专利名称：用于电力传输线的保护继电器的故障识别装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及利用距离型继电器进行在电力传输线上的故障判定，更确切地说涉及一种作为用于对电力传输线上的各种类型故障进行识别的距离继电器的一个组成部分的装置。
在具有距离继电器器件的输电线的保护中，该器件能识别传输线上的故障状态，识别各种故障的类型总是很重要的。一般来说，这包括对三相线路(A、B和C)的电功率信号识别出相对地故障和任何两相线路的相对地故障。这点很重要是因为在利用距离继电器识别故障状态中存在两个明显的问题。
首先，当产生一种相—相—地故障时，必须闭锁所选择的其中一些接地距离器件，因为一个或多个与实际的相—相—地故障相关联的故障距离元件可能不希望地穿越进入线路的毗邻的保护区间，这是不希望发生的，因为这可能导致错误断开一个断路器，这个断路器并不负责消除该相—相—地故障。哪一个特定的接地距离元件会发生穿越，取决于故障电阻的位置，特别是该故障电阻是在两相线路之间还是从两相到地之间。
在某些应用场合下产生第二种问题，即在继电器装置点后(上游侧)具有一个强电源。在这种情况下，在朝前方向上近距离的一个单线对地的故障可能导致一个或多个相—相距离元件错误地维持。在某些装置中，希望断开单相(极)(其中仅要断开一个特定的故障相线路)，但是相—相距离元件判定将会导致所有三相断路器断开。在这样一种情况下，在仅需要和希望断开单相(极)的场合，却可能发生不希望有的三相(极)断开。这种问题一般称为单相(极)保护可靠性。
通常在距离继电器中已有的故障识别装置在鉴别电功率信号时采用负序电流和零序电流之间的相角差。这些装置将360°的总的相角范围分成3个相等的区间60°—180°、180°—300°和300°—60°(过零)。不同的接地和相—相元件被闭锁不能动作取决于负序电流和零序电流之间的相角差处在三个区间的哪一个。然而，已经发现，这类装置不能提供满意的精度，即可靠性，在很多情况下，特别是当该相角差相当接近各相邻区间之间的边界线时。如果故障识别不精确，错误的距离元件会被闭锁，而应当被闭锁的距离元件未被闭锁。因此，希望有一种更可靠的用于距离继电器的故障识别装置。
因此，本发明提供一种用于识别电力传输线上故障的装置，该装置包括相对地距离元件AG、BG和CG以及相对相距离元件AB、BC和CA，包含一些装置，即用于对电力传输线上的三根电功率信号测定负序电流和零序电流的装置；用于测定所述负序电流和所述零序电流之间相角差的装置；假如该相角差落入若干第一级的角度范围的其中之一时，用于闭锁所选择的距离元件的装置；用于将所选择的相对地距离元件的电阻值和预定的其中一个相对相元件的电阻值进行比较的装置；和假如该相角差落入在若干第二级范围中的一个范围而不是所述第一级范围内时，以及假如与第二级范围相关联的相对地距离元件的所选择的电阻值对预定的相对相元件的所选择的电阻值有某一选择关系时，用于闭锁所述距离元件的装置。
图1A到1F分别表示A相接地、B相接地、C相接地故障时负序电流和零序电流的向量图和相角关系。
图2A到2F表示A相接地和BC相接地故障时负序电流和零序电流的相角关系以及其它特性。
图3是本发明的装置的第一级的方块图。
图4是本发明的装置的相角差的图形。
图5是本发明的装置的第二级的方块图。
一个电力传输线的装置一般载有三相电功率信号，每相标为A、B和C。本发明采用某些对称分量，特别是正序、负序和零序电压和电流，以识别在传输线上可能发生的某些类型的故障。典型的距离继电器包括A相对地(AG)、B相对地(BG)和C相对地(CG)的接地距离元件，它们可以识别单线对地的故障。该继电器一般还包括A相对B相(AB)、B相对C相(BC)和C相对A相(CA)的相对相距离元件。在故障识别过程中，重要的是识别各种故障的类型，以便使不应当维持的距离元件，事实上在某些故障情况下它们可能被维持的，能够被闭锁免于维持。在一个实例中，对于A相对地(AG)故障，相对相距离元件AB和CA可能被维持(除AG接地距离元件以外)，当不需要三相(极)断开时，这会导致产生三相(极)断开的危险。在很多应用场合下这是不希望发生的。在另一个实例中，对于一个BC对地(BCG)故障，对于在沿该线路更远的一个保护区内发生的故障来说，接地距离元件BG和CG可能产生穿越和维持。这可能导致错误地断开本是不希望断开的远距离区域。因此，接地距离元件BG和CG以及与AB和CA相关联的相对相元件都应当被闭锁。
图1分别表示对于AG、BG和CG单线接地故障的各电压和各电流之间的相互关系以及I2(负序电流)和I0(零序电流)之间的相互关系。在AG故障中，负序电流和零序电流同相，而对BG故障，负序电流滞后零序电流120°，在CG故障中，负序电流超前零序电流120°。图1中所示的相角关系对于没有故障电阻的情况下的某些相对相接地的相互关系也是正确的。图2表示了对于AG故障和BCG故障(它们都是相同的)的这样一种实例。对于BG和CAG故障以及CG和ABG故障同样具有相似的关系。因此，对于AG接地故障，相—相距离元件BC未被闭锁，对BG故障，相—相距离元件CA未被闭锁，对CG故障，相—相距离元件AB未被闭锁。
本发明的故障类型的识别也利用负序电流和零序电流之间的相角差，但是实际上以不同的方式利用。如上所述，在先前的装置中，假如相角差在300°—60°(过零)则判定故障为AG，假如相角差为60°—180°则为BG，假如相角差为180°—300°则为CG。然而，正如上面所指出的，已经发现这三个区间彼此接近并不是明显可靠的。
为了判定故障，本发明的装置采用两级判断过程。参阅图3和图4，利用比较器12来确定负序电流I2和零序电流I0间的相角差。比较器12在输入线14接收一个或多个监控装置提供的起始信号。该比较器检查负序电流和零序电流，以判定它们是不是满足所选择的阈值。这就保证了动作的可靠性。例如，零序电流被检查以确保它满足一个相对于负序电流的阈值，并且检查剩余(residual)电流(Ir)以确保它大于一个所选择的最大相对相电流的百分值(例如0.1)。因此除去要指出相角比较器12一般处在线14上的起动信号的监控之下以外，这种监控可靠性的功能是常规的，因而没有在这里详细介绍。
来自比较器12的相角差提供到角度范围判定元件16，该元件判定处在6个不同的范围的适当的一个，这个范围覆盖了该来自比较器12的特定的相角差。假如相角差在0°±30°的范围20之内，输出被提供到与门22。同样，假如相角差在90°±30°的范围24之内或在210°±30°的范围26之内，输出则被分别提供到与门28和30。其它输入到与门22、28和30的信号是沿启动线32的起动信号。沿线32的起动信号与沿线14的起动信号相同。与门22、28和30的输出分别称为FSA30、FSB30、FSC30，它们直接被提供到故障识别装置的第二级的输出部分，如图5所示和下文所述的。
在本发明的装置中，沿线31的FSA30信号确实表示AG故障，沿线33的FSB30信号确实表示BG故障，沿线35的FSC30信号确实表示CG故障。假如，相角差落在上述范围的其中一个时，如在图4中以饼形区域34、36和38所示的，就不再进行附加的测定。
假如来自比较器12的相角差没有落入图3中所示的范围20、24或26(在图4中为扇形34、36或38)，那么还需进行附加的判断，以便精确地判定该特定的故障。图5表示能实施附加判断的本发明的装置的附加级。将仅对A相和FSA60相角差(图3)解释该附加级。然而，对B相和FSB以及C相和FSC范围也适用于相同功能和结构原理。参阅图3，假如相角差范围元件16确定该相角差落入＋30°～60°或-30°～-60°的范围41中，一个输出被提供到与门40，提供到它上的其它输入信号是沿线32的起动信号。与门40的输出在线43上，标为FSA60。该线43上的FSA60的输出被提供到图5所示的电路上(沿连续线43)。
在本发明的装置的第二级中，每一个相—相距离元件(AB、BC、CA)的“模”首先被确定，即为介于故障点和利用每一个这种距离元件测定的继电器之间的距离。这个量可以通过扭矩测量、过电流或其它方法得到。确定这三个距离量值中最小的一个。利用在图5中的电路中的各比较器52—55和各与门60—62来实现。与门60—62的初始起动动作是利用来自或门66的信号，FSA60、FSB60、FSC60各输入线提供到或门66。当出现一个FSA60、FSB60或FSC60信号时，由或门66形成的高输出被加到各与门。
比较器52和53和与门60判定距离元件AB的模是否比BC和CA两者的模要小，假如AB小于BC和CA，比较器52和53的输出两者都是高的并且与门60的输出也是高的。比较器54和55以及与门61判定BC是否比AB和CA要小。假如BC比AB和CA要小，比较器55和56的输出都是高的，因此，与门61的输出也是高的。最后，假如与门60和与门61任何一个的输出都不是高的，这表示事实上CA具有最小的模。在这样一种情况下，在与门62的输入端处，来自与门60和61的各线没有一个是高的，因此与门62的输出是高的。当然，可以用其它的方法在AB、BC和CA之间判定最小的模。
假如距离元件AB是最小的，由与门60的高输出沿线69被加到与门72、73和75。假如距离元件BC最小，与门61的高输出被沿线70提供到与门77、79和81，而假如距离元件CA最小，与门62的高输出沿线71被提供到与门83、85和87。在下一步，在图5所示的第二级，来自第一级范围判断的一条起动线(FSA60、FSB60或FSC60)的视在相对地电阻与上述识别的即具有最小模的相—相距离元件的那一个相—相距离元件的相对相电阻相比较。由于这里所述的实例是对FSA60的，图5中的线43是高的。这个信号被提供到与门72、77和83。这些与门(72、77、83)中的一个被起动(取决于与门60、61和62的输出)并且它所产生的高输出被提供到与门76、84或86中的一个上。
假如AB的模在三个相—相距离元件中为最小，比较器74将接地元件AG的视在电阻(RAG)的模(量)与元件AB的相对相电阻(RAB)的模(量)相比较。假如RAG小于RAB，比较器74的输出变高；这个高输出被提供到与门76。与门76的输出因此而变高，并作为一个输入量施加到或门78。当BC具有三个距离元件中的最小模(量)时，可对比较器80作同样的分析，当CA具有最小模(量)时，可对比较器82作同样的分析。
在这些情况中的每一个情况下，假如RAG的模(量)分别比RBC和RBA要小，一个高输出被提供到或门78。此外，还将沿图3所示的线31的FSA30信号提供到或门78。在上述的每一种条件下，包括从FSA30的直接输出或者在从FSA60的输出过程中以及来自与门76或84或86的高输出的条件下，沿线88产生一个输出，产生上述的特定的距离元件闭锁作用，即接地元件BG和CG以及相—相元件AB和CA被闭锁。对于FSB和FSC计算得到类似的结果。
如上所述，第二级需要计算某些电阻值。该电阻按照下式确定。
在上述方程中，Im是虚部分量，*指复数共轭量，Ir＝剩余电流＝3I0，Iab＝Ia－Ib，Ibc＝Ib－Ic，Ica＝Ic－Ia，Vab＝Va－Vb，Vbc＝Vb－Vc，Vca＝Vc－Va，Va、Vb、Vc分别等于A相、B相、C相线对中性点的电压，Ia、Ib、Ic分别为A相、B相和C相电流，在传输线正序线路角下1/ZIL＝1欧，以及K01等于继电器设定的零序补偿系数。此外，Ia2＝1/3·(Ia＋a2Ib＋aIc)，Ib2＝aIa2，Ic2＝a2Ia2。
因此，本发明的故障识别装置分别在线88上产生一个称为FSA输出的输出，在线90和92产生对应于FSB和FSC输出的输出。如上所述，这些线中的每一条线上的输出对所选择的接地元件以及所选择的相—相元件产生一个闭锁信号，它取决于负序电流和零序电流的相角差。本发明包括两级处理过程，它包括假如相角差落在所选择的范围内，将所测量的相角差与一系列的范围相比较，以便产生一个明确的结果，以及假如该相角差落在其它范围内，还进行附加的判断。由该两级处理，得到对故障的可靠的识别。
尽管，为了说明仅公开了一个优选实施例，应理解，在不脱离本发明构思，即由如下权利要求所限定的范围的情况下，可以对该优选实施例进行各种变化、改进和替换。
权利要求
1.一种用于识别电力传输线上故障的装置，该装置具有相对地距离元件AG、BG和CG，以及相对相距离元件AB、BC和CA，它包含用于对电力传输线上的三相电功率信号测定负序电流和零序电流的装置；用于测定所述负序电流和所述零序电流的相角差的装置；用于假如相角差落在若干个第一级相角范围中的一个范围时，闭锁所选择的距离元件的装置；用于将一个相对地距离元件的所选择的电阻值与相对相元件中的预定的一个元件的所选择的电阻值相比较的装置；假如相角差落在若干个第二级范围中的一个范围内而不是所述第一级范围内时，且与第二级范围相关联的相对地距离元件的所选择的电阻值对于预定的相对相元件的所选择的电阻值有所选择的相互关系时，闭锁所述距离元件的装置。
2.如权利要求1所述的装置，其中的相对地距离元件所选择的电阻值是它的视在电阻，以及相对相元件的所选择的电阻值是它的相对相电阻。
3.如权利要求1所述的装置，其中的相对相元件中的预定的一个元件是具有最小模量的相对相元件。
4.如权利要求2所述的装置，其中的所闭锁的距离元件包括所选择的相对地的距离元件和相对相的距离元件。
5.如权利要求3所述的装置，其中的所选择的相互关系是一个较低的绝对值。
6.如权利要求1所述的装置，其中的第一级范围是0°±30°、120°±30°和240°±30°。
7.如权利要求6所述的装置，其中的第二级范围是30°到60°和-30°到-60°，60°到90°和150°到180°，180°到210°和270°到300°。
8.如权利要求6所述的装置，其中对于在0°±30°的第一级范围内的相角差、距离元件BG和CG以及相对相距离元件AB和CA被闭锁，其中对在120°±30°的第一级范围中的相角差，距离元件AG和CG以及相对相元件AB和BC被闭锁，并且其中对240°±30°的相角差，距离元件AG和BG以及相对相元件BC和CA被闭锁。
9.根据权利要求2所述的装置，其中假如AG的视在电阻小于预定的相对相元件的相对相电阻，对于在30°到60°和-30°到—60°的第一个第二级范围中的相角差，距离元件BG和CG以及相对相距离元件AB和CA被闭锁，其中假如BG的视在电阻小于预定的相对相元件的相对相电阻，对于在60°到90°和150°到180°的第二个第二级范围中的相角差，距离元件AG和CG以及相对相元件AB和BC被闭锁；并且其中假如CG的视在电阻小于预定的相对相元件的相对相电阻，对于在180°到210°和270°到300°的第三个第二级范围中的相角差，距离无件AG和BG以及相对相元件BC和CA被闭锁。
全文摘要
一种用于识别电力传输线上故障的装置。该装置具有相对地距离元件AG、BG和CG，以及相对相距离元件AB、BC和CA，它包含用于测定负序电流和零序电流的装置，用于测定负、零序电流相角差的装置，用于将相对地距离元件的电阻值与相对相距离元件中的预定电阻值相比较的装置，及在相角差落在某一第一级相角范围或第二级相角范围内时，用于闭锁距离元件的装置。
文档编号G01R31/08GK1123416SQ9411871
公开日1996年5月29日 申请日期1994年11月21日 优先权日1994年11月21日
发明者爱德蒙德O·斯维则(Iii) 申请人:斯维则工程实验室公司