用于在中压、高压或甚高压网络中为电气链路提供差动保护的方法及装置

摘要

本发明涉及一种在中压、高压或甚高压配电网络中用于电气链路(7)的方法及差动保护装置。在所述方法中，在所述链路(7)的两个末端(A，B)处设置两个差动保护器件(8，9)，所述方法包括以下步骤：在通过将从位于远端的末端接收到的数据移相达往程传播时间与返程传播时间之和的一半而将这些器件重新同步化之后，对就地测量的电流与远程测量的电流进行比较；以及如果发现在重新同步化之后在两个电流之间存在角度相位差，则通过对电流向量的角度进行伺服控制来实现自动补偿。

权利要求

1.一种在中压、高压或甚高压网络中保护电气链路（7）的方法，其中在所述链路的两个末端（A，B）处设置两个差动保护器件或继电器（8，9），所述方法的特征在于，其包括以下步骤：·对位于所述链路的两个末端中的一末端的所述继电器施加电压；

·测量往程－返程传播时间；

·根据0.5往程/0.5返程的比率，对从所述链路的另一个末端接收到的电流的正弦曲线进行移相；以及·进行第一测试，以判断是否已经过所确定的时间；

1）如果此第一测试的结果为“否”，则：

·根据所述0.5往程/0.5返程的比率，对从所述链路的另一个末端接收到的所述电流的所述正弦曲线进行移相；

·在所述链路的另一个末端处不对各个相位进行伺服控制的情况下，获得所述电流的菲涅尔图；

·对于每一相位，计算差动电流与所保持的电流；

·进行第二测试，以判断所述差动电流中的一者是否处于跳闸区域中；

·如果此第二测试的结果为“是”，则提供差动保护；

2）如果此第一测试的结果为“是”且如果所述第二测试的结果为“否”，则：·进行测试，以针对每一相位，对就地测量的电流与所述链路的另一个末端测量的电流之间的相位差 与至少一个所确定值相比较，并且可选地，将每一末端电流的相位伺服控制在相对于每一对应的就地电流为180°处。

2.如权利要求1所述的方法，用于两相或三相网络，其特征在于，所述第一测试用于判断所述网络的所述相位中每一相位中的电流是否不同相。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预定时间延迟约为100ms。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一测试用于判断是否检测到绝缘故障。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果补偿达到第一预定水平，则产生报警。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当补偿达到第二预定水平时，产生报警并将所述保护装置闭锁。

7.一种在中压、高压或甚高压网络中用于电气链路（7）的保护装置，所述装置包括设置于所述链路的各个末端（A，B）处的两个差动保护器件或继电器（8，9），所述装置的特征在于，其包括：·用于将电压施加至位于所述链路的两个末端中的一末端的所述继电器的手段；

·用于测量往程－返程传播时间的手段；

·用于根据0.5往程/0.5返程的比率，对从所述链路的另一个末端接收到的电流的正弦曲线进行移相的装置；

·用于判断是否已经过所确定的时间的第一测试手段；

·用于在所述链路的另一个末端处不对各个相位进行伺服控制的情况下，获得所述电流的菲涅尔图的手段；

·用于对于每一相位，计算差动电流与所保持的电流的手段；

·用于判断所述差动电流中的一者是否处于跳闸区域中的第二测试手段；

·用于提供差动保护；

·测试手段，用于针对每一相位，对就地测量的电流与所述链路的另一个末端测量的电流之间的相位差 与至少一个所确定值相比较，并且将每一末端电流的相位伺服控制在相对于每一对应的就地电流为180°处。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括用于计算所述网络的每一相位中的电流之间的相位差的装置。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括用于将预定时间延迟考虑在内的手段。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预定时间延迟约为100ms。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括用于检测绝缘故障的手段、以及闭锁手段和用于产生报警的手段。

说明书

用于在中压、高压或甚高压网络中为电气链路提供差动保

护的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于在中压、高压或甚高压网络中为单相位、两相位或三相位电气链路(例如架空电力线路、电缆或地下电缆)提供差动保护的方法及装置。

[0002] 为了尽可能简单地进行说明，以下说明涉及一种具有三个相位A、B及C的三相位网络。

背景技术

[0003] 本说明末尾处的参考编号为[1]的文件描述了一种包括差动保护装置的电气网络，差动保护装置具有位于电力线路的某一段的两个末端处的保护继电器。对在所述段的每一末端处所测量的模拟数据(即输入至链路的电流的正弦波或曲线)进行取样、数位编码、多路复用、并将其传送至所述段的另一末端，在所述另一末端处，将这些模拟数据解码并与就地所获得的数据进行比较。如果就地数据与远程数据之间的差别超过预定值，则通过末端A及B处的器件使链路的每一末端处的断路器跳闸。

[0004] 在线路段的两个末端处对电气数据的读取必须是同步化的，以便可检测到任何操作故障(例如短路)。位于所述两个末端A及B处的差动保护器件或继电器通过交换信息而相互进行对话。这些器件中的每一者均利用计算程序，以在任何给定时刻对就地测量的数据与由位于远端的另一器件传送的数据进行比较。这样，这些器件对在一个末端A处所获得的数据与在另一个末端B处所获得的数据执行比较。这些器件必须将数据在链路7上传播所花费的时间考虑在内，所述时间变为电流曲线之间的时间偏移(即相位差)。

[0005] 如图1所示，用于校正由此时间偏移导致的同步化误差的第一现有技术方法主要在于：测量由位于链路7的末端A处的器件8所获得的其中一个读数到达位于另一末端(或远端)B处的器件9并接着返回所花费的时间；由于缺乏上述的同步化，因而对从末端A至末端B的传播时间tAB及从末端B至末端A的传播时间tBA的测量是不可能实现的。在此第一种方法中，假设传播时间tAB与传播时间tBA相等。将从远端B接收到的信号移相达往程传播时间与返程传播时间之和的一半，也就是说：

[0006] tp＝(tAB+tBA)/2。

[0007] 当传播时间tAB确实等于传播时间tBA时，此第一种方法为有效的，例如tAB＝tBA＝6毫秒(ms)，因此tp＝6ms。

[0008] 如图2、图3A及图3B所示，如果这些传播时间相等，则对于末端A处的器件，从末端B接收到的电流的正弦曲线的相移是正确的。图2显示在末端A处所测量的电流曲线(实线)及在末端B处所接收到的并被移相达时间tp的电流曲线(虚线)。图3A及图3B显示这三个相位A、B及C的电流IA、IB及IC的菲涅尔图。

[0009] 类似地，如图4、图5A及图5B所示，对于位于末端B处的器件，电流曲线的偏移是正确的：图4、图5A及图5B应分别与图2、图3A及图3B相比较。

[0010] 图6为显示此种使用用于测量往程传播时间与返程传播时间的所述第一方法来操作差动保护器件的方法的流程图。

[0011] 相应地，图6显示以下步骤：

[0012] ●对继电器施加电压(步骤10)；

[0013] ●测量往程传播时间及返程传播时间(步骤11)；

[0014] ●根据0.5往程/0.5返程的比率，对从远端接收到的电流的曲线进行移相(步骤12)；

[0015] ●获得电流的菲涅尔图(步骤13)；

[0016] ●对于这三个相位A、B及C，计算差动电流与所保持的电流(步骤14)；

[0017] ●进行测试，以判断差动电流中的一者是否处于跳闸区域中(步骤15)，如果响应为“否”，则返回至步骤11之前；以及

[0018] ●使差动保护装置跳闸(步骤16)。

[0019] 当去程传播时间不同于返程传播时间时，此种第一方法并不有效，例如如果tAB＝4ms，tBA＝8ms，则tp＝6ms。

[0020] 如图7、图8A及图8B所示，对于位于末端A处的器件，在一个方向上出现电流曲线的移相误差e。此误差e为2ms，其对应于-36°的角度偏差。

[0021] 类似地，如图9、图10A及图10B所示，对于位于末端B处的器件9，在另一方向上出现电流曲线中的移相误差。

[0022] 因此，如果去程传播时间与返程传播时间不相同，则会引入如下的误差：所述误差可导致保护装置由于链路外的故障而不当地跳闸，或导致不能发出应警告操作员存在通信问题的报警。

[0023] 如图8A、图8B及图10A、图10B所示，此误差在菲涅尔图中显示为就地测量的电流的向量与从另一末端接收到的并且被不正确地移相的电流的向量之间的角度偏差。此角度相位差为往程传播时间与返程传播时间之差和网络频率的函数。

[0024] 为允许在往程传播时间与返程传播时间不相等时正确地操作差动保护器件，在现有技术中存在第二种校正方法，所述第二种方法通过外部手段(例如GPS时钟)来利用保护器件的同步化。因此，本说明结尾处参考编号为[2]的文件描述了一种在电力传输系统中的保护继电器装置，所述装置能够在同一时刻监测多个继电器，这些继电器通过利用来自GPS卫星的信号而相互独立地运作，其中进行监测测量的时刻是相同的而无需担心传输延迟时间。

[0025] 然而，此第二种方法却存在大的缺陷：在安装于电气网络中的保护继电器与GPS系统之间的数据信号出现任何传输丢失时，均将会导致电力网络的保护功能全部丧失。另外，此第二方法在设备及安装成本方面具有缺点，并且其趋于降低可用性及保护器件的工作可靠性。

[0026] 本发明的目的是以通过对从远程测量接收到的电流向量的角度进行伺服控制进行同步化来取代第一种方法的近似同步化，此种伺服控制并非基于对往程传播时间与返程传播时间相等的假设，而是基于在标称工作中就地测量的电流曲线与从远端测量接收到的电流曲线必然同步化，这是因为这些电流曲线在振幅及相位上实质相同；另一目的是提高为区分各种故障情况而进行的分析的精确度，从而避免保护器件或继电器的任何意外跳闸。

发明内容

[0027] 本发明提供一种在中压、高压或甚高压网络中保护电气链路的方法，其中在所述链路的两个末端处设置两个差动保护器件，所述方法的特征在于，其包括以下步骤：

[0028] ●对继电器施加电压；

[0029] ●测量往程-返程传播时间；

[0030] ●根据0.5往程/0.5返程的比率，对从远端接收到的电流的正弦曲线进行移相；以及

[0031] ●进行第一测试，以判断是否已经过所确定的时间；

[0032] 1)如果此第一测试的结果为“否”，则：

[0033] ●根据0.5往程/0.5返程的比率，对从远端接收到的电流的正弦曲线进行移相；

[0034] ●在远端处不对各个相位进行伺服控制的情况下，获得电流的菲涅尔图；

[0035] ●对于每一相位，计算差动电流与所保持的电流；

[0036] ●进行第二测试，以判断差动电流中的一者是否处于跳闸区域中；

[0037] ●如果此第二测试的结果为“是”，则使差动保护装置跳闸；

[0038] 2)如果此第一测试的结果为“是”且如果第二测试的结果为“否”，则：

[0039] ●进行测试，以针对每一相位，对就地测量的电流与远程测量的电流之间的相位差 与至少一个所确定值相比较，并且可选地，将每一末端电流的相位伺服控制在相对于每一对应的就地电流为180°。

[0040] 较佳地，第一测试用于判断关于两相位或三相位网络，网络的所述相位中每一相位中的电流是否不同相，补偿仅在预定时间延迟之后生效，所述预定时间延迟可约为100ms。

[0041] 较佳地，第一测试用于判断是否检测到绝缘故障。如果所述补偿达到第一预定水平，则产生报警。当补偿达到认为不可接受的第二预定水平时，产生第二报警并将保护装置闭锁。

[0042] 本发明还提供一种在中压、高压或甚高压网络中用于电气链路的差动保护装置，所述装置包括设置于所述链路的各个末端处的两个差动保护器件以及用于使所述器件重新同步化的手段，所述用于使所述器件重新同步化的手段通过将从链路的位于远端的末端接收到的数据移相达往程传播时间与返程传播时间之和的一半来使所述差动保护器件器件重新同步化，所述差动保护装置的特征在于，其还包括用于通过对电流向量的角度进行伺服控制来进行自动补偿的手段。

[0043] 较佳地，所述差动保护装置还包括用于计算所述网络的每一相位中的电流之间的相位差的手段、及/或用于将预定时间延迟考虑在内的手段，所述预定时间延迟为例如约100ms。

[0044] 较佳地，所述差动保护装置还包括用于检测绝缘故障的手段、以及闭锁手段和用于产生报警的手段。

[0045] 本发明的方法及装置尤其具有以下优点：

[0046] ●在不使用外部同步化网络的情况下，其在往程传播时间不等于返程传播时间时使保护器件能够同步化。

[0047] ●在其中往程传播时间与返程传播时间相同的时间段之后，传播时间的劣化导致进行补偿，所述补偿使网络能够再次在最佳条件下工作。

[0048] ●其适用于单相位(在每一末端处所测量的单极电流相比较)或两相位抑或三相位的差动保护装置。

附图说明

[0049] 图1显示第一差动保护器件与第二差动保护器件之间的具有往程传播时间tAB及返程传播时间tBA的连接链路。

[0050] 图2、图3A及图3B例示其中通过应用现有技术的第一种方法而使第一差动保护器件层次处的电流的正弦曲线正确移相的情形。

[0051] 图4、图5A及图5B例示其中通过应用现有技术的第一种方法而使第二差动保护器件层次处的电流的正弦曲线正确移相的情形。

[0052] 图6为例示现有技术中的差动保护器件的操作的过程图。

[0053] 图7、图8A及图8B例示其中通过应用现有技术的第一种方法而使第一差动保护器件层次处的电流的正弦曲线错误地移相的情形。

[0054] 图9、图10A及图10B例示其中通过应用现有技术的第一种方法而使第二差动保护器件层次处的电流的正弦曲线错误地移相的情形。

[0055] 图11A、图11B及图11C例示本发明的方法在第一差动保护器件处的操作。

[0056] 图12A、图12B及图12C例示本发明的方法在第二差动保护器件处的操作。

[0057] 图13为例示本发明方法的操作的过程图。

具体实施方式

[0058] 本发明的方法主要在于：通过对电流向量进行伺服控制，使就地测量的电流的正弦曲线与从链路的远端接收到的电流的正弦曲线同步化。就此而言，这些就地测量的电流曲线与从远端处的远程测量器件接收到的电流曲线必然相互同步化，因为它们在幅度及相位上实际相同。

[0059] 因此，本发明的方法包括以下步骤：

[0060] ●在第一步骤中，使往程传播时间与返程传播时间以50％-50％的系数彼此相关，接着，通过将从远端接收到的数据移相达往程传播时间与返程传播时间之和的一半，利用现有技术的第一种方法使差动保护器件8及9重新同步化；

[0061] ●接着，在第二步骤中，如果发现在重新同步化之后在每一相位的电流中存在角度相位差，则通过将远程电流向量IA、IB及IC伺服控制至相对于就地电流向量IA、IB及IC为180°来校正此相位差：例如，这可得到40％的往程时间系数及60％的返程时间系数。这样，就地电流和远程电流的曲线得以同步化，因为在标称工作中它们严格地同步；如果可忽略链路中的容性电流的影响，则在链路的一个末端处的电流与在另一末端处的电流是同步的。

[0062] 本发明的方法通过以在链路的每一末端A及B处无需任何额外成本便可获得的正弦电流曲线的同步化取代GPS同步化而克服了如现有技术的第二方法中所用的GPS同步化的缺点。

[0063] 应注意，此种同步化对于网络的电流而言是可以实现的，而对于网络的电压而言则不可能实现，因为与链路的两个末端A与B之间的电流相比，电压更实质上不同相位。

[0064] 为避免当就地测量的电流与从远端接收到的电流之间的相位差是归因于在被保护的链路的某一段中出现绝缘故障时应用补偿，仅在满足以下三个条件时进行此种补偿：

[0065] 1.仅在网络的所有相位A、B及C中发现相同值的电流相位差时进行补偿：在大多数情况下，缓慢变化的故障是仅发生在一个相位中的故障。应注意，往程时间与返程时间之差总是会在所有三个相位中引入相位差。

[0066] 2.仅在预定时间延迟(例如约为100ms)之后才应用补偿：为使得能够在不影响所进行的测量的情况下检测到会在所有三个相位A、B及C上引入相位差的故障，补偿不是立即进行的。

[0067] 3.如果检测到绝缘故障，则不进行补偿：检测此类故障的传统方法可例如主要在于测量单极电流或反向电流。

[0068] 这三个条件使得可避免在发生通过缓慢发展而引入相位差的电阻性故障时进行补偿，因为保护器件可对所述相位差进行补偿而永久性地导致降低检测的灵敏度。

[0069] 另外，可任意地在控制功能中引入约为0.5s的时间常数，以在电力链路中出现故障时不进行补偿。

[0070] 图11A及图11B(以及图12A及图12B)例示因在末端A(或末端B)处的传播时间之差而在菲涅尔图的电流向量中引起的对齐误差，而图11C(以及图12C)则例示通过本发明的方法实现的向量的重新对齐。

[0071] 当所需要的角度补偿变得太大时，操作员可选择闭锁保护装置，并且操作员还可选择产生报警，以向操作员指示存在与传播时间有关的某一过度故障。

[0072] 在高压及甚高压网络中实际上不存在：当存在与发生能够扰乱故障检测的非常强烈且处于发展中的故障相关联的相位差时，执行角度补偿的风险。这是因为强烈的故障不会在电流之间引入任何角度相位差，并且因此将不会导致发生补偿(网络处于中性状态，直接连接至地)。另外，上述的三种预防措施也会消除此种风险。

[0073] 图13为显示本发明方法的操作的流程图。

[0074] 图式中的虚线部分对应于图6所示的现有技术差动保护装置的操作。

[0075] 图13显示以下步骤：

[0076] ●对继电器施加电压(步骤20)；

[0077] ●测量往程-返程传播时间(步骤21)；

[0078] ●根据0.5往程/0.5返程的比率，对从远端接收到的电流的正弦曲线进行移相(步骤22)；以及

[0079] ●进行测试，以判断是否满足以下关系(步骤23)：

[0080] 相位A、B及C中的Idiff＜Idiff 1

[0081] 且

[0082] 相位A、B及C中的电流＜I1

[0083] 且

[0084] 单极电流＜IN1

[0085] 且

[0086] 反向电流＜Ii1

[0087] 且

[0088] 已经过100ms的时间。

[0089] (1)如果测试23的结果为“否”，则：

[0090] ●根据0.5往程/0.5返程的比率，对从远端接收到的电流的正弦曲线进行移相(步骤24)；

[0091] ●在远端处不对各个相位进行伺服控制的情况下，获得电流的菲涅尔图(步骤25)；

[0092] ●对于相位A、B及C，计算差动电流与所保持的电流(步骤26)；

[0093] ●进行测试，以判断差动电流中的一者是否处于跳闸区域中(步骤27)；以及[0094] ●如果结果现在为“是”，则使差动保护装置跳闸(步骤28)

[0095] (2)如果测试23的结果为“是”且如果测试27的结果为“否”，则：

[0096] ●进行测试，以针对每一相位，判断I就地与I远程之间的相位差 是否小于值或值 或在这两个值之间(步骤29)。

[0097] 接着：

[0098] (a)如果 则：

[0099] ●对远程电流IA、IB及IC的相位进行伺服控制，以使其相对于就地电流IA、IB及IC为180°(步骤30)，并且接着进行上述步骤26。

[0100] (b)如果 则：

[0101] ●发出报警以警告传播时间故障(步骤31)，然后进行上述伺服控制步骤30。

[0102] (c)如果 则：

[0103] ●发出报警以警告严重的传播时间故障并解锁差动保护器件的跳闸手段(步骤32)，然后进行使差动保护器件跳闸的步骤28。

[0104] 所使用的阈值如下：

[0105] ● 在相位差高于此阈值时，产生指示往程传播时间与返程传播时间之差异常高的报警。

[0106] ● 在相位差高于此阈值时，产生指示往程传播时间与返程传播时间之差不可接受的报警，并涉及对差动器件的跳闸手段进行闭锁。

[0107] ●Idiff1：如果差动电流(I就地+I远程)/2高于此阈值，则不会发生对从远端接收到的电流的相位进行的伺服控制。

[0108] ●I1：如果相位电流I就地高于此阈值，则不会发生对从远端接收到的电流的相位进行的伺服控制。此标准使得能够检测出三相位绝缘故障。

[0109] ●IN1：如果剩余(同极)电流高于此阈值，则不会发生对从远端接收到的电流的相位进行的伺服控制。此标准使得能够检测出相位对地绝缘故障。

[0110] ●Ii1：如果反向电流高于此阈值，则不会发生对从远端接收到的电流的相位进行的伺服控制。此标准使得能够检测出相位间绝缘故障。

[0111] 以上说明中所用的各个值对应于在链路上实际发现的值。传播时间为在通过多路复用器的通信中通常遇到的时间。

[0112] 参考文献

[0113] [1]US 5 267 231

[0114] [2]EP 1 195 876