專利名稱：改進(jìn)的電力線保護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力線的保護(hù)，特別涉及保護(hù)所謂“放射狀連接”電力線系統(tǒng)的改進(jìn)的方法。
背景技術(shù)：
已知的一種最重要的電力線(包括電力電纜)故障保護(hù)技術(shù)是所謂的過流(OC)保護(hù)技術(shù)。參見例如GEC Alsthom Protection and ControlLtd.的“Protective Relays Application Guide”(保護(hù)繼電器應(yīng)用指南)，第三版，1987年6月。使用該技術(shù)的保護(hù)設(shè)備通過與線路中的電流互感器的連接監(jiān)測電力線中的電流，當(dāng)電流超過預(yù)定閾值時(shí)，該保護(hù)設(shè)備發(fā)出一個(gè)跳閘信號(hào)來斷開與該設(shè)備關(guān)聯(lián)的電力線斷路器。這樣的保護(hù)設(shè)備傳統(tǒng)上稱為“繼電器”，它們具有電流和時(shí)間整定值，這些整定值可調(diào)，以便相對(duì)于相鄰繼電器的整定值呈階梯，以允許在故障或過載狀態(tài)期間實(shí)現(xiàn)正確的識(shí)別。在電力網(wǎng)絡(luò)具有若干段電力線，每一段之間串聯(lián)連接，在其接點(diǎn)上沒有重大阻抗，且電源阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各段阻抗的情況下，在網(wǎng)絡(luò)不同位置的故障電流的幅值之間將幾乎沒有差別。在這些情況下，繼電器電流整定值的階梯(電流階梯)不能提供滿意的性能，所以在故障狀態(tài)期間，通過使用時(shí)間階梯的繼電器來獲得正確的識(shí)別，即，整定為在不同的時(shí)間延遲后動(dòng)作的繼電器。與相鄰段關(guān)聯(lián)的繼電器之間的時(shí)間差可以整定為足以允許在與更靠近電源的相鄰段關(guān)聯(lián)的繼電器能夠啟動(dòng)該段斷路器的斷開之前，由合適的斷路器斷開并清除其段上的故障。


圖1示出備有基于時(shí)間階梯的OC繼電器的已知類型保護(hù)方案的放射狀連接電力線系統(tǒng)。從系統(tǒng)的電源端看，電源S給母線1輸送功率，線路段L1從母線1輸送電流至母線2?？拷妇€1的L1線路段的電流由電流互感器CT測得，其信號(hào)被傳遞給繼電器R1以控制關(guān)聯(lián)的斷路器B1，B1用符號(hào)X表示。通過L1段流入母線2的電流被分配給與母線2相連的另外段L21和L22，其并聯(lián)連接到母線2(當(dāng)然單獨(dú)看，L21和L22分別與L1串聯(lián))。段L21和L22又將電流輸入另外的母線31和32，每條母線又有另外的線路段L31、L32、L33等，并聯(lián)連接到它們，以此類推，完成整個(gè)系統(tǒng)。因此，在這樣的電力線系統(tǒng)中，電流被說成是從系統(tǒng)電源端通過上述包括“放射形連接”電力線路段的支路傳遞至遠(yuǎn)端。和段L1相似，另外的各線路段L21、L22等均配有各自的電流互感器，將段電流測量值傳遞給與斷路器B21、B22等關(guān)聯(lián)的保護(hù)繼電器R21、R22等。各繼電器R1、R21、R22等與所關(guān)聯(lián)的斷路器和線路電流互感器(其可能和電壓互感器結(jié)合)一起，就近安裝，如靠近或裝在各段的電氣始端，即距電源最近端。
在這樣一個(gè)電力線系統(tǒng)中，如所示只在一端具有單一電源，故障電流只能流向一個(gè)方向，即，從電源到故障。為了保護(hù)各線路段，安排安裝在系統(tǒng)不同位置的各個(gè)繼電器用不同的時(shí)延動(dòng)作。從右至左的順序?yàn)閠f4→tf3→tf2→tf1，其動(dòng)作時(shí)間分別為0.1s→0.5s→0.9s→1.3s。從圖1可以看出，距電源S較近的繼電器的動(dòng)作時(shí)間比距電源較遠(yuǎn)的繼電器的動(dòng)作時(shí)間慢。諸如L1段中F1處發(fā)生的故障將比在距電源S較遠(yuǎn)的F3處的故障導(dǎo)致更高的電流電平。實(shí)際上，L1段的故障電流可能高到只能允許其持續(xù)很短時(shí)間，這與較慢的動(dòng)作時(shí)間的要求相抵觸。因此應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，盡管當(dāng)采用預(yù)定時(shí)間延遲的繼電器時(shí)，很容易選擇保證達(dá)到正確識(shí)別所需的較慢的動(dòng)作時(shí)間，但是這種采用必須限于有相對(duì)較少的串聯(lián)連接斷的電網(wǎng)。
因此本發(fā)明的目的是使得放射狀連接的電力線系統(tǒng)的保護(hù)繼電器可通過適應(yīng)流行的系統(tǒng)和故障狀態(tài)，做出加速動(dòng)作決定，從而在以前所知的時(shí)間階梯過流繼電器不能提供滿意性能的情況下，大幅度減少動(dòng)作時(shí)間。
本發(fā)明利用兩種彼此結(jié)合的新型繼電器功能來確保上述目的。
發(fā)明概述在包含有放射狀連接電力線的類型的電力線系統(tǒng)中，其中線路段的第一電氣始端可以與電源相連，本發(fā)明提供了一種保護(hù)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)繼電器，該繼電器安裝在至少靠近各線路段的始端以保護(hù)該段線路，每個(gè)繼電器有一關(guān)聯(lián)的斷路器，這些繼電器配有加速過流功能的主保護(hù)和欠流/欠壓功能的輔助保護(hù)，這些繼電器具有方向性，主保護(hù)和輔助保護(hù)功能的時(shí)間延遲彼此呈反向階梯，主保護(hù)和輔助保護(hù)的功能在繼電器中這樣分配，使得如果位于主保護(hù)繼電器末端的輔助保護(hù)繼電器的欠流/欠壓功能觸發(fā)了與其關(guān)聯(lián)的斷路器的動(dòng)作，則主保護(hù)繼電器中的加速過流功能就會(huì)觸發(fā)與該繼電器關(guān)聯(lián)的斷路器的加速動(dòng)作，從而把主繼電器所保護(hù)的線路與電源隔離開。
方便的是，配有輔助保護(hù)功能的繼電器可能還另外具有自動(dòng)重合閘功能。
應(yīng)該理解在其一種形式下，本發(fā)明設(shè)想將主保護(hù)和輔助保護(hù)的功能分配在繼電器中，以使每個(gè)繼電器僅有一種功能。這種情況下，在靠近單個(gè)線路的兩端都備有繼電器，位于每段線路始端的繼電器具有加速過流功能，而位于線路終端的繼電器具有欠流/欠壓功能。
應(yīng)該理解，按以上方式分配兩套保護(hù)功能有效地建立了按其功能分類的兩套不同的繼電器。因此，本發(fā)明也可說為電力線系統(tǒng)提供保護(hù)系統(tǒng)，該電力線系統(tǒng)包括放射狀連接的電力線段和電源，電源是向和其相連的第一個(gè)線路段的電氣始端輸電的。保護(hù)系統(tǒng)包括時(shí)間階梯的主保護(hù)和輔助保護(hù)繼電器，及其關(guān)聯(lián)的斷路器，其中兩套保護(hù)共同起作用使電力線系統(tǒng)免于故障情況，主保護(hù)繼電器及其關(guān)聯(lián)的斷路器就近安裝在電力線系統(tǒng)線路段的始端以保護(hù)該段線路，輔助繼電器及其關(guān)聯(lián)的斷路器就近安裝在該線路段的末端，且與主保護(hù)繼電器呈反向時(shí)間階梯，主保護(hù)中的每個(gè)繼電器具有過流功能，如果該繼電器檢測到該線路段的末端有故障，則經(jīng)過預(yù)定時(shí)間延遲后該繼電器動(dòng)作，跳開所關(guān)聯(lián)的斷路器，每個(gè)過流功能包括或關(guān)聯(lián)一個(gè)加速跳閘功能，如果主保護(hù)中的繼電器檢測到與其在相同線路段的輔助保護(hù)中的繼電器關(guān)聯(lián)的斷路器動(dòng)作，則此加速跳閘功能在預(yù)定時(shí)間延遲到達(dá)前觸發(fā)關(guān)聯(lián)的斷路器；輔助保護(hù)中的每個(gè)繼電器具有方向性的欠流和欠壓功能，從而如果該線路段的始端有故障，就啟動(dòng)所關(guān)聯(lián)斷路器的快速斷開。
方便的是，輔助繼電器還可以具有自動(dòng)重合閘功能。
進(jìn)一步應(yīng)該理解在可替換的形式下，本發(fā)明設(shè)想將主保護(hù)和輔助保護(hù)的功能分配在繼電器中，以使除了最始端繼電器之外的各繼電器有兩種功能。在這種情況下，繼電器僅就近安裝在各線路段的始端，各繼電器配有加速過流功能，除了第一線路段中的繼電器之外的其它各繼電器還具有方向性的欠流和欠壓功能。
因此本發(fā)明可另外說成為電力線系統(tǒng)提供保護(hù)系統(tǒng)，該電力線系統(tǒng)包括放射狀連接的電力線路段和電源，電源為和其相連的第一條線路段的電氣始端輸電。該保護(hù)系統(tǒng)包括有時(shí)間階梯的繼電器和關(guān)聯(lián)的斷路器，該斷路器就近安裝在各線路段的始端以保護(hù)該段線路免于故障情況。各繼電器具有過流功能，如果繼電器檢測到其末端有故障，則在預(yù)定的時(shí)間延遲后，該過流功能動(dòng)作，跳開所關(guān)聯(lián)的斷路器。每個(gè)過流功能包括或關(guān)聯(lián)一個(gè)加速跳閘功能，如果繼電器檢測到末端相鄰段的斷路器動(dòng)作，則該加速跳閘功能就會(huì)動(dòng)作，在預(yù)定的時(shí)間延遲到達(dá)之前跳開所關(guān)聯(lián)的斷路器。除第一線路段的繼電器之外的其它各繼電器還具有方向性的欠流/欠壓功能，如果在該線路段的始端發(fā)生故障，其動(dòng)作以啟動(dòng)所關(guān)聯(lián)斷路器的快速斷開。
附圖簡述現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的示范實(shí)施例，其中圖1是多段放射狀連接的電力線系統(tǒng)的等效電路，該系統(tǒng)配有適合執(zhí)行已知類型的時(shí)間階梯過流保護(hù)方案的繼電器。
圖2a和2b是配有適合實(shí)施本發(fā)明的繼電器的多分支放射狀連接的電力線系統(tǒng)的等效電路。
圖3至5是圖2a和2b的繼電器對(duì)電力線上各種故障的響應(yīng)的圖形描述。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳述在圖1和圖2中，靠近繼電器R1、R21等的箭頭用于指示繼電器將響應(yīng)的故障的方向。OC表示圖1中的繼電器R1、R21、R22、R31等和圖2a、2b中的R31的過流保護(hù)功能；AOC表示圖2a、2b中的繼電器R1、R21和R22的加速過流保護(hù)功能；UCV表示圖2a中的繼電器R1’、R21’、R22’和圖2b中的繼電器R21、R22和R31的欠流和欠壓保護(hù)功能；tf1、tf2、tf3和tf4是圖1、2a和2b中不同位置的OC和AOC繼電器的正向動(dòng)作時(shí)間的整定值；tr1和tr2是圖2a中的UCV繼電器R1’、R21’、R22’和圖2b中的繼電器R21、R22和R31的反向動(dòng)作時(shí)間的整定值。
也應(yīng)該注意到在圖2a和2b中，所示的各種繼電器均與各自的斷路器B1、B1’、B21、B21’等及各自的電流和電壓互感器CT+VT相關(guān)聯(lián)，CT+VT用于向繼電器提供線路電流和電壓的測量值。當(dāng)然，電流和電壓的測量是對(duì)電源的所有三相的，使得繼電器能夠連續(xù)地監(jiān)測所有三相。同樣，斷路器在所有三相上動(dòng)作。
根據(jù)本發(fā)明的圖2a實(shí)施方案，繼電器被分為兩組，共同作用以保護(hù)電力系統(tǒng)(1)AOC組。該組中的繼電器具有加速過流(AOC)功能。其包括本身公知的過流功能(OC)，該功能又包括或關(guān)聯(lián)根據(jù)本發(fā)明的加速過流功能。這些繼電器安裝在它們所保護(hù)的線路段靠近電源端，即所謂的“始端”。這些繼電器的OC功能負(fù)責(zé)檢測故障，而加速跳閘功能負(fù)責(zé)在繼電器檢測到故障后，關(guān)聯(lián)斷路器的加速動(dòng)作。
(2)UCV組。該組中的繼電器除了自動(dòng)重合閘功能外，還具有方向性的欠流和欠壓(UVC)功能。它們安裝在所保護(hù)線路的遠(yuǎn)端或“末端”。如果在所保護(hù)段的始端(即電源側(cè))發(fā)生故障，其啟動(dòng)斷路器的立即跳閘。這使得AOC繼電器能夠確定故障是否發(fā)生在它們所保護(hù)的線路上。和AOC繼電器相比，UCV繼電器呈反向時(shí)間階梯，即，從電源端至負(fù)載端。
圖2a和2b所示的系統(tǒng)配置說明了本發(fā)明的兩個(gè)主要的實(shí)施方案。它們的基本原理非常相似，圖2a用于舉例說明第一種主要的實(shí)施方案，一旦理解了第一種的基本原理，第二種主要的實(shí)施方案能很容易的被解釋。
圖2a的多段放射狀連接的電力線系統(tǒng)有四級(jí)，每個(gè)包括多個(gè)線路段L1、L21、L22、L31等。AOC繼電器R1、R21、R22和UCV繼電器R1’、R21’、R22’是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的，而OC繼電器R31、R32、R33是已知類型的過流保護(hù)繼電器。斷路器B1、B21、B22、B31、B32等與各自的AOC和OC斷路器關(guān)聯(lián)，保護(hù)圖示的各關(guān)聯(lián)線路段。斷路器B1’、B21’和B22’與UCV繼電器關(guān)聯(lián)，通常分別用于保護(hù)其相關(guān)的母線‘Y’和‘Z’。圖中示出了這些繼電器在常規(guī)的時(shí)間階梯系統(tǒng)中的動(dòng)作時(shí)間，例如，繼電器R31的正向動(dòng)作時(shí)間整定為tf3＝0.5s。但是，UCV組繼電器的動(dòng)作時(shí)間階梯呈反向，例如，繼電器R1’的反向動(dòng)作時(shí)間整定為tr1＝0.1s，而繼電器R21’則整定為tr2＝0.5s。
本發(fā)明的繼電器R1、R1’、R21、R21’、R22和R22’負(fù)責(zé)其關(guān)聯(lián)線路段L1、L21和L22的加速保護(hù)。運(yùn)行的主保護(hù)AOC繼電器R1、R21和R22安裝在其所保護(hù)線路段的始端或鄰近始端處(即它們安裝在線路段上距電源S最近處)。此主保護(hù)繼電器具有兩種主要功能(i)根據(jù)已知OC原理的初始正向故障檢測和(ii)用于發(fā)生在其所保護(hù)的線路段上的故障的使用本發(fā)明的AOC原理的加速動(dòng)作。UCV繼電器R1’、R21’和R22’構(gòu)成輔助運(yùn)行的保護(hù)，安裝在各自所保護(hù)線路段L1、L21和L22的末端(遠(yuǎn)端或接收端)。它們負(fù)責(zé)快速檢測從電源方向流向繼電器安裝處的故障電流。和已知的依靠電流幅值的增加(過流)檢測故障的OC繼電器不同，UCV繼電器依靠電流幅值(即欠流)和電壓(即欠壓)的減小來檢測故障，或方向性的欠流和欠壓。UCV也配有常規(guī)的自動(dòng)重合閘功能，其定義為在繼電器斷開所關(guān)聯(lián)的斷路器后，經(jīng)過一固定時(shí)間的延遲，自動(dòng)閉合所關(guān)聯(lián)的斷路器B1’、B21’、B22’。
當(dāng)故障發(fā)生在L31段，例如‘F3’處時(shí)，由于電流的變化繼電器R1、R21和R31將檢測到故障，但傳統(tǒng)的OC繼電器R31將在較短的固定整定時(shí)間0.5s動(dòng)作，觸發(fā)斷路器B31，從而把故障和其它線路段隔離開，防止繼電器R1和R21觸發(fā)其斷路器。在線路段L31，傳統(tǒng)OC繼電器R31的整定時(shí)間被認(rèn)為足夠短，可避免大故障電流電平的破壞作用。
L1上故障的典型響應(yīng)若圖1中L1段的‘F1’處發(fā)生單相或兩相故障，公知繼電器R1的動(dòng)作時(shí)間為所示的1.3s，這樣長是不期望的。關(guān)于圖2a，應(yīng)該記得，因?yàn)楦骼^電器從其關(guān)聯(lián)的電流和電壓互感器CT+VT接收線路電流和電壓的測量值，其可檢測到相應(yīng)線路段的所有三相的電壓和電流。由于繼電器R1’處故障相的電壓和電流降為接近零，因此繼電器R1’可采用本發(fā)明的UCV功能檢測故障F1。因此繼電器R1’將立即(或至少非常迅速)或短暫延遲后斷開其關(guān)聯(lián)的三相斷路器B1’，解釋如下。斷路器B1’的斷開造成線路段L1在Y端成開路，但由于故障在繼電器R1和R1’之間，其并沒有清除故障。但是，由于斷路器B1’干擾了所有三相，非故障或“健康”相的電流在X端降為零，可是電流仍繼續(xù)流入故障相。由于這種電流不平衡的狀態(tài)，繼電器R1將檢測到斷路器B1’已斷開，從而檢測到故障在所保護(hù)線路段L1上。從而R1立即斷開其關(guān)聯(lián)的斷路器B1，而不是等待固定時(shí)間延遲1.3s。檢測到斷路器B1’的動(dòng)作僅需幾個(gè)工頻周期，因而本發(fā)明可明顯加速R1的工作時(shí)間。此外，繼電器R1被編程來檢測從故障開始的預(yù)定時(shí)間窗口內(nèi)由繼電器R1’操作的斷路器B1’的斷開情況，這也方便了繼電器R1對(duì)遠(yuǎn)處斷路器B1’的動(dòng)作的正確檢測。在斷路器B1可能斷開固定時(shí)段過后，繼電器R1’將發(fā)出自動(dòng)重合閘命令，閉合斷路器B1’。
放射狀連接的電力線系統(tǒng)有可能通過母線X與另一電力線系統(tǒng)的端子相連，該另一系統(tǒng)就變成電源S。繼電器R1’因而可能需要一段時(shí)間裕度來延遲其動(dòng)作，從而允許來自系統(tǒng)電源側(cè)始端的任何故障。在電源始端的電壓電平較高的情況下，電力線通常由基于快速技術(shù)如電流差動(dòng)或距離保護(hù)方案的保護(hù)繼電器保護(hù)。始端保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間將小于0.1s。這是通常小于40ms的繼電器動(dòng)作時(shí)間和約40到60ms的斷路器動(dòng)作時(shí)間的總和。
L21上故障的典型響應(yīng)同樣地，L21段發(fā)生故障F2，繼電器R21’將基于其UCV功能檢測該故障情況，并在固定時(shí)間延遲tr2＝0.5s后斷開其關(guān)聯(lián)的斷路器B21’。斷路器B21’的斷開造成線路段L21的一端呈開路，但并沒有清除故障。因此，由于三相電流的不平衡，繼電器R21將檢測到斷路器B21’的斷開。R21將立即斷開其關(guān)聯(lián)的斷路器B21，而不是如公知的方案等待固定時(shí)延0.9s，以將故障和線路段L1隔離開，并抑制繼電器R1發(fā)出跳閘信號(hào)。在斷路器B21可能斷開的固定時(shí)段過后，繼電器R21’將發(fā)出自動(dòng)重合閘命令，閉合斷路器B21’。
母線‘Y’上或靠近母線‘Y’處故障的典型響應(yīng)當(dāng)故障發(fā)生在線路段L21或L22上靠近母線‘Y’處時(shí)，繼電器R21’和R22’都將檢測到故障，并斷開其關(guān)聯(lián)的斷路器B21’和B22’，兩線路的正常相的電流均降為零。故障線路段上的繼電器R21或R22可很容易地檢測到此變化，并按加速模式斷開其關(guān)聯(lián)的斷路器，而正常線路段上的繼電器將由于未檢測到該線路的故障而沒有響應(yīng)。仍然是在斷路器B21或B22被希望動(dòng)作的固定時(shí)段過后，正常線路段上的繼電器R21’或R22’將發(fā)出自動(dòng)重合閘命令，閉合其關(guān)聯(lián)的斷路器。
如果母線‘Y’上沒有連接負(fù)載，斷路器B21’和B22’的斷開也將把繼電器R1正常相電流降為零，即繼電器R1將象B1’斷開后它動(dòng)作的那樣經(jīng)歷相同的情況?？墒荝1將僅在故障開始的0.5s內(nèi)響應(yīng)，因?yàn)槠谕鸅1’在這段時(shí)間內(nèi)動(dòng)作。斷路器B21’和B22’將不會(huì)在0.5s(tr2)延遲后動(dòng)作，如圖所示。從而R1能實(shí)現(xiàn)正確動(dòng)作。
母線‘Y’上有負(fù)載時(shí)繼電器R21’和R22’的瞬時(shí)動(dòng)作繼電器R21’和R22’同樣能設(shè)置為在如圖2a所示，母線‘Y’上有負(fù)載的情況下，瞬時(shí)動(dòng)作的模式。在這種模式下，繼電器將采用其UCV功能瞬時(shí)斷開其關(guān)聯(lián)的斷路器B21’和B22’，而不是延遲tr2(0.5s)。通過這種布置，繼電保護(hù)L21和L22的響應(yīng)速度可進(jìn)一步加快。
雖然對(duì)于線路段L1上的故障，該動(dòng)作是不必要的，但它不會(huì)影響所提出的技術(shù)的整體性能。這是因?yàn)槔^電器R1’斷開斷路器B1’將中斷電源與線路段L21和L22的連接，所以，繼電器R21’和R22’的斷開將對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行沒有副作用。
對(duì)線路段L21或L22上靠近母線‘Y’側(cè)在動(dòng)作區(qū)域范圍外的故障，因?yàn)橛须娏鞑粩嗔飨蚰妇€‘Y’上的負(fù)載，從繼電器R1看，斷路器B21’和B22’的瞬時(shí)斷開將不會(huì)把正常相電流減為零，所以對(duì)這類故障，R1將不會(huì)以加速方式動(dòng)作。
本發(fā)明第二種主要的實(shí)施方案用于如圖2b所示的系統(tǒng)配置，其主要區(qū)別在于圖2a中的繼電器R1’、R21’和R22’在2b中不存在，原因是對(duì)于某些系統(tǒng)配置，電流互感器CT無法安裝在R1’、R21’和R22’處，因而把UCV功能分別并入繼電器R21、R22、R31、R32和R33中。例如，繼電器R21不僅負(fù)責(zé)線路段L21的OC和AOC保護(hù)，而且負(fù)責(zé)線路段L1的UCV保護(hù)。圖2b中的R21和R22共同扮演圖2a中繼電器R1’的角色。當(dāng)線路段L1發(fā)生故障時(shí)，繼電器R21和R22的UCV功能(指向左的箭頭)將檢測到故障，并斷開關(guān)聯(lián)的斷路器B21和B22，使得線路段L1一端開路。因此，該實(shí)施例中在母線‘Y’和‘Z’上沒有負(fù)載直接和其相連，L1上的正常相電流降為零，使得R1可檢測到斷路器B21和B22的動(dòng)作。在這種情況下，斷路器B21和B22的斷開意味著故障發(fā)生在所保護(hù)的L1段，從而，R1以加速方式動(dòng)作斷開其關(guān)聯(lián)的斷路器B1使故障隔離開。
基于相同原理，繼電器R31、R32和R33的UCV功能同樣對(duì)線路段L21上的故障F2做出相應(yīng)的響應(yīng)，使得始端設(shè)備R21加速斷開。
舉例基于圖2a給出的配置，下述舉例用于證明本發(fā)明繼電器的性能。這些例子也適用于圖2b的系統(tǒng)配置。圖3a、3b、4a、4b和5a、5b均由圖形(1)至(4)組成，這些圖形分別表示繼電器R1、R1’、R21’和R22’的故障響應(yīng)。圖3a、4a、5a表示三相電流Ia、Ib、Ic的響應(yīng)，圖3b、4b、5b表示三相電壓Va、Vb、Vc的響應(yīng)。
1.對(duì)線路段L1單相故障的響應(yīng)曲線圖3a和3b表示當(dāng)繼電器R1、R1’、R21’和R22’檢測到如圖2a所示的線路段L1上發(fā)生‘a(chǎn)’相接地故障F1時(shí)，它們的響應(yīng)曲線。在時(shí)間T1檢測到故障后，如圖3a(1)和3b(1)所示，繼電器R1處的故障相電流Ia顯著增大，故障相電壓Va降低；如圖3a(2)和3b(2)所示，繼電器R1’處的故障相電流、電壓降為零。繼電器R1和R1’將基于其各自的OC和UCV功能檢測到故障，具有瞬時(shí)動(dòng)作時(shí)間整定值的繼電器R1’將做出跳閘決定，在T2時(shí)刻斷開斷路器B1’。B1’斷開后，線路段L1變成一端開路，如圖3a(1)所示，繼電器R1的非故障相‘b’和‘c’的電流Ib、Ic降為零。但是，‘a(chǎn)’相接地故障并沒有從線路段L1上清除，因此R1檢測到此不平衡運(yùn)行狀況，做出跳閘決定，在T3時(shí)刻斷開關(guān)聯(lián)斷路器B1。
如圖3所示，從在T1故障開始到在T3斷開斷路器B1的延遲主要由兩個(gè)時(shí)段t12和t23組成。第一時(shí)段t12包括從故障開始直到斷路器B1’斷開為止的時(shí)段。該時(shí)段t12被分成兩段，繼電器R1’的故障檢測時(shí)間和斷路器B1’的響應(yīng)時(shí)間?？紤]到安全裕度，最大時(shí)段0.1s將確保繼電器R1’跳閘信號(hào)的發(fā)出，而斷路器的斷開僅費(fèi)幾個(gè)工頻周期。第二時(shí)段t23由繼電器R1識(shí)別斷路器B1’的斷開所費(fèi)時(shí)間—其能在一個(gè)工頻周期內(nèi)完成—加上斷路器B1的響應(yīng)時(shí)間—其依賴于所用的繼電器大約為2到4個(gè)工頻周期—組成。因此，整個(gè)操作可在故障開始起0.2s內(nèi)實(shí)現(xiàn)?？墒?，在圖1所示的公知方案中，R1處繼電器將直到1.3s后才發(fā)出跳閘信號(hào)。
在圖2b中，配有UCV功能的繼電器R21和R22將首先動(dòng)作，而不是圖2a中的R1’，使得R1按加速模式跳閘。
2.對(duì)線路段L21上相間故障的響應(yīng)圖4表示本發(fā)明繼電器R1、R21、R21’和R22’對(duì)于圖2a所示的線路段L21上發(fā)生‘a(chǎn)’相到‘b’相的相間故障時(shí)的響應(yīng)。在故障開始T1時(shí)刻后，如圖4a(1-2)和4b(1-2)所示，繼電器R1和R21處的故障相電流Ia、Ib顯著增大，故障相電壓Va、Vb降低；如圖4a(3)和4b(3)所示，繼電器R21’處的故障相電流和電壓降為零。繼電器R1、R21和R21’將檢測到故障，具有最快動(dòng)作設(shè)置的繼電器R21’將立即或在0.5s延時(shí)后動(dòng)作(如果母線‘Y’上沒有連接負(fù)載)，隨后斷路器B21’在T2時(shí)刻斷開。
斷路器B21’斷開后，線路段L21變成一端開路，如圖4a(2)所示，繼電器R21處非故障的‘c’相電流降為零，但是，‘a(chǎn)’和‘b’相故障并沒有從線路段L21上清除，因此R21檢測到斷路器B21’的斷開，做出跳閘決定，在T3時(shí)刻斷開關(guān)聯(lián)斷路器B21。這顯著加快了R21的動(dòng)作時(shí)間。
如圖4a(1)所示，雖然在T2時(shí)刻斷開B21’后，R1處的非故障‘c’相電流也顯著降低，但由于向系統(tǒng)其余部分如線路段L22供電的原因，仍有相當(dāng)大的電流在該相流動(dòng)。因此，R1檢測到故障不在其所保護(hù)的線路段而不動(dòng)作。
在圖2b中，配有UCV功能的繼電器R31、R32和R33，而不是圖2a中的R21’，將首先動(dòng)作，使得R21按加速模式跳閘。
3.對(duì)線路段L22上靠近母線‘Y’處單相接地故障的響應(yīng)圖5表示線路段L22靠近母線‘Y’處發(fā)生的單相接地故障。當(dāng)故障發(fā)生在該處時(shí)，繼電器R21’和R22’不能識(shí)別故障是在線路段L21上還是在L22上，從而引起故障在線路段L22上時(shí)斷路器B21’的不必要?jiǎng)幼?。如圖5a-b(3)和5a-b(4)所示，由于故障靠近母線‘Y’，繼電器R21’和R22’均檢測到‘a(chǎn)’相的欠流和欠壓。結(jié)果，兩個(gè)繼電器都發(fā)出跳閘信號(hào)，分別打開斷路器B21’和B22’。然后，R22檢測到正常相(‘b’和‘c’)電流的下降，同時(shí)檢測到相‘a(chǎn)’上的故障。從而R22以加速模式動(dòng)作，斷開其關(guān)聯(lián)的斷路器B22，在T2時(shí)刻隔離故障。但是，由于線路段L21上未檢測到故障，R21沒有響應(yīng)。R21’接下來的自動(dòng)重合閘操作將恢復(fù)對(duì)線路段L21的供電。
對(duì)于R21’和R22’也有兩種操作模式當(dāng)‘Y’接有負(fù)載時(shí)的瞬時(shí)操作和‘Y’沒有接負(fù)載時(shí)的延時(shí)(0.5s)操作。原因?yàn)?，?dāng)‘Y’沒有接負(fù)載時(shí)，R21’和R22’的動(dòng)作將把R1處正常相的電流減為零，若R21’和R22’瞬時(shí)動(dòng)作，R1就會(huì)錯(cuò)誤地把其作為R1’的動(dòng)作檢測到，而發(fā)出跳閘命令。在這種情況下，通過引入時(shí)間延遲，R1將能夠識(shí)別由R1’或由R21’和R22’執(zhí)行的操作。
在圖2b中，配有UCV功能的繼電器R31到R35，而不是圖2a中的R21’和R22’，將首先動(dòng)作，使得繼電器R22操作的斷路器B22加速動(dòng)作。在B22斷開后，R31、R32、R33、R34和R35將自動(dòng)重合其關(guān)聯(lián)斷路器。
注意以上所有舉例的圖形中示出的相電流電平出于演示的目的，均為額定值。本發(fā)明適用于所有大小的系統(tǒng)電壓、電源參數(shù)、故障前后負(fù)載流動(dòng)的情況。
示例顯示了基于電流和電壓水平的系統(tǒng)不平衡運(yùn)行條件和斷路器動(dòng)作的檢測。本發(fā)明也可基于以不同方式表達(dá)的算法和判據(jù)。
本文給出的示例是基于采用定時(shí)(DT)的OC繼電器。但是，很顯然，本發(fā)明也能很容易地應(yīng)用于在時(shí)間階梯的配合中采用逆最小定時(shí)(IDMT)的OC繼電器的方案。
說明書中提到或描述的多種繼電器功能，如過流(OC，包括DT和IDMT)、加速過流(AOC)、欠流和欠壓(UCV)，都能很容易地借助于適當(dāng)編程，在當(dāng)今的微處理器控制的繼電器上實(shí)現(xiàn)。此外，本發(fā)明也可很容易地用傳統(tǒng)的繼電器如電控機(jī)械型繼電器或靜態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)，其中，電流和電壓電平可通過電控機(jī)械型或電子電路觸發(fā)斷路器的動(dòng)作。
雖然以上給出的示例是基于多段單回路的簡單供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的，但本發(fā)明也能用于有更多段的、不同結(jié)構(gòu)的、線路上有電源設(shè)備如電力變壓器的系統(tǒng)。同樣，顯然更多階梯的UCV繼電器也可被加入系統(tǒng)，使得通過采用逆序時(shí)間階梯方法的更多線路段可加速動(dòng)作。
設(shè)備R21’、B21’等，以上被描述為繼電器和斷路器。實(shí)際上，它們可能有不同的形式，如自動(dòng)重合閘裝置和分段器，其中加入了為實(shí)施本發(fā)明所需的UCV功能。
權(quán)利要求
1.一種保護(hù)系統(tǒng)，用于包含放射狀連接電力線段(L1、L21、L22、L31等)的類型的電力線系統(tǒng)，其中，一個(gè)線路段(L1)的第一電氣始端與電源(S)相連，該保護(hù)系統(tǒng)至少含有一個(gè)繼電器，該繼電器安裝在至少靠近各線路段的始端，以保護(hù)該條線路，各繼電器(R1、R21、R22等/R1’、R21’、R22’等)有一關(guān)聯(lián)斷路器(B1、B21、B22等/B1’、B21’、B22’等)，這些繼電器配有一套加速過流功能(AOC)的主保護(hù)和一套欠流/欠壓功能(UCV)的輔助保護(hù)，繼電器具有方向性，主保護(hù)和輔助保護(hù)功能彼此呈反向時(shí)間階梯，主保護(hù)和輔助保護(hù)功能分布在繼電器中，使得如果位于主保護(hù)繼電器(R1)末端的輔助繼電器(R1’)中的欠流/欠壓功能(UCV)觸發(fā)了該輔助保護(hù)繼電器的關(guān)聯(lián)斷路器(B1’)的動(dòng)作，主保護(hù)繼電器(R1)中的加速過流功能(AOC)就觸發(fā)該主保護(hù)繼電器的關(guān)聯(lián)斷路器(B1)的加速動(dòng)作，從而使主保護(hù)繼電器所保護(hù)的線路段(L1)與電源(S)隔離開。
2.權(quán)利要求1的保護(hù)系統(tǒng)，其中，主保護(hù)和輔助保護(hù)功能(AOC，UCV)在繼電器中這樣分配，使得每個(gè)繼電器僅有一種功能，繼電器安裝在靠近單個(gè)線路段的兩端，位于各線路段(L1、L21、L22、L31等)始端的繼電器(R1、R21、R22等)配有加速過流功能(AOC)，而位于各線路段末端的繼電器(R1’、R21’、R22’等)配有欠流/欠壓功能(UCV)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的保護(hù)系統(tǒng)，其中配有輔助保護(hù)功能(UCV)的繼電器(R1’、R21’、R22’等)另外還有自動(dòng)重合閘功能。
4.權(quán)利要求1的保護(hù)系統(tǒng)，其中主保護(hù)和輔助保護(hù)功能(AOC，UCV)在繼電器中這樣分配，使得除了最始端的繼電器(R1，圖2b)之外，各繼電器具有兩種功能，繼電器(R1、R21、R22、R31等)安裝在只靠近各線路段(L1、L21、L22、L31等)的起始端，每個(gè)繼電器均配有加速過流功能(AOC)，除了第一條線路段(L1)的繼電器(R1)之外的其它繼電器還具有方向性的欠流和欠壓功能(UCV)。
5.一種保護(hù)系統(tǒng)，用于包含放射狀連接線路段(L1、L21、L22、L31等，圖2a)和電源(S)的電力線系統(tǒng)，電源向與其相連的線路段(L1)的電氣始端供電，該保護(hù)系統(tǒng)包括主保護(hù)和輔助保護(hù)的時(shí)間階梯繼電器(R1、R21、R22等/R1’、R21’、R22’等)和與它們關(guān)聯(lián)的斷路器(B1、B21、B22等/B1’、B21’、B22’等)，其中兩套保護(hù)的繼電器一起工作以保護(hù)電力線系統(tǒng)免受故障狀況(F1，F(xiàn)2等)，主保護(hù)繼電器(R1、R21、R22等)和其關(guān)聯(lián)的斷路器(B1、B21、B22等)就近安裝在電力線系統(tǒng)線路段(L1、L21、L22、L31等)的始端，以保護(hù)該線路段，輔助保護(hù)繼電器(R1’、R21’、R22’等)和其關(guān)聯(lián)的斷路器(B1’、B21’、B22’等)就近安裝在線路段的末端，且與主保護(hù)繼電器呈反向時(shí)間階梯，各主保護(hù)繼電器(R1)具有過流功能(OC)，若繼電器(R1)檢測到該線路段的末端有故障，經(jīng)過預(yù)定時(shí)間延遲后，該過流功能動(dòng)作以斷開其關(guān)聯(lián)的斷路器，各過流功能(OC)含有加速跳閘功能或與加速跳閘功能關(guān)聯(lián)，若主保護(hù)的繼電器(R1)檢測到與該主保護(hù)的繼電器(R1)在同一線路段(L1)的輔助保護(hù)繼電器(R1’)的關(guān)聯(lián)斷路器(B1’)動(dòng)作，則在其預(yù)定時(shí)間到達(dá)以前，加速跳閘功能動(dòng)作以斷開其關(guān)聯(lián)斷路器(B1)，各輔助保護(hù)繼電器(R1’)具有方向性的欠流和欠壓功能(UCV)，從而在其始端發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)其關(guān)聯(lián)斷路器(B1’)的快速斷開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的保護(hù)系統(tǒng)，其中輔助保護(hù)繼電器另外還有自動(dòng)重合閘功能。
7.一種保護(hù)系統(tǒng)，用于含有放射狀連接線路段(L1、L21、L22、L31等，圖2b)和電源(S)的電力線系統(tǒng)，電源向與其相連的線路段(L1)的電氣始端供電，該保護(hù)系統(tǒng)含有時(shí)間階梯繼電器(R1、R21、R22等)和與它們關(guān)聯(lián)的斷路器(B1、B21、B22等)，就近安裝在各線路段的始端以保護(hù)該線路段免受故障狀況，每個(gè)繼電器具有過流功能(AOC)，若繼電器檢測到其末端有故障(F1，F(xiàn)2等)，經(jīng)過預(yù)定時(shí)間的延遲后，該過流功能動(dòng)作以斷開其關(guān)聯(lián)的斷路器，各過流功能(AOC)含有加速跳閘功能或與加速跳閘功能關(guān)聯(lián)，若繼電器檢測到其末端相鄰線路段中的斷路器動(dòng)作，則在其預(yù)定時(shí)間到達(dá)以前，過流功能動(dòng)作以斷開其關(guān)聯(lián)斷路器，除了第一線路段(L1)的繼電器(R1)之外的其它繼電器還具有方向性的欠流和欠壓功能(UCV)，若故障發(fā)生在其始端，該欠流和欠壓功能動(dòng)作，以啟動(dòng)其關(guān)聯(lián)斷路器(B1’)的快速斷開。
全文摘要
一種保護(hù)系統(tǒng)，用于包含放射狀連接電力線段的電力線系統(tǒng)，其中，線路段的第一電氣始端與電源相連，該保護(hù)系統(tǒng)至少含有一個(gè)繼電器，安裝在至少靠近各線路段的始端，以保護(hù)該條線路，各繼電器有一關(guān)聯(lián)斷路器，這些繼電器配有一套加速過流功能的主保護(hù)和一套欠流/欠壓功能的輔助保護(hù)，繼電器具有方向性，主保護(hù)和輔助保護(hù)功能彼此呈反向時(shí)間階梯，主保護(hù)和輔助保護(hù)功能分布在繼電器中，使得如果位于主保護(hù)繼電器末端的輔助繼電器中的欠流/欠壓功能觸發(fā)了該輔助保護(hù)繼電器的關(guān)聯(lián)斷路器的動(dòng)作，主保護(hù)繼電器中的加速過流功能就觸發(fā)該主保護(hù)繼電器的關(guān)聯(lián)斷路器的加速動(dòng)作，從而使主保護(hù)繼電器所保護(hù)的線路段與電源隔離開。
文檔編號(hào)H02H3/06GK1457125SQ0313072
公開日2003年11月19日 申請日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月7日
發(fā)明者薄志謙 申請人:阿爾斯通公司