不反应系统振荡的距离继电器的制作方法

专利名称：不反应系统振荡的距离继电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统安全稳定运行的一种继电保护技术，尤其涉及一一高压输电 线路有关距离保护如何不受系统振荡影响的技术。
背景技术：
现在高压输电线路广泛应用的距离保护中的距离继电器在系统发生振荡时会误 动作。由于找不到区分短路与振荡的良好方法，现有普遍采用的振荡闭锁方法比较复 杂，也不完善， 一直是专业技术领域经常讨论的课题。传统的振荡闭锁设计思路是在保护装置中设置一个启动元件(实际上是一个故障检测 元件)，只要这个启动元件不动作，保护装置就不会动作跳闸。为防止系统振荡导致 保护装置误动，只允许在启动元件动作后的160ms内无条件开放距离保护，由距离继 电器测量判别是否发生了线路故障。若距离继电器未动作，那么经160ms后就认为系 统可能要失去暂态稳定而发生振荡；或者当保护装置检测到三相电流都没有发生突 变、也未出现不对称而相电流却已上升超过最大负荷电流时，就判定为系统失去静态 稳定而振荡。这两种情况都要加振荡闭锁。如果保护装置启动后最灵敏的距离继电器 已经返回，说明区外故障已切除，但还要考虑振荡可能尚未止息，装置只能延时复归， 在整组复归之前，距离继电器一直处于被闭锁状态。在振荡闭锁期间若发生了线路故障，还必需解除闭锁，为此要求距离继电器在振 荡中能正确区分区内和区外故障。现在虽然研究出一些判据能解决这个问题，但都需 要给保护的动作产生一定延时，甚至线路两端的保护装置不能同时动作，远离故障一 端的保护要等对侧线路开关跳闸后才能动作跳闸。正因为这些判据不够完善，仍要采 用在启动元件启动160ms内无条件开放距离继电器进行测量，160ms后再采用这些判 据解除闭锁，开放保护。所以使保护的动作逻辑较为复杂。在机械型继电保护时代，我国长期流行一种相间多相补偿距离继电器。它反应相 间补偿电压的三角形的面积， 一个继电器可以保护各种不同相别的两相短路。当时以 其节省继电器的优点受到称赞。现在微处理器的运算速度极大提高，微机保护的继电 器功能是由软件实现的，增加继电器的数量己不成问题，对多相补偿距离继电器的性 能应重新审视。多相补偿距离继电器的最大优点是在系统振荡时不会误动作，但用反应相间补偿 电压三角形面积的原理实现时，在单相故障时的保护范围短，在两相短路接地故障时 有死区，无选相能力，以及在振荡中发生不对称故障时还会不正确动作。为此应研究 新方法使其对各种类型的不对称故障都有良好的性能，不仅在系统单纯振荡时不误 动，而且在振荡过程中发生不对称故障时也能正确动作。发明内容本发明要寻求一种在系统振荡时不会误动作的继电器，从根本上提高距离保护的 安全可靠性，也将简化微机保护的程序设计。输电线路的故障类型可分为单相故障、两相故障(含接地与不接地故障)以及三 相故障，前二种为不对称故障，后一种为对称故障。本发明用三个单相故障距离继电器Zp (即Za、 Zb、 Zc)、三个两相故障距离继电 器Z钟(即Zab、 Zbc、 Zca)和一个三相故障距离继电器Z3w进行测量，发生不对称故障 时必定有故障相也必定有健全相，本发明中的单相故障距离继电器Z,和两相故障距 离继电器Z^不仅测量其所属相是否有故障，而且要测量健全相是否正常(健全相电 压是否不下降，电流是否不上升)，从而使单相故障距离继电器Zcp和两相故障距离继 电器Z^不受振荡影响，能够正确工作，也提高了选相能力。三相故障距离继电器Z3p 不仅实时检测故障当前的电流量和电压量，而且还要同时检查故障前40ms这些电流 量和电压量是否正常，以判明是在系统正常运行时发生了故障还是在振荡中发生的故 障，以保证Z3p正确工作。1、 单相故障距离继电器Z少以a相ZA为例，动作原理如下A相姆欧继电器MA和A相多相补偿距离继电器PA用以测量故障，动作后有条件 地经"与"门输出；与此同时，必须检查到B相和C相的补偿电压t/'s和f/'c处于正常范围(不低于0.6的正常状态下的相电压U<pnom)或者线路电流IB、 lc处于正常范 围(小于1.5倍的正常状态下的相电流Icpnom)，以此证明健全相是正常的，令"与" 门处于开放状态，方才允许a相姆欧继电器Ma和a相多相补偿距离继电器pa通过 "与"门输出ZA的动作信号，见图1。 A相姆欧继电器MA的动作判据<formula>formula see original document page 6</formula>a相多相补偿距离继电器pa的动作判据<formula>formula see original document page 7</formula>式中——正序电压A相值；"x——A相补偿电压"^=Ua—Zye (Ia + KIo) f/sc——BC相补偿电压f/sc =Ubc—Zye Ibc其中UA、 IA分别为A相电压和A相电流；Ubc、 Ibc分别为BC相间电压和相间电流；zye为接地距离继电器的整定阻抗； Io为零序电流。2、 两相故障距离继电器Z^以AB相ZAB为例，动作原理如下AB相间姆欧继电器Mab和AB相间多相补偿距离继电器pab用以测量故障，动作 后有条件地经"与"门输出；与此同时，必须检查到C相的补偿电压f/c是否处于基本 正常范围(不低于0.5的正常状态下的相电压U<pnom)或者线路电流Ic处于正常范 围(小于1.5倍的正常状态下的相电流I<pnom)，以此证明键全相是正常的，令"与"门处于开放状态，方才允许mab和pab通过"与"门输出zab的动作信号，见图2。 ab相间姆欧继电器mab的动作判据<formula>formula see original document page 7</formula>AB相间多相补偿距离继电器pab的动作判据:<formula>formula see original document page 7</formula>°式中——AB相间正序电压； "朋——AB相间补偿电压<formula>formula see original document page 7</formula>t/c——C相补偿电压 <formula>formula see original document page 7</formula>其中UAB、 IAB分别为AB相间电压和相间电流； Uc、 Ic分别为C相电压和C相电流； zyp为相间距离继电器的整定阻抗； Io为零序电流。3、 三相故障距离继电器Z3(p三相故障距离继电器的动作原理如下由于三相电流、三相电压是对称的，可以采用任意相间电流和相间电压 来进行测量，通常用BC相间的电流IBC和电压UBC。用以测量三相故障的是姆欧继电器M3(p和比相式工频变化量距离继电器AM，动作后有条件地经"与"门输出，与此同时，必须检查故障前40ms的补偿电压C/w i。 i基本正常(不低于0.8的正常状态下的相间电压U^nom)或者线路电流Ibc | o |没 有上升(小于1.5XV^倍的正常状态下的线路电流Icpnom)，以此证明确实是在系 统正常运行时发生的故障，开放"与"门，方才允许M3(p和AM通过"与"门输出Z3cp 的动作信号，见图3。三相姆欧继电器M3(p的动作判据270。〉arg^f^〉90。比相式工频变化量距离继电器AM的动作判据270°〉arg^^〉90°式中[Ac = UBC—Zw lAB——为BC相间补偿电压；i 。 i 、 ？7'zc i 。 1——分别为故障前40ms的Ubc和"、c ; ZYP — —为相间距离继电器的整定阻抗； 4、 最佳故障计算程序计算程序(也即故障判别逻辑)的优化设计对合理利用信息资源、加快保护动作 和提高安全可靠性有重要影响。当前距离保护普遍采用的计算程序是在感受到发生故障后，首先进入判断距离I段的故障判别计算程序，通常按三个接地距离继电器(也即单相故障距离继电器)ZA1、Zbi、 Zci，三个相间距离继电器Zabi、 Zbci、 Zcai, —个判别三相故障的距离继电器Z3(pl的顺序进行计算；如果任何一个距离I段继电器都不动作，便转入判断距离n段是否 发生故障的计算程序，又要对所有距离n段继电器按顺序都进行计算判断；如果任何 一个距离n段继电器都不动作，再转入判断距离ni段的计算程序。这一传统的故障判 别计算程序在判别逻辑上和节省资源方面、以及在时间利用上都不可取。本发明采用的故障判别计算程序则要求首先进入距离n段的计算程序，即用接地 距离n段的整定阻抗ZYE2和相间距离n段的整定阻抗ZYP2代入计算，若七个距离n 段继电器都不动作，说明故障不在n段范围，更无需进行距离i段的计算，立即转入距离III段的计算程序。若有任何一个距离n段继电器动作， 一方面启动n段的延时继电器准备延时跳 闸， 一方面立即转为对距离i段进行计算。这时，对距离i段已无需按顺序计算七个 继电器了，因为距离n段己经计算出是何种相别故障，只需对已动作的距离n段继电 器将整定阻抗改为i段的定值进行计算即可，令其快速启动i段出口跳闸；如果i段 不动，距离n段将会延时跳闸。本发明的更重要的意义还在于必须要有距离n段继电器启动，距离i段的动作 才被认为是有效的，无形中提高了距离i段继电器动作的可靠性。"不反应系统振荡的距离继电器"在系统静态和暂态稳定被破坏而引起振荡时不 会误动作，或者说完全不受系统振荡影响。在保护测量程序中已不再需要用启动元件动作160ms来识别静稳是否破坏，或者说无需对距离继电器进行振荡闭锁了。当被保护线路外部故障切除后，保护装置可以立即整组复归，不必担心振荡还未止息，既简 化了保护程序，而且必然会提高其可靠性。


图l:单相故障距离继电器(以A相ZA为例)的动作原理图； 图2:两相故障距离继电器(以AB相ZAB为例)的动作原理图； 图3:三相故障距离继电器Z3(p的动作原理图。
具体实施方式
本发明用三个单相故障距离继电器Zp (即Za、 Zb、 Zc)、三个两相故障距离继电 器Z^ (即Zab、 Zbc、 Zca)和一个三相故障距离继电器Z3^进行测量，发生不对称故障 时必定有故障相也必定有健全相，本发明中的Zp和Zwp不仅测量其所属相是否有故障， 而且要测量健全相是否正常(健全相电压是否不下降，电流是否不上升)，从而使Zp 和Z^不受振荡影响，能够正确工作，也提高了选相能力。Z3,不仅实时检测故障当前 的电流量和电压量，而且同时检查故障前40ms这些量是否正常，以判明是在系统正 常时发生了故障还是在振荡中发生的故障，以保证Z3cp正确工作。1、 单相故障距离继电器Z^以A相ZA为例，其动作原理如图l所示a相姆欧继电器Ma和a相多相补偿距离继电器pa用以测量故障，动作后有条件地经"与"门输出；与此同时，必须检查到B相和C相的补偿电压基本正常(不低于 0.6的正常电压U<pnom)或者线路电流没有增大(小于1. 5倍的正常电流I<pnom)，以此证明健全相是正常的，令"与"门处于开放状态，方才允许MA和PA通过"与"门输出za的动作信号。图中A相姆欧继电器MA的动作判据<formula>formula see original document page 10</formula>A相多相补偿距离继电器PA的动作判据<formula>formula see original document page 10</formula>式中-——正序电压A相值；——A相补偿电压"^=Ua—Zye (Ia + KIo) "BC——BC相补偿电压<formula>formula see original document page 10</formula>其中UA、 IA分别为A相电压和A相电流；Ubc、 Ibc分别为BC相间电压和相间电流；ZYE为接地距离继电器的整定阻抗； Io为零序电流。 2、 两相故障距离继电器Z,cp以AB相ZAB为例，其动作原理如图2所示AB相间姆欧继电器MAB禾B AB相间多相补偿距离继电器PAB用以测量故障，动作 后有条件地经"与"门输出；与此同时，必须检查到C相的补偿电压基本正常(不低 于0.5的正常状态下的相电压Ucpnom)或者线路电流没有增大(小于1.5倍的正常 状态下的相电流I(pnom)，以此证明键全相是正常的，令"与"门处于开放状态，方才允许MAB和PAB通过"与"门输出zab的动作信号。 图中AB相间姆欧继电器MAB的动作判据<formula>formula see original document page 10</formula>^爿sAB相间多相补偿距离继电器PAB的动作判据<formula>formula see original document page 10</formula>式中U自——AB相间正序电压；f/j——AB相间补偿电压〃 m = Uab—Zyp Iab C/c——C相补偿电压 "'c=Uc—Zyp (Ic+KIo)其中UAB、 IAB分别为AB相的相间电压和相间电流； UC、 IC分别为C相的相电压和相电流； ZYP为相间距离继电器的整定阻抗； Io为零序电if"3、 三相故障距离继电器z3(p三相故障距离继电器的动作原理如图3所示由于三相电流、三相电压是对称的，可以采用任意相间电流和相间电压来进行测量，通常用BC相间的电流ibc和电压Ubc。用以测量三相故障的是姆欧继电器M3cp和比相式工频变化量距离继电器AM，动 作后有条件地经"与"门输出，与此同时，必须检查故障前40ms的补偿电压f/说i。 i基本正常(不低于0.8的正常状态下的相间电压U^nom)或者线路电流Ibc | q |没 有上升(小于1.5XVJ倍的正常状态下的线路电流Icpnom),以此证明确实是在系 统正常运行时发生的故障，开放"与"门，方才允许M3cp和AM通过"与"门输出Z3(p 的动作信号。 图中三相姆欧继电器M3(p的动作判据-<formula>formula see original document page 11</formula>比相式工频变化量距离继电器AM的动作判据<formula>formula see original document page 11</formula>式中"w = Ubc—Zyi' Iab——为BC相间补偿电压；"沉.i 。 I 、 U sc i 。 i——分别为故障前40ms的Ubc和f/'sc ;ZYP —一为相间距离继电器的整定阻抗；4、 故障计算程序本发明的故障判别计算程序要求首先计算距离n段，即用接地距离n段的整定阻抗ZYE2和相间距离II段的整定阻抗ZYP2代入计算，若七个距离n段继电器都不动作，抗ZYE2和相间距离II段的整定阻抗ZYP2代入计算，若七个距离n段继电器都不动作，说明故障不在n段范围，更无需进行距离i段的计算，立即转入距离m段的计算程序。 若有任何一个距离n段继电器动作， 一方面启动n段的延时继电器准备延时跳 闸， 一方面立即转为对距离i段进行计算。这时，对距离i段已无需按顺序计算七个 继电器了，因为距离n段已经计算出是何种相别故障，只需对已动作的距离n段继电 器将整定阻抗改为i段的定值进行计算即可，令其快速启动i段出口跳闸；如果i段 不动，距离ii段将会延时跳闸。较之当前普遍采用的先计算距离i段，i段不动再转而计算距离n段，n段不动 再计算m段的传统方法，本方案的计算程序在判别逻辑上和节省资源方面、以及时间 利用上都要优越得多。更重要的意义还在于必须要有距离n段继电器启动，距离i 段的动作才被认为是有效的，无形中提高了距离i段继电器动作的可靠性。
权利要求
1、一种不反应系统振荡的距离继电器装置，包括三个单相故障距离继电器Z(ZA、ZB、ZC)、三个两相故障距离继电器Z(ZAB、ZBC、ZCA)和一个三相故障距离继电器Z3，其特征在于三个单相故障距离继电器Z(ZA、ZB、ZC)和三个两相故障距离继电器Z(ZAB、ZBC、ZCA)，不仅实时检测其所属相是否有故障，而且要实时检测健全相是否正常，从而使单相故障距离继电器Z和两相故障距离继电器Z不受振荡影响，能够正确工作，也提高了选相能力；三相故障距离继电器Z3不仅实时检测故障当前的电流量和电压量，而且还要同时检测故障前40ms电流量和电压量是否正常，以判明是在系统正常运行时发生了故障还是在振荡中发生的故障，以保证三相故障距离继电器Z3正确工作。
2、 根据权利要求1所述的不反应系统振荡的距离继电器装置，所述单相故障距 离继电器Zcp (Za、 Zb、 Zc)的动作原理为按相配置的姆欧继电器Mcp和多相补偿距离继电器P,用以测量故障，动作后有条件地经"与"门输出；同时，检査另外两相的补偿电压是否处于正常范围即不低于0. 6倍的正常电压，检查另外两相的电流是否处于正常范围即电流小于1.5倍的正常电 流；只有当另外两相的补偿电压都处于正常范围或者另外两相的电流都处于正常范围时，令"与"门处于开放状态，允许单相姆欧继电器Mv和相应相的多相补偿距离继电器Pcp通过"与"门输出单相故障距离继电器Zp的动作信号，当所述单相故障距离继电器为A相故障距离继电器(Za)时 A相姆欧继电器Ma的动作判据为<formula>formula see original document page 2</formula>A相多相补偿距离继电器PA的动作判据为<formula>formula see original document page 2</formula>、式中f/u——正序电压A相值；"力——A相补偿电压"」=Ua—Zye (Ia + KIo)U'说:——BC相补偿电压"'SC =UbC—ZyE IbC其中UA、 IA分别为A相电压和A相电流；UBC、 IBC分别为BC相间电压和相间电流；ZYE为接地距离继电器的整定阻抗；Io为零序电流。
3、 根据权利要求1所述的不反应系统振荡的距离继电器装置，所述两相故障距 离继电器Z^ (Zab、 Zbc、 Zca)的动作原理为反应两相故障的姆欧继电器M^和多相补偿距离继电器P^用以测量故障，动作后有条件地经"与"门输出；同时，检査另一相的补偿电压是否处于基本正常范围即不低于正常电压的一半，检查另一相电流是否处于正常范围即电流小于1. 5倍的正常电流，只有当另一相的补偿电压处于基本正常范围或另一相的电流处于正常范围时，令"与"门处于开放状态，允许M钟和P特通过"与"门输出两相故障距离继电器Z钟的动作信号，当所述两相故障距离继电器为AB两相故障距离继电器(Zab)时 AB相间姆欧继电器MAB的动作判据为270°〉arg^^〉90° 〖/'AB相间多相补偿距离继电器PAB的动作判据360。〉arg》〉180。式中——AB相间正序电压； f/'朋——AB相间补偿电压"m = L)AB—ZyP lABt/c——C相补偿电压 f/c=Uc—Zyp (Ic + KIo)其中UAB、 IAB分别为AB相间电压和相间电流； UC、 IC分别为C相电压和C相电流； ZYP为相间距离继电器的整定阻抗； Io为零序电流。
4、 根据权利要求1所述的不反应系统振荡的距离继电器装置，所述三相故障距离继电器Z3(p的动作原理为用以测量三相故障的是姆欧继电器M3cp和比相式工频变化量距离继电器AM,动 作后有条件地经"与"门输出；同时，还要检查故障前40ms时任意两相间的补偿电压是否不低于0.8的正常电压，检查该任意两相电流差是否小于1.5XV^倍的正常 电流，当上述故障前40ms时任意两相间的补偿电压不低于0.8倍的正常电压或该任 意两相电流差小于1.5X 倍的正常电流时，开放"与"门，允许姆欧继电器M3(p 和比相式工频变化量距离继电器AM通过"与"门输出三相故障距离继电器Z3(p的动 作信号，当用BC相间的电流IBC和电压UBC进行测量时 三相姆欧继电器M3(p的动作判据为<formula>formula see original document page 4</formula>比相式工频变化量距离继电器AM的动作判据为<formula>formula see original document page 4</formula>°式中-UbC—Zyp iab——为bc相间补偿电压； i 。 I 、 ^亂'i 。 i——分别为故障前40ms的Ubc和"说:； zyp —一为相间距离继电器的整定阻抗； 5、根据权利要求1所述的所述的不反应系统振荡的距离继电器装置，在故障判别逻辑的计算程序上采用首先计算距离保护n段，即一开始先判断故障是否发生在距 离n段内，若所述七个继电器均不动作，就进入距离m段的计算程序；若距离II段中有上述任何一个继电器动作，则一方面启动II段延时继电器准备延时跳闸，另一方面则立即转为对距离i段进行计算，只需对已动作的距离n段继电器将整定阻抗改为I段的定值进行计算即可，令其快速启动I段出口跳闸；如果I段不动，距离n段还将会经延时跳闸。
全文摘要
本发明公开了一种不反应系统振荡的距离继电器装置，用三个单相故障距离继电器Z_φ、三个两相故障距离继电器Z_φφ、和一个三相故障距离继电器Z_3φ进行测量，不仅实时检测其所属相是否有故障，而且要实时检测健全相是否正常，从而使单相故障距离继电器(Z_φ)和两相故障距离继电器(Z_φφ)不受振荡影响，能够正确工作，也提高了选相能力。三相故障距离继电器(Z_3φ)不仅实时检测故障当前的电流量和电压量，而且同时检查故障前40ms的这些量是否正常，以判明是在系统正常运行时发生了故障还是在振荡中发生的故障，以保证Z_3φ正确工作。该发明能有效地防止保护在系统振荡时发生误动，同时也简化了微机保护计算程序的设计，提高了装置的可靠性。
文档编号H02H7/26GK101217233SQ20081005590
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月2日 优先权日2008年1月2日
发明者朱声石, 朱庆翔, 马师模 申请人:朱声石;马师模;朱庆翔