防止耦合電容變壓器瞬態引起的非期望保護繼電器的系統的製作方法

2023-12-02 14:11:01 2

專利名稱：防止耦合電容變壓器瞬態引起的非期望保護繼電器的系統的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及輸電線上帶有保護繼電器系統的電容耦合變壓器的使用，並且更著重涉及檢測這種電容變壓器瞬態輸出的邏輯電路。
背景技術：
本申請是1995年10月20日提交的申請號為08/546,226的申請之部分繼續申請。
帶有保護繼電器的耦合電容變壓器(CCVT)的使用在輸電線路保護中已眾所周知。它們作為電壓降壓系統的一部分，將輸電線上相—相間電壓(約為132.8KV)降至66.4V，這被保護繼電器用來監控輸電線上的電壓狀態。簡單地說，耦合電容變壓器(CCVT)的電容器部分完成初步的降壓作用，一般降壓至5KV至15KV之間，而CCVT的變壓器部分完成其餘的降壓作用，將電壓降至相—相115V或相—地66.4V。
過去，當CCVT同常規的機電繼電器一起使用時，其效果是令人滿意的。然而，隨著高速、固態和數位化繼電器的出現及如今相當廣泛的使用，許多CCVT的主要缺點，例如相對較差的瞬態反應，就顯得尤為突出。由於CCVT中的能量貯存元件(電容器和電感器)需要一定的時間才能散逸掉其貯存的能量，所以CCVT的瞬態反應就顯得遲緩，CCVT的輸出(這裡指變壓器部分的次級)跟不上其輸入電壓。
當出現故障時，從輸電線到CCVT的輸入電壓會明顯地下降到相對低的電壓。然而，CCVT的輸出卻不是準確地相應產生成比例的輸入電壓(理想CCVT二次輸出)，而是產生一個瞬態反應(一個與理想二次輸出不能精確匹配的輸出)。只有經過一定的時間後，CCVT的輸出才再次與比例的輸入電壓一致。
高速保護繼電器，比如目前市售的固態繼電器，能夠敏感地響應這種瞬態。如果輸電線上的故障位於繼電器的規定區1(典型的保護繼電器有數個保護區)的範圍之外，與1區保護對應的繼電器中的特定距離元會隨該瞬態而延長動作時間並產生非期望的輸出。解決這種延長動作時間問題的一種方法是減小1區範圍，雖然在某些情況下CCVT瞬態足夠大或持續時間足夠長，以致1區的減小會導致1區保護不再有效。因為1區元件主要是保護輸電線，所以最希望1區元件能夠保護儘可能長的輸電線。因此，大幅度地減小1區範圍從而減少由1區元件保護的輸電線段是不可取的。
CCVT瞬態減小了故障電壓的一次諧波分量，它反過來導致計算故障電阻減小。並且，如果CCVT的輸出由於瞬態的出現而明顯失真，那麼，遠距繼電器在瞬態失真期間就測量不出準確的故障線路電阻。CCVT瞬態的結果是距離元的動作延長，而1區元件動作延長帶來了最不期望有的結果，因為這些元件通常都是瞬時作用的。
因此，儘管CCVT具有某些優點(高壓裝置中成本低)，使它在使用保護繼電器時能發揮作用，但其作用被新的固態和微處理機保護繼電器的快速響應削弱，以至它在瞬態時間內產生的任何結果都是不可靠的。
發明概述因此，本發明是利用保護繼電器來提高電力系統可靠性的系統。該繼電器具有設定(預先設置的)範圍的1區距離元，繼電器響應來自耦合電容變壓器次級的信號輸出，該次級信號有一瞬態，其中本系統包括確定保護繼電器原始1區範圍的SIR值的手段；利用該SIR值和令SIR值與減小範圍值相關的圖表來確定1區範圍減少的手段；根據發生在電力系統電力線路部分的故障，確定該故障是否位於減小後的1區範圍內的手段；如該故障經確定位於減小後的1區範圍內時，提供無故意延遲斷路信號的手段；以及當故障經確定雖然超出減小後的1區範圍，但是仍在原始1區範圍內時，延長斷路信號至某一選定時間量的手段。
附圖簡要說明

圖1是典型耦合電容變壓器的示意圖。
圖2是關於發生在電力系統電壓零交叉處的故障的CCVT瞬態響應與比例輸入電壓的比較圖。
圖3是當故障發生於電力系統電壓峰值點時CCVT的瞬態響應與比例輸出電壓的比較圖。
圖4a是CCVT鐵磁共振電路部分的示意圖。
圖4b是圖4a中電路的備選電路圖。
圖5是兩個具有不同鐵磁共振抑制電路的CCVT的瞬態示意圖。
圖6是本發明的瞬態檢測電路的示意圖。
圖7是據不同實施方案將1區範圍分為兩部分的示意圖。
圖8是圖7實施方案中SIR值與1區距離元範圍的減少量相關的圖表。
圖9是圖7實施方案系統的操作流程圖。
最佳實施例說明圖1表示的是一個典型的耦合電容變壓器(CCVT)，可用來降低輸電線路上的電壓以便保護變電站、控制與監控設備，例如保護繼電器。CCVT將輸電線路上信號的電壓降至這些設施可使用的電位。圖1中的CCVT(一般以10表示)包括耦合電容器12和14。每個耦合電容器12和14可能各自包含多個單獨的電容器，但無論如何，在輸電線路電壓與大地之間都會形成一個分壓器。
由電容器12和14形成的分壓器一般起初步降壓作用，使電壓降至5-15KV範圍內。一般有鐵芯的補償電抗器(即電感器16)從電容器12和14間的一點連接到常規降壓變壓器18(一般也有鐵芯)的初級。補償電抗器1實際上消除了位於電力系統基頻的耦合電容器12和14的電阻，並防止在該頻率下初級和次級電壓之間的相位轉換。一般情況下，降壓變壓器18的次級電壓為適合於後面保護繼電器的電壓，即相—相為115V，或相—地為66.4V。
然而，補償電感器16和降壓變壓器18帶來了許多特定的損耗，包括銅和鐵芯的損耗。電容器和電感器的組合也可能產生鐵磁共振效應。為了補償可能發生的鐵磁共振效應，在變壓器18的次級兩端連接一鐵磁共振抑制電路20。鐵磁共振抑制電路20(後面將詳細闡述)對於防止由鐵磁共振產生的過壓是不可少的，但可能會產生加劇CCVT瞬態響應的負面影響，這視使用的特定抑制電路而定。
如前面的簡要闡述，儘管CCVT有其優點，但是也會在某些變化，特別是在明顯的變化後，在輸入電壓上發生一瞬態。該瞬態是當輸電線路上發生故障並且電力線電壓從標稱值迅速變為較低值時產生的。確切地說，CCVT的輸出不是在線電壓上隨著作恰當的改變，而是包含了一暫時瞬態，多少就象一直流補償，在輸入線電壓變化後的特定時間內保持不變。該瞬態的發生是因為耦合電容器12和14以及補償電感器16都是能量貯存元件，不能立刻改變它們的電荷或通量。
CCVT瞬態的實際形狀在一定程度上取決於故障發生時電壓波形的確定點。圖2和圖3分別表示的是當故障發生於輸入信號的電壓零交叉處和電壓峰值時的CCVT的輸出響應，包括瞬態。值得注意的是，電壓為零交叉時故障的瞬態23明顯差於產生於電壓峰值時故障的瞬態25。對於發生於零交叉和峰值之間的電壓波形上的點的故障而言，其瞬態響應介於圖2和圖3所示的兩種響應之間。真實輸出電壓在相應的圖上以27和29表示。
CCVT瞬態響應的一次諧波分量決定了繼電器中1區距離元的延長動作時間，這就是說，故障發生在1區距離元無法正常工作時由1區元件保護的線路部分之外。顯然，延長動作時間越長，繼電器的性能越差，越不可靠。因此，最好是將瞬態幅度減到最小、使CCVT輸出儘可能與真實、非瞬態輸出一致。然而，保護繼電器並不能控制瞬態，必須留有瞬態誤差並且將由於瞬態而產生的延長動作時間減到最小。
圖1中所示的CCVT的各元件都會對CCVT的瞬態響應產生一些影響。例如，電容器12和14的總電容量影響瞬態響應。一般來說，電容量越大，瞬態響應越好，兩者都利用減小幅度和周期來實現。而且較大的電容量還會影響瞬態響應的一次諧波分量。較大電容量還會產生電容補償所需的高電阻值，從而對電抗器損失有較高的補償。然而，電容量的增大意味著設備總的成本要高。
瞬態中也有差別，視鐵磁共振抑制電路20是有源電路還是無源電路而定。圖4a為有源電路的示例。該電路包含由電容器22和電感器24組成的並聯電感電容電路。在電感器24的中點和CCVT變壓器次級的一側之間連接加感電阻26。選擇電感電容電路是為了在電力系統信號頻率下產生共振並在該頻率下對電力信號電壓呈現出高電阻。加感電阻26將衰減那些含有非一次諧波電力系統頻率的電壓。
無源抑制電路如圖4b所示，包括永久加感電阻30和連接於變壓器次級的中點到其一側之間的並聯可飽和電感器32。次級兩端間連有空氣間隙加感電阻34。在正常操作條件下，次級電壓不夠高，還達不到接通空氣間隙或使電感器飽和的程度。這樣，加感電阻30對變壓器的性能無任何影響。然而，一旦產生鐵磁共振振蕩，次級上出現的附加電壓就會立刻接通與電阻34相連的空隙，從而使電阻34衰減振蕩。電感器32在高出額定次級電壓值約50％時飽和，這就有助於避免持續的鐵磁共振振蕩現象。
圖5為有源抑制電路35和無源抑制電路37各自與真實輸出電壓39相比較的CCVT瞬態。對於相同故障，無源抑制電路的CCVT響應明顯地要好得多。有源鐵磁共振電路的有源貯能元件就象一帶通濾波器，在CCVT次級產生附加時間遲延，從而加劇CCVT瞬態。無源共振電路一般對瞬態響應幾乎沒有負面影響，因為當鐵磁共振未發生時，其大多數元件與CCVT輸出是相互分離的。
與CCVT次級相連的負荷或負載，例如保護繼電器，對CCVT瞬態特性也有影響。當瞬態響應隨著電阻負荷的增加而在幅度和周期上都確實增加時，這種增加不會導致相應的繼電器延長動作時間特性也相應地增加。因此，就通常同CCVT瞬態特性相關的延長動作時間問題而言，每秒的電阻負荷看來並不重要。
如上所述，過去曾嘗試了用各種方法或補償來調節CCVT瞬態響應及其對有延長動作時間反應的1區元件的相應的影響。在某些情況下，解決方法一直是減小1區的距離。一般地說，已證明在延長動作時間長的情況下這種方法不太有效，因為這將使1區距離減小到無足輕重的地步。
另一種方法是延遲1區距離元的作用。如果延時超過瞬態響應周期，那麼瞬態響應可基本上被調整，而無任何直接不利後果。然而，用這種方法就要犧牲以快速固態、微處理器為基礎的繼電器反應速度快這一優點。
在本發明中，通過使用自動計算出來的臨界電壓和電流，時間延遲與用許多不同對比功能來確定的瞬態響應一起使用，如果某些選定的條件得到滿足，表明故障發生在1區範圍之內，而不是1區範圍外的故障(由於CCVT瞬態的原因，這種故障看起來象是發生在1區之內)，配合允許在時間延遲周期內發生斷路信號的監控性決定。
能達到這些效果的電路如圖6所示。圖6中電路的基本目的之一就是識別CCVT的瞬態狀況並防止由於瞬態而出現的距離元延長動作時間。然而，對於實際的1區故障來說，僅允許最小的時間延遲(比瞬態時間延遲小很多)。對於使用的方便及可靠性而言，圖6所示電路適用性強，可使用戶不必為了電路的操作而進行任何特別的設定。
然而，圖6所示電路在下列情況下由於缺少邏輯啟動設置而不起作用。首先，當特定繼電器沒有使用CCVT時，電路不起作用，這就是說，圖6中電路僅用於具有CCVT和由此而產生的瞬態響應的繼電器。其次，當CCVT使用無源鐵磁共振抑制電路時該電路也不起作用。如前面所指出的，這種無源抑制電路將會產生瞬態響應，它不會產生其它CCVT電路延長動作時間特性。第三，當某一特定應用中源—線電阻率(SIR)總是小於5時，該電路不起作用。
圖6中電路的作用前提是SIR為5或大於5。應該理解的是選擇其它SIR值也是可以的。圖6所示電路可在大範圍的SIR值內起作用而在性能方面不會有明顯損失。這個特徵在臨界值的自動計算上很重要，因為用戶無需提供輸入設置。
圖6中，檢測了電力系統的低電壓狀態。當電力系統的電壓低並且所有的極點(斷路器)都閉合時，繼電器輸入電壓就可能包括CCVT瞬態。確立一低電壓臨界值並將每個相—地電壓(A，B和C相)和相—相電壓(AB，BC和CA)都同臨界值相比較。如果這些電壓中的任何一個比規定的臨界值小，那麼，就可對結合有特定低電壓電路的常規相—地低電壓元件或相—相低電壓元件進行認定，這就是說，該特定元件產生高輸出。
圖6表示用於A相的相—地電壓比較器40。比較器40將A相電壓的絕對值與一低電壓臨界值(稱作Fset27CVT)進行比較。數字″27″是低壓元件的標準工業術語。其中的CVT部分是任意值，可以改變。
本發明中的低電壓臨界值是基於源—線電阻率(SIR)為5的徑向輸電線來確定的。當短路故障發生在徑向線的末端(超出1區範圍的故障)時，臨界電壓實際上就是預期的繼電器電壓。該臨界電壓值可以用後面討論的臨界電流值與特定輸電線的已知複製線電阻的乘積來計算。計算相—地低電壓元件的電壓臨界值的另一種方法是用額定電壓(66.4V)除以源電阻和線電阻。當SIR為5時，得到的臨界值為11.1V。該臨界值計算的突出優點在於它可以自動完成，無需用戶作任何定義設置。
如上所述，該臨界值要同A相電壓的實際值相比較，如果A相電壓小於臨界值，或門42就會被賦予一個高輸出。或門42的其它輸入是B相和C相的電壓使用類似臨界電壓值的類似比較器的輸出。或門42的輸出(稱為27PG)加於保護繼電器(圖中未示)的常規相—地低電壓元件並作為與門60的輸入。或門42的高輸出將導致對低電壓元件的認定。如上所述，數字″27″是繼電器低電壓元件的標準工業術語。″PG″是本說明書用於相—地低電壓元件的任意符號。1區距離元的認定輸出被分別稱為信號M1P(相距)和信號Z1G(地距)。
相—相電壓(AB，BC和CA)的低電壓狀態的確定可以用類似的方法。圖中表示了VAB電壓值用的比較器44。VBC值和VCA值也使用類似的比較器。將上面40中相—地低電壓的已經確定的臨界值乘以31/2後就可作為比較器44的臨界值。將A相對B相(AB)電壓的絕對值同該臨界值相比較。如果VAB值小於臨界值，就給或門46一個高輸出，或門46也接收來自BC和CA電壓比較器的輸入。如果這三個輸入中的任何一個值為高，那麼或門46的輸出(27PP)也為高，它將加於低電壓相—相元件，並且也用作與門61的輸入。或門46的27PP符號識別相—相低電壓狀態。
然而，只是由其中一個低電壓元件所認定的低電壓狀態還不足以可靠地表明CCVT瞬態情況及其遲延1區斷路，這是因為低電壓狀態也是實際故障(例如近距離故障)的跡象。為了可靠地顯示瞬態情況，低電壓確定要與過流元件結合使用或由它們監控。圖6表示了相—地電流IA和A相對B相電流IAB與臨界值的比較。當與低電壓比較時，對應的臨界值與每個相—地電流、相—相電流以及圖示的A相和AB相—相電流也要進行比較。
圖6中，A相的相—地電流(IA)與標為Fset50CVTG的臨界值進行比較。數字″50″是標出過流情況或元件的工業符號。該符號的其它部分是任意並可變的。IA的比較在比較器50中進行。
比較器50的臨界電流由下式確定IA＝I1+I2+I0＝3Vnom/6(2ZL1+ZL0＝Vnom/2·(2ZL1+ZL0)式中I1為順序電流，I2為逆序電流，I0為無序電流，Vnom為標稱電壓，即約為66.4VLN，ZL1為順序複製線電阻，ZL0為無序複製線電阻。這些電阻是用戶輸入的值，用於特定距離元所用線路和故障定位功能。這些電阻的值是用戶已知的並且是唯一的輸入值。如果IA大於臨界值，那麼比較器50的輸出為1或者更高的值，它與來自IB和IC比較器的輸入一起被用作或門54的輸入。如果或門54的任何一個輸入值為高的話，或門54的輸出也高，這就導致需對過流元50PGH進行認定。並且，符號″50″也是瞬時過流元的工業術語，而申請者則使用術語″PGH″來表示相—地過流元。
使用比較器56進行的相—相比較採用了臨界值50CVTP，對IAB的計算如下IAB＝|A2-A|·|I1I2|＝31/2·(2I1)＝31/2·Vnom/ZL1·6如果IAB大於臨界值，則比較器56的輸出為高，它被加於或門58。或門58的其它輸入來自類似IBC、ICA值的比較器。這些比較器的臨界值與上述用於IAB比較的相同。或門58的輸出(50PPH)賦予與門61。
仍看圖6，信號50PGH和信號27PG如上所述賦予與門60，而信號50PGH則被加於與門60的一個″非″輸入。並且，1區相—地距離元的輸出Z1G也賦予與門60。與門60的輸出在正常情況為低值，只有當低電壓指定(信號27PG)、″非″高電流指定(信號50PGH不存在)和1區相—地距離元認定(信號Z1G)一致時才變高。
如上所述，存在1區接地距離元認定信號的出現意味著繼電器將斷開電路斷路器，除非該信號被延遲或被取消。然而當上述條件滿足時，與門60的輸出就為高並賦予或門62，或門62的輸出(包括標作信號SOFTE和信號SPO+3PO的″非″輸入)賦予與門64。
信號SOFTE(轉換到故障啟動(switch onto fault enable))在先前斷開的斷路器再閉合後的短時間內為高。其餘時間則為低。因此，除非斷路器剛剛再閉合，這個與門64的輸入為高。當或者出現單極開信號(SPO)(就是說打開一個相斷路器)，或者所有三個極均為開(3PO信號)時，與門64的其它輸入(SPO+3PO)為高。如果所有的極均閉合，那麼相應的″非″輸入也為高，並且當出現信號Z1P時，就在計時器66上加一個信號。計時器66在其輸入信號從0轉到1時啟動，啟動時間為零。計時器66運轉1.375周，在一般情況下已足以包括CCVT瞬態的周期。計時器66的輸出賦予與門68，同時還在其″非″輸入上加上一個稱作m計算順利信號的信號。「m計算」一詞指的是下式中的故障電阻確定。″順利″確定是指故障發生後計算故障電阻值還原到正常值所需的穩定時間。還原或順利的速度可從CCVT瞬態中分辨出近距離故障。順利確定由一系列比較器來執行；比較器72是ASB相的m計算的範例。
比較器72將數量0.15·mab(k)+0.135與mab(k)-mab(k-1)的絕對值進行比較，這裡mab是AB相的m計算(只檢測出現於繼電器的故障所需距離元的最小範圍)，k是這個值最近的確定值，k-1是最接近最近值(k)的值。每次電力信號循環可執行8次的mab計算。在本發明的精神下，其它過程間隔當然也可以使用。該m計算是故障電阻的確定，可根據下式m＝Re(V·VP*)/Re(ZIVP*)式中V等於輸電線路上的測量電壓，VP*為極化電壓的複合共軛值，Z為複製線電阻，I為電力系統的測量電流。極化電壓是繼電器內用於故障方向和其它故障測量的參考電壓。
將比較器72正(+)輸入的m值表達式同最近計算出的m值與下一個最近m值之差進行比較。如果比較器72正(+)輸入的m值表達式大於「負(-)」輸入處的m值時，比較器72的輸出就賦予與門74。與門74的其它輸入為圖6中所示的信號mAB1。MAB1為比較器76對mab值與1區AB相距離元臨界值進行比較後的結果。如果該mab值小於臨界值，則比較器76的輸出為高並被賦予與門74。mab值小於1區臨界值意味著繼電器在1區相距離元的範圍內檢測到一故障。
與門74的輸出作為一個輸入加於或門78。或門78的其它輸入是B相與C相、C相與A相故障電阻m計算順利的類似比較結果。類似的比較器74和與門77的組合如圖所示，與mcg電阻值同選定的臨界值相比較的結果一起用於C相對地的檢測。A相對地和B相對地也使用類似的比較器和與門的組合。這些輸出也賦予或門78作為其輸入。
或門78的輸出賦予計時器80。如果上述的任何m計算的比較產生例如來自與門74或其它可比較與門的高輸出，這說明故障電阻值在與CCVT瞬態相反的近距離故障表徵率下已穩定或正常。當或門78的輸出變高時，計時器80的輸出從其開始升高時起被延遲3/8周；隨後只要或門78的輸出保持高值，則它也保持為高值。
計時器80的高輸出賦予與門68以減損或消除計時器66的阻塞信號輸出。如果m計算順利係數不表明可立即還原為正常時，則計時器80的輸出將繼續保持為低值，與門68的輸出將為高值。該輸出作為″非″輸入賦予與門82。與門82的其它輸入為1區距離元的1區相或地的認定。如果1區距離元認定存在(否則該認定會引起斷路信號)，並且這些情況已滿足表明CCVT瞬態的存在，以至計時器66運轉了1.375周，如果m計算順利不足以使用計時器80的輸出來消除計時器66的輸出，那麼與門82的輸出仍保持低值並且沒有斷路信號，這引起1區斷路信號使計時器66遲延1.375周。
然而，如果計時器80有輸出，說明導入計時器80的電路消除或監控功能已經滿足，則在3/8周和從1區距離元有連續信號後，與門82會有一高輸出，導致1.375周延遲的消除以產生一快速斷路信號(在整個1.375周之前)。因此，當實際故障引起延遲時，會對CCVT瞬態測定電路產生的斷路起到保護作用。
因此，本發明不僅提供了一種考慮了CCVT瞬態的可控斷路信號，並且提供了在發生可識別真實故障時(由m計算得出)的快速斷路。同時，電路也便於用戶操作，因為在SIR值大於5的CCVT應用中，基本上不需要用戶定義。僅需要設定線電阻值，並且在距離保護時需要進行這些設定。然後所有檢測的臨界值都自動計算出來。
上述方案的確優於以前的系統，那些系統試圖通過加入一延伸超過瞬態周期的延遲時間來補償CCVT次級的CCVT瞬態輸出。然而，當在系統1區範圍內恰好發生實際故障時，那種方案會遇到斷路延遲。然而，對於與保護繼電器相當靠近並在1區內的故障(近距離故障)，則不會有任何預先準備斷路時間延遲。圖7-9中的系統消除了圖1-6中1區近距離區域故障的預先準備時間延遲。
該系統(圖7-9所示)自動地將保護系統1區範圍分為兩部分，分別稱為瞬時部分和延時部分。1區瞬時部分的延展或″範圍″可通過先計算原始1區的SIR(系統電阻率)值，然後用該SIR值在標有1區範圍減少與SIR值的對應換算表來確定。
對於任何被確定位於該瞬時區間內的故障(例如近距離故障)而言，都會立刻發生無延遲斷路，因為對於這些故障而言，延長動作時間不成問題，而對於位於最大瞬時區間1範圍與原始1區範圍之間的故障而言，當從1區元產生一斷路信號時，需同時使用時間延遲和m順利(前面方案中得到的)定義來確定。因此，本發明在防止由於CCVT瞬態而產生的1區元延長動作時間方面具有優點，如上述系統所完成的那樣；並且在產生無延長動作時間現象的近距離故障(即1區範圍瞬時部分內的故障)的非延時斷路信號方面更進一步具有優點。這樣就提高了保護系統的可靠性。
圖7所示為一在線路兩端裝有兩個斷路器102和104的電力線路100的簡單示意圖。圖7也表示出1區範圍106，它從繼電器103位置延伸到稍前於斷路器104一點，或線路的末端(典型的線電阻為85％)。如上所述，CCVT變壓器一般情況下會由1區元產生一不期望的1區延長動作時間。圖1-6的方案提出了一種補償或克服該延長動作時間的特別方法。在那種方案中，假定有一個大於5的固定的SIR。而在本方案中，即圖7中，1區範圍106分為兩部分，瞬時部分110從原點或正常1區範圍的起始點(即繼電器的位置)到距常規1區範圍末端前一定距離的一點。在該區域內，延長動作時間不成問題。1區的其餘部分，從瞬時部分110的末端到正常1區範圍的末端，在圖7中示為1區範圍的時間延遲部分114。
1區瞬時部分106的範圍根據系統的SIR(系統電阻率)的不同而有所變化。利用1區範圍電阻ZR1和源電阻ZS1(兩者均已知或很容易計算出來)可自動計算該系統電阻率。在顯示的方案中(參照圖9)，順序源電阻(ZS1)在步驟116時第一個被計算出來。該順序源電阻的計算為常規計算，這裡就不作詳細介紹了。其次，在步驟118，第二個被計算出來的SIR是根據公式SIR＝ZS1/ZR1得到的，這裡ZR1為原始1區的範圍電阻。
下一步驟中，如步驟120所示，確定了減小後的範圍，即原始1區的瞬時部分110。這是根據圖8圖表中信息使用設備中的自動計算來完成的。該圖表將前面提到的計算SIR值與分數表示的範圍值(1區範圍的分數)就有源CCVT和無源CCVT設置，即兩類用途進行了比較。這些標定在圖8中以線122(有源CCVT)和線124(無源CCVT)表示。對於特定SIR值，適當的標定線將會提供1區範圍內的減少量。例如，對於SIR為10的有源CCVT，分數範圍為0.4。因此，原始1區瞬時部分為原始1區的0.4。從圖表中得到的分數乘以原始ZR1值就得到減小後1區(即瞬態部分110)的實際電阻。這在下文中被稱作減小的範圍值。
當線100上發生故障時，恰好檢測故障所需的最小範圍被計算出來，如步驟126所示。這樣做是為了確定故障是否位於瞬時部分110內。這個範圍計算(這裡稱作m範圍計算)在由本發明受讓人所有的題為″電力輸電線計算有效距離繼電器″美國專利第5,325,061號中有所閘述，並在這裡列作參考文獻。在前面相關的方案中也談到過m計算。這能方便地確定故障的大致距離。也可使用其它的計算方法。然後m範圍值(以電阻表示)與1區瞬時部分(減小後的範圍)的電阻進行比較。如果m範圍值小於或等於減小後的範圍值，則系統電路斷路器就斷路，如步驟132所示。這樣，實際上對於1區瞬時部分內的故障(即近距離故障)而言，實際上會立刻發生斷路，就是說，在保護系統中無故意的延遲。
然而，如果最小範圍值大於減小後的範圍(即故障不在1區瞬時部分內)，則會在步驟134中與1區的整個範圍作進一步的比較。如果最小範圍大於原始1區(大於ZR1)，數據處理循環就可結束。這意味著故障發生於原始1區範圍之外，繼電器103不工作。然而，如果最小範圍值(M)小於或等於1區範圍(但大於減小後的範圍值)，則意味著故障位於圖7的時間延遲部分中。
此時，計時器啟動，累計時間T。計時器T在設定值(T＝0)時啟動，然後每次數據處理循環發生時就累計一附加的時間。累計下的時間T在步驟138中同設定值進行比較。設定值的一個例子是電力系統信號的1.5周。如果時間T大於設定值，此處設定值的設定是為了使其大於CCVT瞬態的時間(見圖5)，則會產生一斷路信號。如果累計時間T小於設定值，則在步驟140進行順利的比較。這種順利確定已在圖1-6所示方案中討論過。若順利準則未能滿足，則數據處理循環結束。如果順利可滿足已定準則，則意味著瞬態已消失，然後會產生一斷路信號。
因此，在本方案中，SIR值是在確定1區瞬態範圍部分和延時範圍部分的同時加以計算和使用的。如果經確定故障實際位於瞬時部分內，則立刻完成斷路動作。同採用第一種方案一樣，本方案的優點在於所有的步驟都是自動進行的。
雖然這裡闡述了本發明的優先實施方案，但應該理解的是，各種變化、改進和替換都以包含在方案中而不違背本發明的實質，這些都規定在權利要求中。
權利要求
1.使用具有1區距離元和設定範圍的保護繼電器來增強電力系統可靠性的系統，繼電器響應來自耦合電容變壓器次級的信號輸出，該次級信號有一瞬態，其中所述系統包括確定保護繼電器原始1區範圍SIR值的手段；使用該SIR值確定1區範圍內減少量的手段；對應發生在電力系統電力線部分的故障，確定該故障是否位於減小後的1區範圍內的手段。當故障經確定位於減小後的1區範圍內時，提供無故意延時斷路信號的手段；以及當故障經確定超出減小的1區範圍但位於原始1區範圍內時，將斷路信號延遲一段選定的時間的手段。
2.按照權利要求1所述的系統，其中所述選定的時間大約為電力線上電力信號的1.5周。
3.按照權利要求2所述的系統，包括確定恰好檢測故障所需最小範圍的手段和比較該最小範圍與減小範圍值的手段。
4.按照權利要求1所述的系統，其中所述減小的範圍足以包含近距離故障。
5.按照權利要求1所述的系統，其中如果選定的順利基準符合來自變壓器的次級信號，所述斷路信號延遲則被超越。
全文摘要
確定保護繼電器原始1區距離元範圍的系統電阻率(SIR)。然後使用SIR值和已知的減少值圖表來確定原始1區範圍內的減少量。當故障被確認後,確定恰好檢測故障的最小範圍。如果最小範圍小於或等於減小後的範圍,提供無任何延遲的斷路信號。如果最小範圍大於減小後的範圍但不大於原範圍的話,斷路被延遲一選定時間。
文檔編號H02H3/40GK1244964SQ98801542
公開日2000年2月16日 申請日期1998年10月13日 優先權日1997年10月17日
發明者阿曼德·蓋茨曼－卡西羅斯, 傑弗裡·B·羅伯茨 申請人:史懷哲工程實驗室公司