專利名稱：用于電力輸送線路的線路差分保護系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體而言涉及電力輸送線路保護系統(tǒng)，更具體而言，本發(fā)明涉及一種電力輸送線路的差分保護系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的電力系統(tǒng)通常要求高速清除故障以便通過減少下降電壓(壓降)持續(xù)時間來保持系統(tǒng)的短期(短時期)穩(wěn)定性和提供更高性能的電力。能夠滿足電力輸送線路也就是額定電壓等于或大于115KV的電力輸送線路的這種要求的最廣泛使用的故障保護系統(tǒng)是采用方向比較技術(shù)的方向保護系統(tǒng)。盡管方向比較方法有一些優(yōu)點，包括位于本地和電力線遠(yuǎn)程端之間的繼電器的信道要求少，以及固有冗余度少，但是它要求從電力線上的電力信號獲得的電壓值。這種系統(tǒng)由于電壓誤差或小電壓因數(shù)引起的損失電壓也會有一些問題(通常是嚴(yán)重的問題)，包括系統(tǒng)中的熔斷絲，系統(tǒng)中變壓器(VT)設(shè)備繞組的問題和系統(tǒng)中電容性耦合變壓器的短期響應(yīng)問題。
采用電壓值的另一種方向比較系統(tǒng)是一種電流差分系統(tǒng)，它只使用來自電力線的電流值信息，也是公知的線路差分系統(tǒng)，它不要求電壓測量設(shè)備，因為它們在故障確定中不使用電壓值。線路差分系統(tǒng)對系統(tǒng)中的功率波動和負(fù)荷突變不敏感，通常對線路上的某些狀態(tài)不敏感或不受其影響，包括零序耦合效應(yīng)和或電流反向。但是，與這些優(yōu)點同時存在的還有幾個明顯的缺陷，包括依賴高性能的通信信道，并被要求在線路的本地和遠(yuǎn)程保護繼電器之間。此外采用相電流量的傳統(tǒng)線路差分系統(tǒng)被限制在它們的接地故障電阻有效范圍內(nèi)，并且在變流器(CT)飽和的狀態(tài)下?lián)p害安全性。
本發(fā)明是一種新型線路差分系統(tǒng)，它雖然也依賴一個通信信道，但是它比其他系統(tǒng)有幾個顯著的改進(jìn)之處，包括故障電阻有效范圍提高，操作特性和靈敏性改善，同時又保持了電力系統(tǒng)的安全。
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明是一種用于電力輸送線路的電流差分保護系統(tǒng)，它包括用于確定輸送線路本地端和遠(yuǎn)程端的相電流值的裝置；用于計算遠(yuǎn)程相電流值與本地相電流值的比值幅值以及計算遠(yuǎn)程電流值和本地電流值之間的角度差的裝置；比較單元，用于將上述比值幅值和上述角度值與預(yù)選值進(jìn)行比較，所述預(yù)選值在電流比值平面內(nèi)建立一個相區(qū)域(phase region)，在所述相區(qū)域內(nèi)限制輸送線路的斷路器的跳閘，其中當(dāng)該比值幅值和角度值不在建立的相區(qū)域之內(nèi)時，產(chǎn)生用于斷路器的跳閘信號作為輸出信號，并且其中當(dāng)該比值幅值和角度值在建立的相區(qū)域之內(nèi)時，不產(chǎn)生跳閘信號；用于從輸送線路本地端和遠(yuǎn)程端的(1)負(fù)序(negative sequence)電流值和(2)零序(zero sequence)電流值中選擇一個的確定裝置；用于計算選擇的遠(yuǎn)程序(sequence)電流值和本地序電流值的比值幅值的裝置；用于計算本地和選出的遠(yuǎn)程序電流值之間的角度差值的計算裝置；以及比較單元，用于將上述比值幅值和上述角度值與預(yù)選值進(jìn)行比較，所述預(yù)選值在電流比平面內(nèi)建立一個選定序限制區(qū)域，其中當(dāng)該比值幅值和角度值在該序區(qū)域之外時，產(chǎn)生一個斷路器的跳閘信號作為輸出信號，并且當(dāng)該比值幅值和角度值在該序區(qū)域之內(nèi)，不產(chǎn)生跳閘信號。
在本發(fā)明的相關(guān)方面中，正序(positive sequence)電流值替代相電流值，并與負(fù)序電流值結(jié)合使用，并且從負(fù)序電流值和零序電流值中選出的一個值。
圖1表示一種電路輸送線路的差分保護系統(tǒng)的簡圖。
圖2A和2B表示從線路1的保護觀點觀察到的內(nèi)部和外部故障的電力輸送線路電流圖。
圖3表示外面部分(外部)故障或通過負(fù)荷的具有理想特性點的電流比平面圖。
圖4表示本發(fā)明的系統(tǒng)的電流比平面操作特性圖。
圖5表示本發(fā)明線路差分系統(tǒng)第一部分的邏輯圖。
圖6表示本發(fā)明線路差分系統(tǒng)第二部分的邏輯圖。
圖7表示典型負(fù)載電路圖。
具體實施例方式
如上所述，這些線路差分保護系統(tǒng)是一種具有幾個可用于電力輸送線路的不同保護方案的系統(tǒng)。在該線路差分方法中，保護性繼電器位于保護線路的每一端。例如在圖1中，輸送線路12在相反的端部具有保護性繼電器14，16。斷路器15和17分別與繼電器14和16相關(guān)。繼電器之間的通信由通信線18完成，該通信線可以是光纖電纜或其它通信媒介。在工作時，每個繼電器14和16測量保護線路端部的線路電流值，并將其發(fā)送給線路其他端部的繼電器。本地保護繼電器(在圖1中繼電器14被稱為“本地”繼電器)將與電流結(jié)合，它測量來自遠(yuǎn)程繼電器的線路電流值。當(dāng)故障在保護線路外部(故障在不同的線路上)時電流值的總和為零，而內(nèi)部故障(在保護線路上)將導(dǎo)致非零組合電流。
圖2A，2B表示輸送線路圖，其中有內(nèi)部(線路12)和外部(線路19)故障的電流流動，表示外部故障增加到零的原理，同時內(nèi)部故障產(chǎn)生一個非零組合電流。
當(dāng)采用線路差分方法和采用線路相反端的電流值確定故障發(fā)生在輸送線路上時，電流比例特性或點得到計算并公知作為電流比平面，也公知作為α平面，圖示表示了遠(yuǎn)程電流(IR)到本地電流(IL)的矢量比。該電流比平面或α平面是一個公知的概念，有關(guān)的說明在A.R.vanC.Warrington，Chapman and Hall Ltd(1971)所著的書”ProtectiveRelays-Their Theory and Pratice”，其中的相關(guān)部分在此引入作為參考。遠(yuǎn)程繼電器和本地繼電器的線路電流值組合形成電流值的比值。該比值有一個幅值和角度。該比值可以繪制在電流比值平面上。流入保護線路內(nèi)的電流被確定為在兩端(線路端點)的正(零角度)電流。圖3是α(電流比值)平面的簡圖。平面的兩個軸由符號a和jb表示，并由下面的公式得出I→RI→L=rejθ=a+jb]]>a=Re(I→RI→L)]]>b=Im(I→RI→L)]]>其中Re和Im指電流比的實部和虛部。
理想地，負(fù)載電流在兩個繼電器內(nèi)同時出現(xiàn)但值相反，因此對于負(fù)載電流和外部故障，IR/IL＝1∠180°由圖3中的附圖標(biāo)記點26表示。
關(guān)于內(nèi)部故障，只在線路同源時線路兩端的故障電流相等，例如當(dāng)兩個源有相等的強度及故障位于線路中點時，線路兩端對故障的作用是相等的。在此情況下，IR/IL等于1∠0°。但是，當(dāng)內(nèi)部故障朝本地繼電器移動時，IL將增加，α平面上內(nèi)的點27將朝從該本地繼電器(圖2中的繼電器14)觀察到的原始位置移動。對于比本地電流大的遠(yuǎn)程電流，從本地繼電器觀察時該點將朝離開原始位置的方向移動。當(dāng)故障離開本地繼電器時，IL將減少，該點將移動。
各種系統(tǒng)因數(shù)包括分同源電力系統(tǒng)將導(dǎo)致每端處α平面內(nèi)故障電流的角度不同，這導(dǎo)致外部故障的比值點在平面α內(nèi)沿移動通過“a”軸的弧上下移動。
顯然，對于三相電流IA，IB，IC中的每一項及對三個序列的電流量(零序、正序和負(fù)序)中的每一個，都存在一個獨立的α平面。各種其它因數(shù)包括線路測量誤差，線路充電電流，CT(變流器)飽和效應(yīng)，電力系統(tǒng)補償電容器內(nèi)的短期效應(yīng)，數(shù)字濾波器短期響應(yīng)和繼電器系統(tǒng)的其他方面，能夠?qū)е峦獠抗收系谋戎等鐖D3所示朝離開點26的方向移動。對于內(nèi)部故障，這些因數(shù)將導(dǎo)致該比值在α平面周圍移動。
在外部故障也就是理想外部故障或負(fù)載的α平面內(nèi)，從26的移動使線路差分系統(tǒng)的確定更加復(fù)雜，表明(1)故障在保護線路上，斷開線路上的相關(guān)斷路器，或者(2)限制故障報告，因為電流比值起因于負(fù)載或外部故障或系統(tǒng)因數(shù)和/或誤差。有一個確定在該α平面內(nèi)的區(qū)域，該區(qū)域是“限制”區(qū)域，是一個“工作”(跳閘)區(qū)域，能夠適當(dāng)決定電路受到限制和工作的選擇。
在本發(fā)明中，不會由于線路差分單元導(dǎo)致跳閘的α平面內(nèi)的所有點確定了一個沒有跳閘信號的限制區(qū)域，同時α平面內(nèi)的其余部分在產(chǎn)生跳閘信號的工作區(qū)域內(nèi)。
圖4表示本發(fā)明作出故障確定決定使用的限制/工作區(qū)域。在α平面內(nèi)被稱為30處的限制區(qū)域位于理想外部故障點32的中心。該區(qū)域30首先由電流比值角度(在“a”軸之下或之上的徑向線路31和33)確定，其范圍與受到各種系統(tǒng)因數(shù)影響的電流比值相適應(yīng)，這些系統(tǒng)因數(shù)包括線路充電電流值，CT飽和和取樣時間和數(shù)據(jù)調(diào)整誤差。區(qū)域30還由電流比值(曲線35，37)的幅值確定，在其它因數(shù)中，其范圍與CT飽和和數(shù)字濾波短期響應(yīng)相適應(yīng)。
本發(fā)明的邏輯線路使用一系列的邏輯比較和其它功能來確定IR/IL比值位于α平面上的位置，尤其是確定IR/IL比值是否在限制區(qū)域內(nèi)，在此情況下，沒有跳閘信號。當(dāng)IR/IL比值位于限制區(qū)域之外的工作區(qū)域時，如果檢波器的電流值滿足一定的閾值和其它特性，那么就產(chǎn)生一個跳閘信號。
如上所述，分別有一個獨立的α平面代表每一相電流(Ia，Ib，Ic)和每一個序電流(I0，I1，I2)。在本發(fā)明中，α平面代表用于所有三相電流(Ia，Ib，Ic)。在此應(yīng)用中，所表示和介紹的電路只是用于Ia相電流。其它相電流(Ib，Ic)有相同的相關(guān)邏輯電路。此外，負(fù)序電流值與負(fù)序α平面一起使用。尤其是對于故障電流小的不平衡的故障而言，負(fù)序部分增加了整個系統(tǒng)的靈敏性。使用負(fù)序量，盡管提供了比相電流單元更好的靈敏度，但是也包括用于防止在故障狀態(tài)下運行的安全單元。A相、B相和C相電路用于提供作用于三相故障的跳閘，負(fù)序電路用于不平衡故障。
相對于其它序的嚴(yán)重CT飽和的外部(外部)故障，負(fù)序電路比其它序的電路具有顯著的優(yōu)點。使用負(fù)序量與只使用相電路相比，能夠給保護系統(tǒng)提供更高的接地故障電阻范圍。這是人們期望得到的結(jié)果，并且也能夠在非故障狀態(tài)下提供更好的安全性。不平衡故障將在所有內(nèi)部故障的至少一個線路終端內(nèi)產(chǎn)生負(fù)序電流。因此，使用負(fù)序量將能夠檢波器所有不平衡故障。此外更重要的是，由于負(fù)序充電電流的很小，因此檢波器工作的閾值可以設(shè)定得非常低，可與相檢波器工作的水平相比。通常，負(fù)序和相充電電流的差值在穩(wěn)定狀態(tài)運行狀態(tài)下將是1/100或甚至更大。但是，設(shè)定為1/10也是很有利的。
圖5表示本發(fā)明的線路差分系統(tǒng)的相比較部分的邏輯電路。對于B相和C相可以采用相同的邏輯圖?，F(xiàn)在參見圖5，比較器40將在電力線本地端測得的S相電流IAL的幅值與選出閾值相比較，在此情況下為額定二次電流的10％(0.1)。該閾值能夠保證相電流有足夠的幅值，有可靠的相角。比較器42對通過通信信道從線路其它端遠(yuǎn)程繼電器獲得的遠(yuǎn)程電流值實現(xiàn)相同的功能。
AND門44響應(yīng)比較器40和42的輸出，以及比較器46的輸出。比較器46的功能是能夠在本地和遠(yuǎn)程電流的總和IAL+AR超過最小閾值時使計算器工作。電流累加功能由累加電路41實現(xiàn)。比較器46的輸入由電流累加電路48和多路復(fù)用器單元50提供。該多路復(fù)用器單元50將在兩個設(shè)定的電流閾值之間變化。比較器46建立大的輸出，以便超過一個較高的最小靈敏度水平。
累加電路48的輸出也與用戶設(shè)定警報值相比較。如果超過該閾值，那么就發(fā)出CTAA警報信號。比較的目的是檢測用戶不小心將繼電器(位于線路的一端或多端)周圍的三個電流輸入短路的情況。
多路復(fù)用器50的設(shè)定閾值在電力線的最大充電電流之上。充電電流是用于給高架線和地下線路中出現(xiàn)的分配線路電容器充電的電流。提供給比較器46的多路復(fù)用器的閾值將在輸入為0的設(shè)定閾值和輸入為1的兩倍于該設(shè)定閾值的閾值之間改變。0或1閾值由OR門54的輸出選擇，其響應(yīng)于OR門56和計時器58的輸出。
遠(yuǎn)程繼電器的A相、B相和C相的絕對值分別提供給比較器62，64和66，這些比較器將那些值與用戶選出的單個設(shè)定閾值相比較。該設(shè)定值是可以改變的。如果比較器62，64和66的任何輸出高，那么OR門60的輸出也高。OR門60的輸出作為一個輸入提供給AND門68。給AND門的其它輸入是一個來自遠(yuǎn)程斷路器即電力線遠(yuǎn)程端的斷路器的狀態(tài)邏輯的一個信號。如果此時斷路器斷開，那么該線路上的信號就高。AND門68的輸出作為給計時器58的輸入，它是一個邊緣觸發(fā)的瞬時檢波器，一個循環(huán)時間延遲的放空計時器。計時器8的輸出在AND門68的輸出上升沿升高。
在來自AND門68的高輸出結(jié)束之后計時器58的輸出仍然保持很高。計時器58的輸出提供給OR門54。如上所述，OR門的輸出控制多路復(fù)用器50的設(shè)定，即是否為用戶設(shè)定值或其兩倍。OR門54的高通信號表示可能的線路激勵；這導(dǎo)致將多路復(fù)用器50的輸出設(shè)定為高的閾值。來自O(shè)R門56的輸出也有相同的功能，它響應(yīng)于來自本地邏輯斷路器狀態(tài)邏輯的信號和計時器69的工作。
AND門44的輸出提供給角度計算電路72。如上所述，當(dāng)來自比較器46的輸出高以及比較器40和42的輸出高時，AND門的輸出也高，基本表示本地和遠(yuǎn)程電流值高到足以使它們的角度能夠取決于故障確定。角度計算電路72使用A相電流相矢量IAR和IAL比值完成了下面的計算。angle=Re[IAR·IAL*]|IAR|·|IAL|]]>計算結(jié)果是一個代表本地和遠(yuǎn)程電流的角度值，當(dāng)IAR和IAL在相內(nèi)(角度差為零)時該值為最大正值，當(dāng)IAR和IAL為180在相外時為最大負(fù)值，當(dāng)IAR和IAL在quadature(即在相外90)。來自電路72的該值提供給兩個比較器74和76。在這些比較器中，將該角度值與閾值相比。在比較器76中，該閾值是 該值87LA表示在α平面上通過“a”軸的角度范圍，其中表示一個限制作用。比較器76的作用是確定IR和IL之間的電流差的角度是否在閾值建立的角度限制范圍內(nèi)。如果IR/IL角度差在該角度范圍內(nèi)，那么比較器76的輸出高，表示用于該系統(tǒng)的相單元部分的可能限制條件。在比較器74中，該閾值為 該閾值角度通常設(shè)定得比比較器76使用的閾值設(shè)定值確定的限制區(qū)域稍小。這就在該限制區(qū)域內(nèi)建立了性能邊界區(qū)域內(nèi)的該角度部分。如果確定的角度值在靠近比較器76設(shè)定值確定的限制區(qū)域邊界的一個點處，但是仍然在該限制區(qū)域內(nèi)，以便該繼電器不會使斷路器跳閘，應(yīng)該不通知用戶保護邊界是封閉的。該“邊界”角度可以在5°到25°之間變化。
A相電流(IAR和IAL)也提供給幅值電路84。在幅值電路84中，兩個電流值IR和IL的絕對幅值用于確定電流幅值比值(IAR/IAL)。電路84的輸出如同一個輸入一樣提供給四個比較器。在比較器86中，將幅值電路84的輸出與第一設(shè)定值(在圖5中為87LR)相比，它代表圖4中α平面內(nèi)該限制區(qū)域的外徑線路37的設(shè)定。如果IR/IL比值小于設(shè)定值，那么比較器86的輸出高。如果大于設(shè)定值，那么它就低。比較器86的輸出形成本發(fā)明安全邏輯(限制)的一部分。
幅值電路84的輸出也提供給比較器90，比較器將其與比較器86的設(shè)定值的倒數(shù)相比較；這是建立限制區(qū)內(nèi)徑線路35的設(shè)定值。如果幅值電路84的輸出值大于設(shè)定值，那么比較器90的輸出就高。否則輸出就低。
比較器86和90的輸出以及比較器76和AND門44的輸出都提供給AND門68。來自AND門68的高輸出表示整個故障確定電路系統(tǒng)在上述閾值安全閾值內(nèi)是可行的，電流比值在限制區(qū)域的兩個建立的半徑邊界之間。來自AND門68的輸出作為一個反向輸入提供給AND門92。
幅值電路84的輸出也作為一個輸入提供給比較器94。給比較器94的其他輸入是一個等于比較器86的設(shè)定值的90％(0.9)的值。該值可以在75％和95％之間變化。如果幅值小于該閾值，即小于比較器86的設(shè)定值(閾值)設(shè)定的限制區(qū)外半徑的90％，那么比較器94的輸出就高。否則就低。該邏輯(比較器94)在該限制區(qū)域內(nèi)建立了性能邊界區(qū)域的外半徑部分。
最后，幅值電路84的輸出提供給比較器96，該比較器將該輸出與比較器90的設(shè)定值的大約為110％的設(shè)定值相比較。這在某種程度上也能夠改變。當(dāng)幅值IR/IL大于設(shè)定值時，比較器96的輸出就高。這就在限制區(qū)域內(nèi)建立了性能邊界區(qū)域的內(nèi)半徑部分，在圖4中比內(nèi)半徑值稍微靠左。
比較器94和96的輸出以及比較器74(它建立限制區(qū)域角度部分性能邊界區(qū)域)的輸出和AND門的輸出作為輸入提供給AND門98。
當(dāng)給AND門的這些輸入都高時，那么就意味著本地和遠(yuǎn)程電流值都大于最小值(因此AND門44的輸出高)；及(2)這些電流的比值在電流比值平面的限制區(qū)域內(nèi)，如比較器76的角度確定和比較器86和90的半徑確定所確定的那樣，那么該輸出將高，表示線路條件能夠在限制區(qū)域內(nèi)。AND門98的輸出作為一個輸入提供給AND門100。
此外，當(dāng)給AND門的所有輸入都高時，表示(1)本地和遠(yuǎn)程電流高于最小值，(2)角度和半徑在限制區(qū)域內(nèi)的性能邊界限定的“巢”區(qū)域內(nèi)，如比較器94和96確定的那樣，AND門98的輸出也高。AND門98的輸出作為一個反向輸入提供給AND門100。在此情況下，AND門100的輸出低，并且不發(fā)出警報(因此繼電器的跳閘受到限制)。但是當(dāng)給AND門98的一個輸入低時，而給AND門68的所有輸入都高時，表示角度和/或半徑的比值的邊界位置在限制區(qū)域內(nèi)，因此AND門100的輸出變高。
AND門100的高輸出提供給計時器102，計時器102在0.5個循環(huán)之后檢波，并有三個循環(huán)的時間延遲下降。因此，AND門100的高輸出狀態(tài)對至少0.5的電力循環(huán)是真實的，并在AND門100的輸出降低之后在三個電力循環(huán)內(nèi)保持較高。計時器102的輸出提供給AND門104。提供給AND門104的反向輸入是OR門106的一個輸出，其輸入全具有其它線路差分單元，由87L2，87L0，87LA，87LB和87LC表示，尤其是零序和負(fù)序單元以及相A、B、C的相單元。如果檢波其中任何一個單元，那么OR門106的輸出將高，AND門104的輸出將低。在此情況下沒有提供報警信號。
當(dāng)沒有其他單元被檢波時，AND門104的輸出因此將高，至少對于0.5個循環(huán)，IR/IL比值在該限制區(qū)域內(nèi)性能邊界區(qū)域內(nèi)，該狀態(tài)在最后三個循環(huán)內(nèi)出現(xiàn)。AND門104的高輸出提供給一個兩循環(huán)安全計時器108。計時器108的高輸出是一個告知用戶系統(tǒng)狀態(tài)關(guān)閉到跳閘狀態(tài)的報警信號，而不是跳閘仍然受到限制的信號。
如上所述，當(dāng)IR/IL比值在限制區(qū)域內(nèi)并且IR/IL電流滿足閾值要求時，AND門68的輸出高。AND門68的輸出以及來自比較器46(上面已經(jīng)解釋了其工作)的信號作為一個反向輸入提供給AND門92。只有當(dāng)AND門68的輸出低時，AND門92的輸出才很高，表示IR/IL比值在限制區(qū)域之外，或者來自一個角度或半徑。
AND門68的輸出也提供給一個單循環(huán)延時檢波器(TDPU)、單循環(huán)延時下降(TDDO)計時器112。計時器112提供了圖5的總電路，在清除外部故障(在附近線路上的故障)之后接著進(jìn)行CT(變流器)飽和安全檢波器，其中在線路一端的CT飽和，而另一端的不飽和。AND門68輸出高的狀態(tài)至少對一個循環(huán)是真實的，必須在至少上一個循環(huán)內(nèi)出現(xiàn)來滿足計時器112。計時器112的輸出作為一個反向輸入提供給AND門110。AND門110的輸出提供給計時器114。計時器114在所示的該實施例中至少有兩個可能的值，盡管可以有更多或更少的值。在該實施例中這兩個值是一個兩點檢波器或16點檢波器，其中每個點都是一個電力系統(tǒng)循環(huán)的1/16。
當(dāng)IR和IL高于閾值水平和CT已經(jīng)從飽和狀態(tài)完全恢復(fù)時，計時器114的輸出高。當(dāng)計時器114的輸出從兩點增加到16點時，提供了額外的安全性。計時器114的輸出是一個斷路器跳閘信號；表示IR/IL比值超出了限制區(qū)域，已經(jīng)滿足了各種安全準(zhǔn)則。
如上所述，上述邏輯電路用于本發(fā)明系統(tǒng)的相差分比較部分的相電流部分。對B相和C相比較提供了相同的電路。
除了相比較操作以外，該操作由對所有三相進(jìn)行，本發(fā)明還包括一個表示在圖6中的負(fù)序差分電流電路。該負(fù)序差分單元在很多方面與圖5的相同。但是，不使用本地和遠(yuǎn)程相電流而使用本地和遠(yuǎn)程負(fù)序量(在圖6中為3I2量)。
將負(fù)序電流量(3I2L和3I2R)與閾值相比，保證負(fù)序電流有一個可靠的相角?？偣策M(jìn)行四個比較。比較器120和122與AND門124一起使用。如果本地負(fù)序電流(3I2L)高于設(shè)定值a·3I2L，那么比較器120的輸出高，其中3I2L是本地終端的正序量。因數(shù)“a”通常為0.02-0.05，設(shè)定值通常為0.03，以便適應(yīng)CT比值誤差。
在比較器122中，對負(fù)序電流3I2L和0.05的額定二次電流值即額定二次電流的5％進(jìn)行比較，它通常是1amp或5amps，取決于使用的CT。同樣可以由比較器126和128對遠(yuǎn)程負(fù)序電流量進(jìn)行比較。比較器126和128的輸出提供給AND門130，其輸出及AND門1 24和比較器168的輸出提供給AND門133。AND門133的功能與圖5中AND門44的功能相同。
電路135計算本地和遠(yuǎn)程負(fù)序電流I2L和I2R之和。相同的輸出作為給時間過電流(TOC)單元的輸入也是有用的。該單元與電流不包括在差分測量中的抽頭負(fù)載配合。由于負(fù)序充電電流可以忽略，因此該負(fù)序TOC單元能夠被設(shè)定得非常靈敏。如圖7所示，抽頭負(fù)載變壓器137從保護線路138延伸，位于本地和遠(yuǎn)程繼電器之間。抽頭負(fù)載變壓器由繼電器139和斷路器141保護。
與TOC相相比，負(fù)序TOC呀能夠檢測位于抽頭變壓器下側(cè)的更高的阻抗接地故障。如果該變壓器構(gòu)成Δ-Y-接地，那么零序TOC不能檢測下側(cè)接地故障，因為變壓器的繞組堵塞了電力系統(tǒng)高壓側(cè)內(nèi)流動的電流。
如果該變壓器構(gòu)成接地-Y-Δ，那么負(fù)序TOC對于外部故障比零序TOC更安全，因為接地-Y的操作象一個未測定的零序電流源。
對于圖7中所示的故障，電路135測量流入變壓器的總故障電流。同樣的電流也能夠由高壓側(cè)繼電器139或變壓器熔絲保護器測量。因為線路端點繼電器測量與抽頭負(fù)載變壓器保護相同的電流，因此可以迅速完成直接時間協(xié)調(diào)。如果故障在保護線路上，那么時間過電流不幸延遲高速跳閘。為了克服該缺點，高設(shè)的過電流單元(通過總線路電流工作)用于使時間過電流單元旁通。由于考慮廠到了變壓器高側(cè)和低側(cè)故障之間的故障功率之差，該方案在很多領(lǐng)域中都是很有效的。在那些電源S和/或電源R的強度顯著變化的情況下，可以使用距離單元代替高設(shè)過電流。
再次參見圖6，AND門133的輸出能夠使角度計算塊136產(chǎn)生確定負(fù)序電流alpha平面的角度信息。圖6中的多路復(fù)用器140與圖5中的多路復(fù)用器50功能相同，并在用戶設(shè)定最小檢波值(pickup value)和三倍于該檢波值的檢波值之間切換。這稍微不同于圖5，圖5中在用戶設(shè)定值和兩倍于該設(shè)定值的值之間切換。此外，使用該切換是因為在電力線激勵(在斷路器已經(jīng)被斷開及再次閉合之后)期間充電電流涌入，或者遠(yuǎn)程斷路器被斷開，這產(chǎn)生了充電電流電源充電的可能性，或者線路的所有三個斷路器的極不同時斷開的可能性。因此，為了提高系統(tǒng)的安全性，當(dāng)斷路器得到信號被斷開時，增加最小跳閘閾值。多路復(fù)用器40由OR門142的輸出控制。驅(qū)動OR門142的電路與圖5中的相同，其中有一個給OR門142的附加輸入值，一個來自圖6中電路另一部分的信號，這將在下面進(jìn)行論述。
比較器150，152，154和156用于建立α平面限制部分的半徑部分(內(nèi)部和外部邊界)及在內(nèi)部產(chǎn)生的“巢”部和完全限制區(qū)域之間的0.9性能邊界區(qū)域。如上所述，該邊界區(qū)域?qū)τ诒拘磐驳南啾容^部分可以改變。
在圖6的負(fù)序量方案中，沒有開路CT警報信號，因此沒有CT警報輸出信號，因為在無負(fù)載狀態(tài)下的高阻抗故障能夠在輕載期間被從開路CT線路中區(qū)分出來。在圖6中，當(dāng)負(fù)序電流比值在限制區(qū)域內(nèi)時比較高的AND門160的輸出可以與圖5中的AND門68的輸出相比。AND門160的輸出接著被提供給計時器162，并作為一個反向輸入被提供給AND門164。計時器162的輸出作為另一個輸入提供給AND門164，該輸入也是反向的。AND門164的輸出以及比較器168的輸出接著作為一個輸入提供給AND門166。
在相同的輸入條件下，圖6中的AND門166的輸出可以與5圖5中AND門110的輸出相比。在圖6中AND門166的輸出提供給計時器168，其輸出是用于本發(fā)明的負(fù)序差分邏輯部分的跳閘信號輸出。計時器168至少有兩個可能的檢波值，盡管可以有更多(或更少)的檢波值，在所示實施例中可以是8點或16點(1/2電力循環(huán)或1電力循環(huán))。在正常工作時，工作點是八個，但是當(dāng)給多路復(fù)用器140的控制信號高時，為了更加安全點值可增加到16。當(dāng)然，該點也可以變化，這取決于設(shè)計上的考慮。計時器168的輸出是一個跳閘信號，表示負(fù)序電流的電流比值特性位于alpha平面的工作區(qū)，與限制區(qū)域相反。
還參見圖6，AND門160和AND門170的輸出提供給AND門172。這與圖5中的AND門68、98和100的輸入和工作十分類似。從AND門172到計時器174的邏輯線路與圖5中的相同。計時器174的輸出高表示電流比值在alpha平面限制區(qū)域的性能邊界區(qū)域內(nèi)，警告用戶系統(tǒng)被閉合到外部(外部)故障的跳閘狀態(tài)。
相差分邏輯和負(fù)序差分邏輯的組合能夠可靠地、迅速地但卻安全地確定保護線路上的故障。使用負(fù)序差分保護尤其能夠為沒有提供相差分邏輯的電流CT變換器飽和提供必要的高接地故障電阻值和安全性。但是很顯然，可以上述線路進(jìn)行改進(jìn)。例如，可以使用零序量代替圖6中的負(fù)序量。雖然性能并不十分好，但是也可以接受。此外，在某些情況下，也可以使用正序量代替圖5中的相量7(與圖6中的線路相結(jié)合)。
因此，本發(fā)明已經(jīng)公開了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠利用保護線路本地和遠(yuǎn)程端的電流值，使用線路差分保護電路精確確定傳輸線路的故障。該系統(tǒng)計算遠(yuǎn)程電流與本地電流的比值，該比值位于電流比值(α)平面內(nèi)，該系統(tǒng)包括一個確定在能夠被用戶修改的α平面內(nèi)的限制區(qū)域，二者都在角度和半徑值內(nèi)?？梢詫⑾嗖罘诌壿嫼拓?fù)序差分邏輯組合起來為CT飽和提供高故障電阻值和安全性。因此該系統(tǒng)高度安全、靈敏，能夠精確和快速確定故障，同時在故障實際不發(fā)生在保護線路部分內(nèi)時避免跳閘。
盡管為了便于說明已經(jīng)描述了本發(fā)明的最佳實施例，但是很顯然，對本發(fā)明所做的各種變化、改進(jìn)和替換都不脫離本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由后面的權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.種用于電力輸送線路的電流差分保護系統(tǒng)，包括用于確定輸送線路本地端和遠(yuǎn)程端的相電流值的裝置；用于計算遠(yuǎn)程相電流值與本地相電流值的比值幅值的裝置；用于計算遠(yuǎn)程電流值和本地電流值之間的角度差的裝置；比較單元，用于將上述比值幅值和上述角度值與預(yù)選值進(jìn)行比較，所述預(yù)選值在電流比值平面內(nèi)建立一個相區(qū)域，在所述相區(qū)域內(nèi)限制輸送線路的斷路器的跳閘，其中當(dāng)該比值幅值和角度值不在建立的相區(qū)域之內(nèi)時，產(chǎn)生用于斷路器的跳閘信號作為輸出信號，并且其中當(dāng)該比值幅值和角度值在建立的相區(qū)域之內(nèi)時，不產(chǎn)生跳閘信號；用于從輸送線路本地端和遠(yuǎn)程端的(1)負(fù)序電流值和(2)零序電流值中選擇一個的確定裝置；用于計算選擇的遠(yuǎn)程序電流值和本地序電流值的比值幅值的裝置；用于計算選擇的本地和遠(yuǎn)程序電流值之間的角度差值的計算裝置；以及比較單元，用于將上述比值幅值和上述角度值與預(yù)選值進(jìn)行比較，所述預(yù)選值在電流比平面內(nèi)建立一個選定序限制區(qū)域，其中當(dāng)該比值幅值和角度值在該序區(qū)域之外時，產(chǎn)生一個斷路器的跳閘信號作為輸出信號，并且當(dāng)該比值幅值和角度值在該序區(qū)域之內(nèi)，不產(chǎn)生跳閘信號。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中選擇的序電流值是負(fù)序電流值。
3.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中遠(yuǎn)程和本地相和負(fù)序電流值是絕對值。
4.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，還包括閾值確定電路，用于對相和負(fù)序電流本地和遠(yuǎn)程值和預(yù)選閾值進(jìn)行比較，其中所述相和負(fù)序電流值必須超過所述電流差分系統(tǒng)的所述閾值，以致能并產(chǎn)生一個跳閘信號。
5.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，包括一個比較單元，用于分別將遠(yuǎn)程和本地相電流值、遠(yuǎn)程和本地負(fù)序電流值之間的電流差值，與預(yù)選最小充電電流值進(jìn)行比較，其中預(yù)選值必須超過最大充電電流值，以便使所述系統(tǒng)產(chǎn)生一個跳閘信號。
6.如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中充電電流最小值在兩個值之間變化，取決于線路是否被激勵，其中當(dāng)電力輸送線被激勵時所述最小值變大。
7.如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述最小充電電流值的增加至少是其它最小值的兩倍。
8.如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，包括一個計時器，用于將增加的最小值的時間延長至少電力系統(tǒng)循環(huán)的1/8。
9.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中預(yù)選值的幅值和角度可以獨立進(jìn)行調(diào)整，以便改變α平面內(nèi)相和負(fù)序區(qū)域的形狀和面積。
10.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中相和負(fù)序區(qū)域內(nèi)部都確定有一個巢區(qū)，其中當(dāng)比值幅值和角度在巢區(qū)和限制區(qū)域之間的邊界內(nèi)時，系統(tǒng)產(chǎn)生一個報警信號。
11.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中當(dāng)比值幅值和角度值在所述限制區(qū)域內(nèi)時，當(dāng)系統(tǒng)已被閾值比較致能時，及當(dāng)沒有其它相差分單元或序單元提供跳閘信號時，跳閘信號受到限制。
12.如權(quán)利要求8的系統(tǒng)，包括一個第二計時器，用于相對于CT飽和為系統(tǒng)提供保護。
13.如權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述計時器至少有兩個檢波值，其中該計時器在電力線被激勵時有一段更長的檢波時間。
14.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中對電力輸送線路的所有三相電流進(jìn)行相電流判定。
15.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中用于操縱負(fù)序單元產(chǎn)生跳閘信號的必要電流值大體設(shè)定為比用于操縱相比較單元所需的電流值小。
16.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中用于負(fù)序單元的所述必要電流值比相比較電流值小約10％或更少。
17.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中該電力系統(tǒng)包括一個來自電力線路的抽頭負(fù)載和將負(fù)載與遠(yuǎn)程負(fù)序電流的總和連接到時間過電流單元上的裝置，用于確定抽頭負(fù)載低側(cè)上的高阻抗接地故障。
18.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中該抽頭負(fù)載是一個變壓器。
19.一種用于電力輸送線路的電流差分保護系統(tǒng)，包括用于確定輸送線路本地端和遠(yuǎn)程端的正序電流值的裝置；用于計算遠(yuǎn)程正序電流值與本地正序電流值的比值幅值的裝置；用于計算遠(yuǎn)程電流值和本地電流值之間的角度差的裝置；比較單元，用于將上述比值幅值和上述角度值與預(yù)選值進(jìn)行比較，所述預(yù)選值在電流比值平面內(nèi)建立一個相區(qū)域，在該相區(qū)域內(nèi)限制輸送線路的斷路器的跳閘，其中當(dāng)該幅值和角度值不在建立的相區(qū)域內(nèi)時，產(chǎn)生用于斷路器的跳閘信號作為輸出信號，并且其中當(dāng)該比值幅值和角度值在建立的相區(qū)域之內(nèi)時，不產(chǎn)生跳閘信號；用于從輸送線路本地端和遠(yuǎn)程端的(1)負(fù)序電流值和(2)零序電流值中選擇一個的確定裝置；用于計算選擇的遠(yuǎn)程序電流值和本地序電流值的比值幅值的裝置；用于計算選出的本地和遠(yuǎn)程序電流值之間的角度差值的計算裝置；以及比較單元，用于將上述比值幅值和上述角度值與預(yù)選值進(jìn)行比較，所述預(yù)選值在電流比平面內(nèi)建立一個選定序限制區(qū)域，其中當(dāng)該比值幅值和角度值在該選定序區(qū)域之外時，產(chǎn)生一個斷路器的跳閘信號作為輸出信號，并且當(dāng)該比值幅值和角度值在該選定序區(qū)域之內(nèi)，不產(chǎn)生跳閘信號。
20.如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中選擇的序電流值是負(fù)序電流值。
21.如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中遠(yuǎn)程和本地相和負(fù)序電流值是絕對值。
22.如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，還包括閾值確定電路，用于將正序和負(fù)序電流本地和遠(yuǎn)程值與預(yù)選閾值進(jìn)行比較，其中所述正序和負(fù)序電流值必須超過所述電流差分系統(tǒng)的所述閾值，以便致能并產(chǎn)生一個跳閘信號。
23.如權(quán)利要求21的系統(tǒng)，包括一個比較單元，用于分別將遠(yuǎn)程和本地正序電流值、遠(yuǎn)程和本地負(fù)序電流值之間的電流差值，與預(yù)選最小充電電流值進(jìn)行比較，其中預(yù)選值必須超過最大充電電流值，以便使所述系統(tǒng)產(chǎn)生一個跳閘信號。
24.如權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中充電電流最小值在兩個值之間變化，取決于線路是否被激勵，其中當(dāng)電力輸送線被激勵時所述最小值變大。
25.如權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中預(yù)選值的幅值和角度可以獨立進(jìn)行調(diào)整，以便改變α平面內(nèi)正序和負(fù)序區(qū)域的形狀和面積。
26.如權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中正序和負(fù)序區(qū)域內(nèi)部都確定有一個巢區(qū)，其中當(dāng)比值幅值和角度在巢區(qū)和限制區(qū)域之間的邊界內(nèi)時，產(chǎn)生一個報警信號。
27.如權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中用于操縱負(fù)序單元產(chǎn)生跳閘信號所必要的電流值大體設(shè)定為比用于操縱正序比較單元所需的電流值小。
28.如權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中用于負(fù)序單元的所述必要電流值比相比較電流值約小10％或更少。
全文摘要
在一種電力線路電流差分保護系統(tǒng)內(nèi)，所有三相電流值(IA，IB和IC)都沖電力輸送線(12)的本地端和遠(yuǎn)程端獲得。可以計算遠(yuǎn)程電流值與本地電流值的比值幅值。此外，還可以計算每相的本地和遠(yuǎn)程電流值之間的角度差。比較單元(40，42)將該比值和角度值與在電流比值平面內(nèi)建立限制區(qū)域的預(yù)選值進(jìn)行比較。導(dǎo)致該比值在該區(qū)域內(nèi)的電流值并不會導(dǎo)致一個電力輸送線(12)的跳閘信號，同時導(dǎo)致一個比值在該區(qū)域之外的電流值導(dǎo)致斷路器跳閘。同樣的電路也適用于負(fù)序電流量，其中負(fù)序電流預(yù)選值被設(shè)定地較低，以便對線路中可能存在的故障產(chǎn)生一個更靈敏的響應(yīng)。
文檔編號H02H3/30GK1481506SQ01820800
公開日2004年3月10日 申請日期2001年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月19日
發(fā)明者J·B·羅伯茲, G·本默堯, H·阿圖伍－費拉, R·?？怂? D·茨歐瓦拉斯, , J B 羅伯茲, 吠呃 , 嘉 費拉, 慫 申請人:施魏策爾工程實驗公司