專利名稱：使用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用法拉第效應(yīng)對(duì)電力設(shè)備的導(dǎo)體中流過(guò)的電流進(jìn)行計(jì)測(cè)和監(jiān)視的保護(hù)繼電裝置。
背景技術(shù)：
以往，電力系統(tǒng)中的保護(hù)繼電裝置，將通過(guò)變流器檢測(cè)的機(jī)器導(dǎo)體的電流信號(hào)傳遞給保護(hù)繼電裝置，在保護(hù)繼電裝置中進(jìn)行故障判定的運(yùn)算和判定。以該保護(hù)繼電裝置的低成本化、輕量化為目的，(日本)特開(kāi)2000-59987和特愿平11-224821申請(qǐng)?zhí)岢鲆砸罁?jù)具有差動(dòng)運(yùn)算功能的光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置取代現(xiàn)有的依據(jù)繞組型電流變成器的電流測(cè)定方法。
現(xiàn)有的依據(jù)光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置例如圖6所示，包括由偏振鏡14、法拉第元件11以及檢偏鏡15構(gòu)成的第一光電流傳感器1；與第一光電流傳感器1同樣結(jié)構(gòu)的第二光電流傳感器2；光纖傳送路徑3a、3b、3c；光源12；由光電變換器16、高通濾波器電路17、低通濾波器電路18以及比例計(jì)算器19構(gòu)成的光信號(hào)處理部4a；電源頻率分量的差電流檢測(cè)部件5d和判定部件8。
第一光電流傳感器1和第二光電流傳感器2設(shè)置在電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的兩端。這里假設(shè)第一光電流傳感器1檢測(cè)的電流為i1，第二光電流傳感器2檢測(cè)的電流為i2，同時(shí)設(shè)其符號(hào)為，電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的流入方向?yàn)?，流出方向?yàn)?。而且，第一光電流傳感器1內(nèi)的光的傳播方向設(shè)置為與由第一光電流傳感器1檢測(cè)的電流i1產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致，第二光電流傳感器2內(nèi)的光的傳播方向設(shè)置為與由第二光電流傳感器2檢測(cè)的電流i2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致。
由射出規(guī)定波長(zhǎng)的光的光源12射出的光P0，通過(guò)光纖傳送路徑3a，到達(dá)第一光電流傳感器1。來(lái)自光源12的光P0通過(guò)第一光電流傳感器1的偏振鏡14變?yōu)橹本€偏振，該直線偏振入射到法拉第元件11。入射光通過(guò)由電流i1產(chǎn)生的磁場(chǎng)而受到法拉第效應(yīng)，與電流i1的大小成比例，偏振面只旋轉(zhuǎn)角度θ1。第一光電流傳感器1檢測(cè)的電流i1和偏振面的旋轉(zhuǎn)角θ1的關(guān)系在設(shè)貝爾迪常數(shù)為V時(shí)，為θ1＝V·i1...(1)所述入射光進(jìn)一步通過(guò)第一光電流傳感器1中的檢偏鏡15，偏振面的旋轉(zhuǎn)角θ1成為強(qiáng)度調(diào)制的光。此時(shí)，檢偏鏡15相對(duì)偏振鏡14最好設(shè)置為正45°或負(fù)45°的角度，第一光電流傳感器1的射出光通過(guò)檢偏鏡15，被分為x、y方向的2分量的光P1x、P1y，以下式表示。
P1x＝(1/2)P0(1+sin2θ1)＝(1/2)P0(1+sin2 V·i1) ...(2a)P1y＝(1/2)P0(1-sin2θ1)＝(1/2)P0(1-sin2 V·i1) ...(2b)現(xiàn)有裝置中，只使用其中一方的光信號(hào)，這里使用光P1x進(jìn)行說(shuō)明。
假設(shè)第一光電流傳感器1檢測(cè)的電流i1為正弦波交流信號(hào)，則第一光電流傳感器1的射出光P1x以下式表示。
i1=2·I1sinωt···(3)]]>P1x=(1/2)P0{1+sin(22V·I1sinωt)}···(4)]]>這里，I1為流入電流的有效值，ω(＝2πf)為角頻率，f為電源頻率。
第一光電流傳感器1的射出光P1x，由光纖傳輸路徑3b引導(dǎo)而到達(dá)第二光電流傳感器2。射出光P1x，根據(jù)由第二光電流傳感器2檢測(cè)的電流i2(=2I2sinωt)]]>產(chǎn)生的磁場(chǎng)的法拉第效應(yīng)，與電流i2的大小成比例，偏振面僅旋轉(zhuǎn)θ2的角度。第二光電流傳感器2的射出光同樣由檢偏鏡15分為x、y方向的2分量的光P2x、P2y，以下式表示。
P2x＝(1/2)P1x(1+sin2θ2)＝(1/4)P0(1+sin2θ1)(1+sin2θ2)＝(1/4)P0(1+sin2V·i1)(1+sin2V·i2)...(5a)P2y＝(1/2)P1x(1-sin2θ2)＝(1/4)P0(1+sin2θ1)(1-sin2θ2)＝(1/4)P0(1+sin2V·i1)(1-sin2V·i2)...(5b)這里，由于在第一光電流傳感器1的2個(gè)輸出中選擇了P1x，所以采用與第一光電流傳感器1的射出光為同一偏振方向的P2x作為第二光電流傳感器2的射出光。如果在第一光電流傳感器1的2個(gè)輸出中選擇P1y，則采用P2y作為第二光電流傳感器2的射出光。
第二光電流傳感器2的射出光P2x被導(dǎo)入光纖傳輸路徑3c并入射到光電變換器16，變換為電信號(hào)后，由高通濾波器電路17、低通濾波器電路18分離為直流分量和交流分量，通過(guò)在比例計(jì)算器19中以交流分量除以直流分量，獲得光電流傳感器的差電流輸出S2x。這里，采用通過(guò)比例計(jì)算器19除以直流分量的方法是為了補(bǔ)償光信號(hào)傳送時(shí)的光量損失。光電流傳感器的差電流輸出S2x以下式表示。
S2x＝(P2x的交流分量)/(P2x的直流分量)...(6)以下說(shuō)明這里獲得的光電流傳感器的差電流輸出S2x中具有作為第一光電流傳感器1檢測(cè)的電流i1和第二光電流傳感器2檢測(cè)的電流i2的差電流的i1+i2的信息。再有，流向電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的差電流以i1+i2表示，是由于i1、i2的符號(hào)都定義為電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的流入方向?yàn)?、流出方向?yàn)?。
第一光電流傳感器1檢測(cè)的電流i1和第二光電流傳感器2檢測(cè)的電流i2為小電流的情況下，有sin2θ12θ1、sin2θ22θ2...(7)成立，(5a)變?yōu)镻2x=(1/4)P0(1+2V·i1+2V·i2)]]>=(1/4)P0{1+22V(I1+I2)sinωt}···(8)]]>將(8)式代入(6)式，有S2x=22V(I1+I2)sinωt···(9)]]>光電流傳感器的差電流S2x成為與流向電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的差電流i1+i2成比例的值。
但是，(9)式在使(7)式成立的小電流區(qū)域中成立，在大電流區(qū)域中不成立。
因此本發(fā)明人，申請(qǐng)了(日本)特愿平11-224821，提出了使用在大電流區(qū)域中也可測(cè)定流向電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的差電流i1+i2的光纖傳感器的保護(hù)繼電裝置。
即，在流過(guò)(7)式不成立的大電流的情況下，(5a)式示出的第二光電流傳感器2的射出光P2x表示為P2x=(1/4)P0{1+sin(22V·I1sinωt)}×]]>{1+sin(22V·I2sinωt)}···(10)]]>
這里，如果通過(guò)傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)將sin(22V·Insinωt)]]>分解為各頻率分量，則可表示為以下的(11)式。
Σm=0∞[2·J2m+1(2VrI1)·sin{(2m+1)ωt}]···(11)]]>這里，Jk(a)為k次的貝塞爾函數(shù)。
(11)式的3次以后的項(xiàng)因?yàn)槲⑿】珊鲆?，為了將以后的式?jiǎn)略表示，以(12a)(12b)式所示那樣定義A1、A2。
A1=2J1(22V·I1)···(12a)]]>A2=2J1(22V·I2)···(12b)]]>這里，A1、A2是將貝爾迪常數(shù)乘以電流的有效值I1、I2，并代入1次的貝塞爾函數(shù)所得到的，如果電流in為(3)式所示的正弦波交流信號(hào)，則相關(guān)于時(shí)間為常數(shù)。
此時(shí)，(10)式表示為P2x＝(1/4)P0{1+2A1sinωt}{1+2A2sinωt}...(12c)將(12c)展開(kāi)，使用三角函數(shù)公式sin2Φ＝(1/2)(1-cos2Φ)，有P2x＝(1/4)P0{1+2(A1+A2)sinωt+4A1A2sin2ωt}＝(1/4)P0{1+2A1A2+2(A1+A2)sinωt+2A1A2cos2ωt}...(12d)此時(shí)的光電流傳感器的差電流輸出S2x，通過(guò)將(12d)式代入(6)式可表示為如(13a)式。這里，為了簡(jiǎn)略表示以后的式，將(12a)、(12b)式表示的A1、A2置換為(13b)、(13c)表示的B1、B2。
S2x＝B1sinωt+B2cos2ωt ...(13a)B1＝2(A1+A2)/(1+2A1A2) ...(13b)B2＝2A1A2/(1+2A1A2)...(13c)這里，B1、B2相關(guān)于時(shí)間為常數(shù)。
(13a)式所示的光電流傳感器的差電流輸出S2x，除了第一項(xiàng)所示的流向電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的差電流i1+i2的頻率分量、即電源頻率分量之外，還包括第二項(xiàng)所示的電源頻率的2倍頻分量的項(xiàng)。
這里，通過(guò)計(jì)算(13b)式的電源頻率分量的項(xiàng)B1試著進(jìn)行評(píng)價(jià)。在66kV到154kV的電力系統(tǒng)中流向保護(hù)區(qū)間9的流入電流為33kA以下的情況。在該情況下，取波長(zhǎng)1550nm的鉛玻璃纖維型光電流傳感器的貝爾迪常數(shù)V＝3.93×10-6〔rad/A〕。若用這些值，則1＞＞2A1A2、 的近似成立。此時(shí)，(13b)式可表示為(13d)那樣。
計(jì)算的結(jié)果，通電電流有效值為24kA以下時(shí)近似產(chǎn)生的誤差為1％以下，通電電流有效值為33kA以下時(shí)近似產(chǎn)生的誤差為2％以下，可認(rèn)為采用1550nm的鉛玻璃纖維型光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置可適用于故障判定運(yùn)算。
因此，(13a)式為，在通電電流33kA以下時(shí)，與光電流傳感器的差電流輸出S2x的電源頻率相同的頻率分量中，與流向電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的差電流i1+i2成比例的輸出，但這意味著電源頻率的2倍頻分量作為誤差分量而產(chǎn)生。
保護(hù)繼電裝置如下構(gòu)成從光電流傳感器的差電流輸出S2x，通過(guò)電源頻率分量的差電流檢測(cè)部件5d，除去2倍頻分量，將其輸出送到判定部件8，相對(duì)流向電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的差電流i1+i2進(jìn)行動(dòng)作。
以上對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的說(shuō)明中，電流信號(hào)假定為正弦波交流信號(hào)。但是，電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時(shí)，必須考慮電流信號(hào)為重疊有直流分量并進(jìn)行過(guò)渡性衰減的信號(hào)。此時(shí)，重疊最大直流分量時(shí)，即重疊100％直流分量的故障電流以下式表示。
in(t)=2In{e(-t/τ)-cosωt}···(14)]]>τ為由電力系統(tǒng)的電抗分量和電阻分量的比決定的衰減時(shí)間常數(shù)。即使將(14)式表示的過(guò)渡性衰減的電流信號(hào)代入(5a)、(6)式中，也不能像(13a)那樣分別表示電源頻率分量。這里，對(duì)于電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9，保護(hù)區(qū)間內(nèi)故障、保護(hù)區(qū)間外故障的各故障情況，受到光電流傳感器的差電流輸出S2x中包含的誤差分量的影響。
圖2是用于說(shuō)明采用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置的動(dòng)作的系統(tǒng)圖。作為電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的故障位置，設(shè)f1、f3為保護(hù)區(qū)間外故障，f2為保護(hù)區(qū)間內(nèi)故障。以下稱電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的區(qū)間外故障為外部故障，電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的區(qū)間內(nèi)故障為內(nèi)部故障。
而且，在圖2中，第一光電流傳感器1和第二光電流傳感器2分別設(shè)置在電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的兩端，通過(guò)光纖傳輸路徑3a至3d，與光源12、第一光信號(hào)處理部4a、第二光信號(hào)處理部4b連接。這里，第一光電流傳感器1檢測(cè)出電流i1，第二光電流傳感器2檢測(cè)出電流i2。
首先考慮外部故障發(fā)生的情況，外部故障發(fā)生時(shí)，電流i1、i2滿足i1(t)＝-i2(t) ...(15)將(14)、(15)式代入(5a)式，則P2x＝(1/4)P0{1+sin2V·i1(t)}{1-sin 2V·i1(t)}。這里，為說(shuō)明簡(jiǎn)單，設(shè)sin{2V·i1(t)}2V·i1(t)代入(14)式中，則(5a)式變?yōu)? 即，現(xiàn)有技術(shù)中如果故障電流為正弦波電流，則外部故障時(shí)流向電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的差電流i1+i2的電源頻率分量本應(yīng)為0，但在重疊直流分量而進(jìn)行過(guò)渡性衰減的信號(hào)的情況下，如(16)式所示直流分量在衰減之前產(chǎn)生誤差信號(hào)。
圖7是用于說(shuō)明，發(fā)生外部故障、故障電流重疊有直流分量的情況下，現(xiàn)有技術(shù)中有產(chǎn)生保護(hù)繼電裝置的不必要?jiǎng)幼鞯目赡苄缘膱D，將以下所示的故障電流值和光纖的常數(shù)代入(14)、(5a)、(6)式中，通過(guò)計(jì)算求出各部分的信號(hào)的值。
圖7(a)表示外部故障的情況中(14)式表示的重疊有直流分量的故障電流信號(hào)，圖7(b)為此時(shí)的第二光電流傳感器2的光信號(hào)P2x/P0，圖7(c)為光電流傳感器的差電流輸出S2x，圖7(d)為光電流傳感器的差電流輸出S2x的電源頻率分量的有效值R2x。這里，設(shè)光電流傳感器1、2為波長(zhǎng)1550nm的鉛玻璃纖維型光電流傳感器，其貝爾迪常數(shù)V取為3.93×10-6〔rad/A〕。故障電流i1的大小為有效值為33kA，電源頻率為50Hz，時(shí)間常數(shù)τ為50mms。而且，作為求光電流傳感器的差電流輸出的電源頻率的有效值R2x的方法，在數(shù)字繼電器電路中采用數(shù)字濾波器和有效值運(yùn)算電路。由于其為公知技術(shù)，這里僅介紹其算法。
采樣電角度30度數(shù)字濾波器D.F.1f＝(1-Z-6)(1+Z-1+Z-2+Z-3)有效值運(yùn)算有效值2＝Cn-32-Cn·Cn-6下面，為了與正弦波交流信號(hào)的情況進(jìn)行比較，在故障電流為(3)式表示的正弦波交流信號(hào)的情況的故障電流以圖7(e)表示，圖7(f)表示此時(shí)的第二光電流傳感器2的光信號(hào)P2x/P0，圖7(g)表示光電流傳感器的差電流輸出S2x，圖7(h)表示光電流傳感器的差電流輸出S2x的電源頻率分量的有效值。
如圖7(h)所示，外部故障時(shí)如果故障電流為正弦波交流信號(hào)，則故障后馬上產(chǎn)生短時(shí)間誤差信號(hào)(峰值4kA左右，時(shí)間0.01秒)，但未達(dá)到使繼電器不必要?jiǎng)幼鞯某潭?。另一方面，在故障電流中重疊有直流分量的過(guò)渡性電流信號(hào)的情況下，則如圖7(d)所示，產(chǎn)生不能無(wú)視程度的時(shí)間的誤差信號(hào)(峰值20kA左右，時(shí)間0.2秒以上)。在如(16)式所示的直流分量衰減之前，電源頻率分量表示為誤差信號(hào)。
對(duì)于內(nèi)部故障，用圖7說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中采用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置的動(dòng)作。圖7(i)表示在圖2所示系統(tǒng)中發(fā)生內(nèi)部故障，故障電流為(14)式所示重疊有100％直流分量的信號(hào)，圖7(j)表示此時(shí)的第二光電流傳感器2的光信號(hào)P2x/P0，圖7(k)表示光電流傳感器的差電流輸出S2x，圖7(1)表示光電流傳感器的差電流輸出S2x的電源頻率分量的有效值。
圖7(m)表示圖2所示系統(tǒng)中發(fā)生內(nèi)部故障，故障電流為(3)式所示的正弦波交流信號(hào)的情況，圖7(n)表示此時(shí)的第二光電流傳感器2的光信號(hào)P2x/P0，圖7(o)表示光電流傳感器的差電流輸出S2x，圖7(p)表示光電流傳感器的差電流輸出S2x的電源頻率分量的有效值。
對(duì)于圖7(1)、圖7(p)所示的區(qū)間內(nèi)故障，由現(xiàn)有技術(shù)可獲得良好的動(dòng)作。
如以上說(shuō)明，現(xiàn)有技術(shù)中，在重疊有直流分量的故障電流時(shí)，內(nèi)部故障的情況可正常檢測(cè)出，外部故障的情況則產(chǎn)生好象發(fā)生了內(nèi)部故障的誤差信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種使用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置，即使在檢測(cè)出重疊有直流分量的故障電流的情況下，基于內(nèi)部故障發(fā)生時(shí)的檢測(cè)，在發(fā)生外部故障時(shí)也不誤判為內(nèi)部故障地進(jìn)行判別，不使繼電器不必要地動(dòng)作。
本發(fā)明提供一種使用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置，在電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的兩端配置分別測(cè)定輸入輸出電流的兩臺(tái)第一和第二光電流傳感器，所述第一和第二光電流傳感器具有入射端；相對(duì)于設(shè)置在所述入射端的偏振鏡的偏振方向以正45度和負(fù)45度的兩個(gè)偏振方向進(jìn)行檢光的檢偏鏡；以及對(duì)應(yīng)各自檢光分量的射出端；在光源和所述第一光電流傳感器之間、所述第一和第二光電流傳感器之間以及所述第二光電流傳感器和光信號(hào)處理部之間以光纖傳輸路徑連接；保護(hù)繼電裝置包括從所述光信號(hào)處理部的輸出信號(hào)檢測(cè)差電流分量的差電流檢測(cè)部件；從所述光信號(hào)處理部的輸出信號(hào)檢測(cè)和電流分量的和電流檢測(cè)部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出求出動(dòng)作量的動(dòng)作量運(yùn)算部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出和所述和電流檢測(cè)部件的輸出求出抑制量的抑制量運(yùn)算部件；從所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述抑制量運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作比率的動(dòng)作比率運(yùn)算部件；根據(jù)所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件的輸出判別是所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的判定部件。
另外，本發(fā)明提供一種使用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置，在電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的兩端配置分別測(cè)定輸入輸出電流的兩臺(tái)第一和第二光電流傳感器，所述第一和第二光電流傳感器具有入射端；相對(duì)于設(shè)置在所述入射端的偏振鏡的偏振方向以正45度和負(fù)45度的兩個(gè)偏振方向進(jìn)行檢光的檢偏鏡；以及對(duì)應(yīng)各自檢光分量的射出端；在光源和所述第一光電流傳感器之間、所述第一和第二光電流傳感器之間以及所述第二光電流傳感器和光信號(hào)處理部之間以光纖傳輸路徑連接；保護(hù)繼電裝置包括從所述光信號(hào)處理部的輸出信號(hào)檢測(cè)差電流分量的差電流檢測(cè)部件；從所述光信號(hào)處理部的輸出信號(hào)檢測(cè)和電流分量的和電流檢測(cè)部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出和所述和電流檢測(cè)部件的輸出求出各自的輸入輸出電流的補(bǔ)償運(yùn)算部件；從所述補(bǔ)償運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作量的動(dòng)作量運(yùn)算部件；從所述補(bǔ)償運(yùn)算部件的輸出求出抑制量的抑制量運(yùn)算部件；從所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述抑制量運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作比率的動(dòng)作比率運(yùn)算部件；根據(jù)所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件的輸出判別是所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的判定部件。
另外，本發(fā)明提供一種保護(hù)繼電裝置，用于監(jiān)視具有保護(hù)區(qū)間的電力系統(tǒng)的故障，所述保護(hù)繼電裝置包括射出規(guī)定光信號(hào)的光源；配置在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)的第一光電流傳感器，該第一光電流傳感器，接受來(lái)自所述光源的所述光信號(hào)，與所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)流過(guò)的第一電流的大小成比例地旋轉(zhuǎn)所述光信號(hào)的偏振面，發(fā)射偏振面旋轉(zhuǎn)了的所述光信號(hào)中的至少一個(gè)方向分量的第一光信號(hào)；配置在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)的第二光電流傳感器，該第二光電流傳感器，接受來(lái)自所述第一光電流傳感器的所述第一光信號(hào)，與所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)流過(guò)的第二電流的大小成比例地進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)所述第一光信號(hào)的偏振面，發(fā)射偏振面進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)了的所述第一光信號(hào)中的至少一個(gè)方向分量的第二光信號(hào)和另一方向分量的第三光信號(hào)；從所述第二光信號(hào)求出作為所述第一電流和所述第二電流的差的差電流輸出的第一光信號(hào)處理部；從所述第三光信號(hào)求出作為所述第一電流和所述第二電流的和的和電流輸出的第二光信號(hào)處理部；檢測(cè)所述第一光信號(hào)處理部的所述差電流輸出的差電流檢測(cè)部件；檢測(cè)所述第二光信號(hào)處理部的所述和電流輸出的和電流檢測(cè)部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出求出動(dòng)作量的動(dòng)作量運(yùn)算部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出和所述和電流檢測(cè)部件的輸出求出抑制量的抑制量運(yùn)算部件；從所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述抑制量運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作比率的動(dòng)作比率運(yùn)算部件；根據(jù)所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件的輸出判別是所述電力系統(tǒng)的所述保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的判定部件。
另外，本發(fā)明提供一種保護(hù)繼電裝置，用于監(jiān)視具有保護(hù)區(qū)間的電力系統(tǒng)的故障，所述保護(hù)繼電裝置包括射出規(guī)定光信號(hào)的光源；配置在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)的第一光電流傳感器，該第一光電流傳感器，接受來(lái)自所述光源的所述光信號(hào)，與所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)流過(guò)的第一電流的大小成比例地旋轉(zhuǎn)所述光信號(hào)的偏振面，發(fā)射偏振面旋轉(zhuǎn)了的所述光信號(hào)中的至少一個(gè)方向分量的第一光信號(hào)；配置在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)的第二光電流傳感器，該第二光電流傳感器，接受來(lái)自所述第一光電流傳感器的所述第一光信號(hào)，與所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)流過(guò)的第二電流的大小成比例地進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)所述第一光信號(hào)的偏振面，發(fā)射偏振面進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)了的所述第一光信號(hào)中的至少一個(gè)方向分量的第二光信號(hào)和另一方向分量的第三光信號(hào)；從所述第二光信號(hào)求出作為所述第一電流和所述第二電流的差的差電流輸出的第一光信號(hào)處理部；從所述第三光信號(hào)求出作為所述第一電流和所述第二電流的和的和電流輸出的第二光信號(hào)處理部；檢測(cè)所述第一光信號(hào)處理部的所述差電流輸出的差電流檢測(cè)部件；檢測(cè)所述第二光信號(hào)處理部的所述和電流輸出的和電流檢測(cè)部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出和所述和電流檢測(cè)部件的輸出求出各自的輸入輸出電流的補(bǔ)償運(yùn)算部件；從所述補(bǔ)償運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作量的動(dòng)作量運(yùn)算部件；從所述補(bǔ)償運(yùn)算部件的輸出求出抑制量的抑制量運(yùn)算部件；從所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述抑制量運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作比率的動(dòng)作比率運(yùn)算部件；根據(jù)所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件的輸出判別是所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的判定部件。
另外，本發(fā)明提供一種用于檢測(cè)具有保護(hù)區(qū)間的電力系統(tǒng)的故障的方法，包括在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)配置第一光電流傳感器的步驟；通過(guò)所述第一光電流傳感器感知所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)流過(guò)的第一電流的大小的步驟；在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)配置第二光電流傳感器的步驟；通過(guò)所述第二光電流傳感器感知所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)流過(guò)的第二電流的大小的步驟；求出作為所述第一電流和所述第二電流的差的差電流輸出的步驟；求出作為所述第一電流和所述第二電流的和的和電流輸出的步驟；從所述差電流輸出求出動(dòng)作量的步驟；從所述差電流輸出和所述和電流輸出求出抑制量的步驟；從所述動(dòng)作量和所述抑制量求出動(dòng)作比率的步驟；根據(jù)所述動(dòng)作量和所述動(dòng)作比率輸出判別是所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的步驟。
本發(fā)明還提供一種用于檢測(cè)具有保護(hù)區(qū)間的電力系統(tǒng)的故障的方法，包括在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)配置第一光電流傳感器的步驟；通過(guò)所述第一光電流傳感器感知所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)流過(guò)的第一電流的大小的步驟；在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)配置第二光電流傳感器的步驟；通過(guò)所述第二光電流傳感器感知所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)流過(guò)的第二電流的大小的步驟；求出作為所述第一電流和所述第二電流的差的差電流輸出的步驟；求出作為所述第一電流和所述第二電流的和的和電流輸出的步驟；從所述差電流輸出和所述和電流輸出求出各自的輸入輸出電流的步驟；從所述輸入輸出電流求出動(dòng)作量的步驟；從所述輸入輸出電流求出抑制量的步驟；從所述動(dòng)作量和所述抑制量求出動(dòng)作比率的步驟；根據(jù)所述動(dòng)作量和所述動(dòng)作比率判別是所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的步驟。


圖1表示本發(fā)明的實(shí)施方式，是說(shuō)明使用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2表示本發(fā)明的實(shí)施方式，是說(shuō)明使用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置的系統(tǒng)圖。
圖3是按照本發(fā)明的實(shí)施方式測(cè)定故障電流時(shí)的輸出波形的一例。
圖4表示本發(fā)明的其他實(shí)施方式，是說(shuō)明使用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是按照本發(fā)明的其他實(shí)施方式測(cè)定故障電流時(shí)的輸出波形的一例。
圖6是使用現(xiàn)有技術(shù)的光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置的說(shuō)明圖。
圖7是按照現(xiàn)有技術(shù)測(cè)定故障電流時(shí)的輸出波形的一例。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。
如現(xiàn)有技術(shù)的(5a)、(5b)所示，光電流傳感器的輸出信號(hào)為x、y方向的2分量的光P2x、P2y，在現(xiàn)有技術(shù)中只能使用其中的一方。以下說(shuō)明，如果使用未使用一方的光信號(hào)，則即使發(fā)生重疊直流分量的外部故障，也不會(huì)誤判為內(nèi)部故障，即，可判定是外部故障還是內(nèi)部故障。
圖1是表示使用本發(fā)明的光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置的實(shí)施方式的說(shuō)明圖。為了求出光電流傳感器的差電流信號(hào)S2x，與使用光信號(hào)P2x同樣，使用光信號(hào)P2y。
以下說(shuō)明，由光信號(hào)P2x獲得的光電流傳感器的差電流信號(hào)S2x具有作為第一光電流傳感器1檢測(cè)的電流i1和第二光電流傳感器2檢測(cè)的電流i2的差電流的i1+i2的信息，還可從光信號(hào)P2y獲得具有作為i1和i2的和電流的i1-i2的信息的和電流輸出S2y。而且，流向電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的和電流以i1-i2表示，i1、i2的符號(hào)都定義為電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9的流入方向?yàn)?，流出方向?yàn)?。
再有，以下的說(shuō)明中，在參照現(xiàn)有技術(shù)的項(xiàng)的圖和式中，相同或相當(dāng)?shù)牟糠仲x予相同的標(biāo)記并省略說(shuō)明。
圖1包括由偏振鏡14、法拉第元件11以及檢偏鏡15構(gòu)成的第一光電流傳感器1；與第一光電流傳感器1同樣構(gòu)成的第二光電流傳感器2；光源12；由光電變換器16、高通濾波器電路17、低通濾波器電路18以及比例計(jì)算器19構(gòu)成的第一光信號(hào)處理部4a；與第一光信號(hào)處理部4a同樣構(gòu)成的第二光信號(hào)處理部4b；傳送光源12和第一光電流傳感器1間光信號(hào)的光纖傳輸路徑3a；傳送第一光電流傳感器1和第二光電流傳感器2間光信號(hào)的光纖傳輸路徑3b；傳送第二光電流傳感器2的2個(gè)射出端中射出具有差電流信息的光信號(hào)P2x的射出端與第一光信號(hào)處理部4a間光信號(hào)的光纖傳輸路徑3c；傳送第二光電流傳感器2的2個(gè)射出端中射出具有和電流信息的光信號(hào)P2y的射出端與第二光信號(hào)處理部4b間光信號(hào)的光纖傳輸路徑3d；檢測(cè)第一光信號(hào)處理部4a的差電流輸出S2X的差電流檢測(cè)部件5a；檢測(cè)第二光信號(hào)處理部4b的和電流輸出S2y的和電流檢測(cè)部件5b；從差電流檢測(cè)部件5a的輸出求出動(dòng)作量的動(dòng)作量運(yùn)算部件6a；從差電流檢測(cè)部件5a和和電流檢測(cè)部件5b的輸出求出抑制量的抑制量運(yùn)算部件6b；從動(dòng)作量運(yùn)算部件6a和抑制量運(yùn)算部件6b的輸出求出動(dòng)作比率的動(dòng)作比率運(yùn)算部件7；根據(jù)動(dòng)作量檢測(cè)部件6a的輸出和動(dòng)作比率運(yùn)算部件7的輸出判別是電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是區(qū)間外的故障的判定部件8。
第一光電流傳感器1和第二光電流傳感器2在電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9中的設(shè)置狀況以及光信號(hào)處理部4a的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相同，從光信號(hào)處理部4a獲得光電流傳感器的差電流輸出S2x。
另一方面，由光纖傳輸路徑3d導(dǎo)入的光信號(hào)為(5b)式所述的P2y信號(hào)。來(lái)自第二光電流傳感器2的另一光信號(hào)P2y由光纖傳輸路徑3d引導(dǎo)入射到第二光信號(hào)處理部4b的光電變換器16，通過(guò)同樣的信號(hào)處理，獲得光電流傳感器的和電流輸出S2y。光電流傳感器的和電流輸出S2y以下式表示。
S2y＝(P2y的交流分量)/(P2y的直流分量)...(17)這里，對(duì)(5a)、(5b)式，采用(7)式的近似，則(6)式的S2x和(17)式的S2y可簡(jiǎn)略表示如下。
S2x＝α0(i1+i2)+δx...(18a)S2y＝α0(i1-i2)+δy...(18b)這里，α0＝2V，V為光電流傳感器的貝爾迪常數(shù)。
這里，(18a)式的第一項(xiàng)為包含于S2x信號(hào)的差電流分量，第二項(xiàng)為包含于S2x信號(hào)的誤差信號(hào)分量δx。
同樣地，(18b)式的第一項(xiàng)為包含于S2y信號(hào)的和電流分量，第二項(xiàng)為包含于S2y信號(hào)的誤差信號(hào)分量δy。
δx、δy依賴于重疊有直流分量的過(guò)渡性衰減信號(hào)，如(16)式所示，在直流分量衰減之前產(chǎn)生。
一般地，使用保護(hù)繼電器的比率差動(dòng)繼電器的動(dòng)作比率k為動(dòng)作量m和抑制量n的比，以下式表示。
動(dòng)作比率k＝m/n...(19)動(dòng)作量m＝|i1+i2|...(20a)抑制量n＝|i1|+|i2| ...(20b)這里，|i1+i2|表示差電流i1+i2的有效值，|i1|和|i2|分別表示i1的有效值和i2的有效值。
(18a)、(18b)式中包含誤差信號(hào)δx、δy，假定其為可暫時(shí)無(wú)視的大小，則利用差電流檢測(cè)部件5a求出的S2X和和電流檢測(cè)部件5b求出的S2y求(19)式表示的動(dòng)作比率k的方法如下所示。
在圖1的動(dòng)作量運(yùn)算部件6a中按(21a)式可求得(20a)式的動(dòng)作量m。
S2x＝α0(i1+i2)+δxα0(i1+i2)m＝|i1+i2||S2x|/α0...(21a)在抑制量運(yùn)算部件6b中按(21b)式可求得(20b)式的抑制量n。
S2x+S2y＝α0(i1+i2)+δx+α0(i1-i2)+δy＝2α0i1+δ′2α0i1|i1||(S2x+S2y)|/(2α0)S2x-S2y＝α0(i1+i2)+δx-α0(i1-i2)-δy＝2α0i2+δ″2α0i2|i2||(S2x-S2y)|/(2α0)n＝|i1|+|i2|{|(S2x+S2y)|+|(S2x-S2y)|}/(2α0) ...(21b)在動(dòng)作比率運(yùn)算部件7中將(21a)式和(21b)式代入(19)式中可求得動(dòng)作比率k。
k＝m/n＝|i1+i2|/(|i1|+|i2|)＝{|S2x|/α0}/{|(S2x+S2y)+(S2x-S2y)|/(2α0)}＝2·|S2x|/(|S2x+S2y|+|S2x-S2y|)...(22)動(dòng)作量運(yùn)算部件6a中求出的動(dòng)作量為m和動(dòng)作比率運(yùn)算部件7求出的動(dòng)作比率為k，在判定部件8中，設(shè)動(dòng)作量調(diào)整值為k1，設(shè)動(dòng)作比率調(diào)整值為k2，在m＞k1且k＞k2時(shí)判定為內(nèi)部故障，由此，即使為重疊有直流分量的故障電流也可防止外部故障中的不必要?jiǎng)幼鳌?br> 由上述(21a)式、(22)式求出的動(dòng)作量m、動(dòng)作比率k，是假定(18a)、(18b)式所示的誤差分量δx和δy為暫時(shí)可無(wú)視的大小而求出，但誤差分量的大小，隨故障電流的大小以及使用的電流傳感器的靈敏度而變動(dòng)。但是，外部故障發(fā)生時(shí)和內(nèi)部故障發(fā)生時(shí)的動(dòng)作比率k如有較大差異，則在判定部件8中可判別故障是在保護(hù)區(qū)間的內(nèi)部還是在外部。
下面，在實(shí)際的電力系統(tǒng)中按照所述方法，通過(guò)計(jì)算確認(rèn)可判別故障是在保護(hù)區(qū)間的內(nèi)部還是在外部。
假定的電力系統(tǒng)的最大故障電流為33kA，重疊的直流分量為100％，時(shí)間常數(shù)τ＝100ms。使用的光纖傳感器與現(xiàn)有技術(shù)同樣、為波長(zhǎng)1550nm的鉛玻璃纖維型光電流傳感器，其貝爾迪常數(shù)V取3.93×10-6〔rad/A〕。
對(duì)于電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間9，對(duì)外部故障、內(nèi)部故障的各故障情況，為了說(shuō)明本發(fā)明的使用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置的動(dòng)作，與現(xiàn)有技術(shù)中說(shuō)明同樣地采用圖2的系統(tǒng)圖。
外部故障在圖2所示的系統(tǒng)中的故障位置為f1和f3的兩種情況，可認(rèn)為它們是同等的，所以這里以f1為外部故障的代表例。
內(nèi)部故障的情況，有電源配置的兩端、f1側(cè)的一側(cè)電源、f3側(cè)的一側(cè)電源3種情況。一側(cè)電源f1側(cè)和f3側(cè)可認(rèn)為是同樣的，以f1側(cè)為代表例。
兩側(cè)電源配置中發(fā)生故障的情況下，可認(rèn)為i1、i2i1(t)＝i2(t)一側(cè)電源配置中發(fā)生故障的情況下，設(shè)i2(t)＝0圖3是用于說(shuō)明由(22)式求出的動(dòng)作比率k在內(nèi)部故障和外部故障中有較大的差的圖，是將先前所示的故障電流的值、光纖的常數(shù)代入(14)、(5a)、(5b)、(6)、(17)、(21a)、(21b)、(22)式中，通過(guò)計(jì)算求得。
另外，作為在動(dòng)作量運(yùn)算部件6a和抑制量運(yùn)算部件6b中求出電源頻率分量的有效值|S2x|、|S2x+S2y|以及|S2x-S2y|的方法，與現(xiàn)有技術(shù)同樣，以下面的算法計(jì)算。
采樣電角度30度數(shù)字濾波器D.F.1f＝(1-Z-6)(1+Z-1+Z-2+Z-3)有效值運(yùn)算有效值2＝Cn-32-Cn·Cn-6圖3(a)表示由(14)式表示的重疊有直流分量的故障電流i1(t)，表示故障電流i1＝33kA的波形。圖3(b)至圖3(d)為外部故障的情況，圖3(b)表示動(dòng)作量m，圖3(c)表示抑制量n，圖3(d)表示動(dòng)作比率k。示出故障電流i1＝33kA、24kA、15kA、9kA的4種情況。
同樣，圖3(e)至圖3(g)為內(nèi)部故障位于兩側(cè)電源配置的情況，圖3(e)表示動(dòng)作量m，圖3(f)表示抑制量n，圖3(g)表示動(dòng)作比率k。示出故障電流的以下4種情況。
i1＝+16.5kA、i2＝+16.5kA、i1＝+12.0kA、i2＝+12.0kA、
i1＝+7.5kA、i2＝+7.5kA、i1＝+4.5kA、i2＝+4.5kA圖3(h)至圖3(j)為內(nèi)部故障位于一側(cè)電源配置的情況，圖3(h)表示動(dòng)作量m，圖3(i)表示抑制量n，圖3(j)表示動(dòng)作比率k。示出故障電流i1＝33kA、24kA、15kA、9kA的4種情況。
對(duì)表示外部故障情況的動(dòng)作比率K的圖3(d)、表示內(nèi)部故障兩側(cè)電源配置、內(nèi)部故障一側(cè)電源配置的各情況的動(dòng)作比率k的圖3(g)、圖3(j)進(jìn)行比較可明白，動(dòng)作比率在內(nèi)部故障的情況下，兩側(cè)電源和一側(cè)電源都為100％，外部故障的情況下，瞬間升到了20％，但是與內(nèi)部故障相比則明顯為小。
因此，決定動(dòng)作比率調(diào)整值k2時(shí)，在外部故障時(shí)通過(guò)設(shè)定為比瞬間上升的動(dòng)作比率k的值大的值，在判定部件8中動(dòng)作量m即使比動(dòng)作量調(diào)整值k1大，只要?jiǎng)幼鞅嚷蔾比動(dòng)作比率調(diào)整值k2小，則判定為外部故障，可防止保護(hù)繼電裝置的不必要?jiǎng)幼鳌?br> 圖4是表示使用本發(fā)明的光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置的其他實(shí)施方式的說(shuō)明圖。以下的說(shuō)明中，在參照上述現(xiàn)有技術(shù)和上述實(shí)施方式的圖和式中，相同或相當(dāng)?shù)牟糠直毁x予相同的標(biāo)記并省略說(shuō)明。
其結(jié)構(gòu)為第一光電流傳感器1；第二光電流傳感器2；光源12；光信號(hào)處理電路4；光纖傳輸路徑3a、3b、3c、3d；第一光信號(hào)處理部4a；第二光信號(hào)處理部4b；差電流檢測(cè)部件5a；和電流檢測(cè)部件5b；從差電流檢測(cè)部件5a的輸出和和電流檢測(cè)部件5b的輸出分別求出輸入輸出電流的補(bǔ)償運(yùn)算部件5c；從補(bǔ)償運(yùn)算部件5c的輸出求出動(dòng)作量的動(dòng)作量運(yùn)算部件6c；從補(bǔ)償運(yùn)算部件5c的輸出求出抑制量的抑制量運(yùn)算部件6d；從動(dòng)作量運(yùn)算部件6c的輸出和抑制量運(yùn)算部件6d的輸出求出動(dòng)作比率的動(dòng)作比率運(yùn)算部件7；根據(jù)動(dòng)作量運(yùn)算部件6c的輸出和動(dòng)作比率運(yùn)算部件7的輸出判別是電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是區(qū)間外的故障的判定部件8。
這里，對(duì)(5a)、(5b)式，采用(7)式的近似，則可改寫(xiě)為如下。
P2x＝(1/4)P0(1+α0i1)(1+α0i2)...(25a)P2y＝(1/4)P0(1+α0i1)(1-α0i2)...(25b)(α0＝2V)此時(shí)，差電流檢測(cè)部件5a的輸出S2x、和電流檢測(cè)部件5b的輸出S2y可如下表示。
S2x＝α0(i1+i2)+α02(i1·i2) ...(26a)S2y＝α0(i1-i2)-α02(i1·i2) ...(26b)這里，(26a)式的第一項(xiàng)為包含于S2x信號(hào)的差電流分量，第二項(xiàng)為包含于S2x信號(hào)的誤差信號(hào)分量α02(i1·i2)。同樣地，(26b)式的第一項(xiàng)為包含于S2y信號(hào)的和電流分量，第二項(xiàng)為包含于S2y信號(hào)的誤差信號(hào)分量。
接著，差電流檢測(cè)部件5a的輸出S2x、和電流檢測(cè)部件5b的輸出S2y在補(bǔ)償運(yùn)算部件5c中，如下除去誤差分量α02(i1·i2)。即，按(27a)至(27c)所示，定義Sz1、Sz2、Sz3，按(28a)、(28b)求出i1、i2。
Sz1＝(S2x+S2y)/2＝α0i1...(27a)Sz2＝(S2x-S2y)/2＝α0i2+α02(i1·i2)＝α0i2(1+α0i1) ...(27b)Sz3＝Sz2/(1+Sz1)＝α0i2...(27c)i1＝Sz1/α0...(28a)i2＝Sz3/α0＝Sz2/{α0(1+Sz1)} ...(28b)用補(bǔ)償運(yùn)算部件5c求出的i1、i2，在動(dòng)作量運(yùn)算部件6c、抑制量運(yùn)算部件6d中根據(jù)以下的(29a)、(29b)式求出動(dòng)作量m和抑制量n。
動(dòng)作量m＝|i1+i2|＝|Sz1+Sz3|/α0...(29a)抑制量n＝|i1|+|i2|＝(|Sz1|+|Sz3|)/α0...(29b)動(dòng)作量運(yùn)算部件6c、抑制量運(yùn)算部件6d中根據(jù)以上的(29a)、(29b)式求出的動(dòng)作量m和抑制量n在動(dòng)作比率運(yùn)算部件7中根據(jù)(30)式求出動(dòng)作比率k。
動(dòng)作比率k＝m/n＝|Sz1+Sz3|/(|Sz1|+|Sz3|) ...(30)動(dòng)作量運(yùn)算部件6c中求出的動(dòng)作量m和動(dòng)作比率運(yùn)算部件7中求出的動(dòng)作比率k，在判定部件8中，設(shè)動(dòng)作量調(diào)整值為k1，設(shè)動(dòng)作比率調(diào)整值為k2時(shí)，在m＞k1且k＞k2時(shí)判定為內(nèi)部故障，由此，即使為重疊有直流分量的故障電流也可防止外部故障中的不必要?jiǎng)幼鳌?br> 圖5是用于說(shuō)明由(30)式求出的動(dòng)作比率k在內(nèi)部故障和外部故障中有較大的差的圖，為與上述實(shí)施方式的圖3所示的計(jì)算采用同樣的條件計(jì)算的結(jié)果。
圖5(a)表示由(14)式表示的重疊有直流分量的故障電流in(t)，表示故障電流有效值in＝33kA的波形。圖5(b)至圖5(d)為外部故障的情況，圖5(b)表示動(dòng)作量m，圖5(c)表示抑制量n，圖5(d)表示動(dòng)作比率k。示出故障電流i1＝33kA、24kA、15kA、9kA的4種情況。
同樣，圖5(e)至圖5(g)為內(nèi)部故障位于兩側(cè)電源配置的情況，圖5(e)表示動(dòng)作量m，圖5(f)表示抑制量n，圖5(g)表示動(dòng)作比率k。示出故障電流的以下4種情況。
i1＝+16.5kA、i2＝+16.5kA、i1＝+12.0kA、i2＝+12.0kA、i1＝+7.5kA、 i2＝+7.5kA、i1＝+4.5kA、 i2＝+4.5kA圖5(h)至圖5(j)為內(nèi)部故障位于一側(cè)電源配置的情況，圖5(h)表示動(dòng)作量m，圖5(i)表示抑制量n，圖5(j)表示動(dòng)作比率k。示出故障電流i1＝33kA、24kA、15kA、9kA的4種情況。
對(duì)外部故障情況的圖5(d)、內(nèi)部故障情況的圖5(g)、圖5(j)進(jìn)行比較可明白，動(dòng)作比率k在內(nèi)部故障的情況下，一側(cè)電源和兩側(cè)電源都為100％，外部故障的情況下，瞬間升到了5％，但是與內(nèi)部故障相比則明顯為小的值。
如上那樣，在外部故障發(fā)生時(shí)通過(guò)設(shè)定為比瞬間上升的動(dòng)作比率k的值大的動(dòng)作比率調(diào)整值k2，在判定部件8中動(dòng)作量m即使比動(dòng)作量調(diào)整值k1大，只要?jiǎng)幼鞅嚷蔾比動(dòng)作比率調(diào)整值k2小，則判定為外部故障，可防止保護(hù)繼電裝置的不必要?jiǎng)幼鳌?br> 如以上說(shuō)明，依據(jù)本發(fā)明的光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置，即使發(fā)生外部故障，也可防止繼電器的不必要?jiǎng)幼鳌?br> 權(quán)利要求
1.一種使用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置，在電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的兩端配置分別測(cè)定輸入輸出電流的兩臺(tái)第一和第二光電流傳感器，所述第一和第二光電流傳感器具有入射端；相對(duì)于設(shè)置在所述入射端的偏振鏡的偏振方向以正45度和負(fù)45度的兩個(gè)偏振方向進(jìn)行檢光的檢偏鏡；以及對(duì)應(yīng)各自檢光分量的射出端；在光源和所述第一光電流傳感器之間、所述第一和第二光電流傳感器之間以及所述第二光電流傳感器和光信號(hào)處理部之間以光纖傳輸路徑連接；保護(hù)繼電裝置包括從所述光信號(hào)處理部的輸出信號(hào)檢測(cè)差電流分量的差電流檢測(cè)部件；從所述光信號(hào)處理部的輸出信號(hào)檢測(cè)和電流分量的和電流檢測(cè)部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出求出動(dòng)作量的動(dòng)作量運(yùn)算部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出和所述和電流檢測(cè)部件的輸出求出抑制量的抑制量運(yùn)算部件；從所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述抑制量運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作比率的動(dòng)作比率運(yùn)算部件；根據(jù)所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件的輸出判別是所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的判定部件。
2.一種使用光電流傳感器的保護(hù)繼電裝置，在電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的兩端配置分別測(cè)定輸入輸出電流的兩臺(tái)第一和第二光電流傳感器，所述第一和第二光電流傳感器具有入射端；相對(duì)于設(shè)置在所述入射端的偏振鏡的偏振方向以正45度和負(fù)45度的兩個(gè)偏振方向進(jìn)行檢光的檢偏鏡；以及對(duì)應(yīng)各自檢光分量的射出端；在光源和所述第一光電流傳感器之間、所述第一和第二光電流傳感器之間以及所述第二光電流傳感器和光信號(hào)處理部之間以光纖傳輸路徑連接；保護(hù)繼電裝置包括從所述光信號(hào)處理部的輸出信號(hào)檢測(cè)差電流分量的差電流檢測(cè)部件；從所述光信號(hào)處理部的輸出信號(hào)檢測(cè)和電流分量的和電流檢測(cè)部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出和所述和電流檢測(cè)部件的輸出求出各自的輸入輸出電流的補(bǔ)償運(yùn)算部件；從所述補(bǔ)償運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作量的動(dòng)作量運(yùn)算部件；從所述補(bǔ)償運(yùn)算部件的輸出求出抑制量的抑制量運(yùn)算部件；從所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述抑制量運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作比率的動(dòng)作比率運(yùn)算部件；根據(jù)所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件的輸出判別是所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的判定部件。
3.一種保護(hù)繼電裝置，用于監(jiān)視具有保護(hù)區(qū)間的電力系統(tǒng)的故障，所述保護(hù)繼電裝置包括射出規(guī)定光信號(hào)的光源；配置在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)的第一光電流傳感器，該第一光電流傳感器，接受來(lái)自所述光源的所述光信號(hào)，與所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)流過(guò)的第一電流的大小成比例地旋轉(zhuǎn)所述光信號(hào)的偏振面，發(fā)射偏振面旋轉(zhuǎn)了的所述光信號(hào)中的至少一個(gè)方向分量的第一光信號(hào)；配置在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)的第二光電流傳感器，該第二光電流傳感器，接受來(lái)自所述第一光電流傳感器的所述第一光信號(hào)，與所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)流過(guò)的第二電流的大小成比例地進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)所述第一光信號(hào)的偏振面，發(fā)射偏振面進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)了的所述第一光信號(hào)中的至少一個(gè)方向分量的第二光信號(hào)和另一方向分量的第三光信號(hào)；從所述的第二光信號(hào)求出作為所述第一電流和所述第二電流的差的差電流輸出的第一光信號(hào)處理部；從所述第三光信號(hào)求出作為所述第一電流和所述第二電流的和的和電流輸出的第二光信號(hào)處理部；檢測(cè)所述第一光信號(hào)處理部的所述差電流輸出的差電流檢測(cè)部件；檢測(cè)所述第二光信號(hào)處理部的所述和電流輸出的和電流檢測(cè)部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出求出動(dòng)作量的動(dòng)作量運(yùn)算部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出和所述和電流檢測(cè)部件的輸出求出抑制量的抑制量運(yùn)算部件；從所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述抑制量運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作比率的動(dòng)作比率運(yùn)算部件；根據(jù)所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件的輸出判別是所述電力系統(tǒng)的所述保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的判定部件。
4.如權(quán)利要求3所述的保護(hù)繼電裝置，其中所述第一光電流傳感器包括用于將來(lái)自所述光源的規(guī)定光信號(hào)作為直線偏振信號(hào)的第一偏振鏡；接受所述第一偏振鏡輸出的所述直線偏振信號(hào)，根據(jù)由所述第一電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的法拉第效應(yīng)，與所述第一電流的大小成比例地以規(guī)定角度旋轉(zhuǎn)所述直線偏振信號(hào)的偏振面的第一法拉第元件；將所述第一法拉第元件輸出的所述直線偏振信號(hào)至少分為x方向分量的光信號(hào)和y方向分量的光信號(hào)的第一檢偏鏡，其中的x方向分量的光信號(hào)為所述第一光信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的保護(hù)繼電裝置，其中所述第二光電流傳感器包括用于將來(lái)自所述第一檢偏鏡的所述第一光信號(hào)變?yōu)橹本€偏振信號(hào)的第二偏振鏡；接受所述第二偏振鏡輸出的所述直線偏振信號(hào)，根據(jù)由所述第二電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的法拉第效應(yīng)，與所述第二電流的大小成比例地以規(guī)定角度旋轉(zhuǎn)所述直線偏振信號(hào)的偏振面的第二法拉第元件；將所述第二法拉第元件輸出的所述直線偏振信號(hào)分為x方向分量的所述第二光信號(hào)和y方向分量的所述第三光信號(hào)的第二檢偏鏡。
6.如權(quán)利要求5所述的保護(hù)繼電裝置，其中所述第一光信號(hào)的偏振方向與所述第二光信號(hào)的偏振方向相同。
7.如權(quán)利要求6所述的保護(hù)繼電裝置，其中所述第一光信號(hào)處理部包括用于將所述第二光電流傳感器的所述第二檢偏鏡輸出的所述第二光信號(hào)變換為電信號(hào)的第一光電變換器；從所述第一光電變換器輸出的電信號(hào)中取出直流分量的第一低通濾波器電路；從所述第一光電變換器輸出的電信號(hào)中取出交流分量的第一高通濾波器電路；以所述交流分量除以所述直流分量、獲得所述差電流輸出的第一比例計(jì)算器。
8.如權(quán)利要求7所述的保護(hù)繼電裝置，其中所述第二光信號(hào)處理部包括用于將所述第二光電流傳感器的所述第二檢偏鏡輸出的所述第三光信號(hào)變換為電信號(hào)的第二光電變換器；從所述第二光電變換器輸出的電信號(hào)中取出直流分量的第二低通濾波器電路；從所述第二光電變換器輸出的電信號(hào)中取出交流分量的第二高通濾波器電路；以所述交流分量除以所述直流分量、獲得所述和電流輸出的第二比例計(jì)算器。
9.如權(quán)利要求8所述的保護(hù)繼電裝置，其中所述第一電流的從所述保護(hù)區(qū)間的外側(cè)到所述保護(hù)區(qū)間的內(nèi)側(cè)的流入方向?yàn)檎?，所述第一電流的從所述保護(hù)區(qū)間的內(nèi)側(cè)到所述保護(hù)區(qū)間的外側(cè)的流出方向?yàn)樨?fù)，所述第二電流的從所述保護(hù)區(qū)間的外側(cè)到所述保護(hù)區(qū)間的內(nèi)側(cè)的流入方向?yàn)檎?，所述第二電流的從所述保護(hù)區(qū)間的內(nèi)側(cè)到所述保護(hù)區(qū)間的外側(cè)的流出方向?yàn)樨?fù)。
10.如權(quán)利要求9所述的保護(hù)繼電裝置，其中設(shè)置使所述第一光電流傳感器內(nèi)的光的傳播方向與由該第一光電流傳感器檢測(cè)的所述第一電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向一致，設(shè)置使所述第二光電流傳感器內(nèi)的光的傳播方向與由該第二光電流傳感器檢測(cè)的所述第二電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)一致。
11.如權(quán)利要求10所述的保護(hù)繼電裝置，其中所述第一檢偏鏡相對(duì)第一偏振鏡以45°的角度設(shè)置。
12.如權(quán)利要求11所述的保護(hù)繼電裝置，其中所述第二檢偏鏡相對(duì)所述第二偏振鏡以45°的角度設(shè)置。
13.一種保護(hù)繼電裝置，用于監(jiān)視具有保護(hù)區(qū)間的電力系統(tǒng)的故障，所述保護(hù)繼電裝置包括射出規(guī)定光信號(hào)的光源；配置在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)的第一光電流傳感器，該第一光電流傳感器，接受來(lái)自所述光源的所述光信號(hào)，與所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)流過(guò)的第一電流的大小成比例地旋轉(zhuǎn)所述光信號(hào)的偏振面，發(fā)射偏振面旋轉(zhuǎn)了的所述光信號(hào)中的至少一個(gè)方向分量的第一光信號(hào)；配置在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)的第二光電流傳感器，該第二光電流傳感器，接受來(lái)自所述第一光電流傳感器的所述第一光信號(hào)，與所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)流過(guò)的第二電流的大小成比例地進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)所述第一光信號(hào)的偏振面，發(fā)射偏振面進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)了的所述第一光信號(hào)中的至少一個(gè)方向分量的第二光信號(hào)和另一方向分量的第三光信號(hào)；從所述第二光信號(hào)求出作為所述第一電流和所述第二電流的差的差電流輸出的第一光信號(hào)處理部；從所述第三光信號(hào)求出作為所述第一電流和所述第二電流的和的和電流輸出的第二光信號(hào)處理部；檢測(cè)所述第一光信號(hào)處理部的所述差電流輸出的差電流檢測(cè)部件；檢測(cè)所述第二光信號(hào)處理部的所述和電流輸出的和電流檢測(cè)部件；從所述差電流檢測(cè)部件的輸出和所述和電流檢測(cè)部件的輸出求出各自的輸入輸出電流的補(bǔ)償運(yùn)算部件；從所述補(bǔ)償運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作量的動(dòng)作量運(yùn)算部件；從所述補(bǔ)償運(yùn)算部件的輸出求出抑制量的抑制量運(yùn)算部件；從所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述抑制量運(yùn)算部件的輸出求出動(dòng)作比率的動(dòng)作比率運(yùn)算部件；根據(jù)所述動(dòng)作量運(yùn)算部件的輸出和所述動(dòng)作比率運(yùn)算部件的輸出判別是所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的判定部件。
14.一種用于檢測(cè)具有保護(hù)區(qū)間的電力系統(tǒng)的故障的方法，包括在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)配置第一光電流傳感器的步驟；通過(guò)所述第一光電流傳感器感知所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)流過(guò)的第一電流的大小的步驟；在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)配置第二光電流傳感器的步驟；通過(guò)所述第二光電流傳感器感知所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)流過(guò)的第二電流的大小的步驟；求出作為所述第一電流和所述第二電流的差的差電流輸出的步驟；求出作為所述第一電流和所述第二電流的和的和電流輸出的步驟；從所述差電流輸出求出動(dòng)作量的步驟；從所述差電流輸出和所述和電流輸出求出抑制量的步驟；從所述動(dòng)作量和所述抑制量求出動(dòng)作比率的步驟；根據(jù)所述動(dòng)作量和所述動(dòng)作比率輸出判別是所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的步驟。
15.一種用于檢測(cè)具有保護(hù)區(qū)間的電力系統(tǒng)的故障的方法，包括在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)配置第一光電流傳感器的步驟；通過(guò)所述第一光電流傳感器感知所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的一端側(cè)流過(guò)的第一電流的大小的步驟；在所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)配置第二光電流傳感器的步驟；通過(guò)所述第二光電流傳感器感知所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間的另一端側(cè)流過(guò)的第二電流的大小的步驟；求出作為所述第一電流和所述第二電流的差的差電流輸出的步驟；求出作為所述第一電流和所述第二電流的和的和電流輸出的步驟；從所述差電流輸出和所述和電流輸出求出各自的輸入輸出電流的步驟；從所述輸入輸出電流求出動(dòng)作量的步驟；從所述輸入輸出電流求出抑制量的步驟；從所述動(dòng)作量和所述抑制量求出動(dòng)作比率的步驟；根據(jù)所述動(dòng)作量和所述動(dòng)作比率判別是所述電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間內(nèi)的故障還是保護(hù)區(qū)間外的故障的步驟。
全文摘要
提供一種保護(hù)繼電裝置。將第一光電流傳感器(1)和第二光電流傳感器(2)設(shè)置在電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)間(9)的兩端，光纖傳輸路徑(3a)至(3d)在光源、第一光電流傳感器(1)、第二光電流傳感器(2)、第一光信號(hào)處理部(4a)以及第二光信號(hào)處理部(4b)間串聯(lián)連接。在動(dòng)作量運(yùn)算部件(6a)、抑制量運(yùn)算部件(6b)、動(dòng)作比率運(yùn)算部件(7)中根據(jù)來(lái)自第一光信號(hào)處理部4a的差電流信號(hào)和來(lái)自第二光信號(hào)處理部4b的和電流信號(hào)，求出動(dòng)作量、抑制量、動(dòng)作比率。即使判定部件8中動(dòng)作量在設(shè)定值以上，只要?jiǎng)幼鞅嚷试谝欢ㄖ狄韵?，可判定為外部故障，防止繼電器的不必要?jiǎng)幼鳌?br> 文檔編號(hào)H02H3/26GK1623261SQ0380283
公開(kāi)日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2003年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月18日
發(fā)明者伊藤高文, 千田善文, 加藤松吉, 山田康久, 田代洋一郎, 黑澤潔, 大河原健治 申請(qǐng)人:株式會(huì)社高岳制作所, 東京電力株式會(huì)社