專利名稱：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)研究學會報告”的1981年37-1卷，第49、50和54頁所述，通過零相序電流和零相序電壓之間的相位關(guān)系來一般地探測高阻抗接地故障，其全部內(nèi)容在此引入作為參考。
這種類型的接地方向繼電器具有正向接地定向探測元件和反向接地定向探測元件。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，判定存在負向接地故障。
圖21示出上述典型接地方向繼電器的特征實例。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(尤其是可以探測正向故障的接地故障正向探測元件21)的輸出來跳閘電路斷路器的邏輯時序電路的實例。圖22示出當跳閘本地電路斷路器時的情況。為了確認操作，如圖22所示的邏輯時序具有計時器12(延遲計時器)以延遲接地故障正向探測元件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。標號“13”代表用于相A、B和C的跳閘命令輸出信號。
圖23示出當啟動接地故障正向探測元件21并收到允許信號時進行快速跳閘的邏輯時序電路的另一個實例。在圖23中，通過允許信號接收單元14接收允許信號，并且通過“與”門電路36來接收單元14的輸出和計時器12的輸出。送出“與”門電路36的輸出作為用于每個相13的跳閘命令輸出信號。借助允許信號發(fā)送單元18發(fā)送計時器12的輸出到遠端。
當使用如圖22或23所示的接地方向繼電器用于跳閘時，用于操作確認的延遲計時器12的設(shè)置時間設(shè)置為零秒。當使用接地方向繼電器作為備用繼電器時，延遲計時器12的設(shè)置時間被典型地設(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，因為在高阻抗接地故障下故障電流很小，同時跳閘包括正常相和故障相的所有相將比讓故障繼續(xù)更為嚴峻地影響整個電力系統(tǒng)。由此，當對于高阻抗接地故障跳閘電路斷路器時，僅應(yīng)該跳閘故障相。此外，當接地電阻非常高時，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)明的一個方面，提供了一種接地方向繼電器，其被設(shè)置為接收與來自將被保護的三相電力傳輸線的電壓和電流有關(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中故障的方向。接地方向繼電器包括零相序電流計算單元，其被設(shè)置為根據(jù)從電力傳輸線探測到的電流計算零相序電流。接地方向繼電器還包括相比較單元，其配置為當零相序電流的相在預(yù)定范圍內(nèi)時，把零相序電流的相和任一相電壓的相進行比較，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)與從將被保護的三相電力傳輸線探測到的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計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中接地故障的方向。該系統(tǒng)還包括瞬時電流-變化繼電器，其配置為當相電流以比預(yù)定速度更快的速度改變時啟動該瞬時電流-變化繼電器。該系統(tǒng)還包括故障相判定單元，其配置為當通過接地方向繼電器判定接地故障為正向故障時，判定對應(yīng)于啟動的瞬時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，其配置為接收與來自將被保護的三相電力傳輸線的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值。該接地方向繼電器配置為根據(jù)多個電數(shù)值判定在電力傳輸線中故障的方向。接地方向繼電器包括零相序電流計算單元，其配置為根據(jù)從電力傳輸線探測到的電流計算零相序電流；和相比較單元，其配置為當零相序電流在預(yù)定范圍內(nèi)時，把零相序電流的相和對應(yīng)于在電力傳輸線中電壓的電壓相進行比較，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)從三相電力傳輸線探測到的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計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?shù)诙拥胤较蚶^電器判定正向故障時，判定其中啟動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)與從將被保護的三相電力傳輸線探測到的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計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端之間交換信號，該瞬時電流變化繼電器配置為當相電流以比預(yù)定速度更快的速度變化時啟動該瞬時電流-變化繼電器。配置該系統(tǒng)當從本地端的遠端繼電器接收允許信號以輸出瞬時電流-變化繼電器的輸出相并向遠端傳輸允許信號、如果自遠端的繼電器接收到允許信號、并且如果接地方向繼電器沒有探測反向故障時，向本地端的瞬時變化繼電器的啟動相輸出跳閘信號，并把允許信號傳輸?shù)竭h端。
附圖的簡要說明本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點從結(jié)合附圖的特定示例說明性實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)明的各種實施例結(jié)合使用的保護繼電器系統(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施例結(jié)合的用于產(chǎn)生跳閘命令信號的邏輯時序電路的第一實例的方框圖；圖5是示出與按照本發(fā)明的接地方向繼電器的種個實施例結(jié)合的用于產(chǎn)生跳閘命令信號的邏輯時序電路的第二實例的方框圖；圖6是按照本發(fā)明接地方向繼電器的第一實施例的修改例的特性圖；圖7是示出故障當?shù)睾驮试S信號傳輸之間關(guān)系的示意圖；圖8是本發(fā)明第一實施例所需的反向探測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)明的第三實施例中用于產(chǎn)生正向故障相判定信號的邏輯時序電路的方框圖；圖12是用在按照本發(fā)明第三實施例中的反向探測接地方向繼電器的特性圖；圖13是示出在按照本發(fā)明的第四實施例中用于產(chǎn)生正向故障相判定信號的邏輯時序電路的方框圖；圖14是示出在按照本發(fā)明的第五實施例中用于產(chǎn)生正向故障相判定信號的邏輯時序電路的方框圖；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)明的第六實施例中用于產(chǎn)生正向故障相判定信號的邏輯時序電路的方框圖；圖17是示出用按照本發(fā)明的第六實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)明的第七實施例中用于產(chǎn)生跳閘命令輸出信號的邏輯時序電路的方框圖；圖19是示出在按照本發(fā)明的第八實施例中用于產(chǎn)生跳閘命令輸出信號的邏輯時序電路的方框圖；圖20是示出在按照本發(fā)明的第九實施例用于中產(chǎn)生跳閘命令輸出信號的邏輯時序電路的方框圖；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的現(xiàn)有技術(shù)的邏輯時序電路的第一實例的方框圖；圖23是用于產(chǎn)生跳閘命令輸出信號的現(xiàn)有技術(shù)的邏輯時序電路的第二實例的方框圖。
發(fā)明的詳細說明在以下的說明和發(fā)明背景的上述說明中，相同的參考標號代表相同的元件，并可能省略多余的說明。
圖1是示出保護繼電器系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)方框圖，該系統(tǒng)可應(yīng)用到以下說明的本發(fā)明的接地故障保護繼電器系統(tǒng)的各種實施例。
參照圖1，借助用于探測電壓的電力變壓器2和用于探測電流的變流器3，接地故障保護繼電器50連接到三相AC(交流)電力傳輸線1。繼電器50包括變壓器4-1和變流器4-2，它們分別把通過電力變壓器2探測的電壓輸出和通過變流器3探測的電流輸出轉(zhuǎn)換為適當?shù)碾娖?，以便可以通過數(shù)字處理器9處理探測到的輸出。
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。繼電器50還包括數(shù)字處理器9，例如微型計算機，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實現(xiàn)該接地方向繼電器。參照圖2，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，并分別輸出“v”和“i”濾波的信號。
接地方向繼電器10一般還具有零相序電流計算單元10-2，其使用如下所示的等式(1)計算自電流“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“m”代表標準采樣時間。假定AC周期的每30度進行采樣數(shù)據(jù)。
接地方向繼電器10一般還具有相比較單元10-3，其把每個相VA、VB和VC的電壓相與從零相序電流計算單元10-2接收到的零相序電流I0進行比較，并判定計算的結(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)積運算，“Φ”代表電壓和電流之間的相差，且“θ”代表一個設(shè)定值。例如可以通過以下等式計算|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，可以利用外積運算替代如公式(2)所示的內(nèi)積運算。
當計算任一相以判定進入如圖3所示的陰影區(qū)時，相比較單元10-3還輸出對應(yīng)的電壓相作為其中發(fā)生正相故障的相，這將以下詳細描述。如圖2所示的相比較單元10-3中“A”“B”和“C”每個代表用于輸出每個相的計算結(jié)果的輸出端。
參照圖3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。因為與ωL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，可以利用線電壓用于極化電壓的計算替代在上述實施例中利用的每個相VA、VB和VC的電壓。在這種情況下，通過如下的等式(4)可以獲得對應(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施例，可以探測高阻抗接地故障，其能夠通過常規(guī)技術(shù)探測。此外，通過接地方向繼電器的第一實施例可以判定故障相。
圖4和5是示出用于產(chǎn)生跳閘命令信號的邏輯時序電路的不同實例的方框圖。這些邏輯時序電路不僅可以應(yīng)用到本發(fā)明的第一實施例，而且可以應(yīng)用到其它實施例。
圖4示出根據(jù)本地端自身產(chǎn)生跳閘命令信號的邏輯時序電路。用于定向接地元件10-A、10-B和10-C的每個相的輸出端連接到用于確認的相應(yīng)計時器12。例如當使用定向接地元件10-A、10-B和10C用于備用保護時，用于確認計時器12的設(shè)置時間可以設(shè)置為幾百毫秒到幾秒。當使用定向接地元件10-A、10-B和10-C用于瞬時跳閘時，用于確認計時器12的設(shè)置時間可以設(shè)置為零，其意味著確認計時器12短路。計時器12每個輸出用于本地電路斷路器每個相的跳閘命令輸出信號13。
圖5示出用于產(chǎn)生跳閘命令信號的另一個邏輯時序電路。該邏輯時序電路與用于交換相互允許信號的遠端連通，以便當判定跳閘時可以考慮遠端的情況。允許信號接收單元14接收來自遠端(未示出)的允許信號。通過“與”門16接收允許信號接收單元14的輸出和計時器12的輸出。如果當接地方向元件10-A、10-B和10-C已被啟動時，或者當探測到正向接地故障時，從遠端接收允許信號，本地端的相應(yīng)相的電路斷路器被允許跳閘。
“或”門電路17也接收計時器12的輸出。當定向接地元件10-A、10-B和10-C其中至少一個在本地端的A、B或C的相中判定正向故障時，“或”門電路17輸出命令信號至允許信號發(fā)送單元18。接著，單元18向遠端發(fā)送允許信號。
現(xiàn)在，將說明第一實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)。這是因為零相序電流I0將很少超前到相電壓VA。通過超前側(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工作區(qū)。
用于這種情況的計算方法與圖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反向故障的方法。
當使用接地方向繼電器用于備用保護目的時，很少需要反向故障探測。但是，當通過從遠端發(fā)送的允許信號使用接地方向繼電器與用于保護繼電器的互連裝置結(jié)合用于跳閘時，需要反向故障探測。
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。假定第二變電所64具有接地方向繼電器和反向探測距離繼電器，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元件。如果在該情況下第二繼電器54不能探測反向故障，第二繼電器54可以根據(jù)自第一繼電器52的允許信號錯誤地跳閘。如果當本地端不能探測到故障時，從遠端接收允許信號，該實施例的跳閘邏輯時序電路可以配置為產(chǎn)生允許信號。
因此，需要具有如用于正向故障探測的靈敏度水平的反向故障探測元件。
圖8是滿足上述需要的反向探測元件的特性圖。圖8示出作為實例的C相電壓反向工作區(qū)。通過使用“-VC”作為電壓進行反向故障探測元件的計算。
按照上述第一實施例的修改例，通過利用反向故障探測元件和自遠端發(fā)送的允許信號，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現(xiàn)有技術(shù)探測。
圖9是示出按照本發(fā)明接地方向繼電器的第二實施例的功能處理單元的方框圖。第二實施例的接地方向繼電器11具有數(shù)字濾波器10-1、零相序電流計算單元10-2和相比較單元10-3，它們與如圖2所示第一實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具有絕對值比較單元10-4，其可以接收零相序電流計算單元10-2的輸出并可以計算零相序電流的絕對值。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和絕對值比較單元10-4的輸出，并可以判定是否滿足“與”的條件。
絕對值比較單元10-4可以通過例如以下公式(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)]]>僅當同時相比較單元10-3和絕對值比較單元10-4的工作條件同時成立時，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，第二實施例的接地方向繼電器11的工作區(qū)示出條件零相時序電流I0的絕對值等于或大于IK的設(shè)置值并且與相電壓相比它的相在某些區(qū)內(nèi)。
如上所述的第二實施例的接地方向繼電器可以對輸入錯誤不靈敏并可以選擇對于高阻抗故障的故障相。
參照圖11和12描述了按照本發(fā)明的第三實施例。圖11是示出在第三實施例中用于產(chǎn)生正向故障相判定信號的邏輯時序電路的方框圖。瞬時電流-變化元件19-A、19-B和19-C可以探測電流中的變化。瞬時電流-變化元件19-A、19-B和19-C是靈敏的并可以探測其中發(fā)生高阻抗故障的相。瞬時電流-變化元件19-A、19-B和19-C通過在基本采樣點(m)的電流Im的絕對值和在采樣點(m-12)電流Im-12的絕對值之間的差值探測變化，采樣點(m-12)先于基本采樣點1個周期，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，通過單觸發(fā)(one-shot)計時器20可以接收瞬時電流變化元件19-A、19-B和19-C的輸出，一旦瞬時電流變化元件19-A、19-B和19-C被啟動，單觸發(fā)計時器20在預(yù)定時間周期內(nèi)維持瞬時電流變化元件19-A、19-B和19-C的輸出。
在圖11中標號“21”代表接地方向繼電器，參照圖21和22所述接地方向繼電器可以使用零相時序電流I0和零相時序電壓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“與”門電路16接收繼電器21和單觸發(fā)計時器20的輸出以判定高阻抗接地故障相。當瞬時電流變化元件19-A、19-B和19-C之一被啟動時、且同時維持從單觸發(fā)計時器20的工作輸出并且啟動正向接地方向繼電器21時，“與”門電路16探測高阻抗接地故障相。
“與”門電路16可以輸出正向故障判定結(jié)果信號22-A、22-B和22-C，每個用于一個相。
按照上述第三實施例，使用現(xiàn)有技術(shù)的接地方向繼電器的正向探測元件21作為方向判定元件，通過零相時序電流I0和零相時序電壓V0操作正向探測元件21。接著，第三實施例與瞬時電流-變化繼電器結(jié)合可以探測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。
參照圖13說明了按照本發(fā)明的第四實施例。在第四實施例中，以下所述的某些邏輯元件加到如圖11所示的第三實施例，以便可以判定在每個相中的正相故障方向。通過單觸發(fā)計時器20可以接收瞬時電流-變化元件19-A、19-B和19-C的輸出，瞬時電流-變化元件19-A、19-B和19-C整體由標號“19”代表，并且通過“或”門電路23可以接收單觸發(fā)計時器20的輸出。由此當瞬時電流變化元件19-A、19-B和19-C之一被啟動時“或”門電路23產(chǎn)生輸出。通過“非”門電路24接收“或”門電路23的輸出，當瞬時電流變化元件19-A、19-B和19-C沒有一個處于工作條件中時，“非”門電路24產(chǎn)生操作信號。通過在以下詳細描述的“與”門電路25接收“非”門電路24的輸出。
當在本地端輸出用于任何一個相的跳閘命令時，跳閘信號26變成“1”的工作輸出。通過“非”門電路27由“與”門電路25接收跳閘信號26?！芭c”門電路25接收接地方向繼電器的正向故障探測元件21的輸出和“非”門電路24和27的輸出。如果瞬時電流-變化元件19-A、19-B和19-C沒有一個處于工作狀態(tài)，如果啟動跳閘信號26，和如果僅啟動接地方向繼電器的正向故障探測元件21，“與”門電路25產(chǎn)生工作輸出。
由一個確認計時器28接收“與”門電路25的輸出。引入確認計時器28以防止在高阻抗接地故障中在通過“與”門電路16選擇并跳閘單相之后在正常相形成的跳閘條件。標號“29”代表“或”門電路。響應(yīng)相應(yīng)的“與”門電路16，“或”門電路29輸出用于各個相的正向故障判定結(jié)果信號，不做修改。當在“與”門電路25開始工作之后經(jīng)過由確認計時器28設(shè)定的時間周期時，“或”門電路29還輸出正向接地故障判定結(jié)果信號。
按照第四實施例，當通過接地方向繼電器啟動瞬時電流-變化繼電器并探測正向接地故障時，僅斷開故障相。但是，如果沒有啟動瞬時電流-變化繼電器，當僅啟動正向接地故障探測繼電器時和當沒有跳閘信號時，接著，判定所有的三相處于故障下，并控制跳閘輸出。
參照圖14和15說明了按照本發(fā)明的第五實施例。在第五實施例中，在第一實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施例中作為故障相判定元件使用的瞬時電流-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。當這類接地方向元件10-A、10-B和10-C用于故障相判定元件時，可以擴寬保護繼電器系統(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，當加寬工作范圍時，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。當零相序電流I0處于重疊區(qū)時，通常不可能進行故障定向判定。但是，因為該實施例具有分離的接地方向繼電器21，當接地方向繼電器21判定正向故障時，可以判定相A的正向故障。同樣地，當接地方向繼電器21判定到反向故障時，可以判定相C的反向故障。
參照圖16說明了按照本發(fā)明的第六實施例，圖16是示出用于產(chǎn)生正向故障相判定信號的邏輯時序電路的方框圖。在第六實施例中，使用在第二實施例(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所示的第五實施例相同。
在第六實施例中，因為使用在第二實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的某個值的零相時序電流I0的高阻抗接地故障。可以提供具有對噪音和錯誤高阻抗的故障相判定和方向判定。
參照圖17和18說明按照本發(fā)明的第七實施例。
在上述第五實施例(圖16)中，當在接近于第一變電所52的內(nèi)點產(chǎn)生高阻抗故障時，很難探測在第二變電所64的遠端在第二繼電器54的故障。尤其是，當故障F的位置和第二繼電器54之間的傳輸線1很長時，在探測在第二繼電器54的故障幾乎是不可能的。如圖18所示通過第七實施例可以減少第六實施例的上述問題。
圖18是示出在第七實施例中用于產(chǎn)生跳閘命令輸出信號的邏輯時序電路的方框圖。參照圖18，標號“30”代表接地故障反向探測元件，例如參照圖12的如上描述，其是用于通過零相時序電流I0和零相時序電壓V0探測故障方向的普通接地定向繼電器。通過“非”門電路31接收接地故障反向探測元件30的輸出，當接地故障反向探測元件30沒有探測到反向接地故障時，該“非”門電路31產(chǎn)生“1”的工作輸出。
通過單觸發(fā)計時器20，由“與”門電路32接收瞬時電流-變化元件19-A、19-B和19-C的輸出以及允許信號接收單元14和“非”門電路31的輸出。如果沒有探測到反向接地故障并且如果接收到來自遠端的允許信號，“與”門電路32產(chǎn)生跳閘命令輸出信號，用于工作中對應(yīng)于瞬時電流-變化元件19-A、19-B和19-C的特定相13。通過“或”門電路17接收“與”門電路32的輸出。當跳閘輸出命令發(fā)送到任意相時啟動“或”門電路17。通過允許信號發(fā)送單元18，“或”門電路17的輸出發(fā)送到遠端作為允許信號。
按照上述第七實施例，通過利用來自接地故障反向探測元件和來自遠端的允許信號，選擇故障相斷開。
參照圖19說明按照本發(fā)明的第八實施例。除了增加具有定向元件的距離繼電器的反向故障探測元件33以及接地故障反向探測元件以用于探測反向故障外，第八實施例與如圖18所示的第七實施例相似。根據(jù)從將被保護的電力傳輸系統(tǒng)探測到的電壓和電流，反向故障探測元件33判定故障的方向。
通過“或”門電路34接收接地故障反向探測元件30和距離繼電器的反向故障探測元件33的輸出。通過“非”門電路31接收并反向“或”門電路34的輸出。接著通過“與”門電路32接收“非”門電路31的輸出。邏輯的其它部分與如圖18所示的第七實施例相同。
按照上述第八實施例，利用三個條件距離繼電器的反向故障探測元件33和接地故障反向探測元件30都不處于工作狀態(tài)；瞬時電流-變化元件19-A、19-B或19-C處于工作狀態(tài)；和接收到來自遠端的允許信號。由此使得方向判定比第七實施例更為準確，并且可以跳閘在本地端的電路斷路器。

參照圖20說明按照本發(fā)明的第九實施例。第九實施例基本上是如圖13所示的第四實施例和如圖19所示的第八實施例的結(jié)合。
如圖20所示增加的“與”門電路35接收如圖1 3所示的“非”門電路24和27的輸出和如圖19所示的“非”門電路31和允許信號接收單元14的輸出。
僅當滿足四個條件時，該“與”門電路35處于工作中，條件是用于相19-A、19-B和19-C的瞬時電流-變化繼電器都沒有被啟動；上述繼電器30和33都沒有探測到反向故障；在本地端不存在跳閘信號26；和已接收到來自遠端的允許信號。僅當滿足該“和”條件時，通過該確認計時器28，“與”門電路35把工作輸出發(fā)送到“或”門電路29，并且從“或”門電路29發(fā)送出用于所有相的跳閘信號13。
當該條件適用于任何相的跳閘信號時，通過允許信號發(fā)送單元18從“或”門電路17向遠端輸出允許信號。
按照第九實施例，即使不啟動瞬時電流-變化元件19且沒探測到反向故障，通過從遠端接收允許信號來實現(xiàn)三相跳閘。
由上述教示可以得出本發(fā)明的多個修改例和變化。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明的方式來實施本發(fā)明。
該申請基于并要求2002年8月9日申請的在先日本專利申請第2002-233451號為優(yōu)先權(quán)；在此引入其全部內(nèi)容作為參考。
權(quán)利要求
1.一種接地方向繼電器，其配置以接收與來自被保護的三相電力傳輸線的電壓和電流有關(guān)的多個電數(shù)值，該接地方向繼電器被配置以根據(jù)該多個電數(shù)值判定在該電力傳輸線中故障的方向，該接地方向繼電器包括零相序電流計算單元，其配置為根據(jù)從該電力傳輸線探測到的電流計算零相序電流；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)，以及當零相序電流的相在該預(yù)定范圍內(nèi)時，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，其配置為當通過該相比較單元判定該零相序電流在預(yù)定范圍內(nèi)時，并且當通過該絕對值比較單元判定零相序電流等于或大于一預(yù)定值時，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)與從被保護的三相電力傳輸線探測的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計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中接地故障的方向；瞬時電流變化繼電器，其配置為當相電流已以比預(yù)定速度更快的速度改變時則被啟動；和故障相判定單元，其配置為當通過該接地方向繼電器判定該接地故障為正向故障時，判定對應(yīng)于啟動的瞬時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，其配置為接收與來自被保護的三相電力傳輸線的電壓和電流有關(guān)的多個電數(shù)值；該接地方向繼電器配置為根據(jù)多個電數(shù)值判定在該電力傳輸線中故障的方向，該接地方向繼電器包括零相序電流計算單元，其配置為根據(jù)從電力傳輸線探測到的電流計算零相序電流；和相比較單元，其配置為將該零相序電流的相和對應(yīng)于在該電力傳輸線中電壓的電壓的相進行比較，以判定該零相序電流是否在一預(yù)定范圍內(nèi)，以及當該零相序電流在該預(yù)定范圍內(nèi)時，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)與從電力傳輸線探測到的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計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中接地故障的方向；和故障相判定單元，其配置為當該第二接地方向繼電器判定一個正向故障時，判定其中啟動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，其配置為當通過該相比較單元判定該零相序電流在該預(yù)定范圍內(nèi)時，并且當通過該絕對值比較單元判定該零相序電流等于或大于一預(yù)定值時，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)與從被保護的三相電力傳輸線探測到的電壓和電流有關(guān)的電數(shù)值計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端之間交換信號；和瞬時電流變化繼電器，其配置為當相電流以比一預(yù)定速度快的速度變化時被啟動；其中，該系統(tǒng)配置為如果從遠端的繼電器接收到允許信號、并且如果該接地方向繼電器沒有探測到反向故障，則輸出該本地端的跳閘信號至該瞬時電流變化繼電器的輸出相，并把允許信號傳送到該遠端。
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元件，其配置為根據(jù)與從電力傳輸線探測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)配置為如果從該遠端的繼電器接收到允許信號，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元件都沒有探測到反向故障，輸出該本地端的跳閘信號至該瞬時電流變化繼電器的輸出相，并向該遠端傳輸該允許信號。
全文摘要
一種用于接收與來自將被保護的電力傳輸線(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)從電力傳輸線探測到的電流計算零相序電流的零相序電流計算單元(10－2)。該接地方向繼電器還包括相比較單元(10－3)，其配置為當零相序電流在預(yù)定范圍內(nèi)時，把該零相序電流的相與對應(yīng)于在該電力傳輸線中電壓的電壓相進行比較，以判定該零相時序電流是否在預(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H02H3/08GK1487641SQ03127818
公開日2004年4月7日 申請日期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 申請人:株式會社東芝