专利名称：距离继电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种进行电力系统的保护的距离继电装置，特别是一种高速地检测电力系统的至近端故障的距离继电装置。
背景技术：
距离继电装置通过判定从继电器的设置点看去的故障点的方向的方向继电器、和求出从继电器的设置点到故障点的距离的距离继电器的组合，判断保护范围内是否有故障。并且，当保护范围内有故障时，距离继电装置立即输出断路器断路信号。
图25表示阻抗面上表示的起方向继电器作用的姆欧继电器及起距离继电器作用的电抗继电器的动作特性图。在图25中，两继电器特性的重叠部分，即图中的阴影部分为距离继电装置的第1级保护区域。
图26为导出由这些姆欧继电器及距离继电器的组合形成的距离继电装置的第1级动作输出的逻辑时序电路。
Mho为姆欧继电器，X1为电抗继电器。11为在这两个继电器同时动作(即动作输出“1”)时动作的“与”电路，构成为可生成距离继电装置的第1级输出Z1。
但是，所述电抗继电器X1的保护范围一般设定为从自己一端到另一端的持续输电线全长的80％左右。距离继电装置作为主保护用而使用时，要求距离继电装置在第1级X1的动作区域(80％)内发生系统故障时高速动作。并且，当在作为第2级X2的保护范围的剩下20％的范围内发生系统故障时，为了使距离继电装置作为后备保护用而动作，由定时装置限时动作。图27为该距离继电装置的动作的形态，表示分别设置在相对的A端子、B端子上的距离继电装置Ry-A、Ry-B的第1级动作范围和第二级动作范围。
在由于输入变量器的特性误差或在运算部的运算误差等，使计算的继电器设置点到故障点的距离比实际距离短时，距离继电装置在超出本来的保护范围以外的故障也断路。我们管这种情况叫“越站”(overreach)。越站有时会对电力系统带来很大的影响。因此，为了不产生越站，要求距离继电装置在计算到故障点的距离时具有高的精度。
并且，如果运算错误，即使该方向继电器的背后发生故障也断路，因此，对于方向继电器也同距离继电器一样要求高的精度。
图28为用数字型保护继电器构成距离继电装置时的方框图。电力系统TL的电压V、电流1分别被变压器PT及变流器CT变换，然后用辅助变量器1-1、1-2变换成预定的大小。从该辅助变量器1-1、1-2输出的电压、电流输入模拟滤波器2中除去高频杂波。模拟滤波器2的输出被输入取样保持电路3中，以一定的取样间隔取样。取样保持电路3的取样输出，在多路转换器4中按时间序列重新排列，在A/D变换器5中变换成数字数据，输入到数字滤波器67中。该数字滤波器67起除去给保护继电运算带来坏影响的成分，例如直流成分等的作用。由于该数字滤波器67的详细说明登载在例如日本电气学会大学讲义、保护继电工程学(Protection Relay IEEJ)的第110页第6.1表中，因此在这里省略。然后，将该数字滤波器67的输出输入到运算电路89中，进行故障方向及测距运算，将该运算结果根据预定的逻辑进行逻辑处理，并输出作为继电器的指令。
并且，一般地，上述数字滤波器67的传递函数通过延长使用的数据时间，即，使用更多的取样数据来编制性能更高的滤波器。但其负面，滤波处理费时间，应答迟缓。
对于运算电路89，例如也具有在计算电流的大小时，从使用更多的取样数据进行运算的继电器运算算法，到使用更少的数据进行运算的继电器运算算法的多个运算算法。对于这样的继电器运算算法，登载在例如日本《电气学会技术报告第641号(IEEJ Technical Report №641)保护继电器系统基本技术体系》P85等中。因此，对于这样的运算电路89，也与数字滤波器67一样，如果取更长的数据触发脉宽(使用的数据时间长度)使用更多的数据，则虽然精度提高，但应答一般变迟缓。
如上所述，为了提高测距计算的精度，滤波器或者继电器运算方式必须选择耐杂波强的元件，但反过来牺牲了动作时间。
而在离电力系统的母线近的地方发生故障(至近端故障)时，由于故障电流大，并给系统的影响也大，因此，期望继电器能够高速动作。以前的保护继电器为了提高对保护范围的边界部附近发生的故障(上述从自己一端看去80％附近发生的故障)的测距精度，使用了很多的数据。其结果，即使在发生很可能给系统带来影响这样大的至近端故障时，也不能缩短保护继电器的动作时间。
发明内容
本发明的实施方式的距离继电装置，在保护范围的边界部附近保持与以前同等的测距计算精度，高速地检测继电器设置点附近的地点发生的故障，输出断路指令。
因此，本发明的一个实施方式的距离继电装置，以预定的间隔抽取与从保护对象获取的电压及电流有关的电量，变换成数字数字数据，并输入该数字数字数据进行故障方向计算及距离测定计算，根据预定的逻辑导出这些计算结果作为继电器的导出。并且，该距离继电装置，包括输入上述数字数据，并根据预定的运算式进行从继电装置设置点看为前方的故障的检测计算的方向继电单元；输入上述数据，并根据预定的运算式进行从继电器的设置点看为预先设定的设定范围内的故障检测计算的第1级距离继电单元；输入上述数字数据，并用长度比上述第1级距离继电单元的运算所使用的数据时间短的数据时间进行计算，同时进行比该第1级距离继电单元窄的范围内的故障检测计算的故障检测继电单元；以上述第1级距离继电单元或者故障检测继电单元中的至少一方的动作和上述方向继电单元的动作为条件导出继电器的输出。
如果采用这一实施方式的距离继电装置，则通过使故障检测继电单元侧使用的数据时间的长度比方向继电单元及第1级距离继电单元侧使用的数据时间短，可以高速地检测比第1级距离继电单元的保护范围更窄的范围内的故障。
本发明的另外的目的和优点将在下面的叙述中阐明，并且部分地能从叙述中显而易见，或者能够从发明的实践中弄清楚。本发明的目的和优点可以依靠以下详细指出的手段及其组合认识到和获得。
下面的附图与说明结合并构成说明书的一部分，说明本发明的实施例，并与上面的一般叙述和以下给出的实施例的详细叙述一起用来说明本发明的原理。
图1表示本发明的实施例的距离继电装置与其保护对象的关系的方框图。
图2本发明的第1实施例的距离继电装置的方框图。
图3本发明的第1实施例的距离继电装置的动作特性图。
图4本发明的第1实施例中从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路图。
图5本发明的第1实施例中距离继电装置的动作时间的示意图。
图6本发明的第2实施例的距离继电装置的动作特性图。
图7本发明的第2实施例中从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路图。
图8本发明的第3实施例的距离继电装置的方框图。
图9本发明的第3实施例的距离继电装置的动作特性图。
图10本发明的第3实施例中从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路图。
图11将本发明的第3实施例应用到第2实施例时从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路图。
图12本发明的第4实施例的距离继电装置的方框图。
图13本发明的第5实施例的距离继电装置的方框图。
图14本发明的第5实施例采用的高速欠电压继电器的动作特性图。
图15本发明的第5实施例中从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路图。
图16将本发明的第5实施例应用到第2实施形态时从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路图。
图17本发明的第6实施例的距离继电装置的方框图。
图18本发明的第6实施例采用的高速过电流继电器的动作特性图。
图19本发明的第6实施例中从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路图。
图20将本发明的第6实施例应用到第2实施形态时从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路图。
图21本发明的第7实施例的距离继电装置的方框图。
图22本发明的第7实施例的距离继电装置的特性的示意图。
图23本发明的第7实施例中从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路图。
图24将本发明的第7实施例应用到第2实施形态时从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路图。
图25以往的技术所采用的距离继电装置的动作特性图。
图26以往的技术中从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路图。
图27以往的技术的距离继电装置的动作时间的示意图。
图28以往的技术的距离继电装置的方框图。
具体实施例方式
下面参照
本发明的各实施方式。并且，在各实施例的附图中的同一构件标注同一标记，相关的构件上添加下标对应，避免重复的说明。
(实施例1)首先，参照图1至图5说明本发明的实施例1。图1为电力系统中设置了距离继电装置的状况的示意图。在图1中，TL为连接电力系统的A端和B端的作为保护对象的输电线路。在上述A端和B端分别设置了通过变压器PT和变流器CT获取电压V和电流I，计算故障的方向及到故障点的距离的距离继电装置Ry-A和Ry-B。
这里，由于距离继电装置Ry-A和Ry-B的结构、功能相同，因此，下面以Ry-A为代表说明。但不添加下标A。
图2为本发明的第1实施例的距离继电装置的方框图。在图2中，输电线TL的电压V、电流I从变压器PT和变流器CT获取，通过辅助变量器1-1、1-2输入模拟滤波器2中。输入到模拟滤波器2中的电压、电流除除去高频成分的杂波外，还用取样保持电路3每隔预定的时间(例如15°电角)取样一次，用下一级的多路转换器4按时间序列重新排列。
按时间序列重新排列的电压、电流的取样值被A/D变换器5变换成数据量的电压值、电流值后，分别输入到本实施例的特征之一的2种数字滤波器6、7中。该数字滤波器6、7除去给运算带来坏影响的高频成分。
这2种数字滤波器6、7中，数字滤波器6构成为具有与以往的型号相同性能的数字滤波器。而数字滤波器7构成为触发脉宽比以往的型号的数字滤波器6窄(即使用的数据的时间短)的数字滤波器。在以后的说明中，为了方便，将以往型号的数字滤波器6称为高精度数字滤波器，将触发脉宽窄(使用的数据的时间短)的数字滤波器7称为简易型数字滤波器。
并且，虽然数据型保护继电装置中所使用的数字滤波器主要有差分滤波器、加法滤波器和积分滤波器，但以后的说明中用差分滤波器说明。
假设构成高精度数字滤波器6的差分滤波器的传递函数为例如(1-Z8q)，构成新设置的简易型数字滤波器7的差分滤波器的传递函数为(1-Z4q)。此时，这些传递函数中的8q、4q意味着滤波处理所需要的时间分别为相当于8个取样数据和4个取样数据的时间。
因此，当假设取样间隔为15°时，高精度数字滤波器6的差分滤波器滤波处理所需要的电角成为15°×8＝120°。而简易型数字滤波器7的差分滤波器滤波处理所需要的电角成为15°×4＝60°。如果用电流的取样值表示它们，则高精度数字滤波器6构成为能够处理Im＝im-im-8这样的电角相差120°的数据的差分。而触发脉宽窄(触发脉冲短)的简易型数字滤波器7构成为能够处理Im＝im-im-4这样的电角相差60°的数据的差分。
其结果，使用了简易型数字滤波器7的输出的运算，能够在比使用了高精度数字滤波器6的输出的运算短的时间内进行运算。并且，虽然对于获取数据的差分的间隔没有特别的限制，但如果间隔过短，则有时会使误差变大。
下面，就输入上述那样的用数字滤波器处理过的数字数据的继电器进行说明。
上述高精度数字滤波器6的输出提供给方向继电器(Mho)8-1及第1级距离继电器8-2。该方向继电器8-1用与上述图25及图26中说明的姆欧继电器(Mho)相同种类的姆欧继电器(Mho)构成。并且，第1级距离继电器8-2也用与上述电抗继电器(X1)相同种类的电抗继电器(X1)构成。
而简易型数字滤波器7的输出提供给要求高速动作的、高速地检测至近端故障的故障检测继电器(这里称为高速至近端故障检测继电器)9。并且，这些继电器8-1、8-2的计算输出被输入到逻辑时序电路14(用图4表示其详情)中，作为继电器第1级指令Z1输出。
并且，所述高速至近端故障检测继电器9如文字表述的那样具有高速地检测发生在继电器设置点附近的故障而动作的功能。本实施例中的故障检测继电器9采用设定值设定在比上述第1级距离继电器X1的设定值(输电线连续长度的80％)还小、在输电线连续长度的50％以下的姆欧继电器(S-Mho)作为一例。一般地，姆欧继电器Mho检测故障比电抗继电器X快。
如上所述，由于使简易型数字滤波器7的输出输入到高速至近端故障检测继电器9中，因此，高速至近端故障检测继电器9在与方向继电器8-1或第1级距离继电器8-2相比短的时间内获取故障检测所必需的数据，能够高速地检测出至近端的故障。
即，使故障检测继电单元(9)侧的数字滤波器(7)的滤波处理所需要的数据时间长度，比方向继电器(8-1)及第1级距离继电器(8-2)侧的数字滤波器(6)的滤波处理所需要的数据时间长度短。因此，能够高速地检测比第1级距离继电器8-2的保护范围还窄的区域内的故障；通过与可靠性高的方向继电器8-1组合，能够在保持可靠性的同时，实现至近端故障检测的高速动作。
图3为图2所示的距离继电装置的动作特性的示意图。在图3中，符号Mho为构成方向继电器8-1的姆欧继电器，X1、X2分别为构成第1级距离继电器8-2、第2级距离继电器(未图示)的电抗继电器。并且，S-Mho为构成高速至近端故障检测继电器9的设定值小的姆欧继电器。
另外，本实施例的方向继电器(Mho)8-1、高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9的运算方法也可以相同。并且，也可以使高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9的运算数据的触发脉冲(数据使用时间长)比方向继电器(Mho)8-1的运算数据的触发脉冲短。在这样缩短了继电器的运算数据的触发脉冲的情况下，运算时间变短，能够高速地检测故障。
作为缩短继电器的故障检测时间的手段，除改变运算方式的方法以外，还有不进行平均化处理的方法或者减少动作确认次数的方法等。
即，使故障检测继电单元9的运算所需要的数据时间长度，比第1级距离继电器8-2的运算所需要的数据时间长度短。由此，故障检测继电单元9能够高速地检测比第1级距离继电器8-2的保护范围还窄的区域内的故障，通过与可靠性高的方向判定继电器8-1组合，能够在保持可靠性的同时，实现至近端故障检测的高速动作。
图4为表示逻辑时序电路14的一例的电路图。在图4中，11为方向继电器(姆欧继电器Mho)8-1与第1级距离继电器(电抗继电器X1)8-2的“与”条件成立时，产生输出的“与”电路。以图26所说明的以往技术中，该“与”电路11的输出就那样原样作为距离继电装置的第1级动作输出。而在本实施例中，除上述以往的结构外，还新设了高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9与方向继电器(Mho)8-1的“与”条件成立时产生输出的“与”电路12。其构成为在该“与”电路12或者上述“与”电路11中的至少一个产生输出时，通过“或”电路13生成作为距离继电装置的第1级动作输出Z1。
图5为表示本实施例的距离继电装置发生故障时的动作定时及保护范围的图。在本实施例的距离继电装置中，与已经用图27表示的以往例的最大不同点为，如用虚线框表示一部分那样，在到输电线持续长度的50％的至近端发生故障时，比第1级动作输出更快地动作这一点。虽然为了高速地输出，最初的第1级动作输出的动作时间很短，但本实施例中构成为在至近端发生故障时，比第1级动作还要快速地动作。
因此，如果采用该第1实施例的距离继电装置，则通过使故障检测继电单元(9)侧使用的数据时间的长度比方向继电单元(8-1)及第1级距离继电单元(8-2)侧使用的数据时间短，由此能够高速地检测比第1级距离继电单元(8-2)的保护范围还窄的范围内的故障。
(第2实施例)图6及图7为与本发明的第2实施例的距离继电装置有关的图，图6为动作特性图，图7为距离继电装置的第1级动作的逻辑时序电路。另外，由于本第2实施例的方框图与第1实施例的方框图的结构相同，因此省略其图示。
本第2实施例的距离继电装置配备了采用设定值大的第3姆欧继电器(图中的B-Mho)10作为方向判定专用继电器。配备该第3姆欧继电器(B-Mho)10的理由如下对于保护对象的输电区间短等情况下的电力系统的设置条件来说，有时可能必须缩短作为方向继电器8-1的姆欧继电器(Mho)的设定值。方向继电器(Mho)8-1如果设定值小，则动作时间变迟缓，追不上高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9的高速动作。因此，本第2实施例如图6所示，通过组合进设定值比方向继电器(Mho)8-1大的第3姆欧继电器(B-Mho)10作为高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9的方向判定专用继电器而构成。由于第3姆欧继电器(B-Mho)10为方向判定专用继电器，不作为其他的继电器使用，因此，能够不受系统条件的限制可以扩大动作范围。
图7所示的第2实施例的逻辑时序电路与图4所示的第1实施例的逻辑时序电路的不同点在于，将检测与高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9相“与”的条件的继电器替换为方向继电器(Mho)8-1，作为设定值大的第3姆欧继电器(B-Mho)10的这一点。其他的结构与图4所示的第1实施例相同。12A为检测第3姆欧继电器(B-Mho)10与高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9相“与”的条件的“与”电路。并且13A为检测“与”电路11与“与”电路12A相“或”的条件的“或”电路。通过“与”电路11或“与”电路12A中的任何一个动作，距离继电装置的“或”电路13A都会产生第1级动作输出Z1。
这样，由于如果大设定值的姆欧继电器(B-Mho)10和高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9动作，就产生第1级动作输出，因此即使在方向继电器(Mho)8-1的设定值小的情况下，也能够保持高速动作。
虽然姆欧继电器(B-Mho)10在要求具有与方向继电器(Mho)8-1同等精度的同时，还被要求具有方向继电器(Mho)8-1以上的高速性，但通过预先增大设定值也可以实现。
虽然上述第2实施例作为方向继电器(8-1)、(10)举出了使用姆欧特性的例子，但不用说也可以作为使用了电抗特性的四边形方向继电器。并且，如本第2实施例那样，在使用了具有方向判断能力的高速至近端故障检测继电器9(组合进了大设定值的方向继电器10)时，也可以不采用与方向继电器8-1的“与”检测，单独判断故障。
(第3实施例)参照图8至图10说明第3实施例的距离继电装置。
在图8中，从模拟滤波器2到第1级距离继电器8-2的构成元件与图2所示的第1实施形态时相同。不同点在于，采用了低设定值第1级电抗继电器(X1′)9A代替高速至近端故障检测继电器[姆欧继电器(S-Mho)]9的这一点。
本第3实施例使低设定值第1级电抗继电器9A的设定值x1′比上述第1级距离继电器(电抗继电器)8-2的第1级设定值X1小。由此使低设定值第1级电抗继电器9A只有进行至近端故障检测的功能。但是，在该低设定值第1级电抗继电器(x1′)9A中，由于使用上述简易型数字滤波器7作为用于运算的数据，因此能够进行比第1级距离继电器(X1)8-2高速的动作。
图9表示本第3实施例的距离继电装置的动作特性图。图9中的X1、X2及Mho与已经表示出的元件相同。虽然X1′为与X1、X2同样的电抗继电器，但如上所述，故障判定范围X1′设定为比X1窄。因此，图9中Z1′的区域为作为至近端故障判定处理的区域。
本第3实施例的逻辑时序电路表示于图10中，与图4所示的第1实施例的距离继电装置相比较，将高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9置换为低设定值第1级电抗继电器(X1′)9A，用“与”电路12B检测与方向继电器(Mho)8-1的“与”条件。由于该第3实施例的距离继电装置与第1实施例的距离继电装置的功能大致相同，因此省略其说明。
因此，通过使用设定值比第1级距离继电单元(8-2)的距离设定值小的电抗继电器(9A)作为故障检测继电单元，能够对更窄的区域内的故障实现高速动作。
该第3实施例的距离继电装置所使用的、只进行至近端的故障检测的低设定值第1级电抗继电器(x1′)9A，也可以应用于图7所示的第2实施例的距离继电装置。
图11为将本第3实施例的低设定值第1级电抗继电器(x1′)9A应用于第2实施例时，从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路的示意图。即，与图7所示的第2实施例的距离继电装置相比较，将高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9置换为低设定值第1级电抗继电器(x1′)9A，用“与”电路12A检测与方向判定专用的继电器(B-Mho)10的“与”条件。如果这样，与第2实施例一样，即使在由于保护对象的输电区间短情况等电力系统的设置条件而减小了方向继电器(Mho)8-1的设定值的情况下，也能够保持高速动作。
虽然本发明的各实施例的第1级距离继电器8-2作为电抗特性的继电器构成，但在使该第1级距离继电器作为姆欧特性的继电器时，再用姆欧特性小的继电器作为至近端故障检测用的继电器就可以。在用其他的继电器时也一样。
(第4实施例)参照图12的方框图说明第4实施例。
本第4实施例时，使用低设定值阻抗继电器9B作为高速至近端故障检测继电器。
在图12中，由于从模拟滤波器2到方向继电器8-1的构成元件与图2所示的第1实施例时相同，因此省略其说明。为了保证测距精度，第1级距离继电器8-2采用下式表达的微分近似方式X＝(invn-3-in-3vn)/(injn-3-in-3jn)j＝-in-3这里，v、i为每隔30°电角获得的电压、电流的瞬时值。此时，阻抗Z计算所需要的数据为180°电角。与此相反，虽然低设定值阻抗继电器9B使用通过与上述第1级距离继电器8-2相同精度的高精度滤波器6的电量，但运算式采用下式这样不同的式子V2＝V20+V2-3I2＝i20+i2-3Z2＝V2/I2此时，为了求出Z2，必要的数据为90°。
如上与第1级距离继电器8-2相比，通过变更低设定值阻抗继电器9B的运算式，可以缩短测距运算所必需的数据的触发脉冲。如果缩短框长，在系统发生故障时，能够在短时间内将其影响反应到计算结果中，作为结果，能够提前动作时间。
即使在不变更第1级距离继电器(8-2)和故障检测继电单元(9B)的运算方法的情况下，也可以通过省去平均化处理或者减少动作确认的次数，减少到最终输出时所需要的时间。
即，使故障检测继电单元(9B)的运算所需要的数据时间长度，比第1级距离继电器(8-2)的运算所需要的数据时间长度短。由此，故障检测继电单元(9B)能够高速地检测比第1级距离继电器(8-2)的保护范围还窄的区域内的故障，通过与可靠性高的方向继电器8-1相结合，能够在保持可靠性的同时，实现至近端故障检测的高速动作。
使用高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9作为故障检测继电单元(9B)时的逻辑时序电路与图4所示的电路相同。
(第5实施例)参照图13至图15说明本发明的第5实施例。
本第5实施例的情况下，使用高速欠电压继电器(S-UV)9C作为高速至近端故障检测继电器。
在图13中，由于从模拟滤波器2到第1级距离继电器8-2的各构成元件与图2所示的第1实施例的情况相同，因此省略其说明。并且，虽然简易型数字滤波器7只输入/输出电压数据，但其构成相同。根据图14说明高速欠电压继电器(S-UV)9C的特性及应用该继电器(S-UV)9C的理由。
在图14中，虚线所表示的圆表示在保护对象区间的另一端(例如B端)发生故障时，在测定端(A端)残留的电压电平。该伴随另一端故障的电压电平为由测定端背后的阻抗和输电线的长度(阻抗)决定的电平，例如假设稳定时的电压为VN、次级侧换算的背后的阻抗为XB、线路的阻抗为XL时，则电压电平大致为VN×XB/(XB+XL)。
因此，如果假设想要检测故障的区域为保护区域的α％，使至近端故障检测用的欠电压继电器(S-UV)9C的动作值为VN×XB/(XB+XL)×α/100就可以。这就是在图14中虚线圆的内部用实线圆表示的区域S-UV。
上述欠电压继电器(S-UV)9C的运算方法很多，例如，在日本《电气学会技术报告第641号(IEEJ Technical Report №641)保护继电器系统基本技术体系》P85等上有记载。由于利用这些计算的欠电压继电器S-UV的动作一般与电抗继电器相比为高速，其结果，能够对至近端故障高速动作。
图15为用高速欠电压继电器(S-UV)9C作为高速至近端故障检测继电器时的逻辑时序电路图。该电路采用将图4所示的第1实施例的高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9置换为高速欠电压继电器(S-UV)9C，并用“与”电路12C获取与方向继电器(Mho)8-1相“与”的条件，输入“或”电路13C中的结构。由于该第5实施例的距离继电装置的功能与第1实施例的距离继电装置的功能大致相同，因此省略其说明。
因此，由于使用了检测电压在预定值以下的继电单元(9C)作为故障检测继电单元，因此能够根据电压电平，对于比第1级距离继电器8-2的保护范围还窄的区域的故障，实现高速动作。
该第5实施例的距离继电装置所使用的高速欠电压继电器(S-UV)9C，也可以应用于图7所示的第2实施例的距离继电装置。
图16为将本第5实施例的高速欠电压继电器(S-UV)9C应用于第2实施例时，从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路的示意图。即，与图7所示的第2实施例的距离继电装置相比较，将高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9置换为高速欠电压继电器(S-UV)9C，用“与”电路12A检测与方向判定专用的姆欧继电器(B-Mho)10相“与”的条件。根据上述，与第2实施例一样，即使在由于保护对象的输电区间短的情况等电力系统的设置条件，而减小了方向继电器(Mho)8-1的设定值的情况下，也能够保持高速动作。
(实施例6)用图17至图19说明本发明的第6实施例。
本第6实施例的情况下，使用高速过电流继电器(S-OC)9D作为高速至近端故障检测继电器。
在图17中，由于从模拟滤波器2到高精度数字滤波器6、方向继电器8-1、第1级距离继电器8-2的各构成元件，与图2所示的第1实施例的情况相同，因此省略其说明。根据图18说明高速过电流继电器(S-OC)9D的特性及应用该继电器(S-OC)9D的理由。
在图18中，外侧的虚线圆为表示在至近端故障中测定的电流的大小的圆，内侧的虚线圆为表示在另一端至近端故障中测定的电流的大小的圆。因此，将作为至近端故障检测用将动作电平设定为它们之间的值就可以，但实际上也可以设定为图中的S-OC那样比外侧虚线圆稍微小一点的值。这些动作电平的值，由背后阻抗XB和线路阻抗XL决定。例如，假设稳定时的电压为VN，在检测从测定点到线路阻抗为XL′(次级侧换算)处的故障时，动作电平大致为VN/(XB+XL′)。
高速过电流继电器(S-OC)9D的运算方法与上述高速欠电压继电器(S-UV)9C的运算原理相同。图19为将高速过电流继电器(S-OC)9D作为高速至近端故障检测继电器时的逻辑时序电路的示意图。该电路采用将图4所示的第1实施例的高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9置换为高速过电流继电器(S-OC)9D，并用“与”电路12D获取与方向继电器(Mho)8-1相“与”的条件，用“或”电路13D检测与“与”电路11相“或”的条件的结构。
因此，由于使用了检测电流在预定值以上的继电单元(9D)作为故障检测继电单元，因此能够根据电流电平，对于比第1级距离继电器8-2的保护范围还窄的区域的故障实现高速动作。
该第6实施例的距离继电装置所使用的高速过电流继电器(S-OC)9D，也可以应用于图7所示的第2实施例的距离继电装置。
图20为将本第6实施例的高速过电流继电器(S-OC)9D应用于第2实施例时，从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路的示意图。即，与图7所示的第2实施例的距离继电装置相比较，将高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9置换为高速过电流继电器(S-OC)9D，用“与”电路12A检测与方向判定专用的姆欧继电器(B-Mho)10相“与”的条件。根据上述，与第2实施例一样，即使在由于保护对象的输电区间短的情况等电力系统的设置条件，而减小了方向继电器(Mho)8-1的设定值的情况下，也能够保持高速动作。
(实施例7)用图21至图23说明本发明的第7实施形态。
本第7实施例时，使用阻抗继电器(UZ)9E取代已经叙述过的姆欧继电器或电抗继电器作为高速至近端故障检测继电器。
下面，示出使用阻抗继电器(UZ)9E作为高速至近端故障检测继电器时的情况。
在图21中，虽然从模拟滤波器2到第1级距离继电器8-2的各构成元件与图2所示的第1实施例的情况相同，但使用阻抗继电器(UZ)9E作为高速至近端故障检测继电器。该阻抗继电器(UZ)9E的动作特性如图22所示。
在图22中，阻抗平面上的外侧圆表示在第1级动作输出与第2级动作输出的边界(从继电器设置点看去80％左右的位置)附近发生故障时，从继电器设置点到故障点的阻抗级。横方向的单点划线为第1级检测用的电抗继电单元，如果故障点没有电阻，则在第1级动作输出与第2级动作输出的边界发生的故障中，阻抗为外侧圆与电抗继电单元的交点的值。
在用阻抗继电器(UZ)9E作为高速至近端故障检测继电器时，其动作电平可以如图22中的内侧圆所示那样，设定为想求的区域(UZ)的阻抗就可以。
阻抗的求法有多种，但原理上用电压的大小除以电流的大小就可以。因此，动作速度由用于求出阻抗的运算方式决定，但考虑用电压和电流中用运算慢的一方决定就较好。实际上，如果运算方法相同的话，它们的动作速度大致相同，能够期待高速的动作。
图23为第7实施例的距离继电装置的逻辑时序电路图。其构成为该电路采用将图4所示的第1实施例的高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9置换为阻抗继电器(UZ)9E；用“与”电路12E获取与方向继电器(Mho)8-1相“与”的条件；用“或”电路13E检测与“与”电路11相“或”的条件。
因此，由于使用了由电压值与电流值计算求出阻抗，检测该计算值在预定值以下的继电器(9E)作为故障检测继电单元，并通过求出到故障点的距离，能够对比第1级距离继电器8-2的保护范围还窄的区域的故障实现高速动作。
该第7实施例的距离继电装置所使用的阻抗继电器(UZ)9E，也可以应用于图7所示的第2实施例的距离继电装置。
图24为将本第7实施例的阻抗继电器(UZ)9E应用于第2实施例时，从各继电器的输出到第1级动作输出的逻辑时序电路的示意图。即，与图7所示的第2实施例的距离继电装置相比较，将高速至近端故障检测继电器(S-Mho)9置换为阻抗继电器(UZ)9E，用“与”电路12A检测与方向判定专用的姆欧继电器(B-Mho)10相“与”的条件。根据上述，与第2实施例一样，即使在由于保护对象的输电区间短的情况等电力系统的设置条件，而减小了方向继电器(Mho)8-1的设定值的情况下，也能够保持高速动作。
因此，在本发明的距离继电装置的任何一种实施例中，都能够高速地对继电器设置点附近前方的故障进行断路，其结果，能够提高电力系统的稳定性。
并且，在上述各实施例的说明中，构成为将利用数字滤波器滤波处理过的数据输入到继电器中进行继电器运算。因此，虽然个别地叙述了数字滤波器和各种继电器(方向继电器、第1级距离继电器及高速至近端故障检测继电器)，但也有数字滤波器包含在继电器的运算原理本身的情况(例如日本电气学会大学讲义、保护继电工程学(Protection Relay IEEJ)、参照第112页、第6.2表)。这时，例如图2所示那样，不能将数字滤波器与继电器明确分离。因此，对于以上说明的本发明的各实施例，将数字滤波器及继电器一起称为方向继电单元，或者第1级距离继电单元，或者高速至近端故障检测继电单元。
并且，将高速至近端故障检测继电器9、低设定值第1级电抗继电器9A、低设定值阻抗继电器9B、高速欠电压继电器(S-UV)9C、高速过电流继电器9D及阻抗继电器9E统称为故障检测继电器。
对于精通技术的人来说，另外的优点和变形能够容易地联想到。因此，本发明更宽的方面不受这里展示和描述的具体细节和典型的实施方式的限制。因此，在不脱离本发明的宗旨和在附加的要求和相当于该要求所定义的一般的发明概念的范围内可以作各种改进。
本申请依据和要求从以前已申报的[例如2002年7月9日]日本专利申请№2002-200246获得的优先权，整个内容已通过引用合并到本申请。
权利要求
1.一种距离继电装置，包括以预定的间隔对与从保护对象(TL)获得的电压(V)及电流(I)有关的电量进行取样的取样单元(3)；将与该取样单元取样的电压(V)及电流(I)有关的电量变换成数字数据(V，I)的A/D变换单元(5)；输入通过该A/D变换单元(5)变换后的数字数据(V，I)，并根据预定的运算式进行从继电装置(RY)的设置点看为前方的故障检测计算的方向继电单元(8-1)；输入上述数字数据(V，I)，并根据预定的运算式进行从继电装置(RY)的设置点看在预定的设定范围内的故障检测计算的第1级距离继电单元(8-2)；输入上述数字数据(V，I)，用比上述第1级距离继电单元(8-2)的计算所使用的数据时间长度短的数据时间长度计算，并进行比该第1级距离继电单元(8-2)窄的范围内的故障检测计算的故障检测继电单元(9)；以上述第1级距离继电单元(8-2)或故障检测继电单元(9)中的至少一个的检测动作和上述方向继电单元(8-1)的检测动作为条件，导出继电器输出(Z1)的逻辑单元(14)。
2.如权利要求1所述的距离继电装置，上述方向继电单元(8-1)、上述第1级距离继电单元(8-2)及上述故障检测继电单元(9)用数字滤波器(6)、(7)滤波处理输入数据(V，I)后，进行预定的故障检测计算；对于各数字滤波器(6)、(7)的滤波处理所需要的时间，将上述故障检测继电单元(9)的滤波处理(7)所需要的时间设定为比上述方向继电单元(8-1)及上述第1级距离继电单元(8-2)的滤波处理(6)所需要的时间短。
3.如权利要求1所述的距离继电装置，上述方向继电单元(8-1)、上述第1级距离继电单元(8-2)及上述故障检测继电单元(9)用数字滤波器(6)、(7)滤波处理输入数据(V，I)后，进行预定的故障检测计算；将上述故障检测继电单元(9)的故障检测计算所使用的数据时间长度设定为比上述方向继电单元(8-1)及第1级距离继电单元(8-2)的故障检测计算所使用的数据时间长度短。
4.如权利要求1所述的距离继电装置，包括设定值比上述方向继电单元(8-1)大的第2方向继电单元(10)；上述逻辑单元(14)在上述第2方向判别单元(10)与上述故障检测单元(9)一起动作，或者上述方向继电单元(8-1)与上述第1级距离继电单元(8-2)一起动作的任何一种情况下，导出继电器输出(Z1)。
5.如权利要求2所述的距离继电装置，包括设定值比上述方向继电单元(8-1)大的第2方向继电单元(10)；上述逻辑单元(14)在上述第2方向判别单元(10)与上述故障检测单元(9)一起动作，或者上述方向继电单元(8-1)与上述第1级距离继电单元(8-2)一起动作的任何一种情况下，导出继电器输出(Z1)。
6.如权利要求3所述的距离继电装置，包括设定值比上述方向继电单元(8-1)大的第2方向继电单元(10)；上述逻辑单元(14)在上述第2方向判别单元(10)与上述故障检测单元(9)一起动作，或者上述方向继电单元(8-1)与上述第1级距离继电单元(8-2)一起动作的任何一种情况下，导出继电器输出(Z1)。
7.如权利要求1所述的距离继电装置，使用设定值比上述第1级距离继电单元(8-2)的距离设定值小的姆欧继电器(S-Mho)，作为上述故障检测继电单元(9)。
8.如权利要求2所述的距离继电装置，使用设定值比上述第1级距离继电单元(8-2)的距离设定值小的姆欧继电器(S-Mho)，作为上述故障检测继电单元(9)。
9.如权利要求3所述的距离继电装置，使用设定值比上述第1级距离继电单元(8-2)的距离设定值小的姆欧继电器(S-Mho)，作为上述故障检测继电单元(9)。
10.如权利要求4所述的距离继电装置，使用设定值比上述第1级距离继电单元(8-2)的距离设定值小的姆欧继电器(S-Mho)，作为上述故障检测继电单元(9)。
11.如权利要求1所述的距离继电装置，使用设定值比上述第1级距离继电单元(8-2)的距离设定值小的电抗继电器(9A)，作为上述故障检测继电单元。
12.如权利要求2所述的距离继电装置，使用设定值比上述第1级距离继电单元(8-2)的距离设定值小的电抗继电器(9A)，作为上述故障检测继电单元。
13.如权利要求3所述的距离继电装置，使用设定值比上述第1级距离继电单元(8-2)的距离设定值小的电抗继电器(9A)，作为上述故障检测继电单元。
14.如权利要求4所述的距离继电装置，使用设定值比上述第1级距离继电单元(8-2)的距离设定值小的电抗继电器(9A)，作为上述故障检测继电单元。
15.如权利要求1所述的距离继电装置，使用检测电压在预定值以下的欠电压继电器(9C)，作为上述故障检测继电单元。
16.如权利要求2所述的距离继电装置，使用检测电压在预定值以下的欠电压继电器(9C)，作为上述故障检测继电单元。
17.如权利要求3所述的距离继电装置，使用检测电压在预定值以下的欠电压继电器(9C)，作为上述故障检测继电单元。
18.如权利要求4所述的距离继电装置，使用检测电压在预定值以下的欠电压继电器(9C)，作为上述故障检测继电单元。
19.如权利要求1所述的距离继电装置，使用检测电流在预定值以上的过电流继电器(9D)，作为上述故障检测继电单元。
20.如权利要求2所述的距离继电装置，使用检测电流在预定值以上的过电流继电器(9D)，作为上述故障检测继电单元。
21.如权利要求3所述的距离继电装置，使用检测电流在预定值以上的过电流继电器(9D)，作为上述故障检测继电单元。
22.如权利要求4所述的距离继电装置，使用检测电流在预定值以上的过电流继电器(9D)，作为上述故障检测继电单元。
23.如权利要求1所述的距离继电装置，使用根据电压值和电流值计算求出阻抗并检测该阻抗的计算值在预定值以下的阻抗继电器(9E)，作为上述故障检测继电单元。
24.如权利要求2所述的距离继电装置，使用根据电压值和电流值计算求出阻抗并检测该阻抗的计算值在预定值以下的阻抗继电器(9E)，作为上述故障检测继电单元。
25.如权利要求3所述的距离继电装置，使用根据电压值和电流值计算求出阻抗并检测该阻抗的计算值在预定值以下的阻抗继电器(9E)，作为上述故障检测继电单元。
26.如权利要求4所述的距离继电装置，使用根据电压值和电流值计算求出阻抗并检测该阻抗的计算值在预定值以下的阻抗继电器(9E)，作为上述故障检测继电单元。
全文摘要
本发明公开一种距离继电装置，包括以预定的间隔抽取与从保护对象获得的电压及电流有关的电量变换成数字数据，输入该数字数据，根据预定的运算式进行故障检测计算的方向继电单元；输入数字数据，根据预定的运算式进行预定的设定范围内的故障检测计算的第1级距离继电单元；输入上述数字数据，用比第1级距离继电单元的计算所使用的数据时间长度短的数据时间长度计算，并进行比第1级距离继电单元窄的范围内的故障检测计算的故障检测继电单元；以第1级距离继电单元或故障检测继电单元中的至少一个的检测动作和方向继电单元的检测动作为条件，导出继电器输出的逻辑单元；高速检测比第1级距离继电器的保护范围窄的范围内的故障。
文档编号H02H3/08GK1487643SQ03147240
公开日2004年4月7日 申请日期2003年7月9日 优先权日2002年7月9日
发明者加濑高弘, 天羽秀也, 松岛哲郎, 也, 郎 申请人:株式会社东芝