专利名称：防止耦合电容变压器瞬态引起的非期望保护继电器的系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及输电线上带有保护继电器系统的电容耦合变压器的使用，并且更着重涉及检测这种电容变压器瞬态输出的逻辑电路。
背景技术：
本申请是1995年10月20日提交的申请号为08/546,226的申请之部分继续申请。
带有保护继电器的耦合电容变压器(CCVT)的使用在输电线路保护中已众所周知。它们作为电压降压系统的一部分，将输电线上相—相间电压(约为132.8KV)降至66.4V，这被保护继电器用来监控输电线上的电压状态。简单地说，耦合电容变压器(CCVT)的电容器部分完成初步的降压作用，一般降压至5KV至15KV之间，而CCVT的变压器部分完成其余的降压作用，将电压降至相—相115V或相—地66.4V。
过去，当CCVT同常规的机电继电器一起使用时，其效果是令人满意的。然而，随着高速、固态和数字化继电器的出现及如今相当广泛的使用，许多CCVT的主要缺点，例如相对较差的瞬态反应，就显得尤为突出。由于CCVT中的能量贮存元件(电容器和电感器)需要一定的时间才能散逸掉其贮存的能量，所以CCVT的瞬态反应就显得迟缓，CCVT的输出(这里指变压器部分的次级)跟不上其输入电压。
当出现故障时，从输电线到CCVT的输入电压会明显地下降到相对低的电压。然而，CCVT的输出却不是准确地相应产生成比例的输入电压(理想CCVT二次输出)，而是产生一个瞬态反应(一个与理想二次输出不能精确匹配的输出)。只有经过一定的时间后，CCVT的输出才再次与比例的输入电压一致。
高速保护继电器，比如目前市售的固态继电器，能够敏感地响应这种瞬态。如果输电线上的故障位于继电器的规定区1(典型的保护继电器有数个保护区)的范围之外，与1区保护对应的继电器中的特定距离元会随该瞬态而延长动作时间并产生非期望的输出。解决这种延长动作时间问题的一种方法是减小1区范围，虽然在某些情况下CCVT瞬态足够大或持续时间足够长，以致1区的减小会导致1区保护不再有效。因为1区元件主要是保护输电线，所以最希望1区元件能够保护尽可能长的输电线。因此，大幅度地减小1区范围从而减少由1区元件保护的输电线段是不可取的。
CCVT瞬态减小了故障电压的一次谐波分量，它反过来导致计算故障电阻减小。并且，如果CCVT的输出由于瞬态的出现而明显失真，那么，远距继电器在瞬态失真期间就测量不出准确的故障线路电阻。CCVT瞬态的结果是距离元的动作延长，而1区元件动作延长带来了最不期望有的结果，因为这些元件通常都是瞬时作用的。
因此，尽管CCVT具有某些优点(高压装置中成本低)，使它在使用保护继电器时能发挥作用，但其作用被新的固态和微处理机保护继电器的快速响应削弱，以至它在瞬态时间内产生的任何结果都是不可靠的。
发明概述因此，本发明是利用保护继电器来提高电力系统可靠性的系统。该继电器具有设定(预先设置的)范围的1区距离元，继电器响应来自耦合电容变压器次级的信号输出，该次级信号有一瞬态，其中本系统包括确定保护继电器原始1区范围的SIR值的手段；利用该SIR值和令SIR值与减小范围值相关的图表来确定1区范围减少的手段；根据发生在电力系统电力线路部分的故障，确定该故障是否位于减小后的1区范围内的手段；如该故障经确定位于减小后的1区范围内时，提供无故意延迟断路信号的手段；以及当故障经确定虽然超出减小后的1区范围，但是仍在原始1区范围内时，延长断路信号至某一选定时间量的手段。
附图简要说明
图1是典型耦合电容变压器的示意图。
图2是关于发生在电力系统电压零交叉处的故障的CCVT瞬态响应与比例输入电压的比较图。
图3是当故障发生于电力系统电压峰值点时CCVT的瞬态响应与比例输出电压的比较图。
图4a是CCVT铁磁共振电路部分的示意图。
图4b是图4a中电路的备选电路图。
图5是两个具有不同铁磁共振抑制电路的CCVT的瞬态示意图。
图6是本发明的瞬态检测电路的示意图。
图7是据不同实施方案将1区范围分为两部分的示意图。
图8是图7实施方案中SIR值与1区距离元范围的减少量相关的图表。
图9是图7实施方案系统的操作流程图。
最佳实施例说明图1表示的是一个典型的耦合电容变压器(CCVT)，可用来降低输电线路上的电压以便保护变电站、控制与监控设备，例如保护继电器。CCVT将输电线路上信号的电压降至这些设施可使用的电位。图1中的CCVT(一般以10表示)包括耦合电容器12和14。每个耦合电容器12和14可能各自包含多个单独的电容器，但无论如何，在输电线路电压与大地之间都会形成一个分压器。
由电容器12和14形成的分压器一般起初步降压作用，使电压降至5-15KV范围内。一般有铁芯的补偿电抗器(即电感器16)从电容器12和14间的一点连接到常规降压变压器18(一般也有铁芯)的初级。补偿电抗器1实际上消除了位于电力系统基频的耦合电容器12和14的电阻，并防止在该频率下初级和次级电压之间的相位转换。一般情况下，降压变压器18的次级电压为适合于后面保护继电器的电压，即相—相为115V，或相—地为66.4V。
然而，补偿电感器16和降压变压器18带来了许多特定的损耗，包括铜和铁芯的损耗。电容器和电感器的组合也可能产生铁磁共振效应。为了补偿可能发生的铁磁共振效应，在变压器18的次级两端连接一铁磁共振抑制电路20。铁磁共振抑制电路20(后面将详细阐述)对于防止由铁磁共振产生的过压是不可少的，但可能会产生加剧CCVT瞬态响应的负面影响，这视使用的特定抑制电路而定。
如前面的简要阐述，尽管CCVT有其优点，但是也会在某些变化，特别是在明显的变化后，在输入电压上发生一瞬态。该瞬态是当输电线路上发生故障并且电力线电压从标称值迅速变为较低值时产生的。确切地说，CCVT的输出不是在线电压上随着作恰当的改变，而是包含了一暂时瞬态，多少就象一直流补偿，在输入线电压变化后的特定时间内保持不变。该瞬态的发生是因为耦合电容器12和14以及补偿电感器16都是能量贮存元件，不能立刻改变它们的电荷或通量。
CCVT瞬态的实际形状在一定程度上取决于故障发生时电压波形的确定点。图2和图3分别表示的是当故障发生于输入信号的电压零交叉处和电压峰值时的CCVT的输出响应，包括瞬态。值得注意的是，电压为零交叉时故障的瞬态23明显差于产生于电压峰值时故障的瞬态25。对于发生于零交叉和峰值之间的电压波形上的点的故障而言，其瞬态响应介于图2和图3所示的两种响应之间。真实输出电压在相应的图上以27和29表示。
CCVT瞬态响应的一次谐波分量决定了继电器中1区距离元的延长动作时间，这就是说，故障发生在1区距离元无法正常工作时由1区元件保护的线路部分之外。显然，延长动作时间越长，继电器的性能越差，越不可靠。因此，最好是将瞬态幅度减到最小、使CCVT输出尽可能与真实、非瞬态输出一致。然而，保护继电器并不能控制瞬态，必须留有瞬态误差并且将由于瞬态而产生的延长动作时间减到最小。
图1中所示的CCVT的各元件都会对CCVT的瞬态响应产生一些影响。例如，电容器12和14的总电容量影响瞬态响应。一般来说，电容量越大，瞬态响应越好，两者都利用减小幅度和周期来实现。而且较大的电容量还会影响瞬态响应的一次谐波分量。较大电容量还会产生电容补偿所需的高电阻值，从而对电抗器损失有较高的补偿。然而，电容量的增大意味着设备总的成本要高。
瞬态中也有差别，视铁磁共振抑制电路20是有源电路还是无源电路而定。图4a为有源电路的示例。该电路包含由电容器22和电感器24组成的并联电感电容电路。在电感器24的中点和CCVT变压器次级的一侧之间连接加感电阻26。选择电感电容电路是为了在电力系统信号频率下产生共振并在该频率下对电力信号电压呈现出高电阻。加感电阻26将衰减那些含有非一次谐波电力系统频率的电压。
无源抑制电路如图4b所示，包括永久加感电阻30和连接于变压器次级的中点到其一侧之间的并联可饱和电感器32。次级两端间连有空气间隙加感电阻34。在正常操作条件下，次级电压不够高，还达不到接通空气间隙或使电感器饱和的程度。这样，加感电阻30对变压器的性能无任何影响。然而，一旦产生铁磁共振振荡，次级上出现的附加电压就会立刻接通与电阻34相连的空隙，从而使电阻34衰减振荡。电感器32在高出额定次级电压值约50％时饱和，这就有助于避免持续的铁磁共振振荡现象。
图5为有源抑制电路35和无源抑制电路37各自与真实输出电压39相比较的CCVT瞬态。对于相同故障，无源抑制电路的CCVT响应明显地要好得多。有源铁磁共振电路的有源贮能元件就象一带通滤波器，在CCVT次级产生附加时间迟延，从而加剧CCVT瞬态。无源共振电路一般对瞬态响应几乎没有负面影响，因为当铁磁共振未发生时，其大多数元件与CCVT输出是相互分离的。
与CCVT次级相连的负荷或负载，例如保护继电器，对CCVT瞬态特性也有影响。当瞬态响应随着电阻负荷的增加而在幅度和周期上都确实增加时，这种增加不会导致相应的继电器延长动作时间特性也相应地增加。因此，就通常同CCVT瞬态特性相关的延长动作时间问题而言，每秒的电阻负荷看来并不重要。
如上所述，过去曾尝试了用各种方法或补偿来调节CCVT瞬态响应及其对有延长动作时间反应的1区元件的相应的影响。在某些情况下，解决方法一直是减小1区的距离。一般地说，已证明在延长动作时间长的情况下这种方法不太有效，因为这将使1区距离减小到无足轻重的地步。
另一种方法是延迟1区距离元的作用。如果延时超过瞬态响应周期，那么瞬态响应可基本上被调整，而无任何直接不利后果。然而，用这种方法就要牺牲以快速固态、微处理器为基础的继电器反应速度快这一优点。
在本发明中，通过使用自动计算出来的临界电压和电流，时间延迟与用许多不同对比功能来确定的瞬态响应一起使用，如果某些选定的条件得到满足，表明故障发生在1区范围之内，而不是1区范围外的故障(由于CCVT瞬态的原因，这种故障看起来象是发生在1区之内)，配合允许在时间延迟周期内发生断路信号的监控性决定。
能达到这些效果的电路如图6所示。图6中电路的基本目的之一就是识别CCVT的瞬态状况并防止由于瞬态而出现的距离元延长动作时间。然而，对于实际的1区故障来说，仅允许最小的时间延迟(比瞬态时间延迟小很多)。对于使用的方便及可靠性而言，图6所示电路适用性强，可使用户不必为了电路的操作而进行任何特别的设定。
然而，图6所示电路在下列情况下由于缺少逻辑启动设置而不起作用。首先，当特定继电器没有使用CCVT时，电路不起作用，这就是说，图6中电路仅用于具有CCVT和由此而产生的瞬态响应的继电器。其次，当CCVT使用无源铁磁共振抑制电路时该电路也不起作用。如前面所指出的，这种无源抑制电路将会产生瞬态响应，它不会产生其它CCVT电路延长动作时间特性。第三，当某一特定应用中源—线电阻率(SIR)总是小于5时，该电路不起作用。
图6中电路的作用前提是SIR为5或大于5。应该理解的是选择其它SIR值也是可以的。图6所示电路可在大范围的SIR值内起作用而在性能方面不会有明显损失。这个特征在临界值的自动计算上很重要，因为用户无需提供输入设置。
图6中，检测了电力系统的低电压状态。当电力系统的电压低并且所有的极点(断路器)都闭合时，继电器输入电压就可能包括CCVT瞬态。确立一低电压临界值并将每个相—地电压(A，B和C相)和相—相电压(AB，BC和CA)都同临界值相比较。如果这些电压中的任何一个比规定的临界值小，那么，就可对结合有特定低电压电路的常规相—地低电压元件或相—相低电压元件进行认定，这就是说，该特定元件产生高输出。
图6表示用于A相的相—地电压比较器40。比较器40将A相电压的绝对值与一低电压临界值(称作Fset27CVT)进行比较。数字″27″是低压元件的标准工业术语。其中的CVT部分是任意值，可以改变。
本发明中的低电压临界值是基于源—线电阻率(SIR)为5的径向输电线来确定的。当短路故障发生在径向线的末端(超出1区范围的故障)时，临界电压实际上就是预期的继电器电压。该临界电压值可以用后面讨论的临界电流值与特定输电线的已知复制线电阻的乘积来计算。计算相—地低电压元件的电压临界值的另一种方法是用额定电压(66.4V)除以源电阻和线电阻。当SIR为5时，得到的临界值为11.1V。该临界值计算的突出优点在于它可以自动完成，无需用户作任何定义设置。
如上所述，该临界值要同A相电压的实际值相比较，如果A相电压小于临界值，或门42就会被赋予一个高输出。或门42的其它输入是B相和C相的电压使用类似临界电压值的类似比较器的输出。或门42的输出(称为27PG)加于保护继电器(图中未示)的常规相—地低电压元件并作为与门60的输入。或门42的高输出将导致对低电压元件的认定。如上所述，数字″27″是继电器低电压元件的标准工业术语。″PG″是本说明书用于相—地低电压元件的任意符号。1区距离元的认定输出被分别称为信号M1P(相距)和信号Z1G(地距)。
相—相电压(AB，BC和CA)的低电压状态的确定可以用类似的方法。图中表示了VAB电压值用的比较器44。VBC值和VCA值也使用类似的比较器。将上面40中相—地低电压的已经确定的临界值乘以31/2后就可作为比较器44的临界值。将A相对B相(AB)电压的绝对值同该临界值相比较。如果VAB值小于临界值，就给或门46一个高输出，或门46也接收来自BC和CA电压比较器的输入。如果这三个输入中的任何一个值为高，那么或门46的输出(27PP)也为高，它将加于低电压相—相元件，并且也用作与门61的输入。或门46的27PP符号识别相—相低电压状态。
然而，只是由其中一个低电压元件所认定的低电压状态还不足以可靠地表明CCVT瞬态情况及其迟延1区断路，这是因为低电压状态也是实际故障(例如近距离故障)的迹象。为了可靠地显示瞬态情况，低电压确定要与过流元件结合使用或由它们监控。图6表示了相—地电流IA和A相对B相电流IAB与临界值的比较。当与低电压比较时，对应的临界值与每个相—地电流、相—相电流以及图示的A相和AB相—相电流也要进行比较。
图6中，A相的相—地电流(IA)与标为Fset50CVTG的临界值进行比较。数字″50″是标出过流情况或元件的工业符号。该符号的其它部分是任意并可变的。IA的比较在比较器50中进行。
比较器50的临界电流由下式确定IA＝I1+I2+I0＝3Vnom/6(2ZL1+ZL0＝Vnom/2·(2ZL1+ZL0)式中I1为顺序电流，I2为逆序电流，I0为无序电流，Vnom为标称电压，即约为66.4VLN，ZL1为顺序复制线电阻，ZL0为无序复制线电阻。这些电阻是用户输入的值，用于特定距离元所用线路和故障定位功能。这些电阻的值是用户已知的并且是唯一的输入值。如果IA大于临界值，那么比较器50的输出为1或者更高的值，它与来自IB和IC比较器的输入一起被用作或门54的输入。如果或门54的任何一个输入值为高的话，或门54的输出也高，这就导致需对过流元50PGH进行认定。并且，符号″50″也是瞬时过流元的工业术语，而申请者则使用术语″PGH″来表示相—地过流元。
使用比较器56进行的相—相比较采用了临界值50CVTP，对IAB的计算如下IAB＝|A2-A|·|I1I2|＝31/2·(2I1)＝31/2·Vnom/ZL1·6如果IAB大于临界值，则比较器56的输出为高，它被加于或门58。或门58的其它输入来自类似IBC、ICA值的比较器。这些比较器的临界值与上述用于IAB比较的相同。或门58的输出(50PPH)赋予与门61。
仍看图6，信号50PGH和信号27PG如上所述赋予与门60，而信号50PGH则被加于与门60的一个″非″输入。并且，1区相—地距离元的输出Z1G也赋予与门60。与门60的输出在正常情况为低值，只有当低电压指定(信号27PG)、″非″高电流指定(信号50PGH不存在)和1区相—地距离元认定(信号Z1G)一致时才变高。
如上所述，存在1区接地距离元认定信号的出现意味着继电器将断开电路断路器，除非该信号被延迟或被取消。然而当上述条件满足时，与门60的输出就为高并赋予或门62，或门62的输出(包括标作信号SOFTE和信号SPO+3PO的″非″输入)赋予与门64。
信号SOFTE(转换到故障启动(switch onto fault enable))在先前断开的断路器再闭合后的短时间内为高。其余时间则为低。因此，除非断路器刚刚再闭合，这个与门64的输入为高。当或者出现单极开信号(SPO)(就是说打开一个相断路器)，或者所有三个极均为开(3PO信号)时，与门64的其它输入(SPO+3PO)为高。如果所有的极均闭合，那么相应的″非″输入也为高，并且当出现信号Z1P时，就在计时器66上加一个信号。计时器66在其输入信号从0转到1时启动，启动时间为零。计时器66运转1.375周，在一般情况下已足以包括CCVT瞬态的周期。计时器66的输出赋予与门68，同时还在其″非″输入上加上一个称作m计算顺利信号的信号。“m计算”一词指的是下式中的故障电阻确定。″顺利″确定是指故障发生后计算故障电阻值还原到正常值所需的稳定时间。还原或顺利的速度可从CCVT瞬态中分辨出近距离故障。顺利确定由一系列比较器来执行；比较器72是ASB相的m计算的范例。
比较器72将数量0.15·mab(k)+0.135与mab(k)-mab(k-1)的绝对值进行比较，这里mab是AB相的m计算(只检测出现于继电器的故障所需距离元的最小范围)，k是这个值最近的确定值，k-1是最接近最近值(k)的值。每次电力信号循环可执行8次的mab计算。在本发明的精神下，其它过程间隔当然也可以使用。该m计算是故障电阻的确定，可根据下式m＝Re(V·VP*)/Re(ZIVP*)式中V等于输电线路上的测量电压，VP*为极化电压的复合共轭值，Z为复制线电阻，I为电力系统的测量电流。极化电压是继电器内用于故障方向和其它故障测量的参考电压。
将比较器72正(+)输入的m值表达式同最近计算出的m值与下一个最近m值之差进行比较。如果比较器72正(+)输入的m值表达式大于“负(-)”输入处的m值时，比较器72的输出就赋予与门74。与门74的其它输入为图6中所示的信号mAB1。MAB1为比较器76对mab值与1区AB相距离元临界值进行比较后的结果。如果该mab值小于临界值，则比较器76的输出为高并被赋予与门74。mab值小于1区临界值意味着继电器在1区相距离元的范围内检测到一故障。
与门74的输出作为一个输入加于或门78。或门78的其它输入是B相与C相、C相与A相故障电阻m计算顺利的类似比较结果。类似的比较器74和与门77的组合如图所示，与mcg电阻值同选定的临界值相比较的结果一起用于C相对地的检测。A相对地和B相对地也使用类似的比较器和与门的组合。这些输出也赋予或门78作为其输入。
或门78的输出赋予计时器80。如果上述的任何m计算的比较产生例如来自与门74或其它可比较与门的高输出，这说明故障电阻值在与CCVT瞬态相反的近距离故障表征率下已稳定或正常。当或门78的输出变高时，计时器80的输出从其开始升高时起被延迟3/8周；随后只要或门78的输出保持高值，则它也保持为高值。
计时器80的高输出赋予与门68以减损或消除计时器66的阻塞信号输出。如果m计算顺利系数不表明可立即还原为正常时，则计时器80的输出将继续保持为低值，与门68的输出将为高值。该输出作为″非″输入赋予与门82。与门82的其它输入为1区距离元的1区相或地的认定。如果1区距离元认定存在(否则该认定会引起断路信号)，并且这些情况已满足表明CCVT瞬态的存在，以至计时器66运转了1.375周，如果m计算顺利不足以使用计时器80的输出来消除计时器66的输出，那么与门82的输出仍保持低值并且没有断路信号，这引起1区断路信号使计时器66迟延1.375周。
然而，如果计时器80有输出，说明导入计时器80的电路消除或监控功能已经满足，则在3/8周和从1区距离元有连续信号后，与门82会有一高输出，导致1.375周延迟的消除以产生一快速断路信号(在整个1.375周之前)。因此，当实际故障引起延迟时，会对CCVT瞬态测定电路产生的断路起到保护作用。
因此，本发明不仅提供了一种考虑了CCVT瞬态的可控断路信号，并且提供了在发生可识别真实故障时(由m计算得出)的快速断路。同时，电路也便于用户操作，因为在SIR值大于5的CCVT应用中，基本上不需要用户定义。仅需要设定线电阻值，并且在距离保护时需要进行这些设定。然后所有检测的临界值都自动计算出来。
上述方案的确优于以前的系统，那些系统试图通过加入一延伸超过瞬态周期的延迟时间来补偿CCVT次级的CCVT瞬态输出。然而，当在系统1区范围内恰好发生实际故障时，那种方案会遇到断路延迟。然而，对于与保护继电器相当靠近并在1区内的故障(近距离故障)，则不会有任何预先准备断路时间延迟。图7-9中的系统消除了图1-6中1区近距离区域故障的预先准备时间延迟。
该系统(图7-9所示)自动地将保护系统1区范围分为两部分，分别称为瞬时部分和延时部分。1区瞬时部分的延展或″范围″可通过先计算原始1区的SIR(系统电阻率)值，然后用该SIR值在标有1区范围减少与SIR值的对应换算表来确定。
对于任何被确定位于该瞬时区间内的故障(例如近距离故障)而言，都会立刻发生无延迟断路，因为对于这些故障而言，延长动作时间不成问题，而对于位于最大瞬时区间1范围与原始1区范围之间的故障而言，当从1区元产生一断路信号时，需同时使用时间延迟和m顺利(前面方案中得到的)定义来确定。因此，本发明在防止由于CCVT瞬态而产生的1区元延长动作时间方面具有优点，如上述系统所完成的那样；并且在产生无延长动作时间现象的近距离故障(即1区范围瞬时部分内的故障)的非延时断路信号方面更进一步具有优点。这样就提高了保护系统的可靠性。
图7所示为一在线路两端装有两个断路器102和104的电力线路100的简单示意图。图7也表示出1区范围106，它从继电器103位置延伸到稍前于断路器104一点，或线路的末端(典型的线电阻为85％)。如上所述，CCVT变压器一般情况下会由1区元产生一不期望的1区延长动作时间。图1-6的方案提出了一种补偿或克服该延长动作时间的特别方法。在那种方案中，假定有一个大于5的固定的SIR。而在本方案中，即图7中，1区范围106分为两部分，瞬时部分110从原点或正常1区范围的起始点(即继电器的位置)到距常规1区范围末端前一定距离的一点。在该区域内，延长动作时间不成问题。1区的其余部分，从瞬时部分110的末端到正常1区范围的末端，在图7中示为1区范围的时间延迟部分114。
1区瞬时部分106的范围根据系统的SIR(系统电阻率)的不同而有所变化。利用1区范围电阻ZR1和源电阻ZS1(两者均已知或很容易计算出来)可自动计算该系统电阻率。在显示的方案中(参照图9)，顺序源电阻(ZS1)在步骤116时第一个被计算出来。该顺序源电阻的计算为常规计算，这里就不作详细介绍了。其次，在步骤118，第二个被计算出来的SIR是根据公式SIR＝ZS1/ZR1得到的，这里ZR1为原始1区的范围电阻。
下一步骤中，如步骤120所示，确定了减小后的范围，即原始1区的瞬时部分110。这是根据图8图表中信息使用设备中的自动计算来完成的。该图表将前面提到的计算SIR值与分数表示的范围值(1区范围的分数)就有源CCVT和无源CCVT设置，即两类用途进行了比较。这些标定在图8中以线122(有源CCVT)和线124(无源CCVT)表示。对于特定SIR值，适当的标定线将会提供1区范围内的减少量。例如，对于SIR为10的有源CCVT，分数范围为0.4。因此，原始1区瞬时部分为原始1区的0.4。从图表中得到的分数乘以原始ZR1值就得到减小后1区(即瞬态部分110)的实际电阻。这在下文中被称作减小的范围值。
当线100上发生故障时，恰好检测故障所需的最小范围被计算出来，如步骤126所示。这样做是为了确定故障是否位于瞬时部分110内。这个范围计算(这里称作m范围计算)在由本发明受让人所有的题为″电力输电线计算有效距离继电器″美国专利第5,325,061号中有所闸述，并在这里列作参考文献。在前面相关的方案中也谈到过m计算。这能方便地确定故障的大致距离。也可使用其它的计算方法。然后m范围值(以电阻表示)与1区瞬时部分(减小后的范围)的电阻进行比较。如果m范围值小于或等于减小后的范围值，则系统电路断路器就断路，如步骤132所示。这样，实际上对于1区瞬时部分内的故障(即近距离故障)而言，实际上会立刻发生断路，就是说，在保护系统中无故意的延迟。
然而，如果最小范围值大于减小后的范围(即故障不在1区瞬时部分内)，则会在步骤134中与1区的整个范围作进一步的比较。如果最小范围大于原始1区(大于ZR1)，数据处理循环就可结束。这意味着故障发生于原始1区范围之外，继电器103不工作。然而，如果最小范围值(M)小于或等于1区范围(但大于减小后的范围值)，则意味着故障位于图7的时间延迟部分中。
此时，计时器启动，累计时间T。计时器T在设定值(T＝0)时启动，然后每次数据处理循环发生时就累计一附加的时间。累计下的时间T在步骤138中同设定值进行比较。设定值的一个例子是电力系统信号的1.5周。如果时间T大于设定值，此处设定值的设定是为了使其大于CCVT瞬态的时间(见图5)，则会产生一断路信号。如果累计时间T小于设定值，则在步骤140进行顺利的比较。这种顺利确定已在图1-6所示方案中讨论过。若顺利准则未能满足，则数据处理循环结束。如果顺利可满足已定准则，则意味着瞬态已消失，然后会产生一断路信号。
因此，在本方案中，SIR值是在确定1区瞬态范围部分和延时范围部分的同时加以计算和使用的。如果经确定故障实际位于瞬时部分内，则立刻完成断路动作。同采用第一种方案一样，本方案的优点在于所有的步骤都是自动进行的。
虽然这里阐述了本发明的优先实施方案，但应该理解的是，各种变化、改进和替换都以包含在方案中而不违背本发明的实质，这些都规定在权利要求中。
权利要求
1.使用具有1区距离元和设定范围的保护继电器来增强电力系统可靠性的系统，继电器响应来自耦合电容变压器次级的信号输出，该次级信号有一瞬态，其中所述系统包括确定保护继电器原始1区范围SIR值的手段；使用该SIR值确定1区范围内减少量的手段；对应发生在电力系统电力线部分的故障，确定该故障是否位于减小后的1区范围内的手段。当故障经确定位于减小后的1区范围内时，提供无故意延时断路信号的手段；以及当故障经确定超出减小的1区范围但位于原始1区范围内时，将断路信号延迟一段选定的时间的手段。
2.按照权利要求1所述的系统，其中所述选定的时间大约为电力线上电力信号的1.5周。
3.按照权利要求2所述的系统，包括确定恰好检测故障所需最小范围的手段和比较该最小范围与减小范围值的手段。
4.按照权利要求1所述的系统，其中所述减小的范围足以包含近距离故障。
5.按照权利要求1所述的系统，其中如果选定的顺利基准符合来自变压器的次级信号，所述断路信号延迟则被超越。
全文摘要
确定保护继电器原始1区距离元范围的系统电阻率(SIR)。然后使用SIR值和已知的减少值图表来确定原始1区范围内的减少量。当故障被确认后,确定恰好检测故障的最小范围。如果最小范围小于或等于减小后的范围,提供无任何延迟的断路信号。如果最小范围大于减小后的范围但不大于原范围的话,断路被延迟一选定时间。
文档编号H02H3/40GK1244964SQ98801542
公开日2000年2月16日 申请日期1998年10月13日 优先权日1997年10月17日
发明者阿曼德·盖茨曼－卡西罗斯, 杰弗里·B·罗伯茨 申请人:史怀哲工程实验室公司