專利名稱：遠(yuǎn)距離保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在一個(gè)供電線路的有待監(jiān)控區(qū)段檢測(cè)短路的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其中在短路的情況下為獲得觸發(fā)信號(hào)對(duì)由電流及電壓構(gòu)成的阻抗值作如下檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)它是否位于一個(gè)給定觸發(fā)特性曲線內(nèi)。
這樣一種方法已由書籍“電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)技術(shù)”博士工程師HeinzClemenz及Klaus Rothe著，VEB技術(shù)出版社，柏林1980年出版，第64至66頁(yè)中公知。在該公知的方法中，對(duì)在短路情況下由電流及電壓構(gòu)成的阻抗值作如下檢驗(yàn)即檢驗(yàn)它是否位于具有一個(gè)中心點(diǎn)的圓內(nèi)，該中心點(diǎn)通過供電線路有待監(jiān)控區(qū)段的起點(diǎn)來定義。該圓半徑根據(jù)待監(jiān)控區(qū)段的大小來確定。該方法在需要時(shí)以相對(duì)短的時(shí)間導(dǎo)致產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，但缺點(diǎn)是，圓形的觸發(fā)特性曲線對(duì)一個(gè)電力供電線路情況的適配差；在圓半徑選擇不利的情況下，例如在待監(jiān)控線路區(qū)段上對(duì)所有可能出現(xiàn)的短路故障進(jìn)行檢測(cè)的值選擇不合適時(shí)，可能會(huì)使這樣的阻抗值位于圓形觸發(fā)特性曲線中，即這個(gè)阻抗值不是由于短路故障引起的，而是在一定負(fù)載情況下出現(xiàn)的。當(dāng)與之相反地將圓半徑選擇得過小，以使得用該圓不會(huì)產(chǎn)生誤觸發(fā)時(shí)，則必須以一部分短路故障檢測(cè)不到為代價(jià)。在該公知方法中，可達(dá)到相對(duì)高的觸發(fā)速度，但僅是一部分可能出現(xiàn)的短路故障能被檢測(cè)到。
另一種遠(yuǎn)距離保護(hù)方法由美國(guó)通用電氣公司(AEG)的遠(yuǎn)距離保護(hù)裝置PD 551的操作說明書第Ⅲ/29頁(yè)以下已為公眾所知。在該方法中使用了一個(gè)多角形觸發(fā)特性曲線。對(duì)其阻抗值則根據(jù)它的電阻及電抗分量進(jìn)行如下檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)它是否位于該多角形內(nèi)部。該方法對(duì)于可能形成一個(gè)觸發(fā)信號(hào)需要相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間，因?yàn)橛?jì)算電阻及電抗分量所需的數(shù)據(jù)窗必須相對(duì)地大。另一方面該設(shè)有多角形的方法可以測(cè)量比設(shè)有圓形的方法更多部分的可能出現(xiàn)的短路故障。因?yàn)槎嘟切翁匦郧€能更好地適應(yīng)供電線路的情況。
本發(fā)明的目的在于，在一種遠(yuǎn)距離保護(hù)方法中檢測(cè)在待監(jiān)控線路區(qū)段所有可能出現(xiàn)的短路故障，并在需要時(shí)構(gòu)成觸發(fā)信號(hào)，并在其中構(gòu)成觸發(fā)信號(hào)所需的時(shí)間要比采用公知方法所需的時(shí)間縮短。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，在本文前言所述類型的一種遠(yuǎn)距離保護(hù)方法中，-使用相應(yīng)于供電導(dǎo)線待監(jiān)控區(qū)段相對(duì)小量度的第一觸發(fā)特性曲線，及對(duì)首先求得的阻抗值根據(jù)該第一觸發(fā)特性曲線檢驗(yàn)它是位于該觸發(fā)特性曲線的內(nèi)部還是外部；-在首先求得的阻抗值位于第一觸發(fā)特性曲線內(nèi)部的情況下，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；-在首先求得的阻抗值位于該觸發(fā)特性曲線外部的情況下，轉(zhuǎn)換到相應(yīng)于待監(jiān)控區(qū)段最大的觸發(fā)特性曲線上；及-檢驗(yàn)在首先求得的阻抗值之后的阻抗值是否位于最大觸發(fā)特性曲線內(nèi)部，并在需要時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。
使用相對(duì)小量度的觸發(fā)特性曲線作為第一觸發(fā)特性曲線首先導(dǎo)致對(duì)待監(jiān)控區(qū)段相對(duì)局限的保護(hù)，因?yàn)椴皇撬性谠搮^(qū)段出現(xiàn)的故障均能被檢測(cè)出來。不過，可能約有80％的所出現(xiàn)的短路情況能在有利的短時(shí)間內(nèi)被檢測(cè)出來，因?yàn)橛捎跇?gòu)成阻抗值所允許的不精確度，僅需要使用較少數(shù)目的電流及電壓測(cè)量值。對(duì)于所出現(xiàn)的故障不能用相對(duì)小量度的觸發(fā)特性曲線檢測(cè)的情況，將轉(zhuǎn)換到最大觸發(fā)特性曲線上，用它來檢測(cè)所有在待監(jiān)控區(qū)段可能出現(xiàn)的故障。因此根據(jù)本發(fā)明的方法保證了出現(xiàn)的所有故障在優(yōu)化的短時(shí)間中導(dǎo)致形成觸發(fā)信號(hào)，而不會(huì)產(chǎn)生不希望有的誤觸發(fā)。
在該方法的一個(gè)有利的實(shí)施形式中，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置了-在首先求得的阻抗值位于第一觸發(fā)特性曲線外部的情況下，轉(zhuǎn)換到其量度大于第一觸發(fā)特性曲線但小于最大觸發(fā)特性曲線的第二觸發(fā)特性曲線上；-對(duì)首先求得的阻抗值其隨后的另一阻抗值進(jìn)行檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)它是位于該第二觸發(fā)特性曲線內(nèi)部還是外部；-在該另一阻抗值位于第二觸發(fā)特性曲線內(nèi)部的情況下，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；-在該另一阻抗值位于第二觸發(fā)特性曲線外部的情況下，轉(zhuǎn)換到至少又一個(gè)觸發(fā)特性曲線上，該曲線大于第二觸發(fā)特性曲線但小于最大觸發(fā)特性曲線；-對(duì)另一阻抗值隨后的附加阻抗值進(jìn)行檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)它是否位于所述又一觸發(fā)特性曲線的內(nèi)部；-在該附加阻抗值位于所述又一觸發(fā)特性曲線的內(nèi)部的情況下，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；及-在該附加阻抗值位于所述又一觸發(fā)特性曲線的外部的情況下，轉(zhuǎn)換到最大觸發(fā)特性曲線。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中從第一轉(zhuǎn)換到第二觸發(fā)特性曲線起到這樣的作用，即在使用第二觸發(fā)特性曲線的情況下，雖不能象在使用最大觸發(fā)特性曲線那樣，總是不能檢測(cè)到所有出現(xiàn)的故障，但總能檢測(cè)到更多的在用第一觸發(fā)特性曲線時(shí)不能檢測(cè)到的故障。由于上述理由可以有利地比當(dāng)不使用第二觸發(fā)特性曲線而立即使用最大觸發(fā)特性曲線檢測(cè)故障的情況更快地實(shí)現(xiàn)觸發(fā)信號(hào)的形成，因?yàn)楹笳叩那笾敌枰鄬?duì)大或最大的時(shí)間。相應(yīng)地，在根據(jù)本發(fā)明的方法中這適用于從第二觸發(fā)特性曲線轉(zhuǎn)換到又一觸發(fā)特性曲線。在根據(jù)本發(fā)明的方法中可以使用多于三個(gè)的觸發(fā)特性曲線，其中每個(gè)觸發(fā)特性曲線本身總比其直接在先使用的觸發(fā)特性曲線大一些，但小于最大觸發(fā)特性曲線。
根據(jù)本發(fā)明方法的另一有利改進(jìn)方案使用具有一個(gè)中心點(diǎn)的圓作為第一觸發(fā)特性曲線，該中心點(diǎn)通過供電線路待監(jiān)控區(qū)段的起始點(diǎn)來定義。使用圓的優(yōu)點(diǎn)在于，利用圓能以最快的路徑檢測(cè)明顯的故障，因?yàn)?，為了相?duì)于圓來檢驗(yàn)阻抗，只要求解阻抗的一個(gè)分量、即它的幅值就足夠了。
根據(jù)本發(fā)明在該方法的另一有利改進(jìn)方案中-使用對(duì)稱且平行于電抗軸切割的具有一個(gè)中心點(diǎn)的圓作為第一觸發(fā)特性曲線，該中心點(diǎn)通過供電線路待監(jiān)控區(qū)段的起始點(diǎn)來定義，及-對(duì)首先求得的阻抗值進(jìn)行如下檢驗(yàn)，即根據(jù)它的幅值及它的電阻分量確定它是否位于該第一觸發(fā)特性曲線的內(nèi)部。
利用該第一觸發(fā)特性曲線的形狀，可能檢測(cè)到比用圓形特性曲線少些的明顯短路故障。相反地，對(duì)于切割圓形狀的觸發(fā)特性的阻抗求值需要更多的時(shí)間，因?yàn)檫@里要確定阻抗的兩個(gè)分量。
根據(jù)本發(fā)明在本發(fā)明方法的又一有利改進(jìn)方案中-使用對(duì)稱且平行于電抗軸切割的具有一個(gè)中心點(diǎn)的圓作為第二觸發(fā)特性曲線，該中心點(diǎn)通過供電線路待監(jiān)控區(qū)段的起始點(diǎn)來定義；及-對(duì)另一阻抗值進(jìn)行如下檢驗(yàn)，即根據(jù)它的幅值及它的電阻分量確定它是否位于該觸發(fā)特性曲線的內(nèi)部。
在使用實(shí)現(xiàn)最快故障檢測(cè)的第一特性曲線以后將使用大一些的特性曲線。該較大的特性曲線可有利地但卻在更長(zhǎng)一些時(shí)間上檢測(cè)到較多數(shù)目的故障。
在根據(jù)本發(fā)明的使用至少一個(gè)具有切割圓的觸發(fā)特性曲線的方法的一個(gè)方案中，阻抗的電阻分量的獲得是這樣實(shí)現(xiàn)的-在至少供電線路電網(wǎng)頻率的半周期期間測(cè)量電流及電壓的瞬時(shí)值；-由電流及電壓的瞬時(shí)值計(jì)算功率的瞬時(shí)值，并通過積分求解與有效功率成正比的值；-將電流瞬時(shí)值平方，并求解電流瞬時(shí)值平方的積分；及-由與有功功率成正比的值及電流平方的積分值通過商運(yùn)算產(chǎn)生阻抗的電阻分量。
這種獲值方法的優(yōu)點(diǎn)在于它的速度。該速度產(chǎn)生于相對(duì)很小數(shù)目的為獲得電阻分量所需的電流及電壓的瞬時(shí)值。
由相對(duì)較小數(shù)目的瞬時(shí)值也可以求得阻抗的幅值。
這可根據(jù)本發(fā)明以有利的方式這樣地進(jìn)行-將各個(gè)導(dǎo)線電流及地電流的瞬時(shí)值以及每?jī)蓚€(gè)導(dǎo)線之間電壓的瞬時(shí)值和每根導(dǎo)線與地之間電壓的瞬時(shí)值數(shù)字化并分別在一數(shù)字濾波單元中被求值，該數(shù)字濾波單元由至少一個(gè)第一類型的線性相位非遞歸數(shù)字濾波器(FIR濾波器)及由至少一個(gè)第二類型的線性相位非遞歸數(shù)字濾波器(FIR濾波器)組成；-通過各個(gè)第一或第二類型的數(shù)字濾波器對(duì)瞬時(shí)值的求值如此引起一相移，即使得一方面由第一類型的數(shù)字濾波器、另一方面由第二類型的數(shù)字濾波器求值的瞬時(shí)值彼此成正交；及-借助由已求值的瞬時(shí)值對(duì)導(dǎo)線-導(dǎo)線回路及導(dǎo)線-地回路的電流幅值及電壓幅值的實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量的求解并通過商運(yùn)算來產(chǎn)生阻抗值。
本發(fā)明的這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于為計(jì)算阻抗值所需的時(shí)間相對(duì)較短。
在實(shí)施本發(fā)明的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法時(shí)比較有利的是，在原來的遠(yuǎn)距離測(cè)量前出于故障策略方面的考慮僅選擇明確具有故障的導(dǎo)線-導(dǎo)線回路或?qū)Ь€-地回路，且之后根據(jù)第一或需要時(shí)第二觸發(fā)特性曲線來檢驗(yàn)它的阻抗值。例如當(dāng)在其中作為電弧后果的電流變化時(shí)，這種回路不是明確地具有故障。對(duì)于這種不明確具有故障的回路僅在使用了第一或需要時(shí)第二觸發(fā)特性曲線后才涉及其阻抗值的檢驗(yàn)。在許多情況下，不明確故障的原因會(huì)消失、例如相對(duì)短時(shí)間的電弧，因此在較后的測(cè)量時(shí)不會(huì)導(dǎo)致觸發(fā)信號(hào)的形成。
明確具有故障的回路的選擇將在根據(jù)本發(fā)明的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法的一個(gè)有利方案中這樣地實(shí)現(xiàn)-在根據(jù)第一觸發(fā)特性曲線或必要時(shí)第二觸發(fā)特性曲線檢驗(yàn)阻抗值以前，在激勵(lì)的情況下確定是否在一個(gè)三相供電線路中-一個(gè)導(dǎo)線-地回路或一個(gè)導(dǎo)線-導(dǎo)線回路被激勵(lì)；或-一個(gè)導(dǎo)線-導(dǎo)線回路及同時(shí)在導(dǎo)線-導(dǎo)線回路中一個(gè)導(dǎo)線及地之間的回路被激勵(lì)；或-所有的導(dǎo)線-導(dǎo)線回路被激勵(lì)；或-所有的導(dǎo)線-導(dǎo)線回路及導(dǎo)線-地回路被激勵(lì)；及-使用被確定回路的電流和電壓的瞬時(shí)值來形成阻抗值。
在根據(jù)本發(fā)明的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法的改進(jìn)方案中，比較有利的是對(duì)于第二觸發(fā)特性曲線隨后的至少一個(gè)特性曲線使用多角形觸發(fā)特性曲線。這里該多角形觸發(fā)特性曲線具有其優(yōu)點(diǎn)它在其形狀方面可以這樣選擇，以使得待檢測(cè)區(qū)段出現(xiàn)的故障借助它能以相對(duì)高的選擇性來檢測(cè)。
此外有利的是，使用一個(gè)多角形觸發(fā)特性曲線作為最大觸發(fā)特性曲線。
在使用多角形觸發(fā)特性曲線時(shí)必須使用阻抗的電阻分量及電抗分量來檢驗(yàn)其阻抗值。該電抗分量可近似地由電感分量來代替。因此，較有利的作法是-為了根據(jù)多角形觸發(fā)特性曲線檢驗(yàn)阻抗值，將電流及電壓的瞬時(shí)值數(shù)字化并在一個(gè)數(shù)字濾波器裝置中求值，該濾波器由兩個(gè)第一類型(具有加權(quán)系數(shù)hi)的線性相位非遞歸數(shù)字濾波器(FIR濾波器)及一個(gè)第二類型(具有加權(quán)系數(shù)gi)的數(shù)字濾波器組成；-FIR濾波器的各個(gè)加權(quán)系數(shù)(hi,gi)自由地預(yù)先給出；-在求值時(shí)形成的誤差借助一個(gè)校正系數(shù)(KC)來校正，該校正系數(shù)作為第一和第二類型的FIR濾波器在額定頻率(H(Ω0),G(Ω0))時(shí)的振幅特性的商來求得；及-由校正后求得的瞬時(shí)值求解阻抗的電阻分量及電感分量。
該遠(yuǎn)距離保護(hù)方法的改進(jìn)方案的優(yōu)點(diǎn)在于，可相對(duì)精確及快速地求得電阻值及電感值。
當(dāng)在時(shí)間過程中可提供多個(gè)電流及電壓的瞬時(shí)值時(shí)，求值的精確度能改善，這時(shí)加權(quán)系數(shù)的數(shù)目將增多。根據(jù)本發(fā)明這樣來達(dá)到-線性相位非遞歸數(shù)字濾波器各具有n+1個(gè)加權(quán)系數(shù)，其中n為一整數(shù)；及-在根據(jù)另外的多角形觸發(fā)特性曲線檢驗(yàn)阻抗值時(shí)，使用比在根據(jù)最大觸發(fā)特性曲線檢驗(yàn)阻抗值時(shí)較小值的n。
對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法以下將借助實(shí)施該方法一個(gè)裝置的實(shí)施例及

圖1至圖5來說明。
圖1表示由三根導(dǎo)線組成的電力供電線路的一個(gè)待監(jiān)控區(qū)段的概圖及在該區(qū)段位置上實(shí)施本發(fā)明方法的裝置；圖2表示所述遠(yuǎn)距離保護(hù)方法的時(shí)間過程；圖3表示所述觸發(fā)特性曲線的一個(gè)阻抗復(fù)平面；圖4借助簡(jiǎn)化框圖表示求解一個(gè)回路電流幅值平方的優(yōu)先方式；圖5表示獲得一個(gè)回路電壓幅值平方的簡(jiǎn)化框圖。
圖1表示一個(gè)電力供電線路區(qū)段A的概圖，該供電線路由三根導(dǎo)線1、2及3組成。在這些導(dǎo)線中流過交流電流IL1(t)、IL2(t)及IL3(t)，它們?cè)陔娏骰ジ衅?a、2a及3a中被變換為次級(jí)電流IS1(t)、IS2(t)及IS3(t)。在每根導(dǎo)線1、2、3及地之間的交流電壓UL1-E(t)、UL2-E(t)及UL3-E(t)借助電壓互感器1b、2b及3b檢測(cè)并被交換成次級(jí)電壓US1(t)、US2(t)及US3(t)。次級(jí)電流IS1(t)、IS2(t)及IS3(t)和次級(jí)電壓US1(t)、US2(t)及US3(t)在用于實(shí)施該遠(yuǎn)距離保護(hù)方法的裝置(遠(yuǎn)距離保護(hù)裝置)4中譬如以1ms的采樣間隔被進(jìn)行采樣并被存儲(chǔ)。次級(jí)電流ISE(t)將視供電導(dǎo)線情況被采樣及存儲(chǔ)或計(jì)算。這樣被采樣及存儲(chǔ)的次級(jí)電流及電壓的瞬時(shí)值被用來求解阻抗值。
根據(jù)圖2，在一個(gè)時(shí)間軸5上標(biāo)有在被監(jiān)測(cè)區(qū)段出現(xiàn)不正常后所經(jīng)過的時(shí)間(ms)。對(duì)于求解相應(yīng)故障有待計(jì)算的次級(jí)電流及相應(yīng)次級(jí)電壓，首先在一個(gè)譬如從t0=0ms到t10=10ms的時(shí)間間隔中(借助一測(cè)試線條5a來表示)被采樣及被存儲(chǔ)。從存儲(chǔ)值求解出阻抗值|ZS(t10)|。對(duì)該值將這樣地檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)它是在第一觸發(fā)曲線5b內(nèi)部還是外部，該特性曲線表示為一個(gè)圓。對(duì)于首先求得的阻抗值|ZS(t10)|在觸發(fā)曲線5b內(nèi)的情況，將產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)一功率開關(guān)B的觸發(fā)信號(hào)。
如果首先求得的阻抗值|ZS(t10)|位于觸發(fā)曲線5b的外部，則不向功率開關(guān)B輸出任何觸發(fā)信號(hào)。
通常對(duì)阻抗值的求解及檢驗(yàn)不僅對(duì)一個(gè)導(dǎo)體回路的次級(jí)電流及電壓來進(jìn)行，而且也根據(jù)遠(yuǎn)程保護(hù)裝置4的相應(yīng)激勵(lì)對(duì)通過短路構(gòu)成的并由此被激勵(lì)的其它導(dǎo)體回路的次級(jí)電流及電壓來進(jìn)行。
當(dāng)首先求得的阻抗值全部位于觸發(fā)曲線5b的外部時(shí)，將使用對(duì)稱且平行于電抗軸X(參見圖3)切割圓形的第二觸發(fā)曲線6b。在譬如從t2=2ms至t12=12ms的另一時(shí)間間隔6a期間，采樣及存儲(chǔ)的一個(gè)故障回路的次級(jí)電流和電壓被用來求解另一阻抗值ZS(t12)，它的特征為其幅值|ZS(t12)|和其電阻分量ZSR(t12)。對(duì)所述另一阻抗將這樣檢驗(yàn)，即它是在第一觸發(fā)曲線6b的內(nèi)部還是外部。在第一種情況(內(nèi)部)下將產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，否則將不形成任何觸發(fā)信號(hào)，而將轉(zhuǎn)向另一觸發(fā)特性曲線7b。
另一觸發(fā)曲線7b是一個(gè)多角形。對(duì)于求解相應(yīng)故障有待計(jì)算出的次級(jí)電流及相應(yīng)次級(jí)電壓將在附加的時(shí)間間隔7a(t5=5ms至t15=15ms)及在與時(shí)間間隔5a相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔7c(t0=0ms至t10=10ms)中被采樣及被存儲(chǔ)；被存儲(chǔ)的值將用來求解附加的阻抗值ZS(t15)，該值的特征在于其電阻分量ZSR(t15)及其電感分量ZSL(t15)。對(duì)該附加阻抗值將檢驗(yàn)它是位于另一觸發(fā)曲線7b的內(nèi)部還是外部。在作為例子描述的該方法中總共使用了8條觸發(fā)曲線。在使用與監(jiān)測(cè)區(qū)段相對(duì)應(yīng)的一條最大觸發(fā)曲線8b時(shí)，對(duì)于求解相應(yīng)故障有待求出的次級(jí)電流及相應(yīng)次級(jí)電壓將在時(shí)間間隔8a(t20=20ms至t40=40ms)及8c(t15=15ms至t35=35ms)中被采樣及存儲(chǔ)。
圖3表示在設(shè)有電阻軸R及電抗軸X的阻抗復(fù)平面中示出的觸發(fā)曲線5b、6b、7b及8b，這些曲線用在作為例子描述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法中。這兩個(gè)坐標(biāo)軸的相交點(diǎn)代表供電導(dǎo)線有待監(jiān)測(cè)區(qū)段A的起始點(diǎn)。最大觸發(fā)曲線8b是具有電阻最大值(-RB,+RB)及電抗最大值(-XB,+XB)的矩形。相反地，第一觸發(fā)曲線5b具有相對(duì)小的量值及半徑為ZK=0.8MIN(RB,XB)，其中MIN(RB,XB)提供RB及XB兩個(gè)值中最小的值。作為第二觸發(fā)曲線6b使用對(duì)稱并平行于電抗軸X在點(diǎn)0.8RB及0.8(-RB)上切割的，具有半徑ZBK=0.8XB的圓。觸發(fā)曲線7b位于特征曲線6b和8b之間。此外，在該實(shí)施例中可使用未示出的附加多角形。這些附加的多角形中的每個(gè)大于多角形7b，而小于最大觸發(fā)曲線8b。
在實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法時(shí)，將使用觸發(fā)曲線5b求解作為阻抗值的阻抗幅值|ZS|。對(duì)于每個(gè)受激勵(lì)的回路，該幅值由所屬電壓幅值
及所屬電流幅值回路的平方來求得。
電流幅值的平方將根據(jù)圖4所示線路框圖來形成。作為例子，它表示在導(dǎo)線1和地構(gòu)成的導(dǎo)線-地回路中的電流幅值S1-SE的平方的形成。次級(jí)電流IS1及ISE的被采樣瞬時(shí)值IS1(ti)和ISE(ti)分別在頻率選擇信號(hào)放大器9a及9b中被放大及標(biāo)準(zhǔn)化成IS1,G(ti)和ISE,G(ti)以及在頻率選擇信號(hào)放大器10a及10b中被放大及標(biāo)準(zhǔn)化成IS1,F(ti)和ISE,F(ti)。接著該被放大及被標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào)在第一類型(G)和第二類型(F)的線性相位非遞歸數(shù)字濾波器(FIR濾波器)11a及11b和12a及12b中被求值。該FIR濾波器11a、11b、12a及12b分別具有11個(gè)系數(shù)(對(duì)于11a及11b為g0、g1、…、g10，對(duì)于12a及12b為f0、f1…、f10)。
所求之值是被放大及標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào)值與FIR濾波器11a、11b、12a和12b的系數(shù)的離散褶積的結(jié)果。對(duì)于IS1,G(ti)在G濾波器11a的輸出端得到下列值I^S1,re(tn)=G*IS1,G(tn)=ΣK=010gK·IS1,G(tn-K)]]>及對(duì)于IS1,F(ti)在F濾波器12a的輸出端得到下列值I^S1,im(tn)=F*IS1,F(tn)=ΣK=010fK·IS1,F(tn-K)]]>S1,re(tn)及S1,im(tn)是在時(shí)間點(diǎn)tn上求得的導(dǎo)線1中電流幅值的實(shí)數(shù)分量及虛數(shù)分量。對(duì)FIR濾波器11a、11b、12a及12b的系數(shù)將這樣的選擇即求值的信號(hào)相對(duì)其相位是彼此正交的。
對(duì)于IS1,G(ti)及ISE,F(ti)，相應(yīng)于IS1,G(tj)及IS1,F(ti)的情況同樣適用，即在G濾波器11b的輸出端上得到I^S1,re(tn)=G*ISE,G(tn)=ΣK=010gK·ISF,G(tn-K)]]>及在F濾波器12b的輸出端上得到I^SE,im(tn)=F*ISE,F(tn)=ΣK=010fK·ISE,F(tn-K)]]>接著該求值信號(hào)在差值形成組件13a及13b中根據(jù)以下規(guī)則構(gòu)成回路電流幅值的實(shí)數(shù)及虛數(shù)分量S1-SE,re(tn)=S1,re(tn)-Ze·SE,re(tn)S1-SE,im(tn)=S1,im(tn)-Ze·SE,im(tn).
根據(jù)對(duì)稱分量理論(“三相交流電網(wǎng)中的短路電流、時(shí)間變化曲線及其值的計(jì)算”，Roeper,Richard著1984年第六版，第48頁(yè)以下，西門子股份公司；柏林，慕尼黑發(fā)行)系數(shù)Ze考慮為零序阻抗與順相序阻抗的比例。它根據(jù)下式來計(jì)算Ze=(1+XEXL)tan(φL)2+(1+RERL)2tan2(φL)+1-1]]>式中，參數(shù)XE、XL、RE、RL為零序系統(tǒng)(E)或順相序系統(tǒng)(L)的電抗及電阻，及φL為順相序阻抗與電阻軸之間的相位角。
接著在求和組件15中，根據(jù)平方組件14a和14b的輸出信號(hào)的和值構(gòu)成L1-E導(dǎo)線-地回路的電流幅值平方。
2S1-SE(tn)=2S1-SE,re(tn)+2S1-SE,im(tn).參數(shù)tn作為求解電流幅值平方的時(shí)間點(diǎn)tn。
作為計(jì)算電壓幅值的例子，在圖5中表示出一個(gè)計(jì)算導(dǎo)線1及地之間次級(jí)電壓幅值平方的線路框圖。其中被采樣的次級(jí)電壓US1的瞬時(shí)值US1(ti)在頻率選擇信號(hào)放大器16和17中被放大及標(biāo)準(zhǔn)化。由它們產(chǎn)生出信號(hào)US1,H(ti)，及US1,K(ti)。在一個(gè)第一類型(H)及一個(gè)第二類型(K)的線性相位非遞歸數(shù)字濾波器(FIR-濾波器)18及19(各具有系數(shù)h1,h2…及K1,K2…)中被求值后，將得到導(dǎo)線1-地回路中的次級(jí)電壓幅值的實(shí)數(shù)及虛線分量
re(tn)及U^S1,im(tn)]]>濾波器18及19的系數(shù)數(shù)目可以小于濾波器11a、11b、12a及12b中系數(shù)的數(shù)目，以便對(duì)于故障時(shí)電壓的求解有目的地達(dá)到該方法正常功能的降級(jí)。通過濾波器18和19得到求解的值U^S1,re(tn)=H*US1,H(tn)]]>及U^S1,im(tn)=K*US1,K(tn).]]>。
這些實(shí)數(shù)及虛數(shù)分量在平方組件20a及20b中均被進(jìn)行平方，并再在加法組件21中相加以構(gòu)成次級(jí)電壓幅值平方U2^S1(tn)=U2^S1,re(tn)+U2^S1,im(tn).]]>以下的表格包括回路有關(guān)電流及電壓幅值的構(gòu)成規(guī)則
不言而喻，對(duì)該表格中所含的幅值始終在應(yīng)求出阻抗值的時(shí)間點(diǎn)tn進(jìn)行計(jì)算。
該表格在第一列中包含對(duì)其電流及電壓幅值進(jìn)行計(jì)算的回路。例如L1-E表示由導(dǎo)線1和地構(gòu)成的一回路。
在第二列中是用于形成電流幅值的實(shí)數(shù)分量及虛數(shù)分量的規(guī)則。
在第三列中包含的是用于形成電壓幅值的實(shí)數(shù)分量及虛數(shù)分量的規(guī)則。
現(xiàn)在可根據(jù)相關(guān)回路的電流及電壓幅值的平方來構(gòu)成每個(gè)回路的阻抗值的平方，并與相應(yīng)于圓半徑的傾復(fù)阻抗ZK的平方相比較。例如對(duì)于L1-E回路阻抗幅值的形成如下進(jìn)行|ZL1-E(tn)|2=U2^S1(tn)U2^S1-SE(tn)]]>對(duì)于阻抗幅值是否在圓內(nèi)的檢驗(yàn)，也可有利地不直接構(gòu)成阻抗幅值而通過以下比較來實(shí)現(xiàn)
該表格在第一列中包含對(duì)其電流及電壓幅值進(jìn)行計(jì)算的回路。例如L1-E表示由導(dǎo)線1和地構(gòu)成的一回路。
在第二列中是用于形成電流幅值的實(shí)數(shù)分量及虛數(shù)分量的規(guī)則。
在第三列中包含的是用于形成電壓幅值的實(shí)數(shù)分量及虛數(shù)分量的規(guī)則。
現(xiàn)在可根據(jù)相關(guān)回路的電流及電壓幅值的平方來構(gòu)成每個(gè)回路的阻抗值的平方，并與相應(yīng)于圓半徑的傾復(fù)阻抗ZK的平方相比較。例如對(duì)于L1-E回路阻抗幅值的形成如下進(jìn)行|ZL1-E(tn)|2=U2^S1(tn)U2^S1-SE(tn)]]>對(duì)于阻抗幅值是否在圓內(nèi)的檢驗(yàn)，也可有利地不直接構(gòu)成阻抗幅值而通過以下比較來實(shí)現(xiàn)
該表格在第一列中包含對(duì)其電流及電壓幅值進(jìn)行計(jì)算的回路。例如L1-E表示由導(dǎo)線1和地構(gòu)成的一回路。
在第二列中是用于形成電流幅值的實(shí)數(shù)分量及虛數(shù)分量的規(guī)則。
在第三列中包含的是用于形成電壓幅值的實(shí)數(shù)分量及虛數(shù)分量的規(guī)則。
現(xiàn)在可根據(jù)相關(guān)回路的電流及電壓幅值的平方來構(gòu)成每個(gè)回路的阻抗值的平方，并與相應(yīng)于圓半徑的傾復(fù)阻抗ZK的平方相比較。例如對(duì)于L1-E回路阻抗幅值的形成如下進(jìn)行|ZL1-E(tn)|2=U2^S1(tn)U2^S1-SE(tn)]]>對(duì)于阻抗幅值是否在圓內(nèi)的檢驗(yàn)，也可有利地不直接構(gòu)成阻抗幅值而通過以下比較來實(shí)現(xiàn)
阻抗值，即阻抗幅值及阻抗的電阻分量也可有利地不被明確計(jì)算出，各設(shè)有如下所示的比較來檢驗(yàn)它是否在切割的圓的內(nèi)部對(duì)于阻抗幅值，
及-對(duì)于電阻分量，
以上阻抗幅值的不等式也用于檢驗(yàn)阻抗幅值是否位于一個(gè)圓內(nèi)。在目前“切割圓”的情況下，ZBK相當(dāng)于切割圓的半徑。
阻抗值，即阻抗幅值及阻抗的電阻分量也可有利地不被明確計(jì)算出，各設(shè)有如下所示的比較來檢驗(yàn)它是否在切割的圓的內(nèi)部對(duì)于阻抗幅值，
及-對(duì)于電阻分量，
以上阻抗幅值的不等式也用于檢驗(yàn)阻抗幅值是否位于一個(gè)圓內(nèi)。在目前“切割圓”的情況下，ZBK相當(dāng)于切割圓的半徑。
原則上，可在該微分方程中代入在時(shí)刻tn上采樣及存儲(chǔ)的次級(jí)電流及次級(jí)電壓的瞬時(shí)值。但是通常這些瞬時(shí)值具有大的測(cè)量誤差，這在求解阻抗值分量時(shí)將繼續(xù)引起誤差。因此有待代入的次級(jí)電流及電壓值是由多個(gè)相繼的次級(jí)電流及電壓的瞬時(shí)值構(gòu)成的。如這里所述的，在專利文獻(xiàn)EP 0284546A1中已公開。
作為對(duì)于在該EP專利文獻(xiàn)中所公開方法的補(bǔ)充，還必須說明在一個(gè)回路中使用該公開方法時(shí)的基本措施。例如該微分方程是對(duì)于回路L1-L2建立的；為此首先求解導(dǎo)線1中的US1(tn),IS1(tn)及dIS1(tn)dt,]]>及然后求解導(dǎo)線2中的US2(tn),IS2(tn)及
接著建立兩個(gè)相應(yīng)的微分方程，并且從第一方程減去第二方程。將得到以下的微分方程US1-S2(tn)=LS1-S2·dIS1-S2(tn)dt+RS1-S2·IS1-S2(tn).]]>如已述的，也必須對(duì)時(shí)刻tm建立該方程，以便確定出LS1-S2及RS1-S2。
在EP專利文獻(xiàn)公開的方法中使用了線性相位非遞歸數(shù)字濾波器(FIR濾波器)。該數(shù)字濾波器分別具有一定數(shù)目的系數(shù)。該數(shù)目對(duì)于每個(gè)所使用的濾波器是相等的并確定了構(gòu)成電流及電壓值所使用的瞬時(shí)值的數(shù)目。系數(shù)數(shù)目的增多將會(huì)導(dǎo)致所構(gòu)成的電流值及電壓值具有很小的測(cè)量誤差。因此，所求得的阻抗值也具有較小的誤差。因而在使用最大觸發(fā)曲線、即最大多角形時(shí)，系數(shù)的數(shù)目大于使用較小多角形時(shí)系數(shù)的數(shù)目。
在作為例子描述的該遠(yuǎn)距離保護(hù)方法中，在使用多角形7b時(shí)對(duì)于FIR濾波器使用了11個(gè)系數(shù)；而相應(yīng)地在使用最大觸發(fā)曲線8b時(shí)，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器采用了21個(gè)系數(shù)。
權(quán)利要求
1．一種在一個(gè)供電線路的待監(jiān)控區(qū)段(A)檢測(cè)短路的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其中在短路情況下為獲得觸發(fā)信號(hào)對(duì)由電流及電壓構(gòu)成的阻抗值作如下的檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)它是否位于一個(gè)給定觸發(fā)特性曲線內(nèi)，其特征在于-使用相應(yīng)于供電導(dǎo)線待監(jiān)控區(qū)段(A)相對(duì)小量度的第一觸發(fā)特性曲線(5b)，及對(duì)首先求得的阻抗值(|ZS(t10)|)根據(jù)該第一觸發(fā)特性曲線(5b)檢驗(yàn)它是位于該觸發(fā)特性曲線的內(nèi)部還是外部；-在首先求得的阻抗值(|ZS(t10)|)位于第一觸發(fā)特性曲線(5b)內(nèi)部的情況下，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；-在首先求得的阻抗值(|ZS(t10)|)位于該觸發(fā)特性曲線(5b)外部的情況下，轉(zhuǎn)換到相應(yīng)于待監(jiān)控區(qū)段(A)最大的觸發(fā)特性曲線(8b)上；及-對(duì)首先求得的阻抗值其隨后的阻抗值進(jìn)行如下檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)它是否位于最大觸發(fā)特性曲線(8b)內(nèi)部，并在必要時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其特征在于-在首先求得的阻抗值(|ZS(t10)|)位于第一觸發(fā)特性曲線(5b)外部的情況下，轉(zhuǎn)換到其量度較大于第一觸發(fā)特性曲線(5b)但小于最大觸發(fā)特性曲線(8b)的第二觸發(fā)特性曲線(6b)上；-對(duì)首先求得的阻抗值(|ZS(t10)|)其隨后的另一阻抗值(ZS(t12))進(jìn)行如下檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)它是位于該第一觸發(fā)特性曲線(6b)內(nèi)部還是外部；-在該另一阻抗值(ZS(t12))位于第二觸發(fā)特性曲線(6b)內(nèi)部的情況下，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；-在該另一阻抗值(ZS(t12))位于第二觸發(fā)特性曲線(6b)外部的情況下，轉(zhuǎn)換到至少又一個(gè)觸發(fā)特性曲線(7b)上，該曲線大于第二觸發(fā)特性曲線(6b)但小于最大觸發(fā)特性曲線(8b)；-對(duì)另一阻抗值(ZS(t12))其隨后的附加阻抗值(ZS(t15))進(jìn)行如下檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)它是否位于該又一觸發(fā)特性曲線(7b)的內(nèi)部；-在該附加阻抗值(ZS(t15))位于又一觸發(fā)特性曲線(7b)的內(nèi)部的情況下，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；及-在該附加阻抗值(ZS(t15))位于又一觸發(fā)特性曲線(7b)的外部的情況下，轉(zhuǎn)換到最大觸發(fā)特性曲線(8b)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其特征在于使用具有一個(gè)中心點(diǎn)的圓作為第一觸發(fā)特性曲線(5b)，該中心點(diǎn)通過供電線路待監(jiān)控區(qū)段(A)的起始點(diǎn)來定義。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其特征在于-使用對(duì)稱且平行于電抗軸(X)切割的具有一個(gè)中心點(diǎn)的圓作為第一觸發(fā)特性曲線，該中心點(diǎn)通過供電線路待監(jiān)控區(qū)段(A)的起始點(diǎn)來定義，及-對(duì)首先求得的阻抗值這樣地檢驗(yàn)，即根據(jù)它的幅值及它的電阻分量確定它是否位于第一觸發(fā)特性曲線內(nèi)部。
5．根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其特征在于-使用對(duì)稱且平行于電抗軸(X)切割的具有一個(gè)中心點(diǎn)的圓作為第二觸發(fā)特性曲線(6b)，該中心點(diǎn)通過供電線路待監(jiān)控區(qū)段(A)的起始點(diǎn)來定義；及對(duì)另一阻抗值(ZS(t12))這樣的檢驗(yàn)，即根據(jù)它的幅值(|ZS(t12)|)及它的電阻分量(ZSR(t12))確定它是否位于該觸發(fā)特性曲線(6b)的內(nèi)部。
6．根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其特征在于-為獲得電阻分量(ZR)，-在至少供電線路電網(wǎng)頻率的半周期(T2ω)期間測(cè)量電流及電壓的瞬時(shí)值(IS1(tn-K)),(US1(tn-K))；-由電流及電壓的瞬時(shí)值(IS1(tn-K)),(US1(tn-K))計(jì)算功率的瞬時(shí)值，并通過積分求解與有效功率成正比的值(PS1-SE，有功(tn))；-將電流瞬時(shí)值(IS1(tn-K))平方，并求解電流瞬時(shí)值平方的積分(I2∑,S1(tn))；及-由與有功功率成正比的值(PS1-SE，有功(tn))及電流平方的積分(I2∑,S1(tn))值通過商運(yùn)算產(chǎn)生阻抗的電阻分量(ZR)。
7．根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其特征在于-為構(gòu)成阻抗值(|ZL1-E(tn)|)，-將各個(gè)導(dǎo)線電流及地電流的瞬時(shí)值(IS1(ti),ISE(ti))及每?jī)筛鶎?dǎo)線之間電壓和每根導(dǎo)線及地之間電壓的瞬時(shí)值(US1(ti))數(shù)字化并分別在一數(shù)字濾波單元中被求值，該數(shù)字濾波單元由至少一個(gè)第一類型的線性相位非遞歸數(shù)字濾波器(FIR濾波器)(11a,11b,18)及由至少一個(gè)第二類型的線性相位非遞歸數(shù)字濾波器(FIR濾波器)(12a,12b,19)組成；-通過各個(gè)第一或第二類型的數(shù)字濾波器(11a,11b,12a,12b,18,19)對(duì)瞬時(shí)值的求值如此引起一相移，即使得一方面由第一類型的數(shù)字濾波器(11a,11b,18)另一方面由第二類型的數(shù)字濾波器(12a,12b,19)求值的瞬時(shí)值(S1,re,SE,re,US1,re及S1,im,SE,im
,)彼此正交；及-借助由已求值的瞬時(shí)值對(duì)導(dǎo)線-導(dǎo)線回路及導(dǎo)線-地回路的電流幅值(S1-SE,re,S1-SE,im)及電壓幅值
的實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量的求解并通過商運(yùn)算來產(chǎn)生阻抗值(|ZL1-E(tn)|)。
8．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其特征在于-在根據(jù)第一觸發(fā)特性曲線(5b)或必要時(shí)第二觸發(fā)特性曲線(6b)檢驗(yàn)阻抗值以前，在激勵(lì)的情況下確定是否在一個(gè)三相供電線路中-一個(gè)導(dǎo)線-地回路或一個(gè)導(dǎo)線-導(dǎo)線回路被激勵(lì)；或-一個(gè)導(dǎo)線-導(dǎo)線回路及同時(shí)在導(dǎo)線-導(dǎo)線回路中一根導(dǎo)線與地之間的回路被激勵(lì)；或-所有的導(dǎo)線-導(dǎo)線回路都激勵(lì)；或-所有的導(dǎo)線-導(dǎo)線回路及導(dǎo)線-地回路都被激勵(lì)；及-使用被確定回路的電流和電壓的瞬時(shí)值來構(gòu)成阻抗值。
9．根據(jù)權(quán)利要求2至8中任一項(xiàng)所述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其特征在于對(duì)于第二觸發(fā)特性曲線(6b)隨后的至少一個(gè)特性曲線使用多角形觸發(fā)特性曲線。
10．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其特征在于使用一個(gè)多角形觸發(fā)特性曲線作為最大觸發(fā)特性曲線(8b)。
11．根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其特征在于-為了根據(jù)多角形觸發(fā)特性曲線檢驗(yàn)阻抗值，將電流及電壓的瞬時(shí)值數(shù)字化并在一個(gè)數(shù)字濾波器裝置中求值，該濾波器由兩個(gè)第一類型(具有加權(quán)系數(shù)hi)的線性相位非遞歸數(shù)字濾波器(FIR濾波器)及一個(gè)第二類型(具有加權(quán)系數(shù)gi)的數(shù)字濾波器組成；-FIR濾波器的各個(gè)加權(quán)系數(shù)(hi,gi)自由地預(yù)先給出；-在求值時(shí)形成的誤差借助一個(gè)校正系數(shù)(KC)來校正，該校正系數(shù)作為第一和第二類型的FIR濾波器在額定頻率(H(Ω0),G(Ω0)時(shí)的振幅特性的商來求得；及-由校正后求得的瞬時(shí)值求解阻抗的電阻分量和電感分量(R回路及L回路)。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法，其特征在于-使用分別具有n+1個(gè)加權(quán)系數(shù)的濾波器作為線性相位非歸遞數(shù)字濾波器，其中n為一整數(shù)，及-在根據(jù)另外的多角形觸發(fā)特性曲線檢驗(yàn)阻抗值時(shí)使用比在根據(jù)最大觸發(fā)特性曲線檢驗(yàn)阻抗值時(shí)較小值的n。
全文摘要
一種在供電線路待監(jiān)控區(qū)段檢測(cè)短路的遠(yuǎn)距離保護(hù)方法,其中在短路情況下為獲得觸發(fā)信號(hào),對(duì)由電流及電壓構(gòu)成的阻抗值作如下檢驗(yàn),即檢驗(yàn)它是否位于一個(gè)給定觸發(fā)特性曲線內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明使用相應(yīng)于待檢測(cè)區(qū)段相對(duì)小量度的第一觸發(fā)特性曲線,及對(duì)首先求得的阻抗值根據(jù)第一觸發(fā)特性曲線檢驗(yàn)它是位于該觸發(fā)特性曲線的內(nèi)部還是外部;在阻抗值位于內(nèi)部時(shí)將產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào);否則轉(zhuǎn)換到相應(yīng)于待監(jiān)控區(qū)段最大的觸發(fā)特性曲線上。對(duì)首先求得的阻抗值其隨后的阻抗值進(jìn)行如下檢驗(yàn),即檢驗(yàn)它們是否位于最大觸發(fā)特性曲線的內(nèi)部,并在需要時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明的方法中可能使用多于兩個(gè)的觸發(fā)特性曲線,其中每個(gè)觸發(fā)特性曲線本身大于直接在前使用的觸發(fā)特性曲線但小于最大觸發(fā)特性曲線。
文檔編號(hào)H02H3/40GK1210629SQ97192192
公開日1999年3月10日 申請(qǐng)日期1997年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月31日
發(fā)明者安德烈亞斯·朱里施, 蒂維菲克·塞齊 申請(qǐng)人:西門子公司