的故障Dd。因此，在第一時間延遲T1以后，該第一保護器PJf觸發其斷路器Q。通過第二保護器Pi+1也會檢測到故障比并且將在與第二保護器Pi+1相關聯的監控區域Li+1中識別出該故障。因此，在第一時間延遲T1以后，第二保護器Pi+1會觸發其斷路器Ci+1，由此導致雙啟動。
[0059]有利地，監控區域Lj和L’ j與排序為j的保護器Pj相關聯，j為在I至η-l之間的整數，將該監控區域h和限定為避免雙啟動或者至少減少保護系統中的雙啟動數量。通過閾值Sm和Sp的調節來實施監控區域h和的限定。如圖4所示，對于每個保護器Pj,優選地限定表示元件Oj的阻抗的80%的監控區域Lj,該元件Oj與排序為j的保護器Pj相關聯。還限定附加監控區域L’ j,以監控與排序為j的保護器Pj相關聯的元件Oj的剩余20%和與排序為j+Ι的保護器Pj+1相關聯的元件0j+1的60%。
[0060]為了提高包括至少三個保護器的饋線I中的保護器的啟動的安全等級，有利地，排序為I的保護器P1提供用于配置在其下游的所有的保護器的第二安全等級。換句話說，對于包括至少三個保護器的饋線1，在時間延遲T13以后，排序為I的保護器？1的搜索模塊M1觸發與保護器P1相關聯的斷路器C1,該時間延遲T13長于與饋線I的不同保護器相關聯的時間延遲。甚至在部署在排序為I的保護器P1的下游的保護器的最大時間延遲過去以后，當排序為I的保護器P1的搜索模塊M1還檢測到饋線I中的單相故障D時，實施這種延遲T13的啟動。
[0061]如圖5所示，在與排序為3的保護器P3相關聯的元件O3中發生單相永久性故障D時，位于該元件上游的所有的保護器都同時檢測到該故障。排序為I (C1J1)J (C2，M2)和3 (C3, M3)的搜索模塊和斷路器表示分別與排序為I的保護器P1、排序為2的保護器P2和排序為3的保護器P3相關聯的搜索模塊和斷路器。
[0062]作為示例，考慮在元件O3覆蓋有與排序為2的保護器P2相關聯的附加監控區域L’ 2和與排序為3的保護器P3相關聯的區域L3的部分中出現故障D。在第一時間延遲T1以后，通過在監控區域L3中識別出單相永久性故障，排序為3的搜索模塊M3將啟動命令提供給排序為3的斷路器C3。如果在第一時間延遲T1過去以后，通過排序為2的搜索模塊M2仍然檢測到單相永久性故障，則通過在附加監控區域L’2中識別出單相永久性故障，在第二時間延遲T2 (T2XT1)以后，排序為2的搜索模塊M2將啟動命令提供給排序為2的斷路器C2。在該示例中，將考慮保護器具有相同的第一時間延遲T1和第二時間延遲T2。
[0063]在元件O3中出現單相永久性故障D，排序為I的搜索模塊M1既不能在與排序為I的保護器P1相關聯的監控區域L1中識別出該故障，也不能在附加監控區域IA中識別出該故障。此外，如果在第二時間延遲1~2過去以后，通過排序為I的搜索模塊M1仍然檢測到單相故障，則通過檢測到該單相故障，在第三時間延遲T3 (T3XT2)以后，第一模塊M1將啟動命令提供給排序為I的斷路器Q。
[0064]排序為1、2、和3的保護器(P1,P2，P3)如此根據計時選擇性運行，使得理想地，在第一時間T1延遲以后，排序為3的斷路器C3啟動。在用于排序為3的保護器P3具有啟動或者識別的問題的情況下，在第二時間延遲T2以后，排序為2的保護器P2通過觸發斷路器C2而用作備用保護器。如果排序為2和3的保護器P2和P3具有檢測或者識別問題，則在時間延遲T3以后，排序為I的保護器P1通過啟動其斷路器C1，用作饋線I的所有保護器的最終的備用保護器。
[0065]因此，尤其當在與位于排序為2的保護器P2的下游的保護器相關聯的元件中出現單相永久性故障時，部署在饋線I中的不同的保護器結構能夠降低不同保護器的啟動故障和雙啟動的概率。
[0066]第一保護器Pi的運行效率和網絡保護系統的效率強有力地取決于確定饋線I的包括單相永久性故障D的區域的準確性。因此，通過使用被計算的復數值與復閾值進行比較的保護器的結構有利地提供了根據精確的、敏感的和可靠的時空選擇性運行的保護系統。此外，在消除保護器之間的快速通信的同時，實現了保護器系統根據時空選擇性運行。這種結構還能夠形成更有效的和更敏感的保護系統，以用于異質網絡，并且甚至在某種程度上，用于包括DG裝置的異質網絡。
[0067]此外，單相故障接近在中壓配電網絡中出現的永久性故障的70%至80%。因此，上述保護系統容易快速隔離包括這種類型的故障的區域，并且能夠在去除單相故障時，限制打擾的顧客的數量。
[0068]優選地，將被計算的量Zi的公式選擇為與其電阻相比，對單相永久性故障的位置變化更敏感。有利地，通過以下關系來提供由部署在饋線I中的第一保護器匕的處理和控制模塊Mi所計算的量Z1:
【權利要求】
1.一種電能配電網絡,包括: 中壓饋線(I)，具有上游端部和下游端部，上游端部意欲連接至電源(2 ); 至少連續的第一保護器和第二保護器(Pi, Pi+1)，沿著所述饋線(I)進行定位和排列，使得所述第一保護器(Pi)位于饋線(I)的上游端部和所述第二保護器(Pi+1)之間，所述第一保護器(Pi)和所述第二保護器(Pi+1)限定與所述第一保護器(Pi)相關聯的第一元件(Oi)的上游端部和下游端部； 其中，所述第一保護器(Pi)包括: 搜索模塊(Mi),所述搜索模塊被配置為檢測所述第一保護器(Pi)下游的單相永久性故障(D)，所述搜索模塊(Mi)設置有相電壓和相電流檢測電路； 斷路器(Ci),用于停止所述第一保護器(Pi)下游的電能配電； 所述配電網絡的特征在于，所述第一保護器(Pi)包括: 用于通過被測量的相電壓和相電流計算具有實部(Re (Zi))和虛部(Im (Zi))的復量(Zi)的系統，所述復量(Zi)考慮關于所述測量電路的所述單相永久故障(D)的定位位置和所述故障的電阻值； 將被計算的復量(Zi)與第一復閾值和第二復閾值(Sn，Si2)進行比較的電路，所述第一復閾值和所述第二復閾值(Sn，Si2)對應于位于與坐標系(0，Re (Zi)7Im (Zi))相關聯的復平面內的第一直線和第二直線，所述第一復閾值(Sil)限定在所述復平面內的第一域(Bil)以及第一復閾值和所述第二 復閾值(Sn，Si2)限定在所述復平面內的第二域(Bi2)，所述第一域被配置為表示在包括在第一元件(Oi)中的并且具有第一保護器(Pi)作為上游端部的監控區域(Li)中單相永久性故障(D)的發生，所述第二域與所述第一域(Bil)不重疊，并且所述第二域被配置為表示在不同于所述監控區域(Li)并且配置在其下游的附加監控區域(L’ P的單相永久性故障(D)的發生，使得所述區域(Li)的下游端部(Yi)對應于附加區域(L’ P的上游端部； 并且所述配電網絡的特征在于，所述斷路器(Ci)被配置為在以下時間延遲以后，停止電能配電: 第一時間延遲(Til),當被計算的復量(Zi)屬于復平面的所述第一域(Bil)時； 長于所述第一時間延遲(Til)的第二時間延遲(Ti2)，當所述被計算的復量(Zi)屬于所述復平面的所述第二域(Bi2)時，并且當在所述第一時間延遲(Til)以后仍然檢測到所述單相故障(D)時。
2.根據權利要求1所述的電能配電網絡，其特征在于，所述電能配電網絡包括配置在所述第二保護器(Pi+1)和所述饋線(I)的下游端部之間的第三保護器(Pi+2);并且在于所述第二保護器(Pi+1)和所述第三保護器(Pi+2)限定與所述第二保護器(Pi+1)相關聯的第二元件(0i+1)的上游端部和下游端部；并且在于所述附加監控區域(IZi)是連續的并且包括所述第二元件(0i+1)的部分。
3.根據權利要求1和2中的任一項所述的電能配電網絡，其特征在于，通過以下方程式提供所述被計算的復量(Zi):
Ζ? _____TT_______________,______—其中 IiK=IiA+IiB+IiC (I)
iWI 十.1IEΦ指定所述三相系統的故障相Α、B、或C ; I指定與第一保護器(Pi)有關的索引； ViΦ和Iitc表示在存在所述單相故障(D)時，通過所述第一保護器(Pi)的測量系統所測量的故障相的電壓和電流； IiK表示剩余電流，所述剩余電流等于通過所述第一保護器(Pi)的所述測量電路所測量的所述三相電流(A、B、和C)之和；以及 h表示與所述第一保護器(Pi)相關聯的計算系數。
4.一種用于保護根據權利要求1至3中的任一項所述的電能配電網絡的方法，其特征在于，在通過所述第一保護器(Pi)檢測到所述單相永久性故障(D)時，所述方法包括以下步驟: 通過由測量電路所測量的相電流和相電壓計算復量(Zi)； 將被計算的值(Zi)與第一復閾值和第二復閾值(Sn，Si2)進行比較，所述第一復閾值和所述第二復閾值對應于所述復坐標系(O，Re (Zi), Im (Zi))中的直線； 驗證在監控區域(Li)或者在附加監控區域(L’ J中存在單相永久性故障(D)。
5.一種用于調節根據權利要求3所述的電能配電網絡的第一保護器(Pi)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 在發生單相永久性故障(D)時，實施多次饋線(I)的電磁暫態仿真，以計算第一保護器(Pi)中的相電壓和相電流，通過至少改變所述單相永久性故障(D)的位置(X)和其電阻(Rdef)來實施所述仿真； 對于每次仿真都計算復量(Zi)； 表示代表復坐標系(O，Re (Zi), Im (Zi))中的仿真的所述不同的被計算的復量；調制計算系數ki;以改變所述復坐標系(O，Re (Zi)7Im (Zi))中的不同的所述被計算的量(Zi)的值,并且達到限定對應于第一閾值和第二閾值(Sil, Si2)的第一直線和第二直線，以界定對應于第一域和第二域(Bn，Bi2)的最大數量的所述被計算的量(Zi)的值。
6.根據權利要求5所述的用于調節電能配電網絡的保護器的方法，其特征在于，實施調制所述計算系數ki;使得: 對于每次迭代μ，μ是在I和μ _之間變化的整數，預先確定最大迭代數量，對于屬于V個系數的列表
【文檔編號】H02H7/26GK103715668SQ201310464517
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月8日 優先權日:2012年10月5日
【發明者】C.杰庫, P.埃利伯特, B.萊森, O.奇拉德 申請人:施耐德電器工業公司, 法國電力公司