CN109155518B - 用于定位电网中的接地故障的***和方法 - Google Patents
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Abstract
在由电源馈电的多相电网中，通过与电网同步的供电电源定位接地故障(460)，该供电电源连接在电网的零点和地之间。在故障电流补偿模式(420)下，控制单元控制交流电压源以将电网中的任何接地故障电流补偿到低于阈值水平的值。在故障检测模式(430)下，控制单元针对幅度和/或相位角(440)逐渐调节交流电压源的输出电压。在交流电压源和故障位置之间的零序电流和零序导纳的改变通过至少一个检测器测量(450)。至少一个检测器通信地连接至控制单元并向控制单元报告记录的表示零序电流和/或零序导纳的测量值。在故障检测模式下，控制单元基于表示零序电流和/或零序导纳的改变的所述测量值中的至少一个定位接地故障(460)，在此基础上，受影响的分支断开连接(470)或者***切换到故障补偿模式(420)。
Description
技术领域
本发明总体上涉及用于补偿多相电网中的接地故障电流的解决方案。具体地，本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于定位接地故障的***和对应的方法。本发明还涉及一种计算机程序和处理器可读的介质。
背景技术
现今，存在技术方案来快速地且完全地补偿在高压电网中接地故障时的故障电流。例如，申请人设计了一种***，该***可在不影响出故障的装置部件所进行的电力传输的情况下消除小于60密耳的任何错误电流。这种快速的干预当然是有利的，原因是显著地降低间接损失(例如短路、燃烧和/或人员受伤)的风险。
WO 2014/021773公开了一种解决方案，其中可控的接地转换器布置成对具有电源变压器的交流电压供电网络接地故障时残留的操作电流进行补偿。接地变压器的初级绕组耦接到电网，接地变压器的次级线圈耦接在电网的零点和地之间，接地变压器包括两个或更多个绕组耦接件和控制单元，控制单元通过绕组耦接件使用相对于电源变压器的电压信号的幅度和相位角来控制接地变压器的次级电压。
之前已知的技术的问题
非常快速的干预的一个缺点是定位实际故障位置的可能性严重受限。由于调节原因，通常需要可能的故障电流可快速地减小到零或接近零，仍然没有可用于定位导致错误电流的故障位置的方法。例如，故障电流应该不超过阈值，该阈值通常明显小于在施加电源电压以检测可能的错误的情况下出现的电流。因此延后定位的风险是导致火花形成，进而可导致例如森林火灾。因此，采用到目前为止已知的方法，不能以安全的方式确定错误实际上是否是瞬时的(如同架空线网络中通常出现的情况)或者错误是否是永久性质的。
发明内容
因此，本发明的目的在于解决上面提到的问题，因此提供一种定位多相电网中的任何接地故障的手段，同时通过以可靠的且快速的方式解决故障电流的消除而满足电流要求。
根据本发明的一方面，实现最初描述的***的目标，***包括布置在电网中并通信地连接至控制单元的至少一个检测器。至少一个检测器能够记录表示零序电流和零序导纳的测量值。在故障检测模式下，控制单元配置成针对幅度和/或相位角逐渐调节来自交流电压源的输出电压，使得在交流电压源和故障位置之间改变的零序电流和零序导纳中的一个可通过至少一个检测器测量。至少一个检测器进而配置成向控制单元施加记录的表示零序电流和/或零序导纳的测量值。在故障检测模式下，控制单元进一步配置成至少基于表示零序电流和/或零序导纳的改变的测量值检测接地故障。
该***是有利的，原因是它能够找到故障位置，而不存在超过故障位置处的最大电流的风险。如下是不成问题的：允许控制单元调节交流电压源的电压，使得在故障检测模式下其输出电流小于某个阈值，例如0.5A。该电流是在对森林或草地火灾特别敏感的澳大利亚地区接地故障的延后定位的极限。
根据本发明的这个方面的一个优选实施例，控制单元配置成在故障检测模式之后切换到故障补偿模式。因此，通过出故障的装置部件的电力传输可继续进行，一直到已确定故障位置的精确位置且已开发修复故障所需的资源。
根据本发明的这个方面的另一优选实施例，在故障检测模式下，控制单元配置成控制交流电压源向电网输出交流电压，该交流电压与电网电压叠加且逐渐改变，该交流电压的频率不同于电网的频率。这便于通过至少一个检测器检测接地故障。
在控制单元配置成控制交流电压源输出交流电压，该交流电压具有特定叠加信号图形的情况下，以及在至少一个检测器配置成检测该特定信号图形的情况下，尤其是优选的。因此，甚至可更有效地检测和定位一些类型的接地故障。
根据本发明的另一方面，实现上面描述的方法的目标，其中将通过布置在电网中的至少一个检测器并在故障检测模式下记录表示零序电流和零序导纳的测量值。针对幅度和/或相位角逐渐调节来自交流电压源的输出电压，使得在交流电压源和故障之间的零序电流和零序导纳的改变能够使用至少一个检测器测量。基于表示零序电流和/或零序导纳的改变的测量值中的一个，检测可能的接地故障。通过该方法以及其优选实施例实现的优点从上面关于提出的***的讨论中显而易见。
根据本发明的进一步的方面，通过软件程序实现该目标，软件程序可加载到至少一个处理器的存储器中，其中计算机程序包括软件，软件用于当计算机程序在至少一个处理器中运行时执行上面提出的方法。
根据本发明的另一方面，通过处理器可读的介质实现该目标，该介质中存储有程序，程序配置成当程序加载到至少一个处理器中时，使得至少一个处理器执行上面提出的方法。
本发明的进一步的优点、有利特征和应用将从下面的描述和从属权利要求中显而易见。
附图说明
现在，将通过实施例更详细地说明本发明，实施例参照附图通过示例的方式示出。
图1示出了用于共振接地的第一个现有技术解决方案。
图2示出了第二个现有技术残留电流补偿的解决方案。
图3示出了根据本发明的一个实施例的用于定位接地故障的单线图。
图4通过流程图示出了根据本发明的实施例的方法。
具体实施方式
首先，参照图1，图1示出了用于多相电网中所谓的共振接地的第一个提到的已知的解决方案。图1示出了电网关于其对称的组件的转换。这里，电网包括电源110，电源110给电网、源阻抗Z+、Z-和Z0、还有电网中的有效负载ZL供应驱动电压E。
如果以单相接地的形式发生接地故障，则可通过连接在零点N和地E之间的零点反应器120减小故障电流。零点反应器120是可变电感L，可变电感L形成与电网的电容漏电流3C0并联的共振电路。一方面，有效负载ZL的传递必须限制到正序和负序***，即限制在故障之间；另一方面，零点反应器120必须能够匹配在操作期间在电网中发生的变化的漏电流。
在绝大部分现存的电网中，考虑到用于将电力传输限制到正序和负序的基本前提。现今，共振接地是现存的高压配电网络的主要***。
在单相着地时电流限制的即时效应是自封闭的光弧覆盖，光弧覆盖是架空线网络中最经常发生的错误。因此，零点反应器120还称为熄灭线圈或者在发明家沃尔德玛·彼得森之后称为消弧线圈。
在接地故障时，零点反应器120补偿电容漏电流。电阻漏电流保持不受到补偿，电阻漏电流通常表示总的接地故障电流的5-10％。
随着越来越多的架空线网络被地埋电缆替代，电网的电容漏电流通常增加。这还增加了电网的电阻漏电流。结果，未补偿的电阻残留电流也增加，进而风险在于使自熄灭功能暴露于电网的仍然包括架空线网络的那部分中。出于安全原因，这当然是不可接受的。
图2示出了用于残留电流补偿的第二个现有技术解决方案，它是图1的结构的进一步发展。为了清楚起见，在此省略了现在调谐的并行的共振电路3C0//L。
与图1类似，图2示出了来自电源210的驱动电压E、源阻抗Z+、Z-和Z0、有效负载ZL。另外，包括残留电流补偿装置220，残留电流补偿装置220进而包括与电网同步的源电压(-)E，源电压(-)E在电网的零点和地之间注入补偿电流，该补偿电流等于残留电流，但是相位相对于残留电流的相位角扭曲180°。残留电流补偿装置220的源电压(-)E与电网的阻抗电流R0/3之和并行。然后，如上面提到的，已知的解决方案不允许在残留电流补偿期间定位故障位置同时满足最大电流强度的调节要求，本发明旨在解决该问题。
图3示出了根据本发明的一个实施例的用于定位多相电网中的接地故障的单线图。
一般来说，提出的方法假设一旦检测到错误并根据上面参照图2的描述补偿接地故障电流，则假设的故障位置的电压/电流逐渐增加，同时在电网中测量合适的参数。在该故障检测模式下，使用相同的交流电压源，该交流电压源用于在故障电流补偿模式下残留电流的补偿。
更具体地，在故障检测模式下，通过用于残留电流补偿的电源(-)E使故障定位信号叠加。故障位置处的电流和电压之间的关系通过最初未知的故障阻抗和故障电路的源阻抗一起确定。为了确保从定位信号产生的电流不超过给定的极限，定位信号的电压逐渐增加，一直到通过特别适配的检测器确定故障位置，可选地，一直到达到最大电压，以先发生者为准。
在图3中，多相电网由电源310馈电。根据本发明提出的***包括与电网同步的交流电压源380，交流电压源380连接在电网的零点N和地E之间。
***还包括控制单元370，控制单元370能够在故障电流补偿模式下控制交流电压源380以将共振接地的电网中的任何接地故障电流ΔI补偿到低于阈值水平的值。进一步地，三相测量变压器340连接到控制器370，该三相测量变压器340配置成测量零序电压3U0，以确定电网中是否存在接地故障。
***进一步包括至少一个检测器，在此用351、352、35N、361、362和36N举例说明，该检测器布置在电网中并通信地连接至控制单元370。至少一个检测器351、352、35N、361、362和/或36N进一步配置成记录表示零序电流和零序导纳的测量值YOL1P、YOL1D、YOL2P、YOL2D、YOLNP和YOLND，使得这些参数可报告给控制单元370。
在目前的残留电流补偿期间，可自动地或者响应于到达控制单元370的命令激活故障检测模式，该命令由电网的操作者生成。
在故障检测模式下，控制单元370配置成针对幅度和/或相位角逐渐调节来自交流电压源380的输出电压UP，使得在交流电压源370和可能的故障位置之间的零序电流和/或零序导纳改变。
检测器351、352、35N、361、362和/或36N中的至少一个记录表示零序电流和/或零序导纳的测量值YOL1P、YOL1D、YOL2P、YOL2D、YOLNP和YOLND，并向控制单元370传输这些测量值YOL1P、YOL1D、YOL2P、YOL2D、YOLNP和YOLND。
在故障检测模式下，控制单元370配置成基于来自至少一个检测器351、352、35N、361、362和/或36N的、表示零序电流和/或零序导纳的测量值YOL1P、YOL1D、YOL2P、YOL2D、YOLNP和YOLND中的至少一个定位接地故障GF。同时，通过测量零点反应器330的接地390的电流，控制器370核实电流的变化ΔI未超过最大可允许的水平。
优选地，控制单元370配置成如果接地故障GF已定位，则在故障检测模式结束之后切换到故障补偿模式。可选地，关联的分支导体线路例如图3中的LN可与电源310断开连接。在图3中示出了电流选择器321、322和32N，电流选择器321、322和32N布置在相应的线路L1、L2、和LN上，并可通过控制单元370基于控制信号CtrlSW独立地控制。
如果未检测到接地故障，则优选地，控制单元370配置成使交流电压源380断开连接。
根据本发明的优选实施例，在故障检测模式下，控制单元370配置成控制交流电压源380向电网输出交流电压，该交流电压(i)与电网电压叠加且(ii)逐渐改变，(iii)该交流电压的频率不同于电网的频率。因此，通过至少一个检测器351、352、35N、361、362和/或36N方便信号的检测。
尤其优选的是，无论控制单元370配置成控制交流电压源380向电网输出交流电压，该交流电压具有叠加信号图形，至少一个检测器351、352、35N、361、362和/或36N特别配置成检测该叠加信号图形。
在控制单元370配置成例如通过在处理器中运行计算机程序，以完成自动的方式运行上面描述的过程的情况下，通常是优选的。因此，有利地，控制单元370包括存储装置375，存储装置375存储包括软件的计算机程序，软件用于当程序在处理器中运行时执行该过程。
简而言之，参照图4的流程图，现在将描述提出的发明的方法的实施例。
在第一步骤410中，检查是否应用故障电流补偿模式。如果情况不是这样，则过程循环并在步骤410处停止。如果在步骤410中检测到接地故障，则接着发生步骤420，在步骤420中对接地故障电流进行补偿，使得接地故障电流低于阈值。然后接着发生步骤430。
在步骤430中，核实是否激活故障检测模式。如果情况不是这样，则过程循环回到步骤420，继续补偿接地故障电流。如果在步骤430发现激活了故障检测模式，则激活优选地彼此并行的步骤440和450。
在步骤440中，控制交流电压源以针对幅度和相位角逐渐调节来自交流电压源的输出电压，使得在交流电压源和故障位置之间产生的零序电流和零序导纳改变。
在步骤450，通过安装在电网中的特别适配的检测器测量交流电压源和故障位置之间的零序电流和/或零序导纳。
在步骤440之后，接着发生步骤480，在步骤480中核实来自交流电压源的输出电压UP是否小于或等于最大允许值UPmax。如果是这样，则过程行进到步骤460，否则接着发生步骤490。
在步骤450之后，接着发生步骤460，在步骤460中研究是否通过步骤450中的测量值检测到接地故障。如果是这样，则接着发生步骤470，否则循环往回行进到步骤440和450，继续进行故障定位。
在步骤470，核实受到接地故障影响的线路分支是否应该断开连接，如果是这样，则发生受影响的线路分支的断开连接，过程行进到步骤410。否则，过程返回到步骤420。
在步骤490，使交流电压源断开连接。然后，过程返回到步骤410。
上面描述的步骤以及参照图4描述的任何随机序列可通过编程的处理器控制。另外，虽然上面参照附图描述的本发明的实施例包括计算机和计算机实现的处理，但是本发明特别扩展到载体上或载体中，该载体适于实际实现本发明。程序可处于源代码、目标代码、表示源代码和目标代码之间的中间过程的代码的形式、处于部分编译的形式、或者处于适于在实现本发明时使用的任何其它形式。载体可以是能够携带程序的任何实体或装置。例如，载体可包括存储介质例如闪存、ROM(只读存储器)例如CD(光盘)或半导体ROM、EPROM(电可编程ROM)、EEPROM(可擦除EPROM)、或者磁性可记录的介质例如软盘或硬盘。另外，载体可以是超载载体，例如电信号或光信号，电信号或光信号可穿过电缆或光缆或者通过无线电或通过其它手段穿行。当程序由可直接通过线缆或者其它装置或构件引导的信号构成时，载体可以是这种线缆、装置或构件。可选地，载体可以是集成电路，程序嵌入在集成电路中，其中集成电路适于执行或者用于执行相关的处理。
本发明不限于参照附图描述的实施例，而是可在所附的权利要求的范围内自由地改变。
术语“包括/包含”在本文中使用时，该术语理解成指的是特定特征、整数、步骤或组件的存在。然而，该术语不排除一个或多个额外的特征、整数、步骤或组件或者它们的组的存在或增加。
Claims (7)
1.一种用于定位由电源(310)供电的多相电网中的接地故障的***，所述***包括：
交流电压源(380)，与所述电网同步并且被连接在电网的零点(N)和地(E)之间；以及
控制单元(370)，配置成在故障电流补偿模式下控制所述交流电压源(380)以将电力网络中的任何接地故障电流补偿到低于阈值水平的值，
其特征在于，
所述***包括布置在所述电网中并通信地连接至所述控制单元(370)的至少一个检测器(351、352、35N、361、362、36N)，所述至少一个检测器(351、352、35N、361、362、36N)配置成记录表示零序电流和零序导纳的测量值，
当处于故障检测模式时，所述控制单元(370)配置成针对幅度和/或相位角逐渐调节来自所述交流电压源(310)的电压，使得所述交流电压源(370)和定位点之间的零序电流和零序导纳的改变能够通过所述至少一个检测器(351、352、35N、361、362、36N)测量，
所述至少一个检测器(351、352、35N、361、362、36N)配置成向所述控制单元(370)施加记录的表示零序电流和/或零序导纳的测量值，以及
在所述故障检测模式下，所述控制单元(370)配置成基于表示零序电流和/或零序导纳的改变的所述测量值中的至少一个来定位接地故障，
其中，所述控制单元(370)配置成在所述故障检测模式之后切换到所述故障补偿模式。
2.根据权利要求1所述的***，其中，在所述故障检测模式下，所述控制单元(370)配置成控制所述交流电压源(380)向所述电网输出交流电压，所述交流电压与电网电压叠加且逐渐改变，并且所述交流电压的频率不同于所述电网的频率。
3.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中，所述控制单元(370)配置成控制所述交流电压源(380)向电网输出具有叠加信号图形的交流电压，所述至少一个检测器(351、352、35N、361、362、36N)配置成检测所述叠加信号图形。
4.一种定位由电源(310)馈电的多相电网中的接地故障的方法，所述电源(310)使用与电网同步的交流电压源(380)，所述交流电压源(380)连接在电网的零点(N)和地(E)之间，所述方法包括：
在故障电流补偿模式下，通过所述交流电压源(380)控制以将电网中的任何接地故障电流补偿到低于阈值水平的值，
其特征在于，所述方法进一步包括：
使用布置在电网中的至少一个检测器(351、352、35N、361、362、36N)记录表示零序电流和零序导纳的测量值，并且在故障检测模式下：
针对幅度和/或相位角逐渐调节所述交流电压源(370)的输出电压，使得所述交流电压源(370)和故障位置之间的零序电流和零序导纳的改变能够通过所述至少一个检测器(351、352、35N、361、362、36N)测量；以及
基于表示零序电流和/或零序导纳的改变的所述测量值中的至少一个定位接地故障，
其中，所述方法包括在所述故障检测模式之后切换到所述故障补偿模式。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述故障检测模式下，控制所述交流电压源(380)向电网输出交流电压，所述交流电压与电网电压叠加且逐渐改变，所述交流电压的频率不同于电网的频率。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的方法，包括：
控制所述交流电压源(380)向电网输出具有叠加信号图形的交流电压；以及
通过所述至少一个检测器(351、352、35N、361、362、36N)检测所述叠加信号图形。
7.一种处理器可读的介质(375)，所述介质(375)中存储有程序，其中，所述程序布置成当所述程序加载到至少一个处理器中时，使得所述至少一个处理器执行根据权利要求4至6中任一项所述的方法。
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