專利名稱:能進(jìn)行故障電阻補(bǔ)償?shù)睦^電保護(hù)裝置的制作方法
本發(fā)明總的涉及繼電保護(hù)裝置，特別是涉及改進(jìn)的遠(yuǎn)程保護(hù)裝置，它能對故障電阻及供電系統(tǒng)工作條件的相互影響進(jìn)行較正。
必須對三相交流電力傳輸線及發(fā)電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，以防止絕緣故障及此后的短路或并聯(lián)電阻下降，它們可能使電力系統(tǒng)崩潰并使重大而昂貴的設(shè)備損壞。比如，傳輸線到地、或者兩個(gè)鄰近傳輸線導(dǎo)體間雷電感應(yīng)的正弧就會造成這種故障情況。在這種故障條件下，線電流可增加到其正常值的幾倍，使發(fā)電機(jī)組的損耗也同步增長、并損害或毀壞傳輸線及所聯(lián)的設(shè)備。為防止設(shè)備損壞及整個(gè)電力系統(tǒng)癱瘓，必須在短時(shí)間內(nèi)，比如0.1到0.5秒，把主傳輸線上的故障裝置從電力網(wǎng)上隔離出來。隔離時(shí)間的極限應(yīng)允許能切斷高達(dá)80，000A的大電路斷路器動(dòng)作，并且，若這些主保護(hù)設(shè)備失效的話，應(yīng)能完成備用操作。為了有足夠的時(shí)間把線路切斷，必須在大約8到20ms內(nèi)確定故障位置。連續(xù)監(jiān)測電力系統(tǒng)的交流電壓和電流的保護(hù)繼電器的功能就是要進(jìn)行線路故障定位，并使適當(dāng)?shù)木€路斷路器跳閘來進(jìn)行故障隔離。
遠(yuǎn)距繼電器是一種被實(shí)用工業(yè)用來保護(hù)電力系統(tǒng)的保護(hù)繼電器。大體上說，遠(yuǎn)距繼電器在傳輸線的一端測量供電系統(tǒng)的電壓和電流，以確定繼電器保護(hù)區(qū)以內(nèi)或以外是否存在故障。遠(yuǎn)距繼電器根據(jù)在該線路端點(diǎn)所測得的電壓和電流。用計(jì)算線路阻抗的方法來確定到故障的距離。對傳輸線保護(hù)段的遠(yuǎn)端發(fā)生的故障，保護(hù)繼電器在本端或稱測量端所看的阻抗是V/I＝Z，其中，Z是線路阻抗。對于線路保護(hù)段的內(nèi)部故障，V/I＜Z，對保護(hù)段外的故障，V/I＞Z。因?yàn)閆與保護(hù)繼電器到故障點(diǎn)之間的線路長度成正比，所以它也是故障距離的量度。計(jì)算線路阻抗，可確定到故障的距離。若故障是在保護(hù)線路段之內(nèi)，保護(hù)繼電器就使適當(dāng)?shù)木€路斷路器跳閘。
由于對保護(hù)繼電器處的電壓和電流有作用的各種供電系統(tǒng)現(xiàn)象的影響，阻抗計(jì)算的不精確會造成遠(yuǎn)距保護(hù)繼電器的誤動(dòng)作。比如，若故障發(fā)生在保護(hù)線路段以外，但保護(hù)繼電器的阻抗計(jì)算卻指出故障在保護(hù)線路段以內(nèi)，線路斷路器跳閘了，而故障并未排除。這就是遠(yuǎn)距保護(hù)繼電器的動(dòng)作延長(overreaching)的例子。在另一些情況下，保護(hù)繼電器也可能縮短動(dòng)作(underreach)，即，沒有檢測出位于保護(hù)線路段以內(nèi)的故障。造成延長動(dòng)作或縮短動(dòng)作的一個(gè)原因，是沒有考慮在故障線路中的殘余電流;另一因素是沒有考慮到并行的無故障電路中的殘余電流，它通過磁耦合到被保護(hù)電路中。為克服這些問題，保護(hù)繼電器必須補(bǔ)償在被保護(hù)線路中的殘余電流(殘余補(bǔ)償)及無故障并行線路中的殘余電流(互感補(bǔ)償)。
造成延長動(dòng)作和縮短動(dòng)作的另一原因，是故障電阻與故障發(fā)生前的負(fù)荷流有關(guān)的供電系統(tǒng)工作條件間的相互作用。在正常(無故障)工作條件下，遠(yuǎn)距繼電器測量的阻抗與傳輸線的阻抗不同，因?yàn)樗矞y量了負(fù)載阻抗。并且這種測量也受傳輸母線遠(yuǎn)端以外也向該負(fù)載供電的其它電力源作用的影響。若發(fā)生的是全短路故障(故障導(dǎo)體之間或之中是零阻抗)，繼電器測得的只是從繼電器所在位置到故障點(diǎn)的線路阻抗。但若故障不是全短路，故障阻抗(以復(fù)相量)加到線路阻抗上。對實(shí)際故障，故障路徑本身主要是電阻性的，在故障距離測量中(它會加重線路導(dǎo)體的感抗)，也不一定會產(chǎn)生嚴(yán)重的誤差。
在傳輸線的兩端都加上電源時(shí)就產(chǎn)生了問題，而超高壓(EHV)輸電網(wǎng)通常都是這種情況。若故障具有零阻抗，傳輸線兩端的電源獨(dú)立給故障點(diǎn)送電，從遠(yuǎn)端饋送的故障電流，對當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)距繼電器沒有影響。但在故障路經(jīng)具有明顯阻抗的情況下，故障點(diǎn)就將產(chǎn)生與從兩個(gè)電源饋送來的總電流有關(guān)的電壓降。因而，遠(yuǎn)端的電流饋送會改變當(dāng)?shù)乩^電器所測量的阻抗。
若遠(yuǎn)端饋送的電流與當(dāng)?shù)氐碾娏魍啵收想娮枭系碾妷航狄葲]有遠(yuǎn)端電流時(shí)大。因此故障呈現(xiàn)給本地繼電器的電阻要比實(shí)際值大。若斷路器的跳閘主要是根據(jù)電抗，則電阻值的加大不一定會造成錯(cuò)誤動(dòng)作。
若在故障之前，負(fù)載在被保護(hù)的傳輸線內(nèi)浮動(dòng)。在兩端的電源就會有相位差，該相位差與負(fù)荷量及電源和線阻抗成比例。該相位差要維持到故障的早期階段。遠(yuǎn)程饋送電流的相位差故障電阻上電壓降產(chǎn)生相位移。這使故障路徑阻抗呈現(xiàn)電抗分量，即使故障中實(shí)際上沒有電抗也是如此。反過來，這個(gè)電抗造成當(dāng)?shù)乩^電器故障定位的嚴(yán)重誤差。繼電器根據(jù)當(dāng)?shù)仉娫措娏魇浅斑€是滯后于遠(yuǎn)端饋送電流而產(chǎn)生延長動(dòng)作或縮短動(dòng)作。定位誤差直接隨相位差及故障路徑的實(shí)際電阻成正比增加。
載在IEF proceedings，124卷第4期，1977年4月號上，由A.T.Johns及A.A.El-Alaily寫的題為“具有改進(jìn)的高阻接地故障范圍的新型遠(yuǎn)距保護(hù)裝置”中，闡述了一種新的遠(yuǎn)距控制或保護(hù)繼電器，可改善高阻接地故障的保護(hù)操作。該文所述的保護(hù)繼電器開始用比較法比較從保護(hù)線路段的電壓、電流和阻抗導(dǎo)出的三個(gè)信號。該保護(hù)繼電器的邊界特性隨正相序線路阻抗的相角自動(dòng)調(diào)正。對三個(gè)導(dǎo)出信號進(jìn)行比較，并在由該三個(gè)導(dǎo)出信號導(dǎo)出的三個(gè)算術(shù)量均落在邊界特性界限以內(nèi)時(shí)，才啟動(dòng)跳閘動(dòng)作。
本發(fā)明的主要目的是要提供一種保護(hù)性繼電器裝置，它通過對故障阻抗的測量，對上述問題作了較好解決，因而能更好地估計(jì)沿傳輸線上的故障位置。
為此目的，本發(fā)明是屬于保護(hù)性繼電器裝置，該裝置可位于電力網(wǎng)傳輸線的線段本地端，該網(wǎng)包括本地和遠(yuǎn)端電力源，它們分別處于所述傳輸線路段的本端和遠(yuǎn)端并提供與之有關(guān)的負(fù)荷流條件，所述繼電器裝置的工作就是對沿所述傳輸線上的故障作出響應(yīng)，它通過測量對應(yīng)于與所述傳輸線段本端有關(guān)的故障的視在阻抗、并產(chǎn)生相應(yīng)的信號表示用以確定故障在傳輸線上的位置，該視在阻抗的測量常常由于該傳輸線路段的負(fù)荷條件與故障的相互作用而產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤分量，而該故障本身對傳輸線故障阻抗實(shí)際上只提供一個(gè)電阻，該錯(cuò)誤分量將造成錯(cuò)誤的故障定位，該保護(hù)繼電器裝置包括產(chǎn)生能指示傳輸線段的負(fù)荷流條件的第一信號α的第一裝置;作為所述產(chǎn)生的第一信號的函數(shù)，產(chǎn)生表示所述錯(cuò)誤分量的第二信號φ的第二裝置;作為所述第二信號、所述傳輸線路段規(guī)定的阻抗特性和所述視在故障阻抗信號的函數(shù)，對所述視在故障阻抗信號進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难b置，以產(chǎn)生一補(bǔ)償?shù)墓收献杩剐盘?，從而提供的故障阻抗測量可更好地估計(jì)故障在傳輸線上的位置。
從下面的舉例說明并結(jié)合相應(yīng)的附圖可以更好地理解本發(fā)明。這些圖中，圖1是能夠體現(xiàn)本發(fā)明的概念的電力傳輸系統(tǒng)的說明圖。
圖2是說明與本發(fā)明密切相關(guān)的補(bǔ)償技術(shù)的電阻/電抗平面(復(fù)平面)圖。
圖3是電力傳輸系統(tǒng)的說明圖，它包括了適于體現(xiàn)本發(fā)明補(bǔ)償概念的保護(hù)繼電器的功能塊圖。
圖4是適于用在圖3所示實(shí)施例中的微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的方框圖，圖5是對圖4的微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的中央處理器進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償技術(shù)的一種軟件流程圖。
圖6是對圖4的中央處理器的另一種編程方法的軟件流程圖，可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功能。
保護(hù)繼電器位于電力網(wǎng)中傳輸線的一個(gè)線路段的本地端，該網(wǎng)包括本地和遠(yuǎn)程電力源，它們分別處于傳輸線段的各端并提供有關(guān)的負(fù)荷流條件。續(xù)電保護(hù)裝置可對傳輸線上的故障作出響應(yīng)，測量與傳輸線段本端有關(guān)的故障所對應(yīng)的視在阻抗，并產(chǎn)生一個(gè)信號表示用以確定故障在傳輸線上的位置。視在阻抗的測量可能包括一錯(cuò)誤分量，它是由傳輸線段的負(fù)荷流條件與對傳輸線故障阻抗提供電阻分量的故障互相作用造成的該錯(cuò)誤分量會造成錯(cuò)誤的故障定位。
根據(jù)本發(fā)明的原理，繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生第一個(gè)信號表示傳輸線段的負(fù)荷流條件，該第一信號用以產(chǎn)生表示錯(cuò)誤分量的第二信號。繼電器保護(hù)裝置按第二信號、傳輸線段的規(guī)定阻抗特性和視在故障阻抗信號的函數(shù)來對視在阻抗信號進(jìn)行補(bǔ)償，以提供故障阻抗測量，可更好地確定故障在傳輸線上的位置。
在一個(gè)實(shí)施例中，繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生一個(gè)表示本地和遠(yuǎn)端電力源間的轉(zhuǎn)矩角的信號，作為負(fù)荷流條件的度量。作為轉(zhuǎn)矩角信號C的函數(shù)，可產(chǎn)生表示視在故障阻抗測量的錯(cuò)誤電抗分量的信號φ。更準(zhǔn)確地說，信號φ可根據(jù)下述表達(dá)式導(dǎo)出φ＝kα其中K可按下述表達(dá)式求出k= (ZSL+rZline)/(Zline)這里Zline＝線路段的阻抗值ZSL＝本地電力源的阻抗值γ＝表示故障電流分配的系數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，γ的值可由繼電保護(hù)裝置調(diào)到相應(yīng)于傳輸線段的區(qū)-1范圍。在另一實(shí)施例中，γ的值可按下述表達(dá)式調(diào)整γ＝Xa/Xline，其中Xa＝視在阻抗測量的電抗分量值，Xime＝傳輸線段的電抗值。
視在阻抗信號可按下式進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男纬晒收想娍剐盘朮f
Xf＝Xa+M(Ra-Xactgθ)Sinθ其中θ＝傳輸線段阻抗的相角分量，Ra、Xa＝視在阻抗信號的各電阻和電抗分量，M可由下式導(dǎo)出M＝ (Sinθ)/(Sin(φ+θ))此外，繼電保護(hù)裝置可補(bǔ)償視在阻抗信號，并根據(jù)下式產(chǎn)生一補(bǔ)償?shù)木€路段故障電阻信號R1R1＝Xactgθ+M(Ra-Xactgθ)cosθ。
圖1是一電力線路傳輸系統(tǒng)8的示意圖，它包括保護(hù)繼電器10，該繼電器反映了本發(fā)明的特點(diǎn)。電力線路傳輸系統(tǒng)8包括在本端的交流電源12，該電源具有源阻抗ZSL，用塊14表示，它例如產(chǎn)生50Hz或60Hz的交流電源信號。交流電源12耦合到本地母線16。電力線路傳輸系統(tǒng)8還包括交流源30，它在傳輸線的遠(yuǎn)端，其源阻抗ZSR由塊28表示。交流源30耦合到遠(yuǎn)端母線26。被保護(hù)的傳輸線段22經(jīng)斷路器20連到本地母線16，在遠(yuǎn)端經(jīng)斷路器24接到遠(yuǎn)端母線26。電流互感器18位于被保護(hù)線段22，它在本端測量傳輸線段22的電流，并產(chǎn)生信號IL表示線路電流。電壓互感器32測量傳輸線段22本端的電壓并產(chǎn)生信號VL來表示它。
再看圖1，假定在被保護(hù)線路段22的F處發(fā)生了高阻抗故障。并假定恰恰在故障發(fā)生前，線路段22上具有大的負(fù)載電流，且交流源12和30之間有相角差α。同時(shí)，也假定故障電流If包括有不同相的本地及遠(yuǎn)端電流進(jìn)給。其方向?yàn)閺谋Ｗo(hù)的線路段22通過故障電阻(R′f)34到地。在這些條件下，正如上述背景材料所述，到故障電阻34的遠(yuǎn)端電流的相位差引入了故障路徑阻抗的視在電抗分量，它可使保護(hù)繼電器10在確定故障位置時(shí)產(chǎn)生大的誤差。更準(zhǔn)確地說，由于它們各自的電力源12和30的相位差而不同相的故障進(jìn)給電流分量IFL和IFR，就造成故障電阻34上的電壓降VF與被保護(hù)線路段22經(jīng)一端的電壓不同相，其結(jié)果使保護(hù)繼電器10在測量視在阻抗時(shí)引入虛假的視在電抗成分。假若在遠(yuǎn)端也有一個(gè)同樣的保護(hù)繼電裝置，它也要受到同樣的虛假視在電抗成分的影響。
現(xiàn)在參看圖2的電阻/電抗正交軸圖，被保護(hù)線路段22的線路阻抗的軌跡用與電阻軸R成角度θ的直實(shí)線來表示。相角θ是一常數(shù)，它由線路線導(dǎo)體的電氣特性決定。故障用被保護(hù)線路段22的線阻抗軌跡上的點(diǎn)F來表示。在圖2中，從保護(hù)繼電裝置10來看的視在阻抗畫在點(diǎn)(Ra，Xa)。注意，視在阻抗在電阻方向和電抗方向都偏離了故障點(diǎn)F。電抗誤差的方向取決于交流源12與30間的相角差α的符號，并使保護(hù)繼電裝置10在故障定位中或者延長動(dòng)作或者縮短動(dòng)作，達(dá)不到正確的距離點(diǎn)。在圖2的舉例中，故障所呈現(xiàn)的位置比實(shí)際要近，會造成延長動(dòng)作。任何根據(jù)視在阻抗的后故障(post-fault)定位估計(jì)也是不精確的。
圖2也說明了從本端到故障點(diǎn)的保護(hù)線路段22的電阻R1和電抗Xf;該點(diǎn)用(R1，Xf)表示，它表示沿傳輸線路段22的實(shí)際故障位置。被保護(hù)線路段22的電抗Xf加故障電阻Xf在圖2上用點(diǎn)(Rf，Xf)來表示。特別是電抗值Xf比Xa更能準(zhǔn)確地指示故障的實(shí)際位置。
利用圖2把視在阻抗(Ra，Xa)修正為更好的估值點(diǎn)(R1，Xf)的方法說明如下。為在故障條件下實(shí)現(xiàn)這種修正，表征電力系統(tǒng)工作條件的各種參數(shù)的計(jì)算應(yīng)在故障之前完成。這些參數(shù)的計(jì)算可隨負(fù)荷條件的變化周期性地更新。首先，計(jì)算本地和遠(yuǎn)端間的轉(zhuǎn)矩角α，作為線路段22負(fù)荷流條件的度量。然后用信號VL、信號IL及存貯的線路阻抗｜E｜ejθ的值計(jì)算遠(yuǎn)端的母線電壓。遠(yuǎn)端母線電壓等于本端電壓VL減去電流IL通過線路阻抗Z所產(chǎn)生的電壓降。轉(zhuǎn)矩角α可從本端和遠(yuǎn)端母線電壓信號中導(dǎo)出。此后，可用方法φ＝kα，作為轉(zhuǎn)矩角α的函數(shù)，計(jì)算相位表示值φ，它引入了虛假的電抗分量，這里k可以是固定的或者變化的值，確定方法將在下面詳細(xì)說明。此外，后面的計(jì)算將要用到的系數(shù)M可由下式導(dǎo)出M＝ (Sinθ)/(Sin(θ+φ)) (1)其中，θ是上述保護(hù)線路段22的相角。
在故障發(fā)生時(shí)，通過保護(hù)繼電裝置10，可常規(guī)地得到從保護(hù)繼電裝置10到故障的視在電抗Xa′和電阻Ra′?？捎迷S多熟知的方法來完成這種計(jì)算。并且，可利用常規(guī)技術(shù)，對視在電抗和電阻值進(jìn)行補(bǔ)償，消除流過故障相線導(dǎo)體的殘余電流波動(dòng)以及在附近無故障導(dǎo)體中電流的互感作用的影響，從而產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)囊曉谥礨a和Ra。補(bǔ)償?shù)囊曉陔娍怪礨a作用于圖2線阻抗軌跡上的點(diǎn)(Rf1，Xf1)，使Xa＝Xf1，Rf1＝Xactgθ。下一步，沿線阻抗軌跡從點(diǎn)(Rf1，Xf1)到故障點(diǎn)(R1，Xf)的距離D可用下述正弦定律導(dǎo)出D＝(R1，Xf)-(Rf1，Xf1)＝((Ra-Rf1)Sinφ)/(Sin(180°-φ-θ)) (2)((Ra-Rf1)Sinφ)/(Sin(φ+θ)) (3)而在圖2的相量圖中，給出了上述方程中各種角和點(diǎn)。
通過直角三角形T1的弦D的大小，可以求出Xf(到故障點(diǎn)的線路電抗)，R1(到故障點(diǎn)的線電阻)及Rf(保護(hù)線路段22到故障點(diǎn)的電阻R1加故障電阻R′f)。用圖2的相量圖中的直角三角形T1導(dǎo)出的量Xf和R1來計(jì)算故障位置的方程如下
Xf＝Xf1+Dcos(90°-θ) (4)＝Xf1+DSinθ (5)R1＝Rf1+DSin(90°-θ); (6)＝Rf1+Dcosθ; (7)由于故障電阻Ra-Rf1是固定的，則Rf-R1＝Ra-Rf1(8)Rf＝Ra+(R1-Rf1)， (9)或Rf＝Ra+Dcosθ (10)圖3給出電力線路傳輸系統(tǒng)8的說明，它包括圖1的保護(hù)繼電裝置10實(shí)施例的功能方塊圖，和所有三個(gè)相線導(dǎo)體。圖3中與圖1具有同樣參考字符的元件，在結(jié)構(gòu)和功能上相仿。為便利起見，本地母線16，遠(yuǎn)端母線26，及源電阻14及28在圖3中沒畫出，但假定它們是存在的。
保護(hù)繼電裝置10可以包括一乘積功能塊36，以實(shí)現(xiàn)相導(dǎo)線A的電流信號IL與線路阻抗相乘。乘積功能塊36產(chǎn)生信號VR，它表示被保護(hù)線路段22遠(yuǎn)端與相A有關(guān)的電壓。電壓信號VL和VR可輸入到比較功能塊38，以確定交流源12和30間的轉(zhuǎn)矩角α。此外，信號VL和IL可加到傳輸?shù)倪h(yuǎn)距繼電功能塊39，以便利用常規(guī)技術(shù)，分別得到補(bǔ)償?shù)囊曉陔娮韬碗娍怪礡a和Xa。表示轉(zhuǎn)矩角信號α及信號Ra和Xa可輸入到功能塊40，它可以是微處理機(jī)為基礎(chǔ)的裝置，用以實(shí)現(xiàn)圖2所述的故障電阻校正功能。功能塊40產(chǎn)生校正的信號R1及Xf，正如結(jié)合圖2所說明的，這些信號R1及Xf表征了在判定故障位置是否在傳輸線段22內(nèi)的改進(jìn)的估值參量。這種判定可由跳閘功能塊42來完成，它可只根據(jù)校正過的電抗信號Xf或者根據(jù)已校正的電阻(R1)和電抗(Xf)信號值二者，用常規(guī)的遠(yuǎn)距繼電功能來進(jìn)行判定。若跳閘功能42確定故障是在被保護(hù)線路段22以內(nèi)，就激勵(lì)跳閘線圈44使斷路器20跳閘。
圖3還畫出了電流互感器46，它產(chǎn)生相導(dǎo)線B中的電流信號，和電壓互感器48，它產(chǎn)生的信號表示相導(dǎo)線B到地的電壓。一個(gè)類似于保護(hù)繼電裝置10的保護(hù)繼電裝置(未畫出)可對這兩個(gè)信號作出響應(yīng)，以檢測相導(dǎo)線B上的故障。同樣，也畫出了電流互感器50，它產(chǎn)生的信號表示相導(dǎo)線C上的電流，和電壓互感器52，它產(chǎn)生的電壓表示從相導(dǎo)線C到地的電壓。一個(gè)類似于保護(hù)繼電裝置10的保護(hù)繼電裝置(未畫出)對這兩個(gè)信號作出響應(yīng)，以檢測相導(dǎo)線C上的故障。圖3中也沒有畫出從三相電路互感器組18，46及50的其余(和)電路到保護(hù)繼電裝置10的輸入。這些輸入通常用在遠(yuǎn)距離測量及延伸校正電路或類似裝置中，以便按照熟知的方法來補(bǔ)償?shù)孛婢嚯x測量中的，延伸誤差。同樣，圖3沒有畫出對并行傳輸線感性耦合到被保護(hù)線路22的殘余電路的遠(yuǎn)距測量及延伸校正電路的輸入。上述電路是常用的、在技術(shù)上已為人熟知，不構(gòu)成本發(fā)明的一部分。
功能塊40可用數(shù)字計(jì)算機(jī)裝置，或更確切地說，由微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。圖4是能實(shí)現(xiàn)上述塊40功能的微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)54的方框圖。準(zhǔn)確說，微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)40可包括下述常規(guī)部件中失處理器(CPU)56，只讀存貯器(ROM)58，隨機(jī)存取存貯器(RAM)60及輸入/輸出接口62。工作中，CPU56通過地址總線與ROM58，RAM60及輸入/輸出接口62進(jìn)行通訊。通過控制線，(在圖4中用單實(shí)線表示)CPU56控制ROM58，RAM60及輸入/輸出接口62的工作。數(shù)據(jù)在連接CPU56，ROM58，RAM60及輸入/輸出接口62的雙向數(shù)據(jù)總線上傳輸。輸入/輸出接口62可對信號包括信號Ra，Xa，及轉(zhuǎn)矩角α作出響應(yīng)。正如結(jié)合圖3所討論的，裝置40，通過輸出/輸入接口62提供信號R1及Xf到圖4所示的跳閘功能塊42。一定時(shí)電路64向CPU56提供適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)信號。
圖5所示的上述補(bǔ)償技術(shù)的軟件流程圖，可用于編寫可實(shí)現(xiàn)的指令程序或微計(jì)算系統(tǒng)54使用的程序。補(bǔ)償流程圖從起始點(diǎn)66進(jìn)入。在步驟68，可按后面所述的方法計(jì)算常數(shù)K。在步驟70，可得出線路兩端間的轉(zhuǎn)矩角α，在步驟72，K與α相乘產(chǎn)生相量φ。在步驟74，可用上述方程(1)計(jì)算M，在判定框76，可確定是否存在故障。若故障存在，可在步驟78通過補(bǔ)償繼續(xù)進(jìn)行處理。若故障存在，處理返回到步驟68，重新計(jì)算常數(shù)K。
若在判定框76確認(rèn)有故障，在步驟78，可按圖3實(shí)施例中所述的方法很容易地得到補(bǔ)償?shù)囊曉谧杩?Xa，Ra)。在步驟80，可用上述方程(3)及(5)計(jì)算出故障相導(dǎo)線的電抗Xf。進(jìn)到步驟82時(shí)，出故障相導(dǎo)線的電阻R1可用前述方程(3)及(7)計(jì)算出來。在步驟84，Xf及R1的值經(jīng)輸入/輸出接口62傳送到跳閘功能塊42，以確定故障是出在線路段22的內(nèi)部或者外部。
圖5的軟件流程圖的討論只是為了說明的目的，但絕不限于這一種?？梢杂杵?，人們可以構(gòu)思本發(fā)明的其它實(shí)現(xiàn)方法，其中，只是進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闹噶钗恢门c所示的流程圖不同。這些其它實(shí)現(xiàn)方法也符合如下面權(quán)項(xiàng)所申明的本發(fā)明的精神和范圍。這種新穎的補(bǔ)償技術(shù)也可用于傳統(tǒng)的硬件電路技術(shù)或者軟硬件設(shè)計(jì)的組合來實(shí)現(xiàn)。
常數(shù)k是一設(shè)定常數(shù)，它按照方程φ＝kα，給出了電抗誤差相角φ與故障前線路轉(zhuǎn)矩角α之間的關(guān)系。由于φ依賴于源的相角差及從交流源12及30到故障點(diǎn)的阻抗，K的設(shè)定是根據(jù)源阻抗14及28的正常值(通常是其最小值)來進(jìn)行的。下述設(shè)定方程可用于區(qū)-1遠(yuǎn)距繼電器在本端設(shè)定kk=[ (ZSL+Zline+ZSR)/(Zline) ][ (ZSL+rZline)/(ZSL+Zline+ZSR) ](11)
k= (ZSL+rZline)/(Zline)在遠(yuǎn)端k=[ (ZSL+Zline+ZSR)/(Zline) ][ (ZSR+rZline)/(ZSL+Zline+ZSR) ]。(12)k= (ZSR+rZline)/(Zline)其中;γ≈0.9，相應(yīng)于被保護(hù)線路的區(qū)-1復(fù)蓋Zline＝從本端母線16到遠(yuǎn)端母線26的阻抗。
ZSL＝本地源阻抗ZSR＝遠(yuǎn)端源阻抗上述方程(11)及(12)中方括號的第一個(gè)因子把線路轉(zhuǎn)矩角α變?yōu)樵聪嘟遣?。?個(gè)因子訂正使得故障電流分配余數(shù)調(diào)到一特定安裝中區(qū)1末端(end-of-zone-I)故障的情況。在高阻故障之前為重負(fù)荷電流且若故障電流的大部分是由遠(yuǎn)端源30提供的情況下，在本端會產(chǎn)生大的視在電抗誤差。若大部分故障電流是由本端源12提供的，所產(chǎn)生的電抗誤差就小。確定k的上述方程(11)及(12)以及補(bǔ)償技術(shù)可以正確地處理這些不同情況。
如上所述，補(bǔ)償技術(shù)也可以用于對被保護(hù)線路段22上故障定位的后故障估值(post-faultestimation)。作為這種應(yīng)用的一個(gè)具體例子，可把圖5的流圖改成如圖6所示，這里，k值的設(shè)定不固定，不是圖5中的固定值γ≈0.9，而是在故障發(fā)生后，用方程γ＝Xa/Xline求出的可變γ值。這種改變可使補(bǔ)償技術(shù)依實(shí)際故障位置而達(dá)到最佳化，而不是用區(qū)1端點(diǎn)的情況，它是防護(hù)制定的臨界情況。為得到改進(jìn)的故障定位估值，若補(bǔ)償?shù)木€路端點(diǎn)到故障的電抗Xf與初始視在電抗Xa有較大差別，則K可用從方程γ＝X′f/Xline得到新γ值重新計(jì)算，這里X′f是Xf的第一次估值。然后可以計(jì)算更精確的第二估值Xf。多次計(jì)算的迭代可得到更精確的估值Xf。然而相信只要兩次這類迭代就足夠了。
注意，若電力裝置的斷電或切換動(dòng)作使任一端(圖1的14或28)的源阻抗上升到其假定的最小值以上，則這里所述的補(bǔ)償方法將進(jìn)行比正常要小的補(bǔ)償-對系統(tǒng)條件變化作保守的或比較安全的響應(yīng)。若在故障發(fā)生時(shí)能提供源設(shè)備狀態(tài)及總合源阻抗的數(shù)據(jù)，繼電補(bǔ)償或故障定位還可進(jìn)一步改善。這些阻抗值可用來調(diào)節(jié)k。確定源阻抗方法的一個(gè)例子是在故障瞬間測量故障相線的電壓及電流變化△V及△I。這樣本地源阻抗為
ZSL＝△V/△I (13)且k也作相應(yīng)的修正。
上述本發(fā)明的說明強(qiáng)調(diào)使用了單相到地故障的校正方法，這是最通常的一類。但是，該技術(shù)也可同樣地用于校正相間距離(phase disfance)中繼器，它利用多相電流及電壓信號的組合來確定相到相、兩相到地以及三相故障的位置。在這些情況下，從不同相的源對故障電弧的不同電流進(jìn)給產(chǎn)生的弧電壓呈現(xiàn)一視在電弧電抗，它對繼電器準(zhǔn)確動(dòng)作的影響也好上述。可用完全相同的方式確定并進(jìn)行對它的修正。
附圖中所用參考號的標(biāo)識表注解說明 參考號 圖號保護(hù)繼電裝置 10 1斷路器 20 1斷路器 20 3斷路器 24 1斷路器 24 3ZSR28 1相乘功能塊 36 3比較功能塊 38 3遠(yuǎn)距繼電保護(hù)功能塊 39 3實(shí)現(xiàn)修正功能塊 40 3跳閘功能塊 42 3跳閘線圈 44 3CPU 56 4ROM 58 4RAM 60 4輸入/輸出接口 62 4定時(shí)部件 64 4開始 66 5開始 66 6計(jì)算常數(shù)k 68 5依γ＝Xa/Xline計(jì)算k 68 6求得線路端點(diǎn)間的轉(zhuǎn)矩角(α) 70 5
求線路端點(diǎn)間的轉(zhuǎn)矩角(α) 70 6φ＝kα 72 5φ＝kα 72 6M＝ (sinθ)/(sin(φ+θ)) 74 5M＝ (sinθ)/(sin(φ+θ)) 74 6故障 76 5故障 76 6求視在阻抗(Xa，Ra) 78 5求視在阻抗(Xa，Ra) 78 6Xf＝Xa+M(Ra-Xactgθ)sinθ 80 5Xf＝Xa+M(Ra-Xactgθ)sinθ 80 6R1＝Xactgθ+M(Ra-Xactgθ)cosθ 82 5R1＝Xactgθ+M(Ra-Xactgθ)cosθ 82 6把R1及Xf使遞到跳閘功能塊42 84 5把R1及Xf使送到跳閘功能塊42 84 權(quán)利要求
1.可以安裝在電力系統(tǒng)網(wǎng)的一傳輸線的一個(gè)線路段[圖1(22)]的本地端的繼電保護(hù)裝置，該電力網(wǎng)包括本地(12)和遠(yuǎn)端電力源(30)，它們分別處于所述傳輸線路段的本地端和遠(yuǎn)端并給出與之有關(guān)的負(fù)荷流條件，該保護(hù)裝置對沿所述傳輸線的故障[圖1，2(F)]作出響應(yīng)，測量與所述傳輸線段本端有關(guān)的故障所對應(yīng)的視在阻抗[圖2，(Ra，Xa)]，并產(chǎn)生[圖3，(39)]一個(gè)此后可用來確定故障沿該傳輸線位置的信號表示該視在阻抗的測量常常由于所述傳輸線段的負(fù)荷流條件與故障(它基本上只向傳輸線提供阻性阻抗)的相互作用而產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤分量，該錯(cuò)誤分量使得給出錯(cuò)誤的故障位置，該繼電保護(hù)裝置的特征是第一個(gè)裝置[圖3(18，32，36，38)]可產(chǎn)生第一個(gè)信號(α)，指示所述傳輸線段的負(fù)荷流情況；第二個(gè)裝置[圖3(40)]產(chǎn)生第二信號(φ)，作為所述產(chǎn)生的第一信號的函數(shù)，表示所述錯(cuò)誤分量。按所述第二信號、所述傳輸線段的規(guī)定阻抗特性(M)以及所述視在故障阻抗信號(Ra，Xa)的函數(shù)，對所述視在故障阻抗信號進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难b置，以產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)墓收献杩剐盘?R1，Xf)，由此提供的故障阻抗測量可以更好地確定故障沿傳輸線的位置。
2.如權(quán)項(xiàng)1所述的繼電保護(hù)裝置，其中的第一發(fā)生裝置中包括裝置(38)，它導(dǎo)出表示本地與遠(yuǎn)端電力源間的轉(zhuǎn)矩角的信號，作為負(fù)荷流條件的度量。
3.如權(quán)項(xiàng)1或2所述的繼電保護(hù)裝置，其第一發(fā)生裝置包括在其本地端測量線路段的電流(IL)和電壓(VL)以及產(chǎn)生其信號表示的裝置(18，32);作為產(chǎn)生的本地電流信號及線路段的規(guī)定阻抗值(Z)的函數(shù)，導(dǎo)出線路段的遠(yuǎn)端電壓信號(VR)的裝置;以及通過產(chǎn)生的本地電壓和導(dǎo)出的遠(yuǎn)端電壓信號，來導(dǎo)出表示它們之間的相角差信號(α這就是它們之間的轉(zhuǎn)矩角的度量)的裝置(38)。
4.如權(quán)項(xiàng)2所述的繼電保護(hù)裝置，其第二發(fā)生裝置包括裝置〔圖6.(72)〕，該裝置可從轉(zhuǎn)矩角信號α的函數(shù)，導(dǎo)出表示視在故障阻抗信號的錯(cuò)誤電抗分量的信號φ。
5.如權(quán)項(xiàng)4所述的繼電保護(hù)裝置，其中，導(dǎo)出表示錯(cuò)誤的電抗分量的信號φ的第二發(fā)生裝置，根據(jù)下述表達(dá)式操作φ＝kα其中k可由下式求出k= (ZSL+rZline)/(Zline)這里Zline是線路段的阻抗值，Zsl是本地電力源的阻抗值，γ是表征故障電流分配的系數(shù)。
6.如權(quán)項(xiàng)5所述的保護(hù)控制裝置，其中第二發(fā)生裝置包括有對應(yīng)于線路段的R-1范圍而設(shè)定γ值的裝置〔圖5(68)〕。
7.如權(quán)項(xiàng)5所述的繼電保護(hù)裝置，其中的第二發(fā)生裝置包括有根據(jù)下式調(diào)整γ值的裝置〔圖6(68′)〕。γ＝Xa/Xline其中Xa是視在阻抗測量的電抗分量值，Xline是線路段的電抗值。
8.如權(quán)項(xiàng)4，5或6所述的繼電保護(hù)裝置，其中的補(bǔ)償手段〔圖5，6(80)〕包括有按下式對視在阻抗信號進(jìn)行補(bǔ)償以產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)碾娍剐盘朮f的裝置Xf＝Xa+M(Ra-Xactgθ)Sinθ，其中，θ是線路段阻抗的相角分量，Ra及Xa分別是視在阻抗信號的電阻及電抗分量，而M可由下式導(dǎo)出M＝ (Sinθ)/(Sin(φ+θ)) 。
9.根據(jù)權(quán)項(xiàng)4的繼電保護(hù)裝置，其中的補(bǔ)償裝置包括有這種裝置它用下式對視在阻抗信號進(jìn)行補(bǔ)償，并產(chǎn)生一補(bǔ)償?shù)木€路段故障電阻信號R1R1＝Xactgθ+M(Ra-Xactgθ)cosθ，這里θ是線路段阻抗的相角分量，Ra及Xa分別是視在阻抗信號的電阻及電抗分量，而M可由下式求出M＝ (Sinθ)/(Sin(φ+θ)) 。
專利摘要
一種能補(bǔ)償故障阻抗測量并更好確定傳輸線故障位置的繼電保護(hù)裝置。在傳輸線兩端分別有本地和遠(yuǎn)端電力源的電力網(wǎng)中，繼電保護(hù)裝置在本地端測量故障阻抗，但電力源負(fù)荷條件與基本是電阻的故障相作用，產(chǎn)生錯(cuò)誤分量，造成錯(cuò)誤的故障定位。本裝置產(chǎn)生一信號φ作為錯(cuò)誤分量的量度，并按該信號和傳輸線的阻抗特性及故障阻抗測值的函數(shù)，補(bǔ)償故障阻抗，得到補(bǔ)償?shù)墓收献杩埂?br>文檔編號H02H7/26GK86101390SQ86101390
公開日1986年12月17日 申請日期1986年3月6日
發(fā)明者塔里克·阿夫拉姆·尤德倫 申請人:西屋電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan