專(zhuān)利名稱(chēng)：接地方向繼電器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及接地方向繼電器系統(tǒng)，尤其涉及一種保護(hù)電力傳輸系統(tǒng)以防止高阻抗接地故障的繼電器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如在“電子技術(shù)研究學(xué)會(huì)報(bào)告”的1981年37-1卷，第49、50和54頁(yè)所述，通過(guò)零相序電流和零相序電壓之間的相位關(guān)系來(lái)一般地探測(cè)高阻抗接地故障，其全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
這種類(lèi)型的接地方向繼電器具有正向接地定向探測(cè)元件和反向接地定向探測(cè)元件。該接地方向繼電器設(shè)定零相序電壓V0作為參考，并且如果零相序電流I0延遲-V0，判定存在正向接地故障，以及如果零相序電流I0超前-V0，判定存在負(fù)向接地故障。
圖21示出上述典型接地方向繼電器的特征實(shí)例。在圖21中，“θ”代表該接地方向繼電器的最大靈敏度角。
圖22和23示出使用具有如圖21所示特性的接地方向繼電器(尤其是可以探測(cè)正向故障的接地故障正向探測(cè)元件21)的輸出來(lái)跳閘電路斷路器的邏輯時(shí)序電路的實(shí)例。圖22示出當(dāng)跳閘本地電路斷路器時(shí)的情況。為了確認(rèn)操作，如圖22所示的邏輯時(shí)序具有計(jì)時(shí)器12(延遲計(jì)時(shí)器)以延遲接地故障正向探測(cè)元件21的工作輸出。由此，可以使用接地方向繼電器作為備用繼電器。標(biāo)號(hào)“13”代表用于相A、B和C的跳閘命令輸出信號(hào)。
圖23示出當(dāng)啟動(dòng)接地故障正向探測(cè)元件21并收到允許信號(hào)時(shí)進(jìn)行快速跳閘的邏輯時(shí)序電路的另一個(gè)實(shí)例。在圖23中，通過(guò)允許信號(hào)接收單元14接收允許信號(hào)，并且通過(guò)“與”門(mén)電路36來(lái)接收單元14的輸出和計(jì)時(shí)器12的輸出。送出“與”門(mén)電路36的輸出作為用于每個(gè)相13的跳閘命令輸出信號(hào)。借助允許信號(hào)發(fā)送單元18發(fā)送計(jì)時(shí)器12的輸出到遠(yuǎn)端。
當(dāng)使用如圖22或23所示的接地方向繼電器用于跳閘時(shí)，用于操作確認(rèn)的延遲計(jì)時(shí)器12的設(shè)置時(shí)間設(shè)置為零秒。當(dāng)使用接地方向繼電器作為備用繼電器時(shí)，延遲計(jì)時(shí)器12的設(shè)置時(shí)間被典型地設(shè)置為幾百毫秒到幾秒。
如上所述的接地方向繼電器利用零相序電流I0和零相序電壓V0。即使在高阻抗接地故障下也可以判定故障方向，但不可以判定故障相。但是，因?yàn)樵诟咦杩菇拥毓收舷鹿收想娏骱苄?，同時(shí)跳閘包括正常相和故障相的所有相將比讓故障繼續(xù)更為嚴(yán)峻地影響整個(gè)電力系統(tǒng)。由此，當(dāng)對(duì)于高阻抗接地故障跳閘電路斷路器時(shí)，僅應(yīng)該跳閘故障相。此外，當(dāng)接地電阻非常高時(shí)，零相序電壓V0可能非常小，并且不能判定故障方向。
發(fā)明概述由此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供一種改善的接地故障繼電器和一種改善的接地繼電器系統(tǒng)，即使在高阻抗接地故障也可以判定故障的方向，并且僅僅跳閘故障相。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種接地方向繼電器，其被設(shè)置為接收與來(lái)自將被保護(hù)的三相電力傳輸線(xiàn)的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值。該接地方向繼電器被設(shè)置為根據(jù)電數(shù)值判定在電力傳輸線(xiàn)中故障的方向。接地方向繼電器包括零相序電流計(jì)算單元，其被設(shè)置為根據(jù)從電力傳輸線(xiàn)探測(cè)到的電流計(jì)算零相序電流。接地方向繼電器還包括相比較單元，其配置為當(dāng)零相序電流的相在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，把零相序電流的相和任一相電壓的相進(jìn)行比較，以判定零相序電流的相是否在預(yù)定范圍內(nèi)，并輸出電壓相作為其中發(fā)生正向接地故障的電壓的故障相。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種接地方向繼電器系統(tǒng)，包括接地方向繼電器，其配置為根據(jù)與從將被保護(hù)的三相電力傳輸線(xiàn)探測(cè)到的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計(jì)算零相序電流和零相序電壓。該接地方向繼電器被設(shè)置為根據(jù)零相序電流和零相序電壓的相位關(guān)系判定在電力傳輸線(xiàn)中接地故障的方向。該系統(tǒng)還包括瞬時(shí)電流-變化繼電器，其配置為當(dāng)相電流以比預(yù)定速度更快的速度改變時(shí)啟動(dòng)該瞬時(shí)電流-變化繼電器。該系統(tǒng)還包括故障相判定單元，其配置為當(dāng)通過(guò)接地方向繼電器判定接地故障為正向故障時(shí)，判定對(duì)應(yīng)于啟動(dòng)的瞬時(shí)電流變化繼電器的相是其中發(fā)生故障的相。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種接地方向繼電器系統(tǒng)，包括第一接地方向繼電器，其配置為接收與來(lái)自將被保護(hù)的三相電力傳輸線(xiàn)的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值。該接地方向繼電器配置為根據(jù)多個(gè)電數(shù)值判定在電力傳輸線(xiàn)中故障的方向。接地方向繼電器包括零相序電流計(jì)算單元，其配置為根據(jù)從電力傳輸線(xiàn)探測(cè)到的電流計(jì)算零相序電流；和相比較單元，其配置為當(dāng)零相序電流在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，把零相序電流的相和對(duì)應(yīng)于在電力傳輸線(xiàn)中電壓的電壓相進(jìn)行比較，以判定零相序電流是否在預(yù)定范圍內(nèi)，并輸出電壓相作為其中發(fā)生正向接地故障的電壓故障相。該系統(tǒng)還包括第二接地方向繼電器，其配備為根據(jù)有關(guān)從三相電力傳輸線(xiàn)探測(cè)到的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計(jì)算零相序電流和零相序電壓。該接地方向繼電器配置為根據(jù)零相序電流和零相序電壓的相位關(guān)系判定在電力傳輸線(xiàn)中接地故障的方向。系統(tǒng)還包括故障相判定單元，其配置為當(dāng)?shù)诙拥胤较蚶^電器判定正向故障時(shí)，判定其中啟動(dòng)第一接地定向繼電器的相是故障相。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種接地方向繼電器系統(tǒng)，包括接地方向繼電器，其配置為根據(jù)與從將被保護(hù)的三相電力傳輸線(xiàn)探測(cè)到的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計(jì)算零相序電流和零相序電壓。該接地方向繼電器配置為根據(jù)零相序電流和零相序電壓的相位關(guān)系判定在電力傳輸線(xiàn)中接地故障的方向。該系統(tǒng)包括發(fā)送器和接收器和瞬時(shí)電流-變化繼電器，該發(fā)送器和該接收器配置為在本地端和遠(yuǎn)端之間交換信號(hào)，該瞬時(shí)電流變化繼電器配置為當(dāng)相電流以比預(yù)定速度更快的速度變化時(shí)啟動(dòng)該瞬時(shí)電流-變化繼電器。配置該系統(tǒng)當(dāng)從本地端的遠(yuǎn)端繼電器接收允許信號(hào)以輸出瞬時(shí)電流-變化繼電器的輸出相并向遠(yuǎn)端傳輸允許信號(hào)、如果自遠(yuǎn)端的繼電器接收到允許信號(hào)、并且如果接地方向繼電器沒(méi)有探測(cè)反向故障時(shí)，向本地端的瞬時(shí)變化繼電器的啟動(dòng)相輸出跳閘信號(hào)，并把允許信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合附圖的特定示例說(shuō)明性實(shí)施例的以下討論將變得明顯，其中

圖1是示出通常與按照本發(fā)明的各種實(shí)施例結(jié)合使用的保護(hù)繼電器系統(tǒng)的方框圖；圖2是示出按照本發(fā)明的接地方向繼電器的第一實(shí)施例的功能處理單元的方框圖；圖3是按照本發(fā)明接地方向繼電器的第一實(shí)施例的特性圖；圖4是示出與按照本發(fā)明的接地方向繼電器的各種實(shí)施例結(jié)合的用于產(chǎn)生跳閘命令信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的第一實(shí)例的方框圖；圖5是示出與按照本發(fā)明的接地方向繼電器的種個(gè)實(shí)施例結(jié)合的用于產(chǎn)生跳閘命令信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的第二實(shí)例的方框圖；圖6是按照本發(fā)明接地方向繼電器的第一實(shí)施例的修改例的特性圖；圖7是示出故障當(dāng)?shù)睾驮试S信號(hào)傳輸之間關(guān)系的示意圖；圖8是本發(fā)明第一實(shí)施例所需的反向探測(cè)接地方向繼電器的特性圖；圖9是示出按照本發(fā)明的接地方向繼電器的第二實(shí)施例的功能處理單元的方框圖；
圖10是按照本發(fā)明第二實(shí)施例的接地方向繼電器的特性圖；圖11是示出在本發(fā)明的第三實(shí)施例中用于產(chǎn)生正向故障相判定信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的方框圖；圖12是用在按照本發(fā)明第三實(shí)施例中的反向探測(cè)接地方向繼電器的特性圖；圖13是示出在按照本發(fā)明的第四實(shí)施例中用于產(chǎn)生正向故障相判定信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的方框圖；圖14是示出在按照本發(fā)明的第五實(shí)施例中用于產(chǎn)生正向故障相判定信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的方框圖；圖15是示出接地方向繼電器系統(tǒng)的第五實(shí)施例的效果的特性圖；圖16是示出在按照本發(fā)明的第六實(shí)施例中用于產(chǎn)生正向故障相判定信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的方框圖；圖17是示出用按照本發(fā)明的第六實(shí)施例難于處理的故障情況的示意圖；圖18是示出在按照本發(fā)明的第七實(shí)施例中用于產(chǎn)生跳閘命令輸出信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的方框圖；圖19是示出在按照本發(fā)明的第八實(shí)施例中用于產(chǎn)生跳閘命令輸出信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的方框圖；圖20是示出在按照本發(fā)明的第九實(shí)施例用于中產(chǎn)生跳閘命令輸出信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的方框圖；圖21是現(xiàn)有技術(shù)接地方向繼電器的特性圖；圖22是用于產(chǎn)生跳閘命令輸出信號(hào)的現(xiàn)有技術(shù)的邏輯時(shí)序電路的第一實(shí)例的方框圖；圖23是用于產(chǎn)生跳閘命令輸出信號(hào)的現(xiàn)有技術(shù)的邏輯時(shí)序電路的第二實(shí)例的方框圖。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明在以下的說(shuō)明和發(fā)明背景的上述說(shuō)明中，相同的參考標(biāo)號(hào)代表相同的元件，并可能省略多余的說(shuō)明。
圖1是示出保護(hù)繼電器系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)方框圖，該系統(tǒng)可應(yīng)用到以下說(shuō)明的本發(fā)明的接地故障保護(hù)繼電器系統(tǒng)的各種實(shí)施例。
參照?qǐng)D1，借助用于探測(cè)電壓的電力變壓器2和用于探測(cè)電流的變流器3，接地故障保護(hù)繼電器50連接到三相AC(交流)電力傳輸線(xiàn)1。繼電器50包括變壓器4-1和變流器4-2，它們分別把通過(guò)電力變壓器2探測(cè)的電壓輸出和通過(guò)變流器3探測(cè)的電流輸出轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)碾娖?，以便可以通過(guò)數(shù)字處理器9處理探測(cè)到的輸出。
變壓器4-1和變流器4-2還分別使繼電器50中的電路與電力變壓器2和變流器3電絕緣。
繼電器50還包括模擬濾波器5-1和5-2，分別用于從變壓器4-1和變流器4-2的輸出除去高頻成分。繼電器50還包括采樣儲(chǔ)存器(sample holder)6-1和6-2，它們分別周期性采樣模擬濾波器5-1和5-2的輸出并保存采樣數(shù)據(jù)。
繼電器50還包括多路復(fù)用器(MPX)7和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)8，該多路復(fù)用器7接收采樣儲(chǔ)存器6-1和6-2的輸出并按順序重新排列數(shù)據(jù)，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器8把多路復(fù)用器7的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。繼電器50還包括數(shù)字處理器9，例如微型計(jì)算機(jī)，其處理模數(shù)轉(zhuǎn)換器8的輸出。
圖2是按照本發(fā)明的接地方向繼電器的第一實(shí)施例的功能處理單元的方框圖?？梢允褂萌鐖D1所示的數(shù)字處理器9實(shí)現(xiàn)該接地方向繼電器。參照?qǐng)D2，接地方向繼電器整體地用10表示。繼電器10具有數(shù)字濾波器10-1，其從模數(shù)轉(zhuǎn)換器8接收電壓“V”和電流“I”的數(shù)字信號(hào)，并分別輸出“v”和“i”濾波的信號(hào)。
接地方向繼電器10一般還具有零相序電流計(jì)算單元10-2，其使用如下所示的等式(1)計(jì)算自電流“i”的零相序電流成分“3I0”，電流“i”是數(shù)字濾波器10-1的輸出3I0m＝iAm+iBm+iCm…(1)其中下標(biāo)“m”代表標(biāo)準(zhǔn)采樣時(shí)間。假定AC周期的每30度進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)。
接地方向繼電器10一般還具有相比較單元10-3，其把每個(gè)相VA、VB和VC的電壓相與從零相序電流計(jì)算單元10-2接收到的零相序電流I0進(jìn)行比較，并判定計(jì)算的結(jié)果是否在工作區(qū)內(nèi)。例如相比較單元10-3可以使用在如下公式(2)中I0和VA之間的相角的余弦I0m*VAm＝|I0|m|VA|mcosφ＝I0mVAm+I0(m-3)VA(m-3)≤|I0|m|VA|mcosθ …(2)其中“*”代表內(nèi)積運(yùn)算，“Φ”代表電壓和電流之間的相差，且“θ”代表一個(gè)設(shè)定值。例如可以通過(guò)以下等式計(jì)算|I0|和|VA||I0|m=I0m2+I0(m-3)2···(3)]]>|VA|m=VAm2+VA(m-3)2]]>可以同樣地實(shí)現(xiàn)零相電流I0和B相電壓VB之間的相比較與零相電流I0和C相電壓VC之間的相比較。
替換地，可以利用外積運(yùn)算替代如公式(2)所示的內(nèi)積運(yùn)算。
當(dāng)計(jì)算任一相以判定進(jìn)入如圖3所示的陰影區(qū)時(shí)，相比較單元10-3還輸出對(duì)應(yīng)的電壓相作為其中發(fā)生正相故障的相，這將以下詳細(xì)描述。如圖2所示的相比較單元10-3中“A”“B”和“C”每個(gè)代表用于輸出每個(gè)相的計(jì)算結(jié)果的輸出端。
參照?qǐng)D3的特性圖，假如由于故障阻抗是小得可忽略的金屬接觸引起的接地故障替代高阻抗接地故障，零相序電流I0將主要取決于Z＝j(luò)ωL+R的線(xiàn)阻抗成分；其中“j”是虛數(shù)單元，“ω”是角頻率，“L”是電抗，和“R”是阻抗。因?yàn)榕cωL相比R可以小得可忽略，零相序電流I0在故障相電壓之后延遲大約90度。
但是，在本發(fā)明對(duì)其有效的高阻抗接地故障中，與由于金屬接觸的接地故障相比，阻抗成分較大。由此，故障電壓和零相序電流I0的相將靠近到一起，并可以如上所述判定故障相。
作為替換地，正如本技術(shù)領(lǐng)域公知，可以利用線(xiàn)電壓用于極化電壓的計(jì)算替代在上述實(shí)施例中利用的每個(gè)相VA、VB和VC的電壓。在這種情況下，通過(guò)如下的等式(4)可以獲得對(duì)應(yīng)于(或等效于)相“A”的電壓的電壓VAV′Am＝αVAm-β(VBm-3-VCm-3) …(4)其中“α”和“β”是任意常數(shù)。
按照上述接地方向繼電器的第一實(shí)施例，可以探測(cè)高阻抗接地故障，其能夠通過(guò)常規(guī)技術(shù)探測(cè)。此外，通過(guò)接地方向繼電器的第一實(shí)施例可以判定故障相。
圖4和5是示出用于產(chǎn)生跳閘命令信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的不同實(shí)例的方框圖。這些邏輯時(shí)序電路不僅可以應(yīng)用到本發(fā)明的第一實(shí)施例，而且可以應(yīng)用到其它實(shí)施例。
圖4示出根據(jù)本地端自身產(chǎn)生跳閘命令信號(hào)的邏輯時(shí)序電路。用于定向接地元件10-A、10-B和10-C的每個(gè)相的輸出端連接到用于確認(rèn)的相應(yīng)計(jì)時(shí)器12。例如當(dāng)使用定向接地元件10-A、10-B和10C用于備用保護(hù)時(shí)，用于確認(rèn)計(jì)時(shí)器12的設(shè)置時(shí)間可以設(shè)置為幾百毫秒到幾秒。當(dāng)使用定向接地元件10-A、10-B和10-C用于瞬時(shí)跳閘時(shí)，用于確認(rèn)計(jì)時(shí)器12的設(shè)置時(shí)間可以設(shè)置為零，其意味著確認(rèn)計(jì)時(shí)器12短路。計(jì)時(shí)器12每個(gè)輸出用于本地電路斷路器每個(gè)相的跳閘命令輸出信號(hào)13。
圖5示出用于產(chǎn)生跳閘命令信號(hào)的另一個(gè)邏輯時(shí)序電路。該邏輯時(shí)序電路與用于交換相互允許信號(hào)的遠(yuǎn)端連通，以便當(dāng)判定跳閘時(shí)可以考慮遠(yuǎn)端的情況。允許信號(hào)接收單元14接收來(lái)自遠(yuǎn)端(未示出)的允許信號(hào)。通過(guò)“與”門(mén)16接收允許信號(hào)接收單元14的輸出和計(jì)時(shí)器12的輸出。如果當(dāng)接地方向元件10-A、10-B和10-C已被啟動(dòng)時(shí)，或者當(dāng)探測(cè)到正向接地故障時(shí)，從遠(yuǎn)端接收允許信號(hào)，本地端的相應(yīng)相的電路斷路器被允許跳閘。
“或”門(mén)電路17也接收計(jì)時(shí)器12的輸出。當(dāng)定向接地元件10-A、10-B和10-C其中至少一個(gè)在本地端的A、B或C的相中判定正向故障時(shí)，“或”門(mén)電路17輸出命令信號(hào)至允許信號(hào)發(fā)送單元18。接著，單元18向遠(yuǎn)端發(fā)送允許信號(hào)。
現(xiàn)在，將說(shuō)明第一實(shí)施例的功能修改的修改例。該修改例的功能方框圖與如圖2所示的第一實(shí)施例的功能方框圖相同。在該修改例中，與圖3所示的情況相比，如圖6所示在超前側(cè)到相電壓的工作區(qū)變窄(θ1＞θ2)。這是因?yàn)榱阆嘈螂娏鱅0將很少超前到相電壓VA。通過(guò)超前側(cè)工作區(qū)設(shè)置得較窄，可以把延遲側(cè)工作區(qū)設(shè)置得較寬。由此，可以加寬作為接地方向繼電器的探測(cè)工作區(qū)。
用于這種情況的計(jì)算方法與圖3所示的相似。例如如公式(5)所示使用外積-|I0|m|VA|msinθ2≤|I0|m|VA|msinφ＝I0mVA(m-3)+I0(m-3)VAm≤|I0|m|VA|msinθ1…(5)現(xiàn)在討論利用接地方向繼電器的該修改例用于探測(cè)反向故障的方法。
當(dāng)使用接地方向繼電器用于備用保護(hù)目的時(shí)，很少需要反向故障探測(cè)。但是，當(dāng)通過(guò)從遠(yuǎn)端發(fā)送的允許信號(hào)使用接地方向繼電器與用于保護(hù)繼電器的互連裝置結(jié)合用于跳閘時(shí)，需要反向故障探測(cè)。
圖7分別示出第一和第二變電所(substation)62和64各自的第一和第二接地方向繼電器52和54位置之間的關(guān)系實(shí)例和故障位置F。如圖7所示如果故障F發(fā)生在第二變電所64的反向，第一變電所62的第一繼電器52將探測(cè)它作為正向故障并向第二變電所64的第二繼電器54發(fā)送允許信號(hào)。假定第二變電所64具有接地方向繼電器和反向探測(cè)距離繼電器，并假定第一接地方向繼電器52的靈敏度高于在第二變電所端的反向距離繼電器的反向探測(cè)元件。如果在該情況下第二繼電器54不能探測(cè)反向故障，第二繼電器54可以根據(jù)自第一繼電器52的允許信號(hào)錯(cuò)誤地跳閘。如果當(dāng)本地端不能探測(cè)到故障時(shí)，從遠(yuǎn)端接收允許信號(hào)，該實(shí)施例的跳閘邏輯時(shí)序電路可以配置為產(chǎn)生允許信號(hào)。
因此，需要具有如用于正向故障探測(cè)的靈敏度水平的反向故障探測(cè)元件。
圖8是滿(mǎn)足上述需要的反向探測(cè)元件的特性圖。圖8示出作為實(shí)例的C相電壓反向工作區(qū)。通過(guò)使用“-VC”作為電壓進(jìn)行反向故障探測(cè)元件的計(jì)算。
按照上述第一實(shí)施例的修改例，通過(guò)利用反向故障探測(cè)元件和自遠(yuǎn)端發(fā)送的允許信號(hào)，即使在高阻抗接地故障的情況下，故障相被判定并在內(nèi)部故障中跳閘，而高阻抗故障相不能通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)探測(cè)。
圖9是示出按照本發(fā)明接地方向繼電器的第二實(shí)施例的功能處理單元的方框圖。第二實(shí)施例的接地方向繼電器11具有數(shù)字濾波器10-1、零相序電流計(jì)算單元10-2和相比較單元10-3，它們與如圖2所示第一實(shí)施例的接地方向繼電器10具有的相同。此外，接地方向繼電器11具有絕對(duì)值比較單元10-4，其可以接收零相序電流計(jì)算單元10-2的輸出并可以計(jì)算零相序電流的絕對(duì)值。接地方向繼電器11還具有正向故障判定單元10-5，其可以接收相比較單元10-3和絕對(duì)值比較單元10-4的輸出，并可以判定是否滿(mǎn)足“與”的條件。
絕對(duì)值比較單元10-4可以通過(guò)例如以下公式(6)判定零相序電流I0是否等于或大于IK的閾值|I0|m2=I0m2+I0(m-3)2≥Ik2···(6)]]>僅當(dāng)同時(shí)相比較單元10-3和絕對(duì)值比較單元10-4的工作條件同時(shí)成立時(shí)，正向故障判定單元10-5可以判定存在正向接地故障。
如圖10的陰影區(qū)所示，第二實(shí)施例的接地方向繼電器11的工作區(qū)示出條件零相時(shí)序電流I0的絕對(duì)值等于或大于IK的設(shè)置值并且與相電壓相比它的相在某些區(qū)內(nèi)。
如上所述的第二實(shí)施例的接地方向繼電器可以對(duì)輸入錯(cuò)誤不靈敏并可以選擇對(duì)于高阻抗故障的故障相。
參照?qǐng)D11和12描述了按照本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖11是示出在第三實(shí)施例中用于產(chǎn)生正向故障相判定信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的方框圖。瞬時(shí)電流-變化元件19-A、19-B和19-C可以探測(cè)電流中的變化。瞬時(shí)電流-變化元件19-A、19-B和19-C是靈敏的并可以探測(cè)其中發(fā)生高阻抗故障的相。瞬時(shí)電流-變化元件19-A、19-B和19-C通過(guò)在基本采樣點(diǎn)(m)的電流Im的絕對(duì)值和在采樣點(diǎn)(m-12)電流Im-12的絕對(duì)值之間的差值探測(cè)變化，采樣點(diǎn)(m-12)先于基本采樣點(diǎn)1個(gè)周期，如以下公式(7)所示|ΔI|m＝‖Im|-|Im-12‖≥K …(7)其中K是相應(yīng)于靈敏度的常數(shù)。
如圖11所示，通過(guò)單觸發(fā)(one-shot)計(jì)時(shí)器20可以接收瞬時(shí)電流變化元件19-A、19-B和19-C的輸出，一旦瞬時(shí)電流變化元件19-A、19-B和19-C被啟動(dòng)，單觸發(fā)計(jì)時(shí)器20在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)維持瞬時(shí)電流變化元件19-A、19-B和19-C的輸出。
在圖11中標(biāo)號(hào)“21”代表接地方向繼電器，參照?qǐng)D21和22所述接地方向繼電器可以使用零相時(shí)序電流I0和零相時(shí)序電壓V0。這里使用繼電器21作為接地故障正向判定元件。繼電器21可以具有如圖12所示的特征，其與如圖21所示現(xiàn)有技術(shù)的特征相似。在高阻抗故障情況下，繼電器21可以判定故障的方向，但不可以判定故障的相。圖12還示出用于在最大靈敏度判定零相時(shí)序電流的靈敏度的最大靈敏度角θ和常數(shù)k1。
如圖11所示，可以通過(guò)“與”門(mén)電路16接收繼電器21和單觸發(fā)計(jì)時(shí)器20的輸出以判定高阻抗接地故障相。當(dāng)瞬時(shí)電流變化元件19-A、19-B和19-C之一被啟動(dòng)時(shí)、且同時(shí)維持從單觸發(fā)計(jì)時(shí)器20的工作輸出并且啟動(dòng)正向接地方向繼電器21時(shí)，“與”門(mén)電路16探測(cè)高阻抗接地故障相。
“與”門(mén)電路16可以輸出正向故障判定結(jié)果信號(hào)22-A、22-B和22-C，每個(gè)用于一個(gè)相。
按照上述第三實(shí)施例，使用現(xiàn)有技術(shù)的接地方向繼電器的正向探測(cè)元件21作為方向判定元件，通過(guò)零相時(shí)序電流I0和零相時(shí)序電壓V0操作正向探測(cè)元件21。接著，第三實(shí)施例與瞬時(shí)電流-變化繼電器結(jié)合可以探測(cè)在高阻抗故障的正向故障方向和故障相。接著，僅跳閘故障相。
參照?qǐng)D13說(shuō)明了按照本發(fā)明的第四實(shí)施例。在第四實(shí)施例中，以下所述的某些邏輯元件加到如圖11所示的第三實(shí)施例，以便可以判定在每個(gè)相中的正相故障方向。通過(guò)單觸發(fā)計(jì)時(shí)器20可以接收瞬時(shí)電流-變化元件19-A、19-B和19-C的輸出，瞬時(shí)電流-變化元件19-A、19-B和19-C整體由標(biāo)號(hào)“19”代表，并且通過(guò)“或”門(mén)電路23可以接收單觸發(fā)計(jì)時(shí)器20的輸出。由此當(dāng)瞬時(shí)電流變化元件19-A、19-B和19-C之一被啟動(dòng)時(shí)“或”門(mén)電路23產(chǎn)生輸出。通過(guò)“非”門(mén)電路24接收“或”門(mén)電路23的輸出，當(dāng)瞬時(shí)電流變化元件19-A、19-B和19-C沒(méi)有一個(gè)處于工作條件中時(shí)，“非”門(mén)電路24產(chǎn)生操作信號(hào)。通過(guò)在以下詳細(xì)描述的“與”門(mén)電路25接收“非”門(mén)電路24的輸出。
當(dāng)在本地端輸出用于任何一個(gè)相的跳閘命令時(shí)，跳閘信號(hào)26變成“1”的工作輸出。通過(guò)“非”門(mén)電路27由“與”門(mén)電路25接收跳閘信號(hào)26?！芭c”門(mén)電路25接收接地方向繼電器的正向故障探測(cè)元件21的輸出和“非”門(mén)電路24和27的輸出。如果瞬時(shí)電流-變化元件19-A、19-B和19-C沒(méi)有一個(gè)處于工作狀態(tài)，如果啟動(dòng)跳閘信號(hào)26，和如果僅啟動(dòng)接地方向繼電器的正向故障探測(cè)元件21，“與”門(mén)電路25產(chǎn)生工作輸出。
由一個(gè)確認(rèn)計(jì)時(shí)器28接收“與”門(mén)電路25的輸出。引入確認(rèn)計(jì)時(shí)器28以防止在高阻抗接地故障中在通過(guò)“與”門(mén)電路16選擇并跳閘單相之后在正常相形成的跳閘條件。標(biāo)號(hào)“29”代表“或”門(mén)電路。響應(yīng)相應(yīng)的“與”門(mén)電路16，“或”門(mén)電路29輸出用于各個(gè)相的正向故障判定結(jié)果信號(hào)，不做修改。當(dāng)在“與”門(mén)電路25開(kāi)始工作之后經(jīng)過(guò)由確認(rèn)計(jì)時(shí)器28設(shè)定的時(shí)間周期時(shí)，“或”門(mén)電路29還輸出正向接地故障判定結(jié)果信號(hào)。
按照第四實(shí)施例，當(dāng)通過(guò)接地方向繼電器啟動(dòng)瞬時(shí)電流-變化繼電器并探測(cè)正向接地故障時(shí)，僅斷開(kāi)故障相。但是，如果沒(méi)有啟動(dòng)瞬時(shí)電流-變化繼電器，當(dāng)僅啟動(dòng)正向接地故障探測(cè)繼電器時(shí)和當(dāng)沒(méi)有跳閘信號(hào)時(shí)，接著，判定所有的三相處于故障下，并控制跳閘輸出。
參照?qǐng)D14和15說(shuō)明了按照本發(fā)明的第五實(shí)施例。在第五實(shí)施例中，在第一實(shí)施例中所述作為定向接地元件10的定向接地元件10-A、10-B和10-C替代在第三和第四實(shí)施例中作為故障相判定元件使用的瞬時(shí)電流-變化元件19-A、19-B和19-C。
其它特征基本上與如圖11所示的第三實(shí)施例相同。如圖2所示的定向接地元件10-A、10-B和10-C不僅具有故障相判定功能而且具有故障定向判定功能。當(dāng)這類(lèi)接地方向元件10-A、10-B和10-C用于故障相判定元件時(shí)，可以擴(kuò)寬保護(hù)繼電器系統(tǒng)的工作范圍。
圖15示出故障相判定元件加寬的工作范圍。如圖15所示，當(dāng)加寬工作范圍時(shí)，相的正向判定工作范圍和超前相的反向判定工作范圍可以部分重疊。當(dāng)零相序電流I0處于重疊區(qū)時(shí)，通常不可能進(jìn)行故障定向判定。但是，因?yàn)樵搶?shí)施例具有分離的接地方向繼電器21，當(dāng)接地方向繼電器21判定正向故障時(shí)，可以判定相A的正向故障。同樣地，當(dāng)接地方向繼電器21判定到反向故障時(shí)，可以判定相C的反向故障。
參照?qǐng)D16說(shuō)明了按照本發(fā)明的第六實(shí)施例，圖16是示出用于產(chǎn)生正向故障相判定信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的方框圖。在第六實(shí)施例中，使用在第二實(shí)施例(圖9)中所述作為接地方向繼電器11的接地方向繼電器11-A、11-B和11-C作為在第五實(shí)施例(圖14)中的故障相判定元件。其它特征基本上與圖14所示的第五實(shí)施例相同。
在第六實(shí)施例中，因?yàn)槭褂迷诘诙?shí)施例中所述的接地方向繼電器11-A、11-B和11-C作為故障相判定元件，僅判定具有等于或大于IK的某個(gè)值的零相時(shí)序電流I0的高阻抗接地故障?？梢蕴峁┚哂袑?duì)噪音和錯(cuò)誤高阻抗的故障相判定和方向判定。
參照?qǐng)D17和18說(shuō)明按照本發(fā)明的第七實(shí)施例。
在上述第五實(shí)施例(圖16)中，當(dāng)在接近于第一變電所52的內(nèi)點(diǎn)產(chǎn)生高阻抗故障時(shí)，很難探測(cè)在第二變電所64的遠(yuǎn)端在第二繼電器54的故障。尤其是，當(dāng)故障F的位置和第二繼電器54之間的傳輸線(xiàn)1很長(zhǎng)時(shí)，在探測(cè)在第二繼電器54的故障幾乎是不可能的。如圖18所示通過(guò)第七實(shí)施例可以減少第六實(shí)施例的上述問(wèn)題。
圖18是示出在第七實(shí)施例中用于產(chǎn)生跳閘命令輸出信號(hào)的邏輯時(shí)序電路的方框圖。參照?qǐng)D18，標(biāo)號(hào)“30”代表接地故障反向探測(cè)元件，例如參照?qǐng)D12的如上描述，其是用于通過(guò)零相時(shí)序電流I0和零相時(shí)序電壓V0探測(cè)故障方向的普通接地定向繼電器。通過(guò)“非”門(mén)電路31接收接地故障反向探測(cè)元件30的輸出，當(dāng)接地故障反向探測(cè)元件30沒(méi)有探測(cè)到反向接地故障時(shí)，該“非”門(mén)電路31產(chǎn)生“1”的工作輸出。
通過(guò)單觸發(fā)計(jì)時(shí)器20，由“與”門(mén)電路32接收瞬時(shí)電流-變化元件19-A、19-B和19-C的輸出以及允許信號(hào)接收單元14和“非”門(mén)電路31的輸出。如果沒(méi)有探測(cè)到反向接地故障并且如果接收到來(lái)自遠(yuǎn)端的允許信號(hào)，“與”門(mén)電路32產(chǎn)生跳閘命令輸出信號(hào)，用于工作中對(duì)應(yīng)于瞬時(shí)電流-變化元件19-A、19-B和19-C的特定相13。通過(guò)“或”門(mén)電路17接收“與”門(mén)電路32的輸出。當(dāng)跳閘輸出命令發(fā)送到任意相時(shí)啟動(dòng)“或”門(mén)電路17。通過(guò)允許信號(hào)發(fā)送單元18，“或”門(mén)電路17的輸出發(fā)送到遠(yuǎn)端作為允許信號(hào)。
按照上述第七實(shí)施例，通過(guò)利用來(lái)自接地故障反向探測(cè)元件和來(lái)自遠(yuǎn)端的允許信號(hào)，選擇故障相斷開(kāi)。
參照?qǐng)D19說(shuō)明按照本發(fā)明的第八實(shí)施例。除了增加具有定向元件的距離繼電器的反向故障探測(cè)元件33以及接地故障反向探測(cè)元件以用于探測(cè)反向故障外，第八實(shí)施例與如圖18所示的第七實(shí)施例相似。根據(jù)從將被保護(hù)的電力傳輸系統(tǒng)探測(cè)到的電壓和電流，反向故障探測(cè)元件33判定故障的方向。
通過(guò)“或”門(mén)電路34接收接地故障反向探測(cè)元件30和距離繼電器的反向故障探測(cè)元件33的輸出。通過(guò)“非”門(mén)電路31接收并反向“或”門(mén)電路34的輸出。接著通過(guò)“與”門(mén)電路32接收“非”門(mén)電路31的輸出。邏輯的其它部分與如圖18所示的第七實(shí)施例相同。
按照上述第八實(shí)施例，利用三個(gè)條件距離繼電器的反向故障探測(cè)元件33和接地故障反向探測(cè)元件30都不處于工作狀態(tài)；瞬時(shí)電流-變化元件19-A、19-B或19-C處于工作狀態(tài)；和接收到來(lái)自遠(yuǎn)端的允許信號(hào)。由此使得方向判定比第七實(shí)施例更為準(zhǔn)確，并且可以跳閘在本地端的電路斷路器。

參照?qǐng)D20說(shuō)明按照本發(fā)明的第九實(shí)施例。第九實(shí)施例基本上是如圖13所示的第四實(shí)施例和如圖19所示的第八實(shí)施例的結(jié)合。
如圖20所示增加的“與”門(mén)電路35接收如圖1 3所示的“非”門(mén)電路24和27的輸出和如圖19所示的“非”門(mén)電路31和允許信號(hào)接收單元14的輸出。
僅當(dāng)滿(mǎn)足四個(gè)條件時(shí)，該“與”門(mén)電路35處于工作中，條件是用于相19-A、19-B和19-C的瞬時(shí)電流-變化繼電器都沒(méi)有被啟動(dòng)；上述繼電器30和33都沒(méi)有探測(cè)到反向故障；在本地端不存在跳閘信號(hào)26；和已接收到來(lái)自遠(yuǎn)端的允許信號(hào)。僅當(dāng)滿(mǎn)足該“和”條件時(shí)，通過(guò)該確認(rèn)計(jì)時(shí)器28，“與”門(mén)電路35把工作輸出發(fā)送到“或”門(mén)電路29，并且從“或”門(mén)電路29發(fā)送出用于所有相的跳閘信號(hào)13。
當(dāng)該條件適用于任何相的跳閘信號(hào)時(shí)，通過(guò)允許信號(hào)發(fā)送單元18從“或”門(mén)電路17向遠(yuǎn)端輸出允許信號(hào)。
按照第九實(shí)施例，即使不啟動(dòng)瞬時(shí)電流-變化元件19且沒(méi)探測(cè)到反向故障，通過(guò)從遠(yuǎn)端接收允許信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)三相跳閘。
由上述教示可以得出本發(fā)明的多個(gè)修改例和變化。因此，可以理解的是，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以以不同于這里特別說(shuō)明的方式來(lái)實(shí)施本發(fā)明。
該申請(qǐng)基于并要求2002年8月9日申請(qǐng)的在先日本專(zhuān)利申請(qǐng)第2002-233451號(hào)為優(yōu)先權(quán)；在此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
權(quán)利要求
1.一種接地方向繼電器，其配置以接收與來(lái)自被保護(hù)的三相電力傳輸線(xiàn)的電壓和電流有關(guān)的多個(gè)電數(shù)值，該接地方向繼電器被配置以根據(jù)該多個(gè)電數(shù)值判定在該電力傳輸線(xiàn)中故障的方向，該接地方向繼電器包括零相序電流計(jì)算單元，其配置為根據(jù)從該電力傳輸線(xiàn)探測(cè)到的電流計(jì)算零相序電流；和相比較單元，其配置以將該零相序電流的相和任一相電壓的相進(jìn)行比較，以判定該零相序電流的相是否在一預(yù)定范圍內(nèi)，以及當(dāng)零相序電流的相在該預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，輸出該電壓相作為其中已發(fā)生正向接地故障的電壓的故障相。
2.按照權(quán)利要求1的接地方向繼電器，還包括絕對(duì)值比較單元，其配置為判定該零相序電流是否等于或大于一預(yù)定值；和正向故障判定單元，其配置為當(dāng)通過(guò)該相比較單元判定該零相序電流在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，并且當(dāng)通過(guò)該絕對(duì)值比較單元判定零相序電流等于或大于一預(yù)定值時(shí)，判定已發(fā)生正向接地故障并輸出該電壓的相作為其中已發(fā)生正向接地故障的電壓的故障相。
3.一種接地方向繼電器系統(tǒng)，包括接地方向繼電器，其配置為根據(jù)與從被保護(hù)的三相電力傳輸線(xiàn)探測(cè)的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計(jì)算零相序電流和零相序電壓，該接地方向繼電器配置為根據(jù)零相序電流和零相序電壓的相位關(guān)系判定在該電力傳輸線(xiàn)中接地故障的方向；瞬時(shí)電流變化繼電器，其配置為當(dāng)相電流已以比預(yù)定速度更快的速度改變時(shí)則被啟動(dòng)；和故障相判定單元，其配置為當(dāng)通過(guò)該接地方向繼電器判定該接地故障為正向故障時(shí)，判定對(duì)應(yīng)于啟動(dòng)的瞬時(shí)電流變化繼電器的相是其中已發(fā)生故障的相。
4.一種接地方向繼電器系統(tǒng)，包括第一接地方向繼電器，其配置為接收與來(lái)自被保護(hù)的三相電力傳輸線(xiàn)的電壓和電流有關(guān)的多個(gè)電數(shù)值；該接地方向繼電器配置為根據(jù)多個(gè)電數(shù)值判定在該電力傳輸線(xiàn)中故障的方向，該接地方向繼電器包括零相序電流計(jì)算單元，其配置為根據(jù)從電力傳輸線(xiàn)探測(cè)到的電流計(jì)算零相序電流；和相比較單元，其配置為將該零相序電流的相和對(duì)應(yīng)于在該電力傳輸線(xiàn)中電壓的電壓的相進(jìn)行比較，以判定該零相序電流是否在一預(yù)定范圍內(nèi)，以及當(dāng)該零相序電流在該預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，輸出該電壓的相作為其中已產(chǎn)生正向接地故障的電壓的故障相；第二接地方向繼電器，其配置為根據(jù)與從電力傳輸線(xiàn)探測(cè)到的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計(jì)算零相序電流和零相序電壓，該接地方向繼電器配置為根據(jù)零相序電流和零相序電壓的相位關(guān)系判定在該電力傳輸線(xiàn)中接地故障的方向；和故障相判定單元，其配置為當(dāng)該第二接地方向繼電器判定一個(gè)正向故障時(shí)，判定其中啟動(dòng)該第一接地方向繼電器的相是故障相。
5.按照權(quán)利要求4的接地方向繼電器系統(tǒng)，其中該第一接地方向繼電器還包括絕對(duì)值比較單元，其配置為判定該零相序電流是否等于或大于一預(yù)定值；和正向故障判定單元，其配置為當(dāng)通過(guò)該相比較單元判定該零相序電流在該預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，并且當(dāng)通過(guò)該絕對(duì)值比較單元判定該零相序電流等于或大于一預(yù)定值時(shí)，判定已發(fā)生正向接地故障，并輸出該電壓的相作為其中已發(fā)生正向接地故障的電壓的故障相。
6.一種接地方向繼電器系統(tǒng)，包括接地方向繼電器，其配置為根據(jù)與從被保護(hù)的三相電力傳輸線(xiàn)探測(cè)到的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計(jì)算零相序電流和零相序電壓，該接地方向繼電器配置為根據(jù)該零相序電流和該零相序電壓的相位關(guān)系判定在該電力傳輸線(xiàn)中接地故障的方向；發(fā)送器和接收器，其配置以在本地端和遠(yuǎn)端之間交換信號(hào)；和瞬時(shí)電流變化繼電器，其配置為當(dāng)相電流以比一預(yù)定速度快的速度變化時(shí)被啟動(dòng)；其中，該系統(tǒng)配置為如果從遠(yuǎn)端的繼電器接收到允許信號(hào)、并且如果該接地方向繼電器沒(méi)有探測(cè)到反向故障，則輸出該本地端的跳閘信號(hào)至該瞬時(shí)電流變化繼電器的輸出相，并把允許信號(hào)傳送到該遠(yuǎn)端。
7.按照權(quán)利要求6的接地方向繼電器系統(tǒng)，還包括距離繼電器的反向故障探測(cè)元件，其配置為根據(jù)與從電力傳輸線(xiàn)探測(cè)到的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值判定故障方向，其中該系統(tǒng)配置為如果從該遠(yuǎn)端的繼電器接收到允許信號(hào)，和如果該接地方向繼電器或該距離繼電器的反向故障探測(cè)元件都沒(méi)有探測(cè)到反向故障，輸出該本地端的跳閘信號(hào)至該瞬時(shí)電流變化繼電器的輸出相，并向該遠(yuǎn)端傳輸該允許信號(hào)。
全文摘要
一種用于接收與來(lái)自將被保護(hù)的電力傳輸線(xiàn)(1)的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值的接地方向繼電器(50)。該接地方向繼電器可以根據(jù)這些電數(shù)值判定在該電力傳輸線(xiàn)中故障的方向。該接地方向繼電器包括用于根據(jù)從電力傳輸線(xiàn)探測(cè)到的電流計(jì)算零相序電流的零相序電流計(jì)算單元(10－2)。該接地方向繼電器還包括相比較單元(10－3)，其配置為當(dāng)零相序電流在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，把該零相序電流的相與對(duì)應(yīng)于在該電力傳輸線(xiàn)中電壓的電壓相進(jìn)行比較，以判定該零相時(shí)序電流是否在預(yù)定范圍內(nèi)，并且輸出該電壓相作為電壓故障相。
文檔編號(hào)H02H3/08GK1487641SQ03127818
公開(kāi)日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2003年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月9日
發(fā)明者加瀨高弘, 園部泰孝, 天羽秀也, 也, 孝 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝