專利名稱：具有過(guò)電流保護(hù)和防重復(fù)動(dòng)作性能的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器，該繼電器用于控制將饋電裝置連接到低壓二次電力配電網(wǎng)絡(luò)的電路斷路器；更具體地說(shuō)，涉及一種利用相序矢量的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器，其響應(yīng)于由該網(wǎng)絡(luò)流向饋電裝置的反向流動(dòng)的電流而斷開電路斷路器，以及當(dāng)作用在斷路器上的電壓狀態(tài)良好時(shí)，重新合上電路斷路器。本發(fā)明還涉及防止網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器重復(fù)斷開合上電路斷路器以及在網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器中提供正向過(guò)電流保護(hù)。
低壓二次電力配電網(wǎng)絡(luò)由利用兩個(gè)或多個(gè)電源供電的交織的回路式電網(wǎng)組成，使失去任一電源都不會(huì)導(dǎo)致斷電。這種網(wǎng)絡(luò)能夠利用常規(guī)配電方式保證最高級(jí)別的可靠性，以及通常用于向高密度負(fù)載區(qū)例如市區(qū)，大廈或工業(yè)區(qū)供電。每個(gè)電源是向該網(wǎng)絡(luò)供電的中等電壓的饋電裝置，由開關(guān)、變壓器和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器組成。網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器由電路斷路器和控制繼電器組成?？刂评^電器檢測(cè)變壓器和網(wǎng)絡(luò)電壓以及線路電流，以及進(jìn)行運(yùn)算以便啟動(dòng)斷路器跳閘或重合。跳閘是根據(jù)檢測(cè)反向電流流動(dòng)，即由網(wǎng)絡(luò)向主(一次)饋電裝置傳輸功率來(lái)確定的。
按傳統(tǒng)方式，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器是電-機(jī)械型器件裝置，它根據(jù)檢測(cè)沿反向傳輸?shù)墓β识闺娐窋嗦菲魈l斷開。這種繼電器裝有重合裝置，在跳閘之后當(dāng)狀態(tài)良好時(shí)閉合電路斷路器，使重合斷路器時(shí)正向電流流過(guò)。該電-機(jī)械型網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器正在被取代。一種電子型網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器通過(guò)計(jì)算傳輸功率模擬電-機(jī)械型繼電器的動(dòng)作。另一種電子型網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器利用相序電壓和電流來(lái)確定電流流動(dòng)方向以便作出跳閘決定。作為這種繼電器基本原理的相序分析形成三組矢量來(lái)代表三相電壓或電流正序矢量、負(fù)序矢量和零序矢量。序號(hào)為3947728的US專利公開了一種以相序分析為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器，其利用正序電流和正序電壓矢量來(lái)作出跳閘決定。
近來(lái)，已經(jīng)利用以數(shù)字相序分析為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器。這種繼電器以每個(gè)周期8次的速率對(duì)電流和電壓進(jìn)行采樣。由于僅使用一個(gè)模數(shù)變換器，使得電流和電壓不能同時(shí)檢測(cè)，每周期8次采樣的速率通常會(huì)使各采樣產(chǎn)生相位移。相序分量的計(jì)算需要從電流和電壓中得到基波頻率。通常的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載主要產(chǎn)生奇次諧波，通常認(rèn)為顯著的諧波高達(dá)約13次。然而，由于乃奎斯特效應(yīng)，每周期8次采樣的相對(duì)低的采樣速率導(dǎo)致在從其中取得基波信號(hào)的數(shù)字信號(hào)中僅包含二次諧波。因此，仍維持更高次諧波而使基波信號(hào)畸變。
沒(méi)有一種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器提供正向過(guò)電流保護(hù)。因此，或者在變電站電路斷路器跳閘期間使網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)體燒毀，或者單獨(dú)提供常規(guī)的電路斷路器和熔斷器。
此外，當(dāng)電路斷路器兩端的電壓有利于電流流過(guò)閉合中的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，雖然電流型網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器可保證繼電器重合，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器電路斷路器閉合時(shí)，可能存在流動(dòng)反向電流的狀態(tài)，因此，形成這樣一種狀態(tài)，即重合裝置，重復(fù)動(dòng)作，或連續(xù)地使電路斷路器循環(huán)動(dòng)作。
因此，需要改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器。
更具體地說(shuō)，需要一種計(jì)及高次諧波的數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器。
具體需要這樣一種以數(shù)字相序分析為原理的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器，其消除各次諧波的影響，至少是一直到7次諧波以及最好是9次諧波的影響。
需要一種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器，其不再需要單獨(dú)的裝有正向過(guò)電流保護(hù)的常規(guī)的電路斷路器，或者在故障的情況下不會(huì)使網(wǎng)絡(luò)中導(dǎo)體燒毀。
還需要一種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器，其消除重合裝置重復(fù)動(dòng)作。
利用本發(fā)明可滿足這些和其它需要，本發(fā)明涉及一種數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器，對(duì)多相電流和網(wǎng)絡(luò)電壓按照至少每個(gè)周期16次采樣，以及在一數(shù)字式處理器中利用數(shù)字化的多相電流采樣值和網(wǎng)絡(luò)電壓采樣值來(lái)產(chǎn)生正序電流和電壓矢量。跳閘裝置根據(jù)表明電流由網(wǎng)絡(luò)流向饋電裝置的正序電流和電壓矢量之間選擇的特定關(guān)系而使電路斷路器跳閘斷開。為了降低對(duì)硬件的需求，單一的模數(shù)變換器順序地使多相電流和網(wǎng)絡(luò)電壓數(shù)字化，在這種情況下，數(shù)字式處理器包括對(duì)按這種順序采樣得到的多相電流數(shù)字采樣和網(wǎng)絡(luò)電壓數(shù)字采樣的相角進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。最好，數(shù)字式檢測(cè)裝置對(duì)于多相電流和網(wǎng)絡(luò)電壓按照至少每個(gè)周期32次采樣，使得當(dāng)為了計(jì)算相序分量取得基波分量時(shí)，直到15次的奇次諧波被消除。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器還有計(jì)量功能。為了適應(yīng)在取得相序計(jì)算中使用的基波分量時(shí)對(duì)于固定的采樣順序的需求以及進(jìn)行平均以便降低順序采樣對(duì)于計(jì)量的影響，數(shù)字式檢測(cè)裝置按指定周期數(shù)的第一順序以及然后按照第二順序交替地以數(shù)字方式對(duì)多相電流和網(wǎng)絡(luò)電壓采樣；第二順序與第一順序相反，按相同周期進(jìn)行采樣。最好，數(shù)字式檢測(cè)裝置按照第一順序然后按照第二順序交替采樣的指定的周期數(shù)為1，使得在偶數(shù)周期按第一順序?qū)﹄娏骱碗妷翰蓸?，而在奇?shù)周期按第二順序采樣。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器提供正向過(guò)電流保護(hù)，其響應(yīng)于從饋電裝置母線流向網(wǎng)絡(luò)母線的電流，當(dāng)超過(guò)正向過(guò)電流/時(shí)間特性曲線時(shí)使電路斷路器跳閘斷開。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器的再一個(gè)新穎的特征是防止重復(fù)動(dòng)作。如果在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到預(yù)定數(shù)目的斷路器操作，即電路斷路器的斷開合上操作，則電路斷路器被閉鎖在斷開狀態(tài)下。
當(dāng)結(jié)合附圖閱讀各優(yōu)選實(shí)施例的如下介紹時(shí)，可以得到對(duì)本發(fā)明的完整理解，其中

圖1是利用包含本發(fā)明的電網(wǎng)保護(hù)器繼電器的饋電裝置進(jìn)行供電的低壓二次配電網(wǎng)絡(luò)的示意圖；圖2是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器的示意方塊圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的以相序分析為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器的功能示意圖；圖4是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器可以利用的以相序分析為原理的按有功功率(watt)跳閘的曲線。
圖5是根據(jù)本發(fā)明可由網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器另外利用的以相序分析為基礎(chǔ)按無(wú)功功率跳閘的曲線。
圖6是根據(jù)本發(fā)明可由網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器實(shí)現(xiàn)的循環(huán)重合特性。
圖7A-7C表示根據(jù)本發(fā)明可由網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器利用的中斷程序的流程圖。
圖8A-8H表示由本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器利用的主循環(huán)程序的流程圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明可由網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器利用的關(guān)于重復(fù)動(dòng)作的程序的流程圖。
圖1表示一包含為各種負(fù)載5服務(wù)供電的低壓電網(wǎng)3的二次配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1。二次網(wǎng)絡(luò)或者電網(wǎng)3由饋電裝置7A-7D形式的多個(gè)電源供電，饋電裝置7A和7B直接由變電站9A和9B供電。每個(gè)饋電裝置7A-7D都包括饋電母線11A-11D、開關(guān)13A-13D，饋電變壓器15A-15D以及網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器17A-17D。在圖1中為了清晰，以單線形式表示二次網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和按Y或Δ連接的三相元件。網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器17A-17D包括網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器電路斷路器19A-19D和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器控制繼電器21A-21D。
圖2是表示控制繼電器的示意圖。該繼電器的核心是微控制器23。微控制器23監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)中性點(diǎn)電壓VAN-VCN、變壓器的相對(duì)中性點(diǎn)電壓VAT-VCT和饋電裝置電流IA-IC。一單一的11位模數(shù)(A/D)變換器25將多相電流和電壓數(shù)字化以便輸入到微控制器23。由于使用單一的A/D變換器，故在微控制器23的控制下，利用模擬型多路轉(zhuǎn)換器27和29將電壓和電流順序提供到A/D變換器25。微控制器23還監(jiān)測(cè)由模擬型溫度檢測(cè)器31檢測(cè)的繼電器的環(huán)境溫度，檢測(cè)器的輸出通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器29輸入。由于電流的范圍可能變化很寬，從千分之幾十(標(biāo)么值)的反向激磁電流到約15(標(biāo)么值)的正向過(guò)電流，故一增益可編程放大器33調(diào)節(jié)所施加的模擬輸入量的增益以再提供到A/D變換器。
微控制器23利用檢測(cè)的電流和電壓進(jìn)行運(yùn)算，以便根據(jù)檢測(cè)到的由網(wǎng)絡(luò)3流入饋電裝置7的反向電流以及根據(jù)超過(guò)預(yù)置電流/時(shí)間特性曲線的正向電流而產(chǎn)生跳閘信號(hào)。跳閘信號(hào)提供到一邏輯和驅(qū)動(dòng)電路35。使跳閘繼電器通電以令電路斷路器9跳閘。該邏輯和驅(qū)動(dòng)電路35還使發(fā)光二極管(LED)41通電。提供就地的繼電器的狀態(tài)指示。這些LED可指示網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器處于合上、跳閘或動(dòng)作(float)中何種狀態(tài)以及中央處理器(CPU)是否故障。
微控制器23具有輔助輸入，包括來(lái)自電路斷路器19的指示斷路器的觸頭是閉合還是斷開的狀態(tài)信號(hào)。一可編程用的標(biāo)志附件43可以一串行端口驅(qū)動(dòng)器45連接到繼電器，用于由繼電器讀出狀態(tài)和參數(shù)以及用于整定繼電器的參數(shù)。此外，繼電器包含一用于沿一通信網(wǎng)絡(luò)49與搖控站(未表示)通信的通信模塊，在一示范性的系統(tǒng)中，該通信網(wǎng)絡(luò)是一執(zhí)行專門與EatonCorporation有協(xié)議的INCOM網(wǎng)絡(luò)?？梢岳萌魏芜m當(dāng)?shù)耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器21具有電源51，可由饋電裝置母線或網(wǎng)絡(luò)母線供電。一監(jiān)視器和低電壓保護(hù)電路53保護(hù)微控制器并經(jīng)過(guò)該邏輯和驅(qū)動(dòng)電路35控制CPU故障顯示LED。
如前所述，繼電器21執(zhí)行使斷路器跳閘和合閘的功能。在圖3中表示以相序分析為基礎(chǔ)的繼電器的功能方塊圖。斷路器跳閘決定是根據(jù)測(cè)量的反向電流即由網(wǎng)絡(luò)3向饋電裝置7流動(dòng)的電流作出的。因此，如圖3所示，在環(huán)節(jié)55由網(wǎng)絡(luò)相電壓計(jì)算網(wǎng)絡(luò)正序電壓Vn1。在環(huán)節(jié)57由相電流計(jì)算正序電流。在環(huán)節(jié)59進(jìn)行反向電流計(jì)算。通過(guò)觀察在如圖4所示的復(fù)平面上的正序電流和電壓矢量的位置可以了解這一過(guò)程。在象限I和II形成由饋電裝置7向網(wǎng)絡(luò)3的有功功率流(瓦)。另一方面，在象限III和IV為由該網(wǎng)絡(luò)向饋電裝置的有功功率流。如果正序電流矢量I1落在由圖4中的斜交陰影線區(qū)表示的跳閘區(qū)內(nèi)則發(fā)出跳閘指令。跳閘特性直線61傾斜5°，以補(bǔ)償在測(cè)量電流的電流互感器中產(chǎn)生的相位移，如果提供延時(shí)跳閘裝置，則跳閘將僅在該狀態(tài)需維持選擇的一段時(shí)間內(nèi)在區(qū)域63中發(fā)生。這樣就可避免由于例如在網(wǎng)絡(luò)3的再生制動(dòng)的負(fù)載可能引起的超時(shí)反向電流狀態(tài)而造成不必要的跳閘。另外，在小的半圓形區(qū)65中也發(fā)生瞬時(shí)跳閘。在饋電裝置被斷開以及存在對(duì)饋電變壓器的二次側(cè)激磁的反向電流的情況下，可能出現(xiàn)這種狀態(tài)。
圖5表示對(duì)于網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器的 “瓦-乏” (有功-無(wú)功功率)跳閘的特性曲線。這種跳閘功能除了包括按“瓦”跳閘的特性曲線61’之外還包括按“乏”跳閘的特性曲線67。落在由斜交陰影線表示的區(qū)域內(nèi)但在圓形區(qū)69外側(cè)的正序矢量I1產(chǎn)生瞬時(shí)斷路器跳閘指令。如果正序電流滿足按“瓦”或“乏”的曲線要求，但其幅值小于由曲線69所確定的過(guò)電流限值，則僅在由用戶調(diào)節(jié)的延時(shí)之后發(fā)出跳閘指令。
再參閱圖3，如果主函數(shù)計(jì)算環(huán)節(jié)71和相位每當(dāng)計(jì)算環(huán)節(jié)73兩者條件都滿足，如在環(huán)節(jié)75利用AND(與)功能所表示，則以相序分析為基礎(chǔ)的繼電器產(chǎn)生合閘信號(hào)。至函數(shù)和相位函數(shù)兩者都利用網(wǎng)絡(luò)電壓進(jìn)行正序計(jì)算，而正序計(jì)算環(huán)節(jié)77由各定相(Rhasing)電壓Vp計(jì)算。該定相電壓是在變壓器電壓Vt和作為作用在開路的電路斷路器兩端的電壓的網(wǎng)絡(luò)電壓Vn之間的差。
在圖6中表示重合特性曲線，其中主工作特性曲線由直線77表示，而相位特性曲線由81表示。Vm是由用戶確定的主閥值。循環(huán)合閘1曲線83允許斷路器在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載時(shí)在較輕的負(fù)載下合閘。為了要產(chǎn)生一合閘指令，正序差值電壓Vp1必須使其幅值大于由用戶確定的閾值Vm，并且具有一個(gè)處于由圖6中的斜交陰影線區(qū)確定的用戶可調(diào)節(jié)的盲角之間的相角。
為了計(jì)算正序電壓和電流矢量，必須取得每個(gè)采樣的電壓和電流信號(hào)的基波分量。在本發(fā)明的一個(gè)示范性的實(shí)施例中，為了由數(shù)字采樣值取得基波分量而采用離散傅里葉變換。最好按照每周期至少16次采樣進(jìn)行采樣，特別優(yōu)選按照每周期32次采樣。由上面的討論回憶，在配電網(wǎng)絡(luò)中奇次諧波占最主要地位。按照每周期16次采樣的速率采樣可去除高至7次的諧波，而按照每周期32次采樣的速率則消除直到15次的所有奇次諧波。
電壓和電流的基波分量然后用于確定正序和負(fù)序分量，它們是按下式確定的。
正序＝0.333[A+Be＾(+j120)+Ce＾(-j 120)] [方程1]負(fù)序＝0.333[A+Be＾(-j120)+Ce＾(+j 120)] [方程2]其中A、B、C是代表電壓或電流的矢量。
由于在網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器硬件中采用的是順序采樣的方式，故+120和-120相角必須修正以補(bǔ)償由于采樣形成的相位移。
通過(guò)列出復(fù)合形式的統(tǒng)一化的相序方程可以得到所需相位移，其中直軸分量(direct)和橫軸(quadrature)分量如下DIRECT＝AdCld-AqClq+BdC2d-BqC2q+CdC3d-CqC3q [方程3]
QUAD＝AdC1q+AqCld+BdC2q+BqC2d+CdC3q+CqC3d [方程4 ]其中系數(shù)C1、C2、C3是選擇的，以便形成包括對(duì)順序采樣補(bǔ)償?shù)恼_的相角。這些系數(shù)可存儲(chǔ)在一表中由微控制器在進(jìn)行相序參數(shù)計(jì)算時(shí)使用。
除了根據(jù)反向電流使電路斷路器跳閘之外，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器19還包括正向過(guò)電流保護(hù)，即如果流入網(wǎng)絡(luò)的電流超過(guò)所確定的限值時(shí)的保護(hù)。為此，可以利用常規(guī)的過(guò)電流/時(shí)間特性曲線?？梢园ㄋ矔r(shí)和延時(shí)跳閘功能，后者可用于與在二次網(wǎng)絡(luò)中的電路斷路器動(dòng)作相配合。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器19還形成很多參數(shù)的計(jì)量值。例如，計(jì)算電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率的有效值和峰值、功率因數(shù)等，以及可以就地發(fā)送。由于電流和電壓的順序采樣形成的相位移而可能導(dǎo)致這些計(jì)量參數(shù)產(chǎn)生誤差。為了通過(guò)平均來(lái)消除這些誤差，就交替地使采樣順序反轉(zhuǎn)進(jìn)行采樣，這是已知的。然而，為了利用快速傅里葉變換以取得電流和電壓的基波分量從而計(jì)算相序分量，對(duì)每一次計(jì)算(即遍及每個(gè)周期)使采樣相序維持恒定是必要的。為了適應(yīng)這兩種要求，本發(fā)明的繼電器對(duì)于指定數(shù)量的周期按照第一順序?qū)﹄娏骱碗妷喉樞虻夭蓸樱缓髮?duì)于相同數(shù)量的周期按照第二相反的順序進(jìn)行采樣。最好，該指定的周期數(shù)量是1，使得在偶數(shù)周期中，電流和電壓按照一種順序例如第一順序進(jìn)行采樣，而在奇數(shù)周期過(guò)程中，按照另一或第二順序采樣。利用這種安排，兩種要求，即在每一周期中快速傅里葉變換對(duì)于恒定采樣順序的要求，以及為了平均相位差引起的誤差而對(duì)于反轉(zhuǎn)順序的要求都得到滿足。
本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器的另一新穎特征是防止電路斷路器的重復(fù)動(dòng)作或重復(fù)開閉。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)電路斷路器的操作計(jì)數(shù)，如果在所選擇的時(shí)間間隔內(nèi)，電路斷路器的開閉次數(shù)多于預(yù)定的次數(shù)(例如在30秒內(nèi)5次)，則電路斷路器被閉鎖在斷開狀態(tài)。繼電器必須例如沿通信網(wǎng)絡(luò)49或利用標(biāo)志附件43手工復(fù)位，或者在經(jīng)預(yù)定的時(shí)間延遲例如半小時(shí)之后自動(dòng)地復(fù)位。
在圖7-9中表示在實(shí)施本發(fā)明時(shí)由微控制器23運(yùn)行的程序。圖7A和7B表示在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中按每周期32次采樣運(yùn)行的采樣中斷程序。如在步驟87所示，假如用戶已在步驟29指明相序?yàn)锳、B、C，在奇數(shù)周期按第一順序即定相電壓、網(wǎng)絡(luò)電壓和電流，則根據(jù)如在步驟91所示的ABC輪換進(jìn)行采樣，各采樣存儲(chǔ)在計(jì)算用緩沖寄存器中。如果用戶在步驟89中按CBA輪換相別，則采樣仍然按照第一順序即定相電壓、網(wǎng)絡(luò)電壓和電流進(jìn)行，但在相序CBA像在步驟93所指示的一樣進(jìn)行。
如在步驟87所示在偶數(shù)周期，采樣按照第二反向順序，其中在網(wǎng)絡(luò)電壓之前進(jìn)行電流采樣，盡管仍然首先對(duì)定相電壓進(jìn)行采樣。如果相序?yàn)锳BC(如在步驟95所示)，則按第二順序和相序ABC進(jìn)行采樣(如在步驟97所示)。在偶數(shù)周期仍按第二順序進(jìn)行采樣，但按相反的相序即相序CBA(如在步驟99所示)。
在采樣之后，在步驟101刷新RMS(有效值)和功率之和。接著，在步驟103調(diào)節(jié)由增益可編程放大器33所設(shè)定的增益，以防止電流輸入量飽和。如果緩沖寄存器已復(fù)歸，則將采樣值存儲(chǔ)在跳閘緩沖寄存器中(如在步驟105所示)。如果發(fā)生跳閘，則在步驟107，利用一用于特征分析的時(shí)間標(biāo)記指示在跳閘后持續(xù)8個(gè)周期獲集的采樣值。此外，如果發(fā)生跳閘，則在步驟109對(duì)跳閘動(dòng)作錄入以及將采樣值存入波形緩沖寄存器；而如果在記錄前一個(gè)跳閘之后該緩沖寄存器未被鎖定，則所有這些如在步驟(1)所示。
在采樣中斷程序中的下一項(xiàng)工作是在步驟113設(shè)定下一采樣中斷程序的時(shí)間。如果全部周期4的采樣已匯集，則制新實(shí)時(shí)時(shí)鐘，以及與跳閘延遲時(shí)間計(jì)時(shí)一道對(duì)用于重復(fù)動(dòng)作的計(jì)時(shí)器進(jìn)行查索(在步驟115)。此外，在這一點(diǎn)讀出各輔助輸入。在步驟118退出該程序前，最后在步驟117對(duì)溫度采樣。
圖8A-8H表示主循環(huán)程序119。在每個(gè)周期過(guò)程匯集的采樣(如步驟121所示)用于計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)中性點(diǎn)電壓的基波分量，該基波分量再用于計(jì)算正序網(wǎng)絡(luò)電壓Vm和其幅值，以及負(fù)序網(wǎng)絡(luò)電壓和其幅值(在步驟123)。與之相似，在步驟125對(duì)定相電壓進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)回憶該定相電壓是變壓器電壓和網(wǎng)絡(luò)電壓之間的差。在步驟127計(jì)算電流的基波分量，再用于計(jì)算正序電流及其幅值。如果需要，則在步驟129調(diào)節(jié)輸入放大器33的電流增益。此外，如果需要，則根據(jù)正負(fù)序定相電壓的幅值在步驟131調(diào)節(jié)對(duì)于采樣電壓的增益。如果在步驟133檢查到負(fù)序網(wǎng)絡(luò)電壓的幅值表明接線不當(dāng)，則在步驟134產(chǎn)生跳閘。
轉(zhuǎn)閱圖8B，在步驟135調(diào)入如在圖9中所示的重復(fù)動(dòng)作程序。接著，如果沿通信網(wǎng)絡(luò)49已收到遙控跳閘信號(hào)(如在步驟137確定)，則在步驟134產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)。否則在步驟139確定是否可按“有功功率-無(wú)功功率”模式動(dòng)作。如為否，則程序轉(zhuǎn)到在圖8E中的檢測(cè)跳閘程序(在步驟173)。當(dāng)可按“有功功率(瓦)-無(wú)功功率(乏)”模式動(dòng)作時(shí)，則調(diào)用有功功率(瓦)跳閘條件算法，以確定是否正序電流低于圖5中所示的有功功率(瓦)曲線。如果在步驟143表明為是，則轉(zhuǎn)到圖8C中的步驟45；如果跳閘延遲時(shí)間置為零，則在步驟134產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)。即使延遲時(shí)間不為零，如果正序矢量在瞬時(shí)跳閘區(qū)內(nèi)，則也在步驟147產(chǎn)生跳閘指令。如果在步驟149將時(shí)間延遲選擇為無(wú)限大，則在步驟153將延遲時(shí)間計(jì)時(shí)值復(fù)零。然而，如果正序電流落在圓形區(qū)，以及延遲時(shí)間已期滿，則在步驟153發(fā)出跳閘指令。
假如不按“有功功率(瓦)”跳閘，則在步驟155(在圖8D中)，實(shí)施按無(wú)功功率(乏)跳閘的條件方程。如果在步驟157不滿足按照無(wú)功功率(乏)的跳閘條件，以及按在步驟159的檢查而不滿足按有功功率(瓦)的跳閘條件，則在步驟161將跳閘延遲時(shí)間計(jì)時(shí)值復(fù)零。另一方面，如果在步驟157滿足按無(wú)功功率(乏)跳閘條件以及在步驟163確定跳閘延遲時(shí)間為零，則在步驟134產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)。即使跳閘延遲時(shí)間不為零，但在步驟165已確定超過(guò)該過(guò)電流定值，則也產(chǎn)生跳閘指令。如果過(guò)電流定值未被超過(guò)以及延遲時(shí)間置于無(wú)窮大(在步驟147)，則在步驟169將延遲時(shí)間計(jì)時(shí)值復(fù)零。象在按照有功功率(瓦)跳閘的情況一樣，如果在步驟171確定已超過(guò)跳閘時(shí)間，則在步驟134產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)。
如果在圖6B中的步驟139中確定不能按有功功率(瓦)-無(wú)功功率(乏)動(dòng)作，則調(diào)用靈敏跳閘的程序。這一程序表示在圖8E中，按圖4所示的特性曲線實(shí)施。起初在步驟173，運(yùn)行實(shí)施該靈敏跳閘條件算法。如果在步驟175不滿足該靈敏跳閘條件，即正序電流矢量未處在圖4所示的斜交陰影線區(qū)之內(nèi)，則在步驟177，將跳閘延遲時(shí)間計(jì)時(shí)值復(fù)零。另一方面，如果在步驟175滿足靈敏跳閘的條件以及在步驟179已將跳閘延遲時(shí)間置于零和在步驟181確定過(guò)電流整定值為0，則在步驟134產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)。如果已選擇靈敏加非靈敏模式，這包括在圖14中的小的半圓形瞬時(shí)跳閘區(qū)，則在步驟181指示為“否”；如果在步驟183表明正序電流落在這一區(qū)內(nèi)，則在步驟134產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)。如果正序電流大于過(guò)電流限值，即在區(qū)域65之外(如在步驟183所示)，則同樣在步驟134產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)。
轉(zhuǎn)閱步驟179，如果延遲時(shí)間不為零，以及過(guò)電流設(shè)定值等于零(如在步驟185所示)，則在步驟134產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)。如果在步驟187超過(guò)過(guò)電流設(shè)定值，則也在步驟134產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)。如果為否，以及在步驟189確定延遲時(shí)間為無(wú)窮大，則在步驟177，將跳閘延遲時(shí)間計(jì)時(shí)值復(fù)零，否則在步驟191進(jìn)行檢查，以了解是否已經(jīng)延遲跳閘。如果在步驟199確定時(shí)間沒(méi)有期滿，則在步驟193指示處于動(dòng)作中狀態(tài)。
圖8F開始測(cè)試以確定斷開的電路斷路器是否可以合閘。假如在步驟195檢查負(fù)序定相電壓高，這就表明接線不當(dāng)，例如在變壓器或網(wǎng)絡(luò)上各相交叉，因此，在步驟134產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)。如果在步驟197由低的網(wǎng)絡(luò)正序電壓表明網(wǎng)絡(luò)重新被供電，但是在步驟199確定正序定相電壓標(biāo)么值不大于0.8，表明饋電裝置電壓低，則在步驟134產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)。如果饋電裝置電壓是適當(dāng)?shù)?，則在步驟201對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)序電壓進(jìn)行最后檢查。如果負(fù)序電壓標(biāo)么值大于0.06，則存在接線問(wèn)題例如各相交叉，并且產(chǎn)生動(dòng)作中狀態(tài)信號(hào)(在步驟193)。如果在步驟201確定負(fù)序網(wǎng)絡(luò)電壓充分高，則在步驟203產(chǎn)生合閘狀態(tài)信號(hào)。
如果在步驟197確定該網(wǎng)絡(luò)已被供電，并且在步驟205選擇接近特性曲線的直線，則在步驟207進(jìn)行檢查以了解主算法條件是否得到滿足。如為否，則在步驟209對(duì)正序定相電壓進(jìn)行檢查以了解是否接線錯(cuò)誤。如存在接線錯(cuò)誤，則在步驟134表示跳閘狀態(tài)，否則在步驟193輸入動(dòng)作中狀態(tài)信號(hào)。轉(zhuǎn)閱步驟207，如果主算法條件滿足，以及在步驟211確定滿足相位算法條件，則在圖8G中的步驟213對(duì)接線進(jìn)行檢查；如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則在步驟203產(chǎn)生閉合狀態(tài)信號(hào)。否則在步驟193輸入動(dòng)作中狀態(tài)信號(hào)。如果在圖8F中的步驟205已選擇按圓形曲線合閘程序而不是直線合閘程序，則在圖8G中的步驟215檢查定相直線。如果該定相直線滿足要求，在步驟217左象限定相直線也滿足要求，以及在步驟219正序定相電壓幅值大于主直線設(shè)定值，則只要在步驟213中負(fù)序網(wǎng)絡(luò)電壓滿足，就在步驟203指示各閘狀態(tài)。如果在步驟215、217或219中任一條件不滿足，則程序轉(zhuǎn)移到圖8F中的步驟299，以確定是進(jìn)入跳閘狀態(tài)還是不定動(dòng)作狀態(tài)。
轉(zhuǎn)閱圖8F，如果在步驟134已產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)，則在步驟221跳閘繼電器37通電，并錄入通斷狀態(tài)直到電路斷路器斷開。此外，紅色跳閘LED 41接通并隨繼電器觸發(fā)動(dòng)作而閃光。如果在步驟203中產(chǎn)生閉合狀態(tài)信號(hào)，則合閘繼電器39通電，且綠色LED 41接通，持續(xù)4秒。除非在步驟223因跳閘而中斷。另一方面如果在步驟193產(chǎn)生不定動(dòng)作狀態(tài)信號(hào)，則黃色動(dòng)作中指示LED接通并閉光(在步驟225)。接著在步驟227調(diào)用計(jì)量程序。如上所述，計(jì)算各種參數(shù)并使之可實(shí)用于經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)49向遙控站10發(fā)送。接著運(yùn)行正向過(guò)電流保護(hù)程序，以及如果正向電流超過(guò)跳閘限值(如在步驟229所示)，則產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)(在步驟134)。最后，在步驟331運(yùn)行諧波(處理)程序。這一程序?qū)τ诰W(wǎng)絡(luò)和變壓器的電壓及線電流的高至15次的諧波進(jìn)行計(jì)算。然后在步驟233脫出主循環(huán)。
圖9表示在圖8B調(diào)用的重復(fù)動(dòng)作的程序135。如果該重復(fù)動(dòng)作程序未被啟動(dòng)(如在135.1所示)，則在135.2將維持?jǐn)嗦菲鲃?dòng)作(開閉)計(jì)數(shù)值的計(jì)數(shù)器和重復(fù)動(dòng)作計(jì)時(shí)器復(fù)零。如果重復(fù)動(dòng)作程序已啟動(dòng)，并在135.3檢測(cè)到重復(fù)動(dòng)作次數(shù)限值先前已超過(guò)，并且在135.4確定還未復(fù)零，則在步驟134產(chǎn)生的跳閘狀態(tài)(信號(hào))被維持，以使電路斷路器保持在被閉鎖狀態(tài)。如果不存在閉鎖，且在135.5表明對(duì)于重復(fù)動(dòng)作的計(jì)時(shí)間隔已經(jīng)期滿，則在135.6指示斷路器動(dòng)作次數(shù)超過(guò)重復(fù)動(dòng)作限值，然后，通過(guò)產(chǎn)生跳閘狀態(tài)信號(hào)(在步驟134)確定閉鎖。如果重復(fù)動(dòng)作的時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)斷路器的動(dòng)作次數(shù)限值還沒(méi)有被超過(guò)，則在135.7將斷路器的操作次數(shù)和重復(fù)動(dòng)作次數(shù)計(jì)數(shù)值復(fù)零，以及在135.8通過(guò)返回到該調(diào)用程序繼續(xù)程序運(yùn)行。
上面已詳細(xì)介紹了本發(fā)明的具體實(shí)施例，本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員會(huì)理解，根據(jù)公開內(nèi)容的總的論述可以對(duì)這些細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改進(jìn)和替換，因此，所公開的各具體結(jié)構(gòu)僅意在說(shuō)明而不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限定，本發(fā)明的范圍是由所提出的權(quán)利要求的整個(gè)外延及其等效物所限定的。
權(quán)利要求
1.一種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，用于控制在多相饋電裝置母線(7)和多相網(wǎng)絡(luò)母線(3)之間連接的電路斷路器(19)，所述網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器包含數(shù)字式檢測(cè)裝置(85)，以數(shù)字方式按每周期至少16次對(duì)通過(guò)所述電路斷路器(19)流動(dòng)的多相電流和所述網(wǎng)絡(luò)母線(3)上的網(wǎng)絡(luò)電壓進(jìn)行采樣，以便產(chǎn)生多相電流的數(shù)字采樣值和多相網(wǎng)絡(luò)電壓的數(shù)字采樣值；數(shù)字處理器裝置(119)，包含裝置(123-127)，用于由所述多相電流數(shù)字采樣值和多相網(wǎng)絡(luò)電壓數(shù)字采樣值產(chǎn)生正序電壓和電流矢量；以及裝置(123-193)，根據(jù)表示由所述多相網(wǎng)絡(luò)母線(3)流向所述多相饋電裝置母線(7)的超過(guò)預(yù)定閾值的電流的所述正序電流矢量和電壓矢量之間選擇的特征關(guān)系，使所述電路斷路器(19)跳閘斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，其中所述數(shù)字式檢測(cè)裝置(85)按數(shù)字方式對(duì)所述多相電流和所述多相網(wǎng)絡(luò)電壓順序采樣，以及其中所述數(shù)字式處理器裝置(119)包含裝置(123-125)，它們對(duì)由于按這樣順序采樣得到的所述多相電流的數(shù)字采樣和多相網(wǎng)絡(luò)電壓的數(shù)字采樣的相角進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，其中所述的數(shù)字式檢測(cè)裝置(85)按每周期至少32次以數(shù)字方式對(duì)所述多相電流和所述多相網(wǎng)絡(luò)電壓進(jìn)行采樣，以便產(chǎn)生所述多相電流的數(shù)字采樣值和所述多相網(wǎng)絡(luò)電壓的數(shù)字采樣值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，其中所述數(shù)字式處理器裝置(119)包括裝置(227)，它由所述多相電流數(shù)字采樣值和所述多相網(wǎng)絡(luò)電壓數(shù)字采樣值得到各計(jì)量參數(shù)；以及其中所述數(shù)字式檢測(cè)裝置(85)，先按照用于指定數(shù)量周期的第一順序；然后按照用于指定數(shù)量周期的與第一順序相反的第二順序，交替地以數(shù)字方式對(duì)所述多相電流和所述多相網(wǎng)絡(luò)電壓采樣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，其中當(dāng)所述數(shù)字式檢測(cè)裝置(85)交替地按照第一順序和所述第二順序進(jìn)行采樣時(shí)，所述的指定數(shù)量的周期數(shù)為1，使得所述數(shù)字式檢測(cè)裝置在偶數(shù)周期按所述第一順序以及在奇數(shù)周期按所述第二順序?qū)λ龆嘞嚯娏骱投嘞嗑W(wǎng)絡(luò)電壓進(jìn)行采樣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，其中所述的數(shù)字式檢測(cè)裝置(85)按至少每周期32次對(duì)所述多相電流和所述多相網(wǎng)絡(luò)電壓進(jìn)行采樣。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，其中所述的數(shù)字式處理器裝置(119)包括裝置(229)，其根據(jù)由所述多相饋電裝置母線(7)流向所述多相網(wǎng)絡(luò)母線(3)的且超過(guò)正向過(guò)電流/時(shí)間特性曲線的多相電流，使所述電路斷路器跳閘斷開。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器，其中所述的數(shù)字式檢測(cè)裝置(85)還包含一裝置，用于對(duì)所述電路斷路器兩端的多相定相電壓按數(shù)字方式進(jìn)行采樣，以便產(chǎn)生多相定相電壓數(shù)字采樣值；以及其中所述數(shù)字式處理裝置(119)包括重合裝置(195-219)，用于根據(jù)所述多相網(wǎng)絡(luò)電壓數(shù)字采樣值和所述多相定相電壓數(shù)字采樣值，產(chǎn)生正序網(wǎng)絡(luò)電壓矢量和正序定相電壓矢量，以及用于根據(jù)在所述正序網(wǎng)絡(luò)電壓矢量和所述正序定相電壓矢量之間的預(yù)定的關(guān)系曲線，閉合所述電路斷路器(19)；以及裝置(135)，用于根據(jù)在預(yù)定一段時(shí)間內(nèi)所述電路斷路器(19)閉合的預(yù)定次數(shù)，閉鎖所述重合裝置(195-219)，不致重合所述電路斷路器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，其中所述的數(shù)字式檢測(cè)裝置(85)包括一裝置，用于調(diào)節(jié)多相電流和所述多相網(wǎng)絡(luò)電壓的所述采樣值，以便計(jì)及所述多相電流和多相網(wǎng)絡(luò)電壓的相位移。
10.一種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，用于控制在多相饋電裝置母線(7)和多相網(wǎng)絡(luò)母線(3)之間連接的電路斷路器(19)，所述網(wǎng)絡(luò)保護(hù)盤繼電器包含檢測(cè)裝置(85)，它檢測(cè)流過(guò)所述電路斷路器(19)的多相電流以及所述網(wǎng)絡(luò)母線(3)上的多相網(wǎng)絡(luò)電壓；跳閘裝置(123-193)，用于根據(jù)由所述網(wǎng)絡(luò)母線(3)流向所述饋電裝置母線(7)的且超過(guò)指示反向電流的第一預(yù)定閥值的電流，以及根據(jù)由所述饋電裝置母線(7)流向所述網(wǎng)絡(luò)母線(3)的且超過(guò)一高于所述第一預(yù)定閥值的指示正向過(guò)電流狀態(tài)的第二預(yù)定閾值的電流，使所述電路斷路器(19)跳閘斷開。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，其中所述的跳閘裝置(123-193)包含裝置(123-127)，其用于產(chǎn)生各相序電流和電壓以及當(dāng)各所述相序矢量指示由所述網(wǎng)絡(luò)母線(3)流向所述饋電裝置母線(7)的電流超過(guò)一預(yù)定閾值時(shí)，使所述電路斷路器(19)跳閘。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，其中所述檢測(cè)裝置(85)是數(shù)字式檢測(cè)裝置，它產(chǎn)生多相電流數(shù)字采樣值、多相網(wǎng)絡(luò)電壓數(shù)字采樣值和定相電壓數(shù)字采樣值，并且其中所述跳閘裝置(123193)包含用于產(chǎn)生所述跳閘信號(hào)的數(shù)字裝置。
13.一種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，用于控制在多相饋電裝置母線(7)和多相網(wǎng)絡(luò)母線(3)之間連接的電路斷路器(19)，所述網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器包含檢測(cè)裝置(85)，用于檢測(cè)流經(jīng)所述電路斷路器(19)的多相電流、在所述網(wǎng)絡(luò)母線(3)上的多相網(wǎng)絡(luò)電壓以及在所述電路斷路器(19)兩端的多相定相電壓；跳閘裝置(123-193)，用于根據(jù)由所述多相網(wǎng)絡(luò)母線(3)流向所述多相饋電裝置母線(7)的超過(guò)預(yù)定閾值的電流，使所述電路斷路器(19)跳閘斷開；重合裝置(195-219)，根據(jù)在所述多相網(wǎng)絡(luò)電壓和所述多相定相電壓之間的預(yù)定關(guān)系曲線，重合所述電路斷路器(19)；以及裝置(135)，根據(jù)在預(yù)定時(shí)間間隔的所述電路斷路器(19)重合的預(yù)定次數(shù)，使所述重合裝置(195-219)閉鎖，不再重合所述電路斷路器(19)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，其中跳閘裝置(123-193)，用于由所述多相電流產(chǎn)生正序電流矢量，由所述多相網(wǎng)絡(luò)電壓產(chǎn)生正序網(wǎng)絡(luò)電壓矢量，以及根據(jù)在所述正序電流矢量秘所述正序網(wǎng)絡(luò)電壓矢量之間的預(yù)定關(guān)系使所述電路斷路器跳閘斷開，并且其中所述重合裝置(195-219)利用所述正序電壓矢量和由所述多相定相電壓產(chǎn)生的正序定相電壓來(lái)重合所述電路斷路器(19)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1 4所述的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21)，其中所述的檢測(cè)裝置(85)是數(shù)字式檢測(cè)裝置，其對(duì)所述多相電流，所述多相網(wǎng)絡(luò)電壓，以及所述多相定相電壓以數(shù)字方式采樣，以便產(chǎn)生多相電流數(shù)字采樣值、多相網(wǎng)絡(luò)電壓數(shù)字采樣值以及多相定相電壓數(shù)字采樣值；并且其中所述跳閘裝置(123-193)和重合裝置(195-219)利用所述多相電流采樣值、多相網(wǎng)絡(luò)電壓采樣值和多相定相電壓采樣值，來(lái)產(chǎn)生所述正序電流矢量、正序網(wǎng)絡(luò)電壓矢量和正序定相電壓矢量。
全文摘要
一種數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器繼電器(21),按照每周期16,最好32次對(duì)多相電流、網(wǎng)絡(luò)電壓和定相電壓進(jìn)行采樣,以便根據(jù)用于作出跳合閘決定的相序參數(shù)計(jì)算來(lái)分別消除高至15和17次的諧波。繼電器(21)還提供計(jì)量、正向過(guò)電流保護(hù)以及防重復(fù)動(dòng)作的措施;如果在指定的時(shí)間間隔中選擇的斷路器動(dòng)作次數(shù)被超過(guò),就將電路斷路器閉鎖。利用單一的模數(shù)變換器(25)對(duì)多相電流和電壓順序地采樣,以降低繼電器的成本。
文檔編號(hào)H02H7/22GK1177226SQ9711845
公開日1998年3月25日 申請(qǐng)日期1997年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月16日
發(fā)明者斯蒂芬·阿蘭·莫蘭 申請(qǐng)人:尹頓公司