用于确定接地故障的设备以及相关方法

摘要

一种用于确定多相配电网络上与接地故障相关联的相的设备(100)，所述设备被配置成基于确定的尖峰故障而确定相间故障电流的多个RMS值中的哪一个是最小值，所述最小RMS值指示所述多相配电网络的与所述接地故障相关联的特定相。

权利要求

1.一种被配置成确定在多相配电网络上与接地故障相关联的相的设备，所述设备被配置成基于确定的尖峰故障而确定相间故障电流的多个RMS值中的哪一个是最小值，最小RMS值指示所述多相配电网络的与所述接地故障相关联的特定相；

其中所述设备被配置成，基于以预定采样率获得的多个样本组和残余电流值iR而确定所述尖峰故障的发生，所述样本组包括在特定采样时间上所述多相配电网络的每个相的相电流，并且所述残余电流值iR包括所述相电流的总和，所述设备被配置成如下确定所述残余电流的RMS值IR(n)；

其中k是所述总和的索引值，n指示滑动窗口的最近样本，并且N是以样本数量而表示的滑动窗口大小，其中基于至少IR(n)在小于预定尖峰时间阈值IR时间内高于预定残余电流阈值IR设定而确定所述尖峰故障的发生；并且其中所述设备被配置成基于包括每个样本组中的样本的相应的相电流之间的差值的相间电流ixy(n)而确定相间故障电流Δixy(n)的所述多个RMS值中的哪一个是最小值，并且所述相间故障电流Δixy(n)包括在所述滑动窗口的开始和结束处每个相的所述相间电流之间的差值，所述设备被配置成按如下确定所述相间故障电流的所述RMS值ΔIxy(n)；

其中x和y表示用来确定每个相间电流的两个相。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述设备被配置成用于与包括相a、b和c的三相配电网络一起使用，并且其中所述相间故障电流的呈最小值的所述RMS值指示所述多相配电网络的存在接地故障的特定相，其中如果所述最小值ΔI最小包括iv.ΔIbc，那么所述接地故障与相a相关联；

v.ΔIca，那么所述接地故障与相b相关联；

vi.ΔIab，那么所述接地故障与相c相关联。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述设备被配置成在确定发生所述尖峰故障时，确定所述残余电流的所述RMS值的变化率和所述变化率是否大于变化率阈值；

基于IR(n)至少在小于所述预定尖峰时间阈值内高于所述预定残余电流阈值，以及所述变化率至少在所述时间中IR(n)大于所述预定残余电流阈值的部分期间大于所述变化率阈值而确定所述尖峰故障的发生。

4.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述设备被配置成确定所述尖峰故障是否具有正向故障方向；

基于每个相组合的所述相间故障电流的所述RMS值ΔIxy(n)并且基于残余故障电流的RMS值ΔIR(n)，所述残余故障电流包括从所述滑动窗口的开始处的所述样本组中的一者得到的所述残余电流与从所述滑动窗口的结束处的所述样本组中的一者得到的所述残余电流之间的差值，并且所述残余故障电流的所述RMS值ΔIR(n)包括所述设备被配置成识别所述相间故障电流的所述RMS值的最小值ΔI最小和所述相间故障电流的所述RMS值的最大值ΔI最大，所述设备被配置成如果出现以下情况，那么确定正向故障：ΔI最小小于所述残余故障电流的所述RMS值的第一预定比例；并且

ΔI最大大于所述残余故障电流的所述RMS值的第二预定比例。

5.如权利要求4所述的设备，其中

所述第一预定比例在0.1与0.2之间；和/或

所述第二预定比例在0.8与0.9之间。

6.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述设备被配置成基于确定与接地故障相关联的相而发出故障警报，故障警报的所述发出是取决于：所述尖峰故障的所述发生和在所述尖峰故障期间的所述多相配电网络的与所述接地故障相关联的特定相的识别，并且在预定警报时段内至少存在预定警报次数。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述故障警报的所述发出进一步取决于在每次发生所述尖峰故障时根据权利要求4的故障方向的确定。

8.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述样本组的所述采样率在2kHz至3kHz的范围内。

9.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述滑动窗口大小对应所述多相配电网络的基本频率的单个周期。

10.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述预定残余电流阈值小于施加到所述配电网络的额定电流的10％。

11.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述预定残余电流阈值可以小于100mA。

12.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述预定尖峰时间阈值基于所述多相配电网络的基本频率的一个周期。

13.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其中所述滑动窗口从当前时间和在此之前的一个额定频率周期的时间延伸。

14.一种多相配电网络，所述多相配电网络包括根据任一前述权利要求的用于确定在多相配电网络上与接地故障相关联的相的所述设备。

15.一种用于确定多相配电网络上与接地故障相关联的相的方法，所述方法包括：基于确定的尖峰故障而确定相间故障电流的多个RMS值中的哪一个是最小值，最小RMS值指示所述多相配电网络的与所述接地故障相关联的特定相；

基于以预定采样率获得的多个样本组和残余电流值iR而确定发生所述尖峰故障，所述样本组包括在特定采样时间上所述多相配电网络的每个相的相电流，并且所述残余电流值iR包括所述相电流的总和，并且所述残余电流的RMS值IR(n)按照如下被确定；

其中k是所述总和的索引值，n指示滑动窗口的最近样本，并且N是以样本数量而表示的滑动窗口大小，其中基于至少IR(n)在小于预定尖峰时间阈值IR时间内高于预定残余电流阈值IR设定而确定所述尖峰故障的发生；并且基于包括每个样本组中的样本的相应的相电流之间的差值的相间电流ixy(n)而确定相间故障电流Δixy(n)的所述多个RMS值中的哪一个是最小值，并且所述相间故障电流Δixy(n)包括在所述滑动窗口的开始和结束处每个相的所述相间电流之间的差值，并且所述相间故障电流的所述RMS值ΔIxy(n)按照如下被确定；

其中x和y表示用来确定每个相间电流的两个相。

说明书

用于确定接地故障的设备以及相关方法

[0001] 本发明涉及一种用于确定接地故障的设备。本发明还涉及一种配电网络和相关联的方法。

[0002] 根据本发明的第一方面，本文中提供了一种用于确定在多相配电网络上与接地故障相关联的相的设备，所述设备被配置成基于确定的尖峰故障(spike fault)而确定相间故障电流的多个RMS值中的哪一个是最小值，所述最小RMS值指示所述多相配电网络的与所述接地故障相关联的特定相；

[0003] 其中所述设备被配置成，基于以预定采样率获得的多个样本组和残余电流值iR而确定所述尖峰故障的发生，所述样本组包括在特定采样时间上所述多相配电网络的每个相的相电流，并且所述残余电流值iR包括所述相电流的总和，所述设备被配置成如下确定所述残余电流IR(n)的RMS值；

[0004]

[0005] 其中k是所述总和的索引值，n指示滑动窗口的最近样本，并且N是以样本数量表示的滑动窗口大小，其中基于至少IR(n)在小于预定尖峰时间阈值(IR时间)内高于预定残余电流阈值(IR设定)而确定所述尖峰故障的发生；并且

[0006] 其中所述设备被配置成基于包括每个样本组中的样本的相应的相电流之间的差值的相间电流ixy(n)而确定相间故障电流Δixy(n)的所述多个RMS值中的哪一个是最小值，并且所述相间故障电流Δixy(n)包括在所述滑动窗口的开始和结束处每个相的所述相间电流之间的差值，所述设备被配置成如下确定所述相间故障电流ΔIxy(n)的所述RMS值；

[0007]

[0008] 其中x和y表示用来确定每个相间电流的两个相。

[0009] 在一个或多个实例中，所述设备被配置成用于与包括相a、b和c的三相配电网络一起使用，并且其中所述相间故障电流的呈最小值的所述RMS值指示所述多相配电网络的存在接地故障的特定相，其中如果所述最小值ΔI最小包括

[0010] i.ΔIbc，那么所述接地故障与相a相关联；

[0011] ii.ΔIca，那么所述接地故障与相b相关联；

[0012] iii.ΔIab，那么所述接地故障与相c相关联。

[0013] 在一个或多个实例中，所述设备被配置成在确定发生所述尖峰故障时，确定所述残余电流的所述RMS值的变化率和所述变化率是否大于变化率阈值；

[0014] 基于至少IR(n)在小于所述预定尖峰时间阈值内高于所述预定残余电流阈值，以及所述变化率至少在IR(n)大于所述预定残余电流阈值的部分期间大于所述变化率阈值而确定所述尖峰故障的发生。

[0015] 在一个或多个实例中，所述设备被配置成确定所述故障是否具有正向故障方向；

[0016] 基于每个相组合的所述相间故障电流ΔIxy(n)的所述RMS值并且基于所述残余故障电流ΔIR(n)的RMS值，所述残余故障电流包括从所述滑动窗口的开始处的所述样本组中的一者得到的所述残余电流与从所述滑动窗口的结束处的所述样本组中的一者得到的所述残余电流之间的差值，并且所述残余故障电流ΔIR(n)的所述RMS值包括

[0017]

[0018] 所述设备被配置成识别所述相间故障电流的所述RMS值的最小值ΔI最小和所述相间故障电流的所述RMS值的最大值ΔI最大，所述设备被配置成如果出现以下情况，那么确定正向故障：

[0019] ΔI最小小于所述残余故障电流的所述RMS值的第一预定比例；并且

[0020] ΔI最大大于所述残余故障电流的所述RMS值的第二预定比例。

[0021] 在一个或多个实例中，所述第一预定比例等于或小于0.2或0.15或0.1。在一个或多个实例中，所述第一预定比例在0.1与0.2或0.05与0.25之间。在一个或多个实例中，所述第二预定比例等于或大于0.8或0.85或0.9。在一个或多个实例中，所述第二预定比例在0.8与0.9或0.7与0.95之间。

[0022] 在一个或多个实例中，所述设备被配置成基于确定与接地故障相关联的相而发出故障警报，故障警报的所述发出是取决于：

[0023] 所述尖峰故障的所述发生和在所述尖峰故障期间的所述多相配电网络的与所述接地故障相关联的特定相的所述识别，在预定警报时段内至少存在预定警报次数。

[0024] 在一个或多个实例中，所述故障警报的所述发出进一步取决于在每次发生所述尖峰故障时根据权利要求3的故障方向的确定。

[0025] 在一个或多个实例中，所述样本组的所述采样率在2kHz至3kHz的范围内，诸如2400Hz。

[0026] 在一个或多个实例中，所述滑动窗口大小对应所述多相配电网络的基本频率的单个周期。因此，如果所述采样率是2400Hz并且所述基本频率是50Hz，那么N＝2400/50＝48个样本。因此，滑动窗口将会涵盖来自最近获取的样本的N个连续样本。

[0027] 在一个或多个实例中，所述预定残余电流阈值小于额定电流的10％或小于5％。所述额定电流可以是施加到所述多相配电网络的电流，诸如从连接到所述配电网络的变流器的次级侧施加的电流。

[0028] 在一个或多个实例中，所述预定残余电流阈值可以小于100mA或小于50mA。

[0029] 在一个或多个实例中，所述预定尖峰时间阈值基于所述多相配电网络的所述基本频率的一个周期。因此，例如，对于50Hz网络，所述尖峰时间阈值可以是1/50*1000＝20ms，或对于60Hz网络，所述尖峰时间阈值可以是1/60*1000＝16.67ms。

[0030] 根据本发明的第二方面，本文中提供了一种多相配电网络，所述多相配电网络包括根据第一方面所述的用于确定与接地故障相关联的相的设备。

[0031] 根据本发明的第三方面，本文中提供了一种用于确定多相配电网络上与接地故障相关联的相的方法，所述方法包括：基于确定尖峰故障而确定相间故障电流的多个RMS值中的哪一个是最小值，所述最小RMS值指示所述多相配电网络的与所述接地故障相关联的特定相；

[0032] 基于以预定采样率获得的多个样本组和残余电流值iR而确定发生所述尖峰故障，所述样本组包括在特定采样时间上所述多相配电网络的每个相的相电流，并且所述残余电流值iR包括所述相电流的总和，所述设备被配置成如下确定所述残余电流IR(n)的RMS值；

[0033]

[0034] 其中k是所述总和的索引值，n指示滑动窗口的最近样本，并且N是以样本数量表示的滑动窗口大小，其中基于至少IR(n)在小于预定尖峰时间阈值(IR时间)内高于预定残余电流阈值(IR设定)而确定所述尖峰故障的发生；并且

[0035] 基于包括每个样本组中的样本的相应的相电流之间的差值的相间电流ixy(n)而确定相间故障电流Δixy(n)的所述多个RMS值中的哪一个是最小值，并且所述相间故障电流Δixy(n)包括在所述滑动窗口的开始和结束处每个相的所述相间电流之间的差值，所述设备被配置成如下确定所述相间故障电流ΔIxy(n)的所述RMS值；

[0036]

[0037] 其中x和y表示用来确定每个相间电流的两个相。

[0038] 根据第四方面，本文中提供了一种计算机程序或计算机程序产品，所述计算机程序或计算机程序产品包括计算机程序代码，所述计算机程序代码当在具有与之相关联的存储器的处理器上执行时，被配置成执行如第三方面所述的方法。

[0039] 现在参考以下附图，在下文仅以举例方式对本发明的实施例进行详细描述，其中：

[0040] 图1示出了用于确定多相配电网络上与接地故障相关联的相的示例性设备；

[0041] 图2示出了图1的设备的示例性尖峰故障元件；

[0042] 图3示出了图1的设备的示例性故障检测元件；

[0043] 图4示出了在正向方向的相接地故障期间由设备使用的参数的示例性迹线；

[0044] 图5示出了在反向方向的相接地故障期间由设备使用的参数的示例性迹线；

[0045] 图6示出了图1的设备的示例性警报元件；

[0046] 图7示出了连接有用于确定多相配电网络上与接地故障相关联的相的设备的配电网络；

[0047] 图8示出了图示示例性方法的流程图。

[0048] 当相中的一个或多个无意中接地时，诸如由于形成网络的铺设电缆的损坏，在配电网络中可能发生接地故障。配电网络中的接地故障的检测是困难的，特别当接地故障呈间歇性(intermittent)时。当在配电网络的电力电缆上的接地故障处于初始阶段时，电绝缘可能不会被完全地破坏。这可能会导致具有超高的故障阻抗的间歇性的接地故障。这种故障很难发现，并且尤其难以确定故障方向。

[0049] 本发明的设备和方法可有利地提供用于检测处于上述初始阶段的超高阻抗接地故障。本发明的设备也可以是有利的，因为此故障的确定仅基于电流的测量。如此，并不需要电压测量(但是在一些实现方式中可以使用)。设备可以在没有任何附加的专用硬件的情况下提供用于故障方向检测和/或间歇性的高阻抗故障检测，这可用来预测具有高故障电流的完全接地故障的未来发生。因此，如下所述，设备可有利地提供用于仅使用测量到的电流来提供故障方向检测，并且可以提供用于间歇性的超高阻抗接地故障检测。

[0050] 图1示出了用于确定多相配电网络上与接地故障相关联的相的示例性设备100。具体地，设备100可以被配置成在网络中的电流流动的间歇和/或瞬时电扰动期间确定与接地故障相关联的相，称为故障尖峰(fault spike)。设备设有多相配电网络的相(A、B、C)中的每一者的电流的输入样本101a、101b、101c。在此实例中，多相配电网络是三相网络，并且因此设备被配置成以三相而操作。在其他实例中，可以使用不同数量的相。在一些实例中，设备100可以被配置成测量相中的每一者的电流以产生电流样本组。然而，在此实例中，不同设备(未示出)以预定采样率对相中的每一者上的电流进行采样，并且向设备提供了包括在每个采样时间上每个相的采样电流iA、iB、iC的电流样本流。在此实例中，采样率为2400Hz，但是也可使用其他采样频率，诸如在2kHz与3kHz之间。

[0051] 设备100包括尖峰故障元件(spike fault element)102以用于基于多个样本组而确定尖峰故障的发生，如下面将更详细地描述。尖峰故障元件102在检测到尖峰故障时生成尖峰故障标志信号103(称为DDB_ST)。设备进一步包括故障相检测元件104，故障相检测元件被配置成确定相间故障电流的多个RMS值中的哪一个是最小值，所述最小RMS值指示与多相配电网络的与接地故障相关联的特定相(其操作将在下文中更详细地讨论)。故障相检测元件104提供用于生成相指示符信号，相指示符信号包括相A故障信号105(称为DDB_FTA)、相B故障信号106(称为DDB_FTB)或相C故障信号107(称为DDB_FTC)中的一者，这取决于哪一个相被确定为具有接地故障。信号103、以及信号105-107中的一个可以提供用于进行设备100的最终输出。

[0052] 在此实例中，设备100包括若干可选部件，这可提高其准确性和/或功能性。具体地，设备100包括方向元件108，方向元件被配置成确定故障方向。故障方向信号110(称为DDB_DIR)是由方向元件108提供，指示所述确定d的故障的方向，该方向可指示正向故障方向。设备100还可包括警报元件111以用于将故障警报指示信号(统称112、113、114)提供到另一设备，以提供用于关闭配电网络的受影响的部分来维修/检查。警报元件105可以提供与警报相关的相的指示来作为其故障警报指示信号，并且因此可以包括相A警报112(称为DDB_Alarm_A)、相B警报113(称为DDB_Alarm_B)和相C警报114(称为DDCB_Alarm_C)。

[0053] 设备100进一步示出为在115处接收多个预定阈值或设定。设定包括预定残余电流阈值116、预定警报时间T设定117、预定警报次数N设定118和CT比119。CT比可以包括连接到配电网络的变流器的初级绕组与次级绕组的匝数比。

[0054] 一般地，尖峰故障元件102被配置成基于每个相的电流样本而区分间歇/瞬时“尖峰”或永久接地故障。尖峰故障元件102使用覆盖最近时间窗的多个残余电流值的均方根(RMS)值，每个残余电流值包括在特定时间上的单个相电流的总和，并且将其与预定阈值进行比较以确定尖峰故障是否发生。在一些实例中，另外使用RMS值的导数与阈值的比较。

[0055] 一般地，方向元件108被配置成将从相间电流差值得到的RMS值的幅值与阈值进行比较以确定故障方向。

[0056] 一般地，故障相检测元件104被配置成比较从相间故障电流得到的RMS值的大小以确定指示故障相的最小值。

[0057] 一般地，警报元件111被配置成在预定滑动时间窗口上根据在故障尖峰的时间上识别故障相来对所确定的故障尖峰的数量进行计数，并且如果计数大于预定阈值，那么就会发出警报。

[0058] 图2示出了尖峰故障元件102的更详细图。尖峰故障元件被配置成对可能指示初始阶段接地故障的超高阻抗故障的响应。尖峰故障元件102在200处接收每个相101a、101b、101c的电流样本的样本组。还示出了尖峰故障元件102在201处接收残余电流阈值IR设定，残余电流阈值的使用将在下文中描述。将理解，阈值可与元件102的逻辑(在硬件、软件或固件中)集成，或可以是用户设定的或用户可调节的。

[0059] 尖峰故障元件102被配置成执行以下步骤。尖峰故障元件被配置成在方块202处确定每个相电流样本组的残余电流值。残余电流值iR-由在特定采样时间上的各个相电流iA、iB、iC的总和确定(等式1)：

[0060] iR＝iA+iB+iC   (1)

[0061] 其中，iR是残余电流样本；iA是相A的电流样本；iB是相B的电流样本；并且iC是相C的电流样本。

[0062] 在其他实例中，针对接收到的相电流样本子组，例如以低于电流样本的采样率的速率而执行残余电流值计算。

[0063] 然后，在方块203处，使用在由从当前时间延伸的窗口大小N限定的最近时段内确定的多个残余电流值计算残余电流的RMS值。等式2示出了RMS值的计算：

[0064]

[0065] 其中n是最近指数并因此表示在最近时间上的相关联值，例如，IR(n)可以表示从最近在n处的最近样本组得到的残余电流值；N是就用来形成RMS值的样本数量，即，对应于相电流的样本组的数目，而言的滑动窗口大小，并且k表示和函数的指针。

[0066] 在此实例中，窗口大小被设定为多相配电网络的基本频率的一个周期。例如，如果相电流的采样率为2400Hz，并且所述网络的基本频率为50Hz，那么N＝2400/50＝48个样本。

[0067] 因此，就所使用的残余电流值而言，等式2的每个RMS值可以具有N-1个样本与后续RMS值的重叠。在其他实例中，RMS值可以在具有不同重叠或没有重叠的情况下进行计算。

[0068] 可以基于许多参数而确定故障峰值的发生。在一些实例中，可以将RMS值的大小与阈值进行比较，并且RMS值超过阈值的时间长度可以用来确定故障尖峰发生。在此实例中，使用另一可选参数，即，RMS值的导数，如下文将描述。

[0069] 在方块204处，将每个RMS值IR(n)与预定残余电流阈值(IR设定)进行比较。如果IR(n)的值大于IR设定，那么在205处出现标志DDB_IR。IR(n)比IR设定大可能指示电扰动，并且标志出现提供此参数得到满足的指示。关于是否存在故障的最终决策可能需要同时满足多个参数。

[0070] 预定剩余电流阈值IR设定可基于连接到配电网络的变流器的次级绕组中的额定电流而确定。典型地，变流器的额定二次电流为1A。例如，预定残余电流阈值IR设定可以小于所述额定“次级”电流的10％或小于5％或约0.05。例如，如果所述额定电流是1A，那么阈值IR设定可以是50mA(即5％)。

[0071] 方块206提供用于确定IR(n)值大于IR设定的时间长度。因此，方块206提供用于在瞬态尖峰与永久接地故障之间进行辨别。在此实例中，方块206是作用于标志DDB_IR，但是在其他实例中，其可使用方块203的输出，阈值201和定时器。因此，方块206测量在方块207处的标志信号DDB_IR的时间宽度，并且在方块208处将其与预定尖峰时间阈值(IR时间)209进行比较。在此实例中，预定尖峰时间阈值被设定为基本频率。因此，如果DDB_IR标志的时间宽度长于IR时间＝20ms(对于50Hz系统)或IR时间＝1/60*1000＝16.67ms(对于60Hz系统)，那么其指示故障不是尖峰故障。

[0072] 当时间宽度超过IR时间阈值时，方块208生成“真”条件，并且因此方块206包括逻辑非(NOT)方块210，使得标志信号211指示DDB_IR标志持续少于IR时间阈值并且因此包括“尖峰”。

[0073] 如上提及，基于标志205和标志211的逻辑与函数可以提供用于生成尖峰故障标志信号103。然而，此实例示出了从方块203提供到导数方块212的RMS值，导数方块可以确定相对于两个或更多个RMS值的时间的导数，即，残余电流的RMS值的变化率。

[0074] 方块213将RMS值的导数与变化率阈值214进行比较。如果RMS值的导数大于变化率阈值，那么出现标志DDB_deltaR 215。标志215被提供以在方块213的条件被满足时通过方块216停留一定停留时间(dwell time)。因此，尽管在方块213处的条件得到满足的时间少于停留时间，但是将提供标志215长达停留时间。在此实例中，停留时间是10ms。停留时间可与基本频率有关，诸如小于基本频率或小于或大约0.5*基本频率。

[0075] 在此实例中，变化率阈值基于预定残余电流阈值I设定，但是在其他实施例中，其可与之无关。具体地，在此实例中，变化率阈值包括0.5*IR设定。方块220提供用于缩放IR设定值的调节以形成由方块213使用的变化率阈值214。

[0076] DDB_IR标志205通过逻辑与方块217与DDB_deltaR标志215组合以生成DDB_FT标志信号218。

[0077] 另一逻辑与方块221提供用于组合DDB_FT标志信号218和来自瞬态/永久接地故障辨识方块206的标志信号211以提供元件102的最终输出，即尖峰故障标志信号DDB_ST 103。延迟方块222可用来使DDB_FT标志信号218向方块221的呈现延迟达一段延迟时间。在此实例中，延迟时间包括20ms，或与基本频率有关或小于基频周期的其他值。

[0078] 将了解，可以使用其他参数，所述参数可以生成相应标志，在标志上可由元件102来推定尖峰故障的存在。

[0079] 图3示出了方向元件108的更详细图示。方向元件108是可选的部件并且被配置成确定故障方向，并具体地，确定故障是否具有正向方向。将了解，正向故障是由保护装置所在的设备保护的线路中的故障。

[0080] 在300处，故障方向元件108接收每个相101a、101b、101c的电流样本的样本组。方块301被配置成确定包括每个样本组的各样本的各个相电流之间的差值的相间电流ixy(n)，并且随后确定相间故障电流Δixy(n)，该相间故障电流包括在滑动窗的开始和结束处每个相的相间电流之间的差值。

[0081] 因此，方块301被配置成使用等式3来确定相间电ixy(n)，如下：

[0082] iab(n)＝ia(n)–ib(n)

[0083] ibc(n)＝ib(n)–ic(n)

[0084] ica(n)＝ic(n)–ia(n)   (3)

[0085] 因此，每个样本组中的采样的相电流之间的差值通过等式3确定，然后用所述等式推导出相间故障电流Δixy(n)。相间故障电流包括在第一时间上的相间电流中的一者与在第二时间上的同一相间电流之间的差值。在此例子中，第一时间和第二时间包括上述滑动窗的开始和结束，其中滑动窗覆盖额定频率的一个周期(在此例子中)。因此，相间故障电流通过等式4确定：

[0086]

[0087] 其中n表示在当前时间上的相关联项，并且N是滑动窗口大小。如上提及，滑动窗大小可以包括基本频率的一个周期，并且因此N是每个基本频率周期的样本数量。如果相电流的采样率为2400Hz，并且基本频率为50Hz，那么N＝2400/50＝48。

[0088] 等式4还示出了根据在时间n处的残余电流与在时间n-N处的残余电流之间的差值来确定残余故障电流ΔiR(n)。

[0089] 设备被配置成在方块302处确定相间故障电流ΔIxy(n)的RMS值，如下按照一般等式5：

[0090]

[0091] 其中x和y表示用来确定每个相间电流的两个相。

[0092] 因此，在此三相实例中，三个相间故障电流的RMS值连同残余故障电流的RMS值一起通过更具体的等式6-9计算：

[0093]

[0094]

[0095]

[0096]

[0097] 方块303被配置成确定由等式6-9确定的三个相间故障电流的RMS值中的哪一个是最小值而哪一个是最大值。相应地，方块303使用以下等式10和11：

[0098] ΔImin＝min{ΔIab,ΔIbc,ΔIca}   (10)

[0099] ΔImax＝max{ΔIab,ΔIbc,ΔIca}   (11)

[0100] 方块303提供阈值比较的最小值和最大值。将最小RMS值ΔI最小提供到比较方块304。将最大RMS值ΔI最大提供到比较方块305。比较方块304、305使用基于残余故障电流的RMS值的阈值。方块306确定残余故障电流的RMS值的第一预定比例，并且方块307确定残余故障电流的RMS值的第二预定比例。在此实例中，第一预定比例包括0.1，并且第二预定比例包括0.9。然而，将理解，可使用其他阈值来适应网络的特性或确定方向的期望置信度。

[0101] 逻辑与方块308组合比较方块304和305的输出。因此，方块304-307的组合提供通过将三个相间故障分量电流的RMS值的最小RMS值与残余故障电流的RMS值的0.1倍进行比较，并通过将最大值与残余故障电流的RMS值的0.9倍进行比较来确定是否存在正向故障。也就是说，如果

[0102] ΔImin＜0.1ΔIR与ΔImax＞0.9ΔIR   (12)

[0103] 那么假定就是正向故障并且出现故障方向标志信号110以表明已识别出正向故障。

[0104] 因此，如上所述，方块108被配置成基于每个相组合的相间故障电流ΔIxy(n)(在块301处计算)的RMS值(在方块302处计算)和基于残余故障电流ΔIxy(n)的RMS值(在方块302处计算)而确定故障是否具有正向故障方向，残余故障电流包括在滑动窗的开始处的样本组中的一者的残余电流与在滑动窗的结束处的样本组中的一者的残余电流之间的差值(在方块301处计算)。另外，方块108被配置成在方块303处识别相间故障电流的RMS值的最小值ΔI最小和相间故障电流的RMS值的最大值ΔI最大，并且在方块304、305处，在以下情况下确定正向故障；

[0105] ΔI最小小于残余故障电流的RMS值的第一预定比例(在方块304处计算)；以及[0106] ΔI最大大于残余故障电流的RMS值的第二预定比例(在方块305处计算)。

[0107] 图4示出了在正向方向的相接地故障期间通过等式6-9计算的三个相间故障电流的RMS值连同残余故障电流的RMS值的示例性迹线400。具体地，在401处示出ΔIab(n)的迹线，在402处示出ΔIbc(n)，在403示出ΔIca(n)，并且在404处示出IR。

[0108] 图5示出了在反向方向的相接地故障期间通过等式6-9计算的三个相间故障电流的RMS值连同残余故障电流的RMS值的示例性迹线500。具体地，在501处示出ΔIab(n)的迹线，在502处示出ΔIbc(n)，在403示出ΔIca(n)，并且在504处示出IR。

[0109] 返回图1，故障相检测元件104被配置成在120处接收每个相101a、101b、101c的电流样本的样本组。故障相检测元件104被配置成确定由等式3、4和6至10确定的相间故障电流的RMS值的最小值。相应地，故障相检测元件104可与方块303通信以接收最小RMS值。或者，元件104可以包括与方块301、302和303类似的逻辑(软件、硬件或固件)。将理解，可以提供方块303的改进版本，其仅通过等式10来确定最小值。

[0110] 故障相检测元件104按如下方式从最小RMS值确定与接地故障相关联的相；

[0111] i.如果ΔImin＝ΔIbc，那么元件104确定故障相是相A并且提供相A故障信号105。

[0112] ii.如果ΔImin＝ΔIca，那么元件104确定故障相是相B并且提供相B故障信号106。

[0113] iii.如果ΔImin＝ΔIab，那么元件104确定故障相是相C并且提供相C故障信号107。

[0114] 在一些实例中，设备100的输出可以是指示基于尖峰故障确定元件102的输出103和故障相检测元件104的输出105、106、107而具有接地故障的相的信号。因此，来自元件102和104的输出同时可以提供用于设备100的输出。

[0115] 在此实例中，设备包括警报元件111，警报元件接收来自故障相检测元件104、尖峰故障元件102和方向元件108的输出，并且在发出警报前提供对其的进一步的处理。警报可以包括设备100的输出。

[0116] 图6示出了警报元件111的更详细图示。元件111被配置成接收尖峰故障标志信号103(称为DDB_ST)、故障方向信号110(称为DDB_DIR)、以及相A故障信号105(称为DDB_FTA)、相B故障信号106(称为DDB_FTB)或相C故障信号107(称为DDB_FTC)中的一者，这取决于哪一个相被确定为具有接地故障。相应地，可以存在如图6所示的三个配置，每个相一个配置，并且因此每者接收相故障信号105、106、107中的一者。元件111包括逻辑与(AND)方块600以接收上述标志信号。在同时接收到DDB_ST、DDB_DIR、以及DDB_FTx标志信号中的一个的情况下，方块600生成故障标志信号601。

[0117] 具体地，设备被配置成当由方块600接收到标志信号DDB_ST、DDB_DIR和DDB_FTA时确定相A的正向尖峰故障。设备被配置成当由方块600接收到标志信号DDB_ST、DDB_DIR和DDB_FTB时确定相B的正向尖峰故障。最后，设备被配置成当由方块600接收到标志信号DDB_ST、DDB_DIR和DDB_FTC时确定相C的正向尖峰故障。每个相的这些正向尖峰故障信号可以形成设备100的输出。

[0118] 然而，在本实例中，在预定最近时间内接收到预定数量的故障标志信号前不会生成警报信号。计数器方块602被配置成对在603处示出的预定警报时段T设定定义的最近时段内接收到的故障标志信号601的数量进行计数。因此，计数器的输出604包括故障标志信号在滑动时间窗内生成的整数次数。比较方块605将输出604与在606处示出的预定“警报”次数N设定进行比较。如果输出604超过N设定阈值，那么生成警报信号607。鉴于图6的配置是为每个相故障信号提供，警报信号607也指示了产生警报的相。

[0119] 在117和118处由装置100接收的预定值N设定和T设定可以是用户定义的。

[0120] 上文关于图1-3和图6讨论的部件的功能性可以由硬件、软件或固件提供。

[0121] 图7示出了诸如经由相电流采样装置(未示出)连接有设备100的多相配电网络700。设备100可进一步连接到或形成用于提供网络700的修理/检查的故障监视设备和/或故障动作响应设备的部分。多相配电网络700可仅包括一个电源。

[0122] 图8示出了以下步骤的流程图：基于确定尖峰故障801而确定相间故障电流的多个RMS值中的哪一个是最小值802，所述最小RMS值指示多相配电网络的与接地故障相关联的特定相。

[0123] 设备的优点可以是：

[0124] ·它可提供对配电网络的电缆的连续监视；

[0125] ·它适用于所有接地模式；

[0126] ·它无需电压输入就可轻易地嵌入到馈电线继电器中(因为设备100相使用的配电网络的唯一测量是电流样本)；

[0127] ·它简单并具有较低计算开销；

[0128] ·它可提供更好的可靠性；

[0129] ·它可能比利用智能算法的方法更实用。