用于检测低压三相网络中故障的方法和系统技术方案

一种用于检测低压三相网络中的故障的方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
用于检测低压三相网络中故障的方法和系统


[0001]本专利技术涉及用于检测低压三相网络中的故障的方法和系统。

技术介绍

[0002]设置在电线上的方向过电流保护(或系统)由两个组件组成：过电流组件和方向组件。这两个组件联合操作，以确定在线路上流动的电流幅度(过电流组件)和电流方向(方向组件)。
[0003]当电流流向预设方向且其幅度在特定持续时间内超过预设阈值时，方向过电流保护会激活设置在线路上的开关或断路设备(例如断路器、隔离开关)。开关或断路设备是自动操作的电气开关，被布置为保护电路免受由来自过载或短路的过电流引起的损坏。当断路器接收到来自方向过电流设备的触发命令时，因为已经检测到故障，它中断线路上流动的电流。
[0004]在方向过电流设备中，过电流组件以本身已知的方式确定电流幅度，而方向组件使用电流和参考电压之间的相角的演变(evolution)来确定电流的方向。
[0005]已知有不同的电压用作参考电压，例如正交相对相电压(U
BC
对I
A
、U
CA
对I
B
、U
AB
对I
C
，其中A、B和C表示三相系统的三个相，U
xy
表示X相和Y相之间的电压)，或诸如正序(V1对I1，其中V1和I1分别是正序电压和电流)、负序(V2对I2)和零序(V0对I0)的序列分量。
[0006]参考电压，也称为电压极化信号，可以被旋转以适当地对准方向过电流设备的正向和反向区域。这个旋转角被称为特征角，也称为最大扭矩角(maximum torque angle，MTA)。
[0007]在三相网络中，已知两种不同的方向过电流设备，用于检测相对相故障的相位方向(phase directional)过电流保护(ANSI 67)和用于检测单相故障(相对地故障和相对中性点(neutral)故障)的接地方向过电流保护(ANSI67N或67G)。
[0008]ANSI 67方向过电流保护使用正交相对相电压作为参考电压，而零序电压由ANSI 67N或ANSI 67G保护使用。
[0009]根据设计，存在ANSI 67保护不能总是高效检测单相故障的方向的一些情况，出于同样的原因，ANSI 67N或ANSI 67G保护不能高效检测相对相故障的方向。
[0010]方向过电流设备对于保证多源网络中的选择性是必要的，例如在通过并联设置的多个变压器供电的情况下，或者在将生产系统连接到网络(联合发电)的情况下。
[0011]具体地，在低压网络应用朝向需要多个并行源(光伏系统、电池、配电网)或分布式能源(Distributed Energy Resource，DER)集成的多源系统、智能电网和微电网演变的背景下，方向过电流设备越来越被视为基本的战略组件。事实上，方向过电流设备能够通过断路器仅识别和断开网络的故障馈线，而没有任何方向性标准的基本过电流保护将在故障的情况下同时断开所有电源，从而导致停电。方向过电流设备允许更好地定位故障，从而仅隔离受故障影响的网络部分。
[0012]大部分高、中压(HV、MV)应用都有相对相、相对地方向过电流保护以检测故障方向
(正向或反向)，如上述ANSI 67、ANSI 67N保护。上述方向过电流设备需要电流和电压测量以及电压和电流之间相角关系的测量，以确定故障方向。
[0013]相反，低压断路器单元现在很少配备电压测量系统，并且处理能力有限。已经研究了基于电流的方向算法来确定故障方向，但是它们表现出有限的性能。
[0014]因此，目前在低压系统中没有通用的方向保护。
[0015]此外，值得指出的是，中压应用中使用的相位方向过电流保护ANSI 67在某些故障下不稳定。
[0016]为了激活ANSI 67保护，使用了两个标准，分别基于电流的幅度和电流的方向。分析是对三个相独立进行的。
[0017]为了确定每相电流的方向，ANSI 67保护使用所考虑相的电流和参考电压之间的角度(相差)。最常用的基准电压是正交相对相电压。例如，A相电流的参考电压是U
BC
电压。在A相出现故障的情况下，A相的电压会降低，无法再使用，但U
BC
电压有足够的幅度来精确测量其相位。同样的技术也适用于其他B相和C相。
[0018]图1是ANSI 67保护2的电路方案，其被设置为控制连接到三相网络母线6的馈线4。具体地，在图1中，示出了两个ANSI 67保护2a、2b，每个保护分别代表用于正向和反向保护的保护，如这里所解释的。ANSI 67保护2可以被定向为通过在朝向馈线4的方向发生过电流的情况下激活断路器来执行馈线(或正向)保护，或者通过在朝向三相网络的母线6的方向发生过电流的情况下激活断路器来执行母线(或反向)保护。
[0019]图2是示出ANSI 67设备如何确定三相网络中一相电流的方向的示意图。即使使用不同的极化电压，也可以将相同的逻辑应用于其他三相。
[0020]在平面上，参考电压矢量，例如U
BC
矢量，代表三相系统的B相和C相之间的参考电压U
BC
。在参考电压矢量U
BC
上施加特征角α，例如45
°
，并且获得第一线8，该线通常被称为最大扭矩角(Maximum Torque Angle，“MTA”)。然后，画出垂直线10，该垂直线10限定了对应于电流的线路/正向方向的第一区域12和对应于电流的母线/反向方向的第二区域14。
[0021]代表在第一区域12或第二区域14中的A相中流动的电流的电流矢量I
A
的位置指示了故障相对于A相的方向。
[0022]内部圆圈16代表电流必须超过以便检测故障的电流阈值I
S
。
[0023]在一些电阻性或不平衡的相对相故障的情况下，上述公开的过程不能检测故障方向。在ANSI 67保护中，如果三个相的电流水平超过阈值I
S
，并且检测到两个电流方向正确，而检测到第三个电流方向相反，则可能生成断路器的不合时宜的触发，以及相关的选择性问题。
[0024]中压应用中使用的补救解决方案是应用“三选二”规则，即仅当至少两相中的电流水平超过阈值I
S
，并且相应的电流流动在相同方向上时，ANSI 67保护才验证断路器的触发。
[0025]因此，“三选二”规则的应用对于保证保护的稳定性是必要的。
[0026]但是，应用此规则意味着无法检测到单个相对中性点故障或相对地故障。
[0027]具体地，如果该规则应用于低压应用，方向过电流保护对其中只有一个电流水平超过阈值I
S
的单相故障(相对中性点或相对地)不敏感。这些故障是低压应用中最常见的故障。
[0028]在中压应用中，通过ANSI 67N保护，执行特定保护以检测单相故障。
[0029]然而，不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测低压三相网络中的故障的方法，包括以下步骤：
‑
对于预定持续时间，检查(100)所述三相网络的三相(A、B、C)中的任何一相是否满足第一条件；
‑
如果至少两个相满足所述第一条件，则通过检查至少两个相中的电流水平是否超过阈值以及对应的电流流动是否在相同方向上来检测(102)相间故障；
‑
如果所述三相(A、B、C)中只有一相满足上述第一条件，对于已经满足所述第一条件的所述相，检查(104)是否满足第二条件，并且在肯定的情况下，检测单相故障。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一条件包括对于预定时间间隔检查：
‑
所述相(A、B、C)中的所述电流的幅度超过预设值；
‑
所述相(A、B、C)中的所述电流的方向是预设方向。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第二条件包括检查是否满足以下等式：3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第二条件包括检查是否满足以下等式：3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第二条件包括检查是否满足以下等式：其中，Ma、Mb、Mc是指所述三相网络的相应的相(A、B、C)，信号V
AN
、V
BN
和V
CN
是相对中性点电压，Ms是预设值。4.根据权利要求3的方法，其中Ms介于在0和1之间。5.根据权利要求2所述的方法，其中为了确定所述电流的所述方向，使用所述电流和参考电压之间的相角的演变。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述参考电压是正交相对相电压。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括检查(106)所述网络的中性点是否可接入，并且在肯定的情况下，生成(108)报警信号(38)。8.一种相位方向过电流系统，包括被布置成执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的控制单元。9.根据权利要求8所述的相位方向过电流系统，其中，所述控制单元被布置成：
‑
为每个相应的相(A，B，C)确定代表电流幅度和方向的三个输入信号(67a，67b...

【专利技术属性】
技术研发人员：D科贝特，P阿利伯特，TTH范阿利伯特，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：