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1、(10)申请公布号 CN 102224427 A (43)申请公布日 2011.10.19 CN 102224427 A *CN102224427A* (21)申请号 200980147036.X (22)申请日 2009.11.20 08169969.6 2008.11.26 EP G01R 31/08(2006.01) (71)申请人 ABB 技术有限公司 地址 瑞士苏黎世 (72)发明人 阿里瓦尔罗斯 扬内阿尔托宁 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 朱胜 陈炜 (54) 发明名称 用于检测相对地故障的方法和设备 (57) 摘要 一种用于检测电网的三。
2、相电线 (30) 上的相 对地故障的方法和设备， 该设备包括 ： 用于基于 接地故障之前与接地故障期间三相电线上的零序 电流之间的差与接地故障之前与接地故障期间电 网中的零序电压之间的差的比率， 来确定中性导 纳或表示该中性导纳的量的装置 ； 以及用于将所 确定的中性导纳或表示该中性导纳的量与预定 工作特性相比较以检测三相电线上的相对地故障 的装置， 其中， 当在导纳平面上呈现预定工作特性 时， 预定工作特性限定了封闭区域， 使得封闭区域 的中心从导纳平面的原点向负电纳方向和 / 或向 负电导方向偏移。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.05.24 (86)PCT。
3、申请的申请数据 PCT/FI2009/050942 2009.11.20 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/061055 EN 2010.06.03 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 4 页 CN 102224440 A1/2 页 2 1. 一种用于检测电网的三相电线上的相对地故障的方法， 所述方法包括 ： 监控所述三相电线上的零序电流和所述电网中的零序电压 ； 以及 基于所述零序电压值检测所述电网中的接地故障， 其特征在于， 所述方法包括 ： 确定所述接地故障之前的零序电流与所述接地故障期间。
4、的零序电流之间的差 ； 确定所述接地故障之前的零序电压与所述接地故障期间的零序电压之间的差 ； 基于所述零序电流之间的所述差与所述零序电压之间的所述差的比率， 来确定中性导 纳或表示所述中性导纳的量 ； 以及 将所确定的中性导纳或表示所述中性导纳的量与预定工作特性相比较以检测所述三 相电线上的相对地故障， 其中， 当在导纳平面上呈现所述预定工作特性时， 所述预定工作特 性限定了封闭区域， 使得所述封闭区域的中心从所述导纳平面的原点向负电纳方向和 / 或 向负电导方向偏移。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述将所确定的中性导纳或表示所述中性导纳的量与预定工作特性相比较以检测。
5、所 述三相电线上的相对地故障包括 ： 确定所述中性导纳是在所述导纳平面上的所述预定工作特性限定的所述封闭区域的 内部还是外部 ； 以及 当所确定的中性导纳被确定为在所述导纳平面上的所述预定工作特性限定的所述封 闭区域的外部时， 检测所述三相电线上的相对地故障。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的方法， 其特征在于， 通过圆或椭圆来限定所述封闭区域， 所述圆或椭圆的中心点从所述导纳平面的原点向所述负电纳方向和 / 或向所述负电导方 向偏移。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的方法， 其特征在于， 通过圆来限定所述封闭区域， 所述圆 的中心点从所述导纳平面的原点向所述负电纳方向和 / 或向。
6、所述负电导方向偏移， 使得从 所述封闭区域中排除所述圆的、 由预定电导值限定的线所限定的部分。 5.根据权利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 所述封闭区域为具有分别由三条或更 多条线限定的三条或更多条边的多边形。 6. 根据权利要求 1 至 5 中任一项所述的方法， 其特征在于， 所述方法包括 ： 当所述三相 电线的切换状态改变时或以预定的间隔， 更新所述预定工作特性。 7. 一种包括计算机程序代码的计算机程序产品， 其中， 所述程序代码在计算机中的执 行使所述计算机执行根据权利要求 1 至 6 中任一项所述的方法的步骤。 8. 一种用于检测电网的三相电线 (30) 上的相对地故障的设备，。
7、 所述设备包括 ： 用于监控所述三相电线 (30) 上的零序电流和所述电网中的零序电压的装置 ； 以及 用于基于所述零序电压值检测所述电网中的接地故障的装置， 其特征在于， 所述设备 包括 ： 用于确定所述接地故障之前的零序电流与所述接地故障期间的零序电流之间的差的 装置 ； 用于确定所述接地故障之前的零序电压与所述接地故障期间的零序电压之间的差的 装置 ； 用于基于所述零序电流之间的所述差与所述零序电压之间的所述差的比率， 来确定中 权 利 要 求 书 CN 102224427 A CN 102224440 A2/2 页 3 性导纳或表示所述中性导纳的量的装置 ； 以及 用于将所确定的中性导。
8、纳或表示所述中性导纳的量与预定工作特性相比较以检测所 述三相电线上的相对地故障的装置， 其中， 当在导纳平面上呈现所述预定工作特性时， 所述 预定工作特性限定了封闭区域， 使得所述封闭区域的中心从所述导纳平面的原点向负电纳 方向和 / 或向负电导方向偏移。 9. 根据权利要求 8 所述的设备， 其特征在于， 所述用于将所确定的中性导纳或表示所述中性导纳的量与预定工作特性相比较以检 测所述三相电线上的相对地故障的装置包括 ： 用于确定所述中性导纳是在由所述导纳平面上的所述预定工作特性限定的所述封闭 区域的内部还是外部的装置 ； 以及 用于当所确定的中性导纳被确定为在由所述导纳平面上的所述预定工作。
9、特性限定的 所述封闭区域的外部时， 检测所述三相电线上的相对地故障的装置。 10.根据权利要求8或9所述的设备， 其特征在于， 通过圆或椭圆来限定所述封闭区域， 所述圆或椭圆的中心点从所述导纳平面的原点向所述负电纳方向和 / 或向所述负电导方 向偏移。 11.根据权利要求8或9所述的设备， 其特征在于， 通过圆来限定所述封闭区域， 所述圆 的中心点从所述导纳平面的原点向所述负电纳方向和 / 或向所述负电导方向偏移， 使得从 所述封闭区域中排除所述圆的、 由预定电导值限定的线所限定的部分。 12. 根据权利要求 8 或 9 所述的设备， 其特征在于， 所述封闭区域为具有分别由三条或 更多条线限定。
10、的三条或更多条边的多边形。 13. 根据权利要求 8 至 12 中任一项所述的设备， 其特征在于， 所述设备包括 ： 用于当所 述三相电线的切换状态改变时或以预定的间隔， 更新所述预定工作特性的装置。 14. 根据权利要求 8 至 13 中任一项所述的设备， 其特征在于， 所述设备包括保护继电 器。 权 利 要 求 书 CN 102224427 A CN 102224440 A1/9 页 4 用于检测相对地故障的方法和设备 技术领域 0001 本发明涉及检测电网的三相电线上的相对地 (phase to earth) 故障。 0002 后台技术 0003 在某些国家， 例如波兰， 中性导纳保护已。
11、成为普遍的接地故障保护功能。 已经报道 了， 在未接地和补偿配电网中， 当与基于传统剩余电流 (residual current) 的接地故障保 护相比时， 中性导纳保护提供更有效的接地故障检测。 0004 文 献 J.Lorenc 等人， Admittance criteria for earth fault detection in substation automation systems in Polish distribution power networks， CIRED 97， 伯明翰， 1997年6月， 公开了实现基于中性导纳的接地故障保护的示例， 并提及直到1996年 中期至。
12、 2000 年期间， 才在波兰装设了中性导纳保护系统。 0005 简言之， 中性导纳保护基于评估商 Y0 3I0/U0( 即网络的中性导纳 )， 以及将结果 与导纳平面中的工作边界相比较。 通常用电缆芯线变压器来测量剩余电流3I0， 并且根据单 极隔离变压器的开口三角形连接的三级(open-delta connected tertiaries)来测量剩余 电压 U0。 0006 目前， 在现有保护继电器终端中得到的导纳保护通常需要用户从若干可能性中选 择工作标准， 其中， 若干可能性例如为1)过导纳， 2)没有/具有倾斜的过电导(无方向或正 向 / 反向 )， 3) 没有 / 具有倾斜的过电纳。
13、 ( 无方向或正向 / 反向 )， 或标准 1. 标准 3 的组 合 ( 关于原点对称 )。图 1 示出呈现在导纳平面上的现有导纳保护功能的工作特性的示例 (B 为电纳， 而 G 为电导 )。工作特性中的每个中的阴影区域确定了正常区域或非工作区域， 使得如果中性导纳在该区域以内， 则保护不工作， 而如果中性导纳在该区域以外， 则保护工 作。例如， 如所示的， 可通过设定导纳 Y 的绝对值 Yset来定义过导纳工作特性， 其中， 导纳 Y 的绝对值 Yset在导纳平面上定义了圆。如所示的， 可通过下 (-Gset) 电导设置和上 (+Gset) 电 导设置来定义过电导工作特性， 并且还可以利用角。
14、度设置 来设定倾斜。以类似的方式， 可通过下 (-Bset) 电纳设置和上 (+Bset) 电纳设置来定义过电纳工作特性， 并且还可以利用 角度设置 来设定倾斜。应当指出的是， 在图 1 示出的过电导特性和过电纳特性中， 为了 清楚起见， 仅部分地示出了阴影非工作区域及限定阴影非工作区域的线。 另外， 可以通过对 设置进行组合形成工作特性的不同组合， 使得例如同时应用过电导设置和过电纳设置。 0007 在现有解决方案中， 要使用的工作特性取决于网络中性点处理。 例如， 在隔离网络 中， 应当应用过电纳标准。在补偿网络中， 建议替代地使用基于过电导的标准。这意味着具 有导纳保护功能性的继电器终端。
15、要求需根据网络属性设定的许多设置。 关于这样的现有解 决方案， 许多设置和可能困难的设置计算过程是问题。 发明内容 0008 本发明的目的是提供一种方法和用于实现该方法的设备以便克服以上问题或至 少缓解该问题。通过由独立权利要求中所阐述的那些内容表征的方法、 计算机程序产品和 设备来实现本发明的目的。从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。 说 明 书 CN 102224427 A CN 102224440 A2/9 页 5 0009 本发明基于这样的构思 ： 采用接地故障之前和接地故障期间的零序电流和电压以 确定中性导纳， 以及将所确定的中性导纳或表示该中性导纳的量与预定的工作特性进行比 较。
16、， 以检测三相电线上的相对地故障， 其中， 当在导纳平面上呈现该预定工作特性时， 该预 定工作特性限定了封闭区域， 使得该封闭区域的中心从导纳平面的原点向负电纳方向和 / 或相负电导方向偏移。 0010 本发明的优点在于其提供了简化的工作功能和特性， 该简化的工作功能和特性能 够同时对非接地网络、 高阻接地网络和 / 或补偿网络有效。所以， 如果通过例如补偿线圈的 断开改变例如接地方法， 则不需要改变设置值。 另外， 本发明通过在中性导纳计算中使用差 量(delta-quantity)， 提供了对故障电阻和系统失衡的免疫性。 所以， 能够获得以可检测到 多高的故障电阻表示的高灵敏度。 附图说明。
17、 0011 下面将参考附图借助优选实施例来更详细地描述本发明， 在附图中 ： 0012 图 1 示出导纳保护功能的工作特性的示例 ； 0013 图 2 是三相电网的简化等效电路 ； 0014 图 3 是三相电网的简化等效电路 ； 0015 图 4 是根据实施例的工作特性的示例 ； 0016 图 5 是根据实施例的工作特性的示例 ； 以及 0017 图 6 是示出实现若干保护级的实施例的图。 具体实施方式 0018 本发明的应用不限于任何特定的系统， 而是能够与各种三相电力系统结合使用本 发明的应用， 以检测电网的三相电线上的相对地故障。例如， 电线可以是馈电线 (feeder)， 而且电线可以。
18、为架空线或电缆、 或两者的组合。 例如， 实现本发明的电力系统可以是电力传 输网络或配电网、 或其组件， 而且该电力系统可包括若干馈电线或分段。此外， 本发明的使 用不限于采用 50Hz 或 60Hz 基频的系统、 或不限于任何特定的电压电平。 0019 图 2 和图 3 为可以使用本发明的三相电网的简化等效电路。图 2 示出了在后台网 络(background network)中存在故障的情形， 而图3示出了在要被监控的电线中存在故障 的情形。这些图仅示出了理解本发明所需的组件。例示性网络可以是通过变电站馈电的中 压 ( 例如 20kV) 配电网， 该变电站包括变压器 10 和母线 (bus。
19、bar)20。所示网络还包括电 线引出线 (outlet)， 即馈电线， 其中单独示出一条馈电线 30。除了线 30， 其它可能的馈电 线以及其它的网络部件称为 “后台网络” ， 而且已经用单线引出线 (single line outlet)40 表示了其它可能的馈电线以及其它的网络部件， 但是应当指出的是， 在后台网络中可存在 任何数量的馈电线或其它的网络元件。还可存在若干馈电变电站。另外， 例如， 可以用没有 变压器 10 的交换站来使用本发明。网络为三相网络， 并且三相电力系统的三相被称为 L1、 L2 和 L3。在例示性系统中， 本发明的功能性可以被设置在位于线 30 开始处的可能的继。
20、电 器单元 ( 未示出 ) 中， 例如在线 30 与母线 20 之间的连接点中。还可能的是， 在这样的单元 位置中仅执行一些测量， 然后将结果发送到在另一位置处的另一单元或多个单元作进一步 处理。因此， 本发明的功能性可以被分布在两个或更多个物理单元中， 而不是仅一个单元 说 明 书 CN 102224427 A CN 102224440 A3/9 页 6 中， 而且实现本发明的一个或多个单元可与要保护的电线 30 相关地设置， 或可能被设置在 远程位置处。但是， 这与本发明的基本构思不相关。图 2 和图 3 中使用的符号如下 ： 0020 U0网络的零序电压 0021 EL1相 L1 源电压。
21、 0022 EL2相 L2 源电压 0023 EL3相 L3 源电压 0024 ICC通过接地装置的电流 ( 补偿线圈加并联电阻器 ) 0025 YCC接地装置的导纳 ( 补偿线圈加并联电阻器 ) 0026 IL1在馈入 (infeed) 处测量的相 L1 的相电流 0027 IL2在馈入处测量的相 L2 的相电流 0028 IL3在馈入处测量的相 L3 的相电流 0029 IL1Fd电线的相 L1 的相电流 0030 IL2Fd电线的相 L2 的相电流 0031 IL3Fd电线的相 L3 的相电流 0032 IL1Bg后台网络的相 L1 的相电流 0033 IL2Bg后台网络的相 L2 的相。
22、电流 0034 IL3Bg后台网络的相 L3 的相电流 0035 UL1变电站处的相 L1 的相电压 0036 UL2变电站处的相 L2 的相电压 0037 UL3变电站处的相 L3 的相电压 0038 YF故障导纳 ( 假设为纯电导 ) 0039 YL1Fd电线的相 L1 的导纳 0040 YL2Fd电线的相 L2 的导纳 0041 YL3Fd电线的相 L3 的导纳 0042 YL1Bg后台网络的相 L1 的导纳 0043 YL2Bg后台网络的相 L2 的导纳 0044 YL3Bg后台网络的相 L3 的导纳 0045 ZLd三角形连接的负载的相阻抗 0046 优选地通过合适的测量装置来获得所。
23、监控的电流和电压值， 该测量装置包括例如 连接到电力系统的相的电流和电压换能器(图中未示出)。 在大多数的现有保护系统中， 这 些值可容易地获得， 因此本发明的实现不一定需要任何单独的或特定的测量装置。如何获 得这样的值与本发明的基本构思无关， 而且如何获得这样的值取决于要被监控的特定电力 系统。 0047 本发明采用计算中性导纳 Y0， 即， 在电线 30 的开始处测量的剩余电流 3I0(I0是零 序电流 )(3I0 IL1Fd+IL2Fd+IL3Fd) 与剩余电压 U0( 具有负号 ) 的商。根据实施例， 用 “差” 量 来进行中性导纳的计算， 其中， t1 和 t2 指的是时间上的两个分。
24、开的实例， 在 (t1) 之前和在 (t2) 期间， 故障为 ： 说 明 书 CN 102224427 A CN 102224440 A4/9 页 7 0048 0049 优选地， 一检测到接地故障， 就开始中性导纳计算 ( 例如， 根据式子 1)。可基于零 序电压来检测电网中的接地故障。可以以两种可替选的方式来进行 ： 当剩余电压的幅度超 过预设值 U0set时 ： 0050 |U0| U0set (2) 0051 或者当剩余电压的改变超过预设值 U0Dset： 0052 |U0_t2|-|U0_t1| U0set， (3) 0053 使用式子 3 作为开始标准的优点在于这样的事实 ： 由于。
25、网络不对称， 因此在健康 状态期间， 网络中会存在大幅值的剩余电压。 这会导致U0set的非常高的值， 其又导致故障检 测的不灵敏性。通过应用式子 3， 开始标准是基于改变而不是基于绝对值， 所以增大了故障 检测的灵敏度。 0054 参考图 2， 当在电线 30 以外发生单相接地故障时， 测量到的中性导纳等于具有负 号的全部线路导纳 ( 所有相导纳的和 ) ： 0055 Y0 -YFdtot -(GFDtot+jBFdtot) (4) 0056 其中， 0057 YFdtot全部线路导纳 0058 GFdtot全部线路电导 0059 BFdtot全部线路电纳 0060 YFdtot YL1Fd。
26、+YL2Fd+YL3Fd 0061 YL1Fd GL1Fd+jBL1Fd 0062 YL2Fd GL2Fd+jBL2Fd 0063 YL3Fd GL3Fd+jBL3Fd 0064 GL1Fd电线的相 L1 的相对地电导 0065 GL2Fd电线的相 L2 的相对地电导 0066 GL3Fd电线的相 L3 的相对地电导 0067 BL1Fd电线的相 L1 的相对地电纳 0068 BL2Fd电线的相 L2 的相对地电纳 0069 BL3Fd电线的相 L3 的相对地电纳 0070 实际上， 由于导体的小的阻性泄露损失， 因此电导项 real(YFdtot) GFdtot (GL1Fd+GL2Fd+G。
27、L3Fd) 非常小。至少在具有架空线的网络中， 损失会非常小， 以致于无法准 确地测量电导。在这种情况下， 仅电纳项 imag(YFdtot) BFdtot (BL1Fd+BL2Fd+BL3Fd) w(C0L1+C0L2+C0L3) 有效。应该设定导纳保护特性， 使得在外部故障期间测量到的中性导纳 保持在工作特性内部 ( 保护不工作 )。外部故障意味着故障位于受保护的电线 30 之外。 这可以通过设定导纳特性以使得特性总是覆盖电线的全部线路导纳来实现。 可以基于电线 的接地故障电流值来确定全部线路导纳 ( 所有相导纳之和 ) 的值 ： 0071 YFdtot j*3I0Fd/Uphase， (。
28、5) 0072 其中， 说 明 书 CN 102224427 A CN 102224440 A5/9 页 8 0073 3I0Fd在外部故障 (RF 0ohm) 的情况下由线路供给的接地故障电流的幅值 0074 Uphase网络的标称相对地电压 0075 另一选择是通过在健康状态期间基于剩余电流和电压的改变计算中性导纳来确 定全部线路导纳。 这些改变可归因于例如改变补偿线圈调谐或补偿线圈的并联电阻器的开 关 ( 导通或断开 ) ： 0076 0077 其中， 0078 3*I0_h1健康状态期间在改变之前的剩余电流 0079 3*I0_h2健康状态期间在改变之后的剩余电流 0080 U0_h1。
29、健康状态期间在改变之前的剩余电压 0081 U0_h2健康状态期间在改变之后的剩余电压 0082 本实施例具有这样的优点 ： 能够采用式子 6 来更新导纳特性设置， 使得设置、 以及 因此特性与电线的当前切换状态相匹配， 即导纳特性覆盖全部的线路导纳。 能够实时地， 即 总是当三相电线的切换状态发生改变时， 执行更新。 可替选地， 例如能够以预定的间隔来执 行更新。 0083 参考图 3， 当在电线 30 内部发生单相接地故障时， 测量到的中性导纳等于后台网 络 40 的导纳加上包括并联电阻器的补偿线圈的导纳 ： 0084 Y0 YBgtot+YCC (7) 0085 其中， 0086 YBg。
30、tot YL1Bg+YL2Bg+YL3Bg 0087 YL1Bg GL1Bg+jBL1Bg 0088 YL2Bg GL2Bg+jBL2Bg 0089 YL3Bg GL3Bg+jBL3Bg 0090 GL1Bg后台网络的相 L1 的相对地电导 0091 GL2Bg后台网络的相 L2 的相对地电导 0092 GL3Bg后台网络的相 L3 的相对地电导 0093 BL1Bg后台网络的相 L1 的相对地电纳 0094 BL2Bg后台网络的相 L2 的相对地电纳 0095 BL3Bg后台网络的相 L3 的相对地电纳 0096 YCC GCC-jBCC 0097 GCC接地装置 ( 补偿线圈加并联电阻器 。
31、) 的电导 0098 BCC接地装置 ( 补偿线圈 ) 的电纳 0099 GCC为电阻器的电导， 在补偿网络的情况下， 该电阻器与补偿线圈并联连接。在电 阻器接地网络的情况下， BCC 0， 且 GCC为接地电阻器的电导。在未接地网络的情况下， YCC 0。 应当设定导纳保护特性， 使得在内部故障期间测量到的中性导纳移动到工作特性外部 说 明 书 CN 102224427 A CN 102224440 A6/9 页 9 ( 保护工作 )。内部故障意味着故障位于受保护的电线 30 内部。 0100 在补偿网络的情况下， 以及当补偿线圈被调整到谐振 (BCC BBgtot+BFdtot) 时， 用。
32、差 量计算的测量到的中性导纳为 ： 0101 Y0 (GBgtot+GCC)-jBFdtot (8) 0102 由于测量到的中性导纳的虚部在两种情况下相同， 因此这是区分外部故障和内部 故障的最困难情况。 安全和可靠的保护会要求通过使用并联电阻器在故障期间增加阻性电 流。然后， 中性导纳计算能够测量并联电阻器的电导。所以， 应当基于电导进行区分。 0103 根据实施例， 一旦例如基于式子 1 已经确定了中性导纳、 或表示该中性导纳的量， 则将其与预定的工作特性比较以检测三相电线 30 上的相对地故障。根据实施例， 当在导纳 平面上呈现预定的工作特性时， 预定的工作特性限定了封闭区域， 使得该封。
33、闭区域的中心 从导纳平面的原点向负电纳方向和 / 或向负电导方向偏移。将确定的中性导纳、 或表示该 中性导纳的量与预定的工作特性比较以检测三相电线上的相对地故障， 优选地包括确定中 性导纳是位于由导纳平面上的预定工作特性限定的该封闭区域的内部还是外部， 以及当所 确定的中性导纳被确定为位于由导纳平面上的预定工作特性限定的该封闭区域的外部时， 检测三相电线上的相对地故障。 换言之， 封闭区域为保护不工作的非工作区域， 而在封闭区 域外部的区域为保护工作的、 即检测三相电线 30 上的相对地故障的工作区域。 0104 根据实施例， 通过圆或椭圆来限定封闭区域， 该圆或椭圆的中心点从导纳平面的 原点。
34、向负电纳 (B) 方向和 / 或向负电导 (G) 方向偏移。图 4 示出包括圆 401 的工作特性的 示例， 该圆 401 以设置 GN1 和 BN1 偏离 (set-off) 导纳平面原点。以设置 YN1 来限定圆半 径。当确定的中性导纳移动到圆 401 限定的封闭区域的外部时， 实现了保护的工作。这能 够以数学形式表示如下 ： 0105 real(Y0)-GN1)2+(imag(Y0)-BN1)2-YN1YN1 0， (9) 0106 其中， Y0为测量到的中性导纳。 0107 一般地， 应当选择设置 GN1、 BN1 和 YN1， 使得对应于电线 30 的长度的导纳 (YFdtot) 在。
35、优选地具有适当安全裕度的封闭区域之内。圆越小， 保护越灵敏。如果要保护的电线 30 的连接状态发生改变， 则应该相应地调整设置。这还能通过确定全部线路导纳来自动地进 行， 其中， 通过使用式子 6 在健康状态期间基于剩余电流和电压的改变计算中性导纳来确 定全部线路导纳。在使用式子 6 确定当前切换状态的全部线路导纳之后， 能够根据以下标 准来更新设置 GN1、 BN1 和 YN1 ： 0108 BN1 -image(YFdtot) 0109 GN1 -real(YFdtot) 0110 YN1 r*imag(YFdtot) 0111 r 限定保护裕度 ( 灵敏度 ) 的因子， r 0。在图 4。
36、 中， r 1.5。 0112 r 用户定义的设置参数 0113 根据实施例， 封闭区域由圆来限定， 该圆的中心点从导纳平面的原点向负电纳方 向和 / 或向负电导方向偏移， 使得从封闭区域中排除该圆的、 由预定电导值限定的线所限 定的部分。换言之， 在实际应用中， 偏移的导纳圆 401 能够与一个或更多个 “经典的” 边界 线相组合， 例如与如图 4 中所示的正向电导边界线 402 相组合。能够根据并联电阻器电导 获得 Gmax的值 ： Gmax k*GCC， 其中， k 01 的安全裕度。k 的典型值为 0.8。在这种 说 明 书 CN 102224427 A CN 102224440 A7。
37、/9 页 10 情况下， 从封闭区域中排除圆 401 的阴影部分 403， 因此该阴影部分 403 属于包围封闭的非 工作区域的工作区域。在网络为补偿网络以及 |YN1| |GCC| 的情况下， 应该优选地设定和 使用 Gmax。但是， 如果补偿线圈和并联电阻器断开， 则该设置不需要改变。 0114 根据实施例， 封闭区域为具有分别由三条或更多条线限定的三条或更多条边的多 边形。这在图 5 中被例示， 其中工作特性为偏移矩形 ( 阴影区域 )， 由限定形成该矩形的边 的线的设置 Bmin、 Bmax和 Gmin、 Gmax来限定该偏移矩形的范围 (reach)。此工作方案需要更多 的设置参数，。
38、 但是提供了更多的灵活性， 而且在有问题的网络配置的情况下特别有用。实 际上， G 设置与在网络中引起阻性电流的网络组件有关， 例如可能的补偿线圈及其并联电阻 器。在补偿网络的情况下， 当故障在受保护的电线中时， 导纳确定检测 ： 0115 Y0 YBgtot+YCC (GBgtot+jBBgtot)+(GCC-jBCC) 0116 由于一般 GCC GBgtot， 因此以下近似在实际中有效 ： 0117 Y0 GCC+j(BBgtot-BCC) 0118 换言之， 测量到的导纳的虚部主要归因于补偿线圈的并联电阻器引起的项 GCC。因 此， 优选地选择设置 Gmin和 Gmax， 使得 GCC。
39、在 Gmin和 Gmax限定的范围外部。可使用合适的安全 裕度。设置 Bmin和 Bmax可被选择成例如对应于要保护的电线 30 的最小和最大切换情形。再 次， 可使用合适的安全裕度。 0119 一个选择是通过采用在健康状态期间使用式子 6 基于剩余电流和电压的改变而 算出的中性导纳来确定多边形导纳标准的参数。在使用式子 6 确定当前切换状态的全部线 路导纳之后， 接着可以使用以下公式来确定设置 Gmin、 Gmax、 Bmin和 Bmax： 0120 Gmax可以根据并联电阻器电导获得 Gmax的值 ： Gmax k*GCC， 其中， k 01， 为安全裕度。k 的典型值为 0.8。 012。
40、1 Gmin d*imag(YFdtot)， 其中， d 为限定保护的裕度 ( 灵敏度 ) 的因子。d 0， 在图 5 中， d 1.5。 0122 Bmin q1*imag(YFdtot)， 其中， q1 为限定保护的裕度 ( 灵敏度 ) 的因子。q1 0， 在 图 5 中， d 1.0。 0123 Bmax q2*imag(YFdtot)， 其中， q2 为限定保护的裕度 ( 灵敏度 ) 的因子。q2 0， 在 图 5 中， d 1.25。 0124 d、 q1 和 q2 为用户定义的设置参数。 0125 所提出的各种工作特性的益处在于所提出的各种工作特性可以被应用到未接地 网络、 高阻接。
41、地网络还有补偿网络。还使设置的数量最小化。另外， 由于可以使用式子 5 基于电线提供的接地故障电流计算 B 轴设置， 并且 G 轴设置可以基于接地 / 并联电阻器电 流 IGCC的额定值 ： (Gmin kIGCC/Uphase)， 所以设置过程非常简单。示例 ： IGCC 5A， Uphase 20000/sqrt(3) 伏特， k 0.5 ： Gmin 0.22 毫西门子 (milliSiemens)。可替选地， 可以采 用健康状态期间的改变以及使用式子 6 来确定设置。 0126 根据实施例， 能用以下式子同时 ( 在电线内部的故障期间 ) 估计故障电阻 ： 0127 说 明 书 CN 。
42、102224427 A CN 102224440 A8/9 页 11 0128 其中， UL_fault为故障期间的故障相的相对地电压。 0129 式子 10 使用与保护相同的测量到的量和设置 Y0Fdtot GFdtot+jBFdtot。计算故障 电阻的另一选择是采用利用故障期间的改变的差量方法来计算故障导纳 ： 0130 0131 其中， f1 和 f2 指的是故障期间时间上的两个分开的实例， 在 (f1) 之前和在 (f2) 之后的改变。该改变可归因于例如改变补偿线圈调谐或补偿线圈的并联电阻器的开关 ( 导 通或断开 )。 0132 根据实施例， 通过同时为每相计算故障电阻估计还能识别故。
43、障相 ： 0133 0134 0135 0136 所建议的相选择逻辑 ： 在三个故障电阻估计中的仅一个提供正值的情况下， 这是 具有相应故障电阻值的故障相。在三个故障电阻估计中的两个提供正值的情况下， 基于比 较两个候选者之间的相电压幅值来选择故障相 ： 故障相为具有较低相电压值的相。 0137 根据实施例， 能实现多级导纳保护概念。当基于导纳标准检测故障电线时， 能使 用故障电阻估计来限定工作速度。能实现多个故障电阻阈值 ( 保护级 )。例如能够以具有 相应保护工作延迟 t 、 t 、 t 、 t 的 RF 、 RF 、 RF 、 RF 设定不同级。这在图 6 中被示出， 图 6 示出了如何。
44、与这样的保护级一起来形成逆型 说 明 书 CN 102224427 A CN 102224440 A9/9 页 12 (inverse type) 工作曲线 601。 0138 可将根据以上实施例中任一个或以上实施例组合的设备实现为一个单元， 或实现 为被配置成实现各个实施例功能的两个或更多个分离的单元。此处， 术语 “单元” 一般指的 是物理实体或逻辑实体， 例如物理装置或其部件或者软件例程。 例如， 这些单元中的一个或 更多个可驻留在保护继电器装置或设备中。例如， 根据实施例的设备可包括 ： 监控单元， 被 配置成监控三相电线上的零序电流以及电网中的零序电压 ； 检测单元， 被配置成基于零。
45、序 电压值来检测电网中的接地故障 ； 确定单元， 被配置成确定接地故障之前的零序电流与接 地故障期间的零序电流之间的差， 确定接地故障之前的零序电压与接地故障期间的零序电 压之间的差， 以及基于零序电流之间的差与零序电压之间的差之间的比率来确定中性导纳 或表示该中性导纳的量 ； 以及比较单元， 被配置成将所确定的中性导纳或表示该中性导纳 的量与预定工作特性相比较， 以检测三相电线上的相对地故障。 0139 例如， 可借助设置有合适软件的计算机或相应的数字信号处理设备实现根据实施 例中任一个的设备。 这样的计算机或数字信号处理设备优选地至少包括为算术运算提供存 储区域的工作存储器 (RAM)， 。
46、以及中央处理单元 (CPU)， 例如通用数字信号处理器。CPU 可 包括寄存器集、 算术逻辑单元、 和控制单元。控制单元由从 RAM 传送到 CPU 的程序指令的序 列来控制。控制单元可包括多个用于基本运算的微指令。微指令的实现可取决于 CPU 设计 而变化。可通过编程语言来对程序指令进行编码， 编程语言可以为高级编程语言， 例如 C、 Java等， 或低级编程语言， 例如机器语言、 或汇编语言。 计算机还可具有操作系统， 该操作系 统可为利用程序指令编写的计算机程序提供系统服务。 实现本发明的计算机或其它设备还 优选地包括 ： 用于接收例如测量数据和 / 或控制数据的合适的输入装置， 因此该。
47、输入装置 实现了例如电流量和电压量的监控 ； 以及用于输出例如故障警报和 / 或控制数据的输出装 置， 故障警报和 / 或控制数据例如用于控制保护设备， 例如开关、 断路器和断路开关。还可 能的是， 使用专用集成电路和 / 或用于实现根据实施例中的任一个的功能性的分立组件和 装置。 0140 能够在诸如各种保护继电器或类似装置的现有系统元件中实现本发明， 或通过以 集中方式或分布方式使用单独的专用元件或装置来实现本发明。当前用于电力系统的保 护装置， 例如保护继电器， 通常包括能够在根据本发明实施例的功能中采用的处理器和存 储器。因此， 例如在现有保护装置中为实现本发明实施例所需的所有修改和配。
48、置可被执行 为软件例程， 该软件例程可被实现为增加的软件例程或更新的软件例程。如果通过软件实 现本发明的功能， 则可将这样的软件提供为包括计算机程序代码的计算机程序产品， 当该 计算机程序代码在计算机上运行时， 使计算机或相应装置执行如上所述的根据本发明的功 能。这样的计算机程序代码可存储在或一般具体化在诸如合适存储器 ( 例如闪存或盘式存 储器 ) 的计算机可读介质上， 计算机程序代码可从该计算机可读介质被加载到执行程序代 码的一个或多个单元中。另外， 例如可经由合适的数据网络将实现本发明的这样的计算机 程序代码加载到执行该计算机程序代码的一个或多个单元中， 并且实现本发明的这样的计 算机程序代码可替换或更新可能现有的程序代码。 0141 本领域技术人员能够想到的是， 随着技术进步， 可以各种方式来实现该发明构思。 本发明及其实施例不限于以上描述的示例， 而是可在权利要求的范围之内变化。 说 明 书 CN 102224427 A CN 10。