專利名稱：：一種利用故障暫態(tài)電流分量保護(hù)的繼電器及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，涉及一種利用故障暫態(tài)電流分量保護(hù)的繼電器及其應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
：自過(guò)電流繼電器在電力系統(tǒng)第一次問(wèn)世以來(lái)，至今已過(guò)了一個(gè)世紀(jì)。保護(hù)裝置技術(shù)從機(jī)電式、晶體管式、集成電路式發(fā)展到了微處理機(jī)式。目前,在電力系統(tǒng)保護(hù)領(lǐng)域里，以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字式繼電器已逐步取代傳統(tǒng)繼電器。然而，基于工頻信號(hào)的各種保護(hù)原理仍然發(fā)揮著主導(dǎo)作用。上個(gè)世紀(jì)七十年代后期，隨著電力網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)張,對(duì)快速清除故障、從而改進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的需求，引發(fā)了人們利用非工頻故障檢測(cè)技術(shù)來(lái)提高繼電器響應(yīng)速度的研究熱情。從而導(dǎo)致了人們對(duì)基于行波和疊加故障分量的所謂超高速繼電器的研究，利用故障生成的暫態(tài)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)輸電線路的保護(hù)。但是，由于當(dāng)時(shí)的數(shù)字處理技術(shù)的限制，該項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有能夠成為電力線路中的主要保護(hù)裝置。近年來(lái)，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)以及新式傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，使得過(guò)去認(rèn)為不可能的故障檢測(cè)技術(shù)變?yōu)榭尚?，進(jìn)一步激發(fā)了人們把故障產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)程應(yīng)用于保護(hù)的興趣。研究發(fā)現(xiàn)，故障產(chǎn)生的高頻暫態(tài)過(guò)程，不僅可以被檢出，而且可以用于開(kāi)發(fā)新的保護(hù)原理和保護(hù)技術(shù)。首先，在保護(hù)原理方面，產(chǎn)生了"暫態(tài)量保護(hù)"。它利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)分量來(lái)進(jìn)行故障的判別，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，具有響應(yīng)快和準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)，而且不受工頻現(xiàn)象如過(guò)渡電阻、系統(tǒng)振蕩、CT飽和等的影響。其中"定位保護(hù)"和"極性比較保護(hù)"是新穎的線路保護(hù)途徑。"定位保護(hù)"依靠檢測(cè)到的故障高頻暫態(tài)電流信號(hào)以及其沿線路的傳播時(shí)間確定在該線路上的實(shí)際位置。它利用全球定位系統(tǒng)(GPS)的定位功能，當(dāng)檢測(cè)到故障高頻瞬態(tài)信號(hào)時(shí)確定瞬時(shí)值，并利用載波通信系統(tǒng)將這一信息傳給其它變電站。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中各點(diǎn)瞬態(tài)信號(hào)到達(dá)時(shí)間的比較，繼電器可以確定并指出系統(tǒng)故障的位置。但對(duì)于靠近母線的故障，僅僅依靠GPS的時(shí)間追蹤信號(hào)很難確定故障線路的位置，甚至于測(cè)量的誤差可能導(dǎo)致繼電器的誤動(dòng)作。"極性比較保護(hù)"技術(shù)依賴于對(duì)故障暫態(tài)電流信號(hào)的檢測(cè)，通過(guò)高級(jí)的濾波技術(shù)提取一定頻段內(nèi)的暫態(tài)電流信號(hào)，通過(guò)比較暫態(tài)電流信號(hào)的極性來(lái)確定具體的故障區(qū)段。極性比較保護(hù)雖然在確定故障區(qū)段方面有很高的可靠性，但卻不能確定出具體的故障位置。其次，在保護(hù)技術(shù)方面，保護(hù)平臺(tái)信號(hào)處理能力的極大提高以及分布式通信的應(yīng)用提供了集成保護(hù)的機(jī)會(huì)。研究表明，從各個(gè)發(fā)電廠與元件獲得的信息可以用來(lái)開(kāi)發(fā)新的保護(hù)原理與方案。這些方案與現(xiàn)有的基于單個(gè)發(fā)電廠或元件的保護(hù)技術(shù)相比將具有極大的優(yōu)勢(shì)。新的暫態(tài)保護(hù)技術(shù)不僅可以保護(hù)單個(gè)發(fā)電廠而且通過(guò)現(xiàn)代通信技術(shù)可以發(fā)展新的電網(wǎng)集成保護(hù)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于靠近母線的故障，依靠GPS的時(shí)間追蹤信號(hào)很難確定故障線路的具體位置，可能導(dǎo)致繼電器的誤動(dòng)做；極性比較保護(hù)雖然在確定故障區(qū)段方面有很高的可靠性，但卻不能確定出具體的故障位置，本發(fā)明提出一種利用故障暫態(tài)電流分量保護(hù)的繼電器的技術(shù)方案一種利用故障暫態(tài)電流分量保護(hù)的繼電器，包括模態(tài)混合電路l、暫態(tài)濾波單元2、計(jì)數(shù)器12、暫態(tài)時(shí)間追蹤單元3、暫態(tài)極性檢測(cè)單元4、多路時(shí)間和極性比較單元5、決策單元8、邏輯跳閘單元9、第一通信接口6和第二通信接口7;模態(tài)混合電路(l)將其接收到的三相電流變?yōu)槟Ａ啃盘?hào)輸入到與其連接的暫態(tài)濾波單元2;在暫態(tài)濾波單元2與多路時(shí)間和極性比較單元5之間并聯(lián)設(shè)置暫態(tài)時(shí)間追蹤單元3和暫態(tài)極性檢測(cè)單元4，暫態(tài)時(shí)間追蹤單元3用于捕獲初始行波到達(dá)母線的時(shí)間，暫態(tài)極性檢測(cè)單元4用于記錄暫態(tài)電流信號(hào)的極性；多路時(shí)間和極性比較單元5通過(guò)決策單元8與邏輯跳閘單元9連接；在多路時(shí)間和極性比較單元5通過(guò)第一通信接口6與相鄰變電站繼電器雙向連接，多路時(shí)間和極性比較單元5通過(guò)第一通信接口6收集相鄰變電站內(nèi)的時(shí)間和極性信號(hào)，并將其同暫態(tài)時(shí)間追蹤單元3和暫態(tài)極性檢測(cè)單元4輸入的時(shí)間和極性信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)確定故障是否在保護(hù)范圍內(nèi)；決策單元8通過(guò)第二通信接口7與網(wǎng)絡(luò)保護(hù)控制單元12雙向連接，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)控制單元12接收決策單元8的信號(hào)并保護(hù)控制網(wǎng)絡(luò)；在暫態(tài)濾波單元2上設(shè)置的計(jì)數(shù)器12與決策單元8連接，計(jì)數(shù)器12用于檢測(cè)故障電流信號(hào)，如果故障電流信號(hào)的電平大于自適應(yīng)門檻值電平，在超出計(jì)數(shù)器12的限制時(shí)間之后，便確定出故障生成的暫態(tài)電流信號(hào)的極性并打上GPS時(shí)間標(biāo)簽;決策單元8根據(jù)多路時(shí)間和極性比較單元5和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)控制單元12的判斷結(jié)果做出跳閘策略；邏輯跳閘單元9將根據(jù)決策單元8發(fā)來(lái)的信號(hào)向需5要跳開(kāi)的斷路器發(fā)跳閘命令。一種利用故障暫態(tài)電流分量保護(hù)的繼電器的應(yīng)用方法(1)假設(shè)在輸變電線路網(wǎng)絡(luò)上F1點(diǎn)發(fā)生了A相接地的故障；(2)這時(shí)在輸電線路的故障相和非故障相上都產(chǎn)生高頻信號(hào)；(3)設(shè)置在輸電線路上P點(diǎn)，Q點(diǎn)和R點(diǎn)處的繼電器將捕獲對(duì)應(yīng)暫態(tài)電流信號(hào)，每個(gè)繼電器都將暫態(tài)電流信號(hào)極性和第一個(gè)波到達(dá)母線的時(shí)間發(fā)送給其它的繼電器；P點(diǎn)，Q點(diǎn)和R點(diǎn)之間的區(qū)域?yàn)镻QR區(qū)域；(4)當(dāng)輸變電線路網(wǎng)絡(luò)上各不同繼電保護(hù)點(diǎn)檢測(cè)到故障暫態(tài)電流信號(hào)時(shí)，每個(gè)繼電器都把到達(dá)其所處位置的第一個(gè)波的極性和暫態(tài)時(shí)間與其它繼電器紀(jì)錄的信息作對(duì)比；(5)如果暫態(tài)電流到達(dá)輸電線路兩端的時(shí)間之差小于輸電線路長(zhǎng)度與暫態(tài)電流的波速的比值，且暫態(tài)電流信號(hào)極性相同時(shí)，則表明故障在PQR區(qū)域內(nèi)，從而確定需要跳開(kāi)的斷路器；(6)通過(guò)測(cè)量到的暫態(tài)行波到達(dá)故障線路兩端的時(shí)間差值，確定實(shí)際的故障位置；(7)如果暫態(tài)電流到達(dá)輸電線路兩端的時(shí)間之差等于輸電線路長(zhǎng)度與暫態(tài)電流的波速的比值，并且暫態(tài)電流信號(hào)極性不相同時(shí)，則表明故障是在PQR區(qū)域之外，繼電器阻止與PQR段對(duì)應(yīng)的斷路器跳閘。本發(fā)明基于對(duì)故障高頻暫態(tài)電流分量的檢測(cè)和處理。安裝在變電站中的保護(hù)繼電器首先檢測(cè)到故障高頻暫態(tài)電流信號(hào)，然后提取出暫態(tài)電流信號(hào)的極性并記錄故障初始行波到達(dá)該母線的時(shí)間。通信裝置傳送和接收本地或來(lái)自系統(tǒng)中其它相關(guān)繼電器的編碼數(shù)字信號(hào)。每個(gè)變電站內(nèi)的繼電器通過(guò)比較本地測(cè)得的以及接收來(lái)自相鄰變電站的信號(hào)極性與GPS時(shí)間來(lái)確定故障位置。本發(fā)明能夠?qū)ψ冸娬灸妇€連接的所有線路提供保護(hù)，與輸電網(wǎng)的具體結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，因此具有集成保護(hù)的性質(zhì)。另外本發(fā)明采用基于暫態(tài)量的保護(hù)原理，所以不敏感于故障類型，過(guò)渡電阻，故障初始角和電源配置，且具有故障檢測(cè)精度高、響應(yīng)迅速，費(fèi)用低廉，構(gòu)成簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。圖1是本發(fā)明的線路保護(hù)繼電器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是輸電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖3是距離變電站P25km處Fl點(diǎn)發(fā)生A相接地故障繼電器響應(yīng)圖；圖4是距離變電站S20km處的F2點(diǎn)發(fā)生A相接地的故障繼電器響應(yīng)圖5是保護(hù)范圍內(nèi)的線路PQ靠近母線Q的F3點(diǎn)處發(fā)生B相接地故障的繼電器響應(yīng)圖6是保護(hù)范圍內(nèi)距離變電站R5km處F4點(diǎn)發(fā)生AB相間短路故障時(shí)繼電器響應(yīng)圖；圖7是在保護(hù)區(qū)域外靠近母線Q的F5點(diǎn)處發(fā)生A相接地故障時(shí)繼電器響應(yīng)圖。圖中S為母線S點(diǎn)處，P為母線P點(diǎn)處，Q為母線Q點(diǎn)處，R為母線R點(diǎn)處具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的利用故障暫態(tài)電流分量保護(hù)的繼電器，如圖1所示，一種利用故障暫態(tài)電流分量保護(hù)的繼電器，包括模態(tài)混合電路l、暫態(tài)濾波單元2、計(jì)數(shù)器12、暫態(tài)時(shí)間追蹤單元3、暫態(tài)極性檢測(cè)單元4、多路時(shí)間和極性比較單元5、決策單元8、邏輯跳閘單元9、第一通信接口6和第二通信接口7;模態(tài)混合電路1將其接收到的三相電流變?yōu)槟Ａ啃盘?hào)輸入到與其連接的暫態(tài)濾波單元2;在暫態(tài)濾波單元2與多路時(shí)間和極性比較單元5之間并聯(lián)設(shè)置暫態(tài)時(shí)間追蹤單元3和暫態(tài)極性檢測(cè)單元4，暫態(tài)時(shí)間追蹤單元3用于捕獲初始行波到達(dá)母線的時(shí)間，暫態(tài)極性檢測(cè)單元4用于記錄暫態(tài)電流信號(hào)的極性；多路時(shí)間和極性比較單元5通過(guò)決策單元8與邏輯跳閘單元9連接;在多路時(shí)間和極性比較單元5通過(guò)第一通信接口6與相鄰變電站繼電器雙向連接，多路時(shí)間和極性比較單元5通過(guò)第一通信接口6收集相鄰變電站內(nèi)的時(shí)間和極性信號(hào)，并將其同暫態(tài)時(shí)間追蹤單元3和暫態(tài)極性檢測(cè)單元4輸入的時(shí)間和極性信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)確定故障是否在保護(hù)范圍內(nèi)；決策單元8通過(guò)第二通信接口7與網(wǎng)絡(luò)保護(hù)控制單元12雙向連接，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)控制單元12接收決策單元8的信號(hào)并保護(hù)控制網(wǎng)絡(luò)；在暫態(tài)濾波單元2上設(shè)置的計(jì)數(shù)器12與決策單元8連接，計(jì)數(shù)器12用于檢測(cè)故障電流信號(hào)，如果故障電流信號(hào)的電平大于自適應(yīng)門檻值電平,在超出計(jì)數(shù)器12的限制時(shí)間之后，便確定出故障生成的暫態(tài)電流信號(hào)的極性并打上GPS時(shí)間標(biāo)簽；決策單元8根據(jù)多路時(shí)間和極性比較單元5和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)控制單元12的判斷結(jié)果做出跳閘策略；邏輯跳閘單元9將根據(jù)決策單元8發(fā)來(lái)的信號(hào)向需要跳開(kāi)的斷路器發(fā)跳閘命令。一種利用故障暫態(tài)電流分量保護(hù)的繼電器的應(yīng)用方法(1)假設(shè)在輸變電線路網(wǎng)絡(luò)上F1點(diǎn)發(fā)生了A相接地的故障；(2)這時(shí)在輸電線路的故障相和非故障相上都產(chǎn)生高頻信號(hào)；(3)設(shè)置在輸電線路上P點(diǎn)，Q點(diǎn)和R點(diǎn)處的繼電器將捕獲對(duì)應(yīng)暫態(tài)電流信號(hào)，每個(gè)繼電器都將暫態(tài)電流信號(hào)極性和第一個(gè)波到達(dá)母線的時(shí)間發(fā)送給其它的繼電器；P點(diǎn),Q點(diǎn)和R點(diǎn)之間的區(qū)域?yàn)镻QR區(qū)域；(4)當(dāng)輸變電線路網(wǎng)絡(luò)上各不同繼電保護(hù)點(diǎn)檢測(cè)到故障暫態(tài)電流信號(hào)時(shí)，每個(gè)繼電器都把到達(dá)其所處位置的第一個(gè)波的極性和暫態(tài)時(shí)間與其它繼電器紀(jì)錄的信息作對(duì)比；(5)如果暫態(tài)電流到達(dá)輸電線路兩端的時(shí)間之差小于輸電線路長(zhǎng)度與暫態(tài)電流的波速的比值，并且暫態(tài)電流信號(hào)極性相同時(shí)，則表明故障在PQR區(qū)域內(nèi)，從而確定需要跳開(kāi)的斷路器；(6)通過(guò)測(cè)量到的暫態(tài)行波到達(dá)故障線路兩端的時(shí)間差值，確定實(shí)際的故障位置；(7)如果暫態(tài)電流到達(dá)輸電線路兩端的時(shí)間之差等于輸電線路長(zhǎng)度與暫態(tài)電流的波速的比值，并且暫態(tài)電流信號(hào)極性不相同時(shí)，則表明故障是在PQR區(qū)域之外，繼電器阻止與PQR段對(duì)應(yīng)的斷路器跳閘。具體的工作過(guò)程如下三相電流通過(guò)模態(tài)混合電路(l)變?yōu)槟Ａ啃盘?hào)，濾除干擾噪聲，模量信號(hào)經(jīng)過(guò)暫態(tài)濾波器單元(2)，提取出指定頻段內(nèi)信號(hào)。一旦裝置測(cè)出故障信號(hào)，具有自適應(yīng)算法的計(jì)數(shù)器10便用于該模量信號(hào)。如果故障疊加信號(hào)電平大于自適應(yīng)門檻值電平，在超出計(jì)數(shù)器10所確定的限制時(shí)間之后,便可以確定出故障生成的暫態(tài)電流信號(hào)的極性并打上GPS時(shí)間標(biāo)簽。暫態(tài)時(shí)間追蹤單元3用于捕獲初始行波到達(dá)母線的時(shí)間；暫態(tài)極性檢測(cè)單元4用于記錄暫態(tài)電流信號(hào)的極性;決策單元8根據(jù)多路時(shí)間和極性比較單元5和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和控制單元的判斷結(jié)果做出跳閘策略;邏輯跳閘單元9將根據(jù)決策單元8發(fā)來(lái)的信號(hào)向需要跳開(kāi)的斷路器發(fā)跳閘命令。繼電器通過(guò)通信單元收集相鄰變電站內(nèi)的時(shí)間和極性信號(hào)，同本站采集的信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)確定故障是否在保護(hù)范圍內(nèi)。只有當(dāng)繼電器已經(jīng)接收到的信號(hào)與其發(fā)送信號(hào)極性相同的信號(hào)時(shí)，才能確定是區(qū)內(nèi)故障。對(duì)GPS時(shí)間的比較進(jìn)一步確定精確的故障位置。本發(fā)明的工作原理是輸電線路上的短路故障會(huì)產(chǎn)生具有寬頻范圍的電壓和電流信號(hào)。這些信號(hào)以接近光速的速度沿輸電系統(tǒng)從故障點(diǎn)向2個(gè)方向傳播。如果能追蹤在電力系統(tǒng)中關(guān)鍵點(diǎn)處的暫態(tài)電流信號(hào)時(shí)間，就可以確定線路上實(shí)際故障的位置。全球定位系統(tǒng)GPS能夠在大范圍內(nèi)保證時(shí)間同步，精度可以達(dá)到1M，為實(shí)現(xiàn)故障暫態(tài)電流信號(hào)的時(shí)間追蹤提供了一種理想的工具。另外，根據(jù)與故障有關(guān)的電流互感器的位置、電源的位置以及線路負(fù)載條件等，在各電流互感器上檢出的暫態(tài)電流大小雖然不同，但這些信號(hào)的極性變化遵循一定的模式，即故障線路兩側(cè)暫態(tài)電流信號(hào)的極性相同，而非故障線路兩側(cè)的信號(hào)極性相反，這一點(diǎn)使得故障線路的識(shí)別成為可能。安裝在各個(gè)變電站的繼電器首先檢測(cè)到各條出線的暫態(tài)電流信號(hào)，同時(shí)記錄這些信號(hào)的GPS時(shí)間并提取出暫態(tài)電流信號(hào)的極性。然后，繼電器將根據(jù)他們判別的詳細(xì)資料編譯這些事件信息，并把這些信息發(fā)送給相鄰的繼電器。所有繼電器都隨時(shí)準(zhǔn)備接收其他繼電器發(fā)送來(lái)的編譯信息。系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)通信協(xié)議可以避免同一線路上各裝置發(fā)送的信息發(fā)生沖突。發(fā)生事故后，繼電器將其本站紀(jì)錄的故障暫態(tài)電流信號(hào)的到達(dá)時(shí)間及極性與其他繼電器發(fā)出的有關(guān)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，以確定故障時(shí)是否在其所保護(hù)的區(qū)域內(nèi)。如果是，則立即向有關(guān)的斷路器發(fā)出跳閘指令。故障的實(shí)際位置便可清晰地在每個(gè)繼電器處辨別到。在整個(gè)電網(wǎng)中，當(dāng)各不同繼電保護(hù)點(diǎn)檢測(cè)到故障暫態(tài)電流信號(hào)時(shí)，確定故障位置的工作被簡(jiǎn)化為對(duì)紀(jì)錄的追蹤時(shí)間及信號(hào)極性進(jìn)行比較。每個(gè)繼電器都把到達(dá)其所處位置的第一個(gè)波的極性和暫態(tài)時(shí)間與其它繼電器紀(jì)錄的極性和時(shí)間作對(duì)比。如果行波到達(dá)時(shí)間差小于在對(duì)應(yīng)線路長(zhǎng)度上傳輸所需的時(shí)間，則表明故障在其對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)。通過(guò)故障線路兩端測(cè)量的時(shí)間差，也可以確定實(shí)際的故障位置。GPS時(shí)鐘的精度為lps，與300m故障定位精度基本對(duì)應(yīng)。這種情況是假定暫態(tài)電流信號(hào)是以真空中光速進(jìn)行傳輸，而實(shí)際上暫態(tài)電流信號(hào)在電力導(dǎo)線上其傳輸速度則較低。時(shí)間追蹤中出現(xiàn)的誤差會(huì)造成接近母線處故障的不確定性。在這種情況下，極性信號(hào)就可以用來(lái)確定故障線路。圖2所示是一個(gè)超高壓電力網(wǎng)絡(luò)所實(shí)施的方案。繼電保護(hù)裝置安裝在母線P點(diǎn)，Q點(diǎn)，R點(diǎn)和S點(diǎn)處負(fù)責(zé)電網(wǎng)保護(hù)。繼電器檢測(cè)故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流信號(hào)，并記錄故障的初始行波抵達(dá)該母線的GPS時(shí)間并提取出該行波信號(hào)的極性。需要說(shuō)明的是,傳統(tǒng)保護(hù)中，為了保護(hù)線路SP和T型線路PQR，在母線P處必須安裝兩個(gè)繼電器分別對(duì)線路SP和T型線路PQR提供保護(hù)，而在本方案中，在母線P處僅安裝一個(gè)本發(fā)明所述的繼電器就能為線路SP和T型線路PQR都能提供保護(hù),本發(fā)明的繼電器將負(fù)責(zé)保護(hù)與其所處母線連接的多條線路。本實(shí)施例主輸電系統(tǒng)基于典型的400KV超高壓網(wǎng)，系統(tǒng)中有分別長(zhǎng)60km，90km，100km，10km的四個(gè)線路段。S點(diǎn)，P點(diǎn)，Q點(diǎn)，R點(diǎn)各自短路容量為20GVA，5GVA，35GVA，IOGVA。故障位置如圖中所示，在輸電網(wǎng)絡(luò)的線路中假設(shè)F1點(diǎn)發(fā)生了故障，那么設(shè)置在線路上P點(diǎn)，Q點(diǎn)，R點(diǎn)各端點(diǎn)的繼電器將動(dòng)作，斷路器跳閘，切斷該段線路。設(shè)置在線路上的其它繼電器將不動(dòng)作。從圖3可以看到，對(duì)于保護(hù)區(qū)內(nèi)故障。通過(guò)下述(l)式可以得出追蹤時(shí)間和故障線路之間的關(guān)系，從而確定需要跳開(kāi)的斷路器tp-tq〈Lpq/v(1)其中tp-母線P點(diǎn)處暫態(tài)行波的到達(dá)時(shí)間；tq-母線Q點(diǎn)處暫態(tài)行波的到達(dá)時(shí)間；Lpq-母線P點(diǎn)和Q點(diǎn)間線路長(zhǎng)度；V-線路上的波速。另外，此時(shí)在P點(diǎn)、Q點(diǎn)、R點(diǎn)處行波信號(hào)極性相同，也可以判定為內(nèi)部故障。所以P點(diǎn)，Q點(diǎn)和R點(diǎn)處的繼電器分別連續(xù)作出跳閘決定。從圖4可以清楚地看到，對(duì)于保護(hù)區(qū)域外部故障，tp和tq，tp和tr之間的行波到達(dá)時(shí)間差分別對(duì)應(yīng)于P點(diǎn)到Q點(diǎn)和P點(diǎn)和R點(diǎn)的波行進(jìn)時(shí)間，因此，故障是在PQR區(qū)域之外。tp-tq=Lpq/v(2)tp-tr=Lpr/v同樣，在P點(diǎn)、Q點(diǎn)、R點(diǎn)處行波信號(hào)極性不完全相同，可以判為外部故障。因而，繼電器阻止與PQR段相關(guān)的斷路器跳閘。一種利用故障暫態(tài)分量的保護(hù)方法，具體步驟如下1.假設(shè)在輸變電線路網(wǎng)絡(luò)上F1點(diǎn)發(fā)生了A相接地的故障；2.這時(shí)在輸電線路的故障相和非故障相上都產(chǎn)生高頻信號(hào)；3.設(shè)置在輸電線路上P點(diǎn)，Q點(diǎn)和R點(diǎn)處的繼電器將捕獲對(duì)應(yīng)暫態(tài)電流信號(hào)，每個(gè)繼電器都將暫態(tài)電流信號(hào)極性和第一個(gè)波到達(dá)母線的時(shí)間及其詳細(xì)的資料發(fā)送給其它的繼電器；4.當(dāng)輸變電線路網(wǎng)絡(luò)上各不同繼電保護(hù)點(diǎn)檢測(cè)到故障暫態(tài)電流信號(hào)時(shí)，每個(gè)繼電器都把到達(dá)其所處位置的第一個(gè)波的極性和暫態(tài)時(shí)間與其它繼電器紀(jì)錄的信息作對(duì)比。5.如果行波到達(dá)時(shí)間差滿足式(l)并且暫態(tài)電流信號(hào)極性相同時(shí)，則表明故障在其對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，從而確定需要跳開(kāi)的斷路器。6.通過(guò)故障線路兩端測(cè)量的行波到達(dá)時(shí)間差，確定實(shí)際的故障位置。7.如果行波到達(dá)時(shí)間差滿足式(2)或暫態(tài)電流信號(hào)極性不完全相同時(shí)，則表明故障10是在PQR區(qū)域之外。繼電器阻止與PQR段相關(guān)的斷路器跳閘。典型內(nèi)部與外部故障響應(yīng)圖3是圖2中F1處發(fā)生A相接地故障時(shí)P點(diǎn)、Q點(diǎn)、R點(diǎn)和S點(diǎn)處捕獲到的暫態(tài)電流信號(hào)，通過(guò)式(1)可以說(shuō)明故障發(fā)生在P-Q間的線路端上。極性信號(hào)，雖不能給出精確的故障位置，但也能夠指出故障在哪條線路上。由于這是一條T接饋電線路，所以要由P點(diǎn),Q點(diǎn)和R點(diǎn)處的繼電器分別連續(xù)做出跳閘決定。在母線P點(diǎn)和Q點(diǎn)處都可以計(jì)算它們到故障點(diǎn)的距離。時(shí)間追蹤數(shù)據(jù)和測(cè)得的故障位置見(jiàn)表l。圖4所示是發(fā)生在圖1中F2處的A相接的故障的響應(yīng)。在這種情況下，tp和tq，tp和tr之間的行波到達(dá)時(shí)間差分別對(duì)應(yīng)于P點(diǎn)到Q點(diǎn)和P點(diǎn)和R點(diǎn)的波行進(jìn)時(shí)間，同時(shí)在P點(diǎn)檢測(cè)到的信號(hào)極性跟Q點(diǎn)，R點(diǎn)處檢測(cè)到的信號(hào)極性相反。因此，故障是在PQR區(qū)域之外。因而，繼電器阻止與PQR段相關(guān)的斷路器跳閘。安裝在母線S點(diǎn)處的繼電器將檢測(cè)并追蹤故障發(fā)生暫態(tài)行波的時(shí)間，它結(jié)合所接收到的來(lái)自母線P點(diǎn)處的繼電器時(shí)間追蹤數(shù)據(jù)，便可以確定故障線路段為SP，并跳掉相應(yīng)的斷路器。位于母線P點(diǎn)處的繼電器將以類似的方法響應(yīng)。圖5所示為在線路PQ靠近母線Q點(diǎn)的F3處發(fā)生B點(diǎn)相接地故障的繼電器響應(yīng)特性。這種類型的故障僅僅依靠GPS時(shí)間追蹤信號(hào)很難確定故障線路，測(cè)量的誤差可能導(dǎo)致繼電器的誤動(dòng)作。然而，在本文中提到技術(shù)還能依靠極性信號(hào)的比較來(lái)確定故障線路。如圖所示，Tp,TqandTr有相同的極性，因此繼電器能憑借檢測(cè)到的極性信號(hào)做出正確的決策。繼電器響應(yīng)的詳細(xì)資料如表l所示。圖6所示為圖1中F4處發(fā)生AB相間短路故障時(shí)繼電器響應(yīng)特性，與圖3給出的例子相似，繼電器的相應(yīng)不會(huì)受故障類型影響，能夠根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)正確確定故障位置。圖7所示為在保護(hù)區(qū)域外靠近母線Q點(diǎn)的F5處發(fā)生A相接地故障。故障響應(yīng)跟圖5所示的F3點(diǎn)故障類似這種類型，這是由于兩個(gè)故障點(diǎn)相隔很近。本文提出的保護(hù)策略，根據(jù)信號(hào)極性能區(qū)分故障線路，再Q(mào)點(diǎn)處繼電器檢測(cè)到的信號(hào)極性跟在P點(diǎn),R點(diǎn)處檢測(cè)到的極性相反，說(shuō)明故障不在保護(hù)范圍內(nèi)，這樣，繼電器能做出正確的決策。表1是不同系統(tǒng)與故障條件下繼電器響應(yīng)表。在表中，符號(hào)"+"和"-"表示檢測(cè)到的信號(hào)極性。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>本發(fā)明能夠?qū)ψ冸娬灸妇€連接的所有線路提供保護(hù)，與輸電網(wǎng)的具體結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，因此具有集成保護(hù)的性質(zhì)。另外本發(fā)明采用基于暫態(tài)量的保護(hù)原理，所以不敏感于故障類型，過(guò)渡電阻，故障初始角和電源配置，且具有故障檢測(cè)精度高、響應(yīng)迅速，費(fèi)用低廉，構(gòu)成簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。權(quán)利要求1、一種利用故障暫態(tài)電流分量保護(hù)的繼電器，其特征在于包括模態(tài)混合電路(1)、暫態(tài)濾波單元(2)、計(jì)數(shù)器(10)、暫態(tài)時(shí)間追蹤單元(3)、暫態(tài)極性檢測(cè)單元(4)、多路時(shí)間和極性比較單元(5)、決策單元(8)、邏輯跳閘單元(9)、第一通信接口(6)和第二通信接口(7)；模態(tài)混合電路(1)將其接收到的三相電流變?yōu)槟Ａ啃盘?hào)輸入到與其連接的暫態(tài)濾波單元(2)；在暫態(tài)濾波單元(2)與多路時(shí)間和極性比較單元(5)之間并聯(lián)設(shè)置暫態(tài)時(shí)間追蹤單元(3)和暫態(tài)極性檢測(cè)單元(4)，暫態(tài)時(shí)間追蹤單元(3)用于捕獲初始行波到達(dá)母線的時(shí)間，暫態(tài)極性檢測(cè)單元(4)用于記錄暫態(tài)電流信號(hào)的極性；多路時(shí)間和極性比較單元(5)通過(guò)決策單元(8)與邏輯跳閘單元(9)連接；在多路時(shí)間和極性比較單元(5)通過(guò)第一通信接口(6)與相鄰變電站繼電器雙向連接，多路時(shí)間和極性比較單元(5)通過(guò)第一通信接口(6)收集相鄰變電站內(nèi)的時(shí)間和極性信號(hào)，并將其同暫態(tài)時(shí)間追蹤單元(3)和暫態(tài)極性檢測(cè)單元(4)輸入的時(shí)間和極性信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)確定故障是否在保護(hù)范圍內(nèi)；決策單元(8)通過(guò)第二通信接口(7)與網(wǎng)絡(luò)保護(hù)控制單元(12)雙向連接，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)控制單元(12)接收決策單元(8)的信號(hào)并保護(hù)控制網(wǎng)絡(luò)；在暫態(tài)濾波單元(2)上設(shè)置的計(jì)數(shù)器(10)與決策單元(8)連接，計(jì)數(shù)器(10)用于檢測(cè)故障電流信號(hào)，如果故障電流信號(hào)的電平大于自適應(yīng)門檻值電平，在超出計(jì)數(shù)器(10)的限制時(shí)間之后，便確定出故障生成的暫態(tài)電流信號(hào)的極性并打上GPS時(shí)間標(biāo)簽；決策單元(8)根據(jù)多路時(shí)間和極性比較單元(5)和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)控制單元(12)的判斷結(jié)果做出跳閘策略；邏輯跳閘單元(9)將根據(jù)決策單元(8)發(fā)來(lái)的信號(hào)向需要跳開(kāi)的斷路器發(fā)跳閘命令。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述一種利用故障暫態(tài)電流分量保護(hù)的繼電器的應(yīng)用方法，其特征在于(1)假設(shè)在輸變電線路網(wǎng)絡(luò)上F1點(diǎn)發(fā)生了A相接地的故障；(2)這時(shí)在輸電線路的故障相和非故障相上都產(chǎn)生高頻信號(hào)；(3)設(shè)置在輸電線路上P點(diǎn)，Q點(diǎn)和R點(diǎn)處的繼電器將捕獲對(duì)應(yīng)暫態(tài)電流信號(hào)，每個(gè)繼電器都將暫態(tài)電流信號(hào)極性和第一個(gè)波到達(dá)母線的時(shí)間發(fā)送給其它的繼電器；P點(diǎn)，Q點(diǎn)和R點(diǎn)之間的區(qū)域?yàn)镻QR區(qū)域；(4)當(dāng)輸變電線路網(wǎng)絡(luò)上各不同繼電保護(hù)點(diǎn)檢測(cè)到故障暫態(tài)電流信號(hào)時(shí)，每個(gè)繼電器都把到達(dá)其所處位置的第一個(gè)波的極性和暫態(tài)時(shí)間與其它繼電器紀(jì)錄的信息作對(duì)比；(5)如果暫態(tài)電流到達(dá)輸電線路兩端的時(shí)間之差小于輸電線路長(zhǎng)度與暫態(tài)電流的波速的比值，并且輸電線路兩端檢測(cè)到的暫態(tài)電流信號(hào)極性相同時(shí)，則表明故障在PQR區(qū)域內(nèi)，從而確定需要跳開(kāi)的斷路器；(6)通過(guò)測(cè)量到的暫態(tài)行波到達(dá)故障線路兩端的時(shí)間差值，確定實(shí)際的故障位置；(7)如果暫態(tài)電流到達(dá)輸電線路兩端的時(shí)間之差等于輸電線路長(zhǎng)度與暫態(tài)電流的波速的比值，并且輸電線路兩端檢測(cè)到的暫態(tài)電流信號(hào)極性不相同時(shí)，則表明故障是在PQR區(qū)域之外，繼電器阻止與PQR段對(duì)應(yīng)的斷路器跳閘。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種利用故障暫態(tài)分量保護(hù)的繼電器，包括模態(tài)混合電路、暫態(tài)濾波單元、計(jì)數(shù)器、暫態(tài)時(shí)間追蹤單元、暫態(tài)極性檢測(cè)單元、多路時(shí)間和極性比較單元、決策單元、邏輯跳閘單元、第一通信接口(6)和第二通信接口(7)；方法的步驟1)設(shè)在F1點(diǎn)發(fā)生故障；2)故障相和非故障相都產(chǎn)生高頻信號(hào)；3)繼電器將資料發(fā)送給相鄰繼電器；4)每個(gè)繼電器將第一個(gè)波的極性和暫態(tài)時(shí)間與其它繼電器紀(jì)錄的信息作對(duì)比。5)如果暫態(tài)電流到達(dá)輸電線路兩端的時(shí)間之差小于輸電線路長(zhǎng)度與暫態(tài)電流的波速的比值，并且輸電線路兩端檢測(cè)到的暫態(tài)電流信號(hào)極性相同時(shí)，確定跳開(kāi)的斷路器；6)通過(guò)行波到達(dá)故障線路兩端的時(shí)間差值，確定故障位置；7)如果暫態(tài)電流到達(dá)輸電線路兩端的時(shí)間之差等于輸電線路長(zhǎng)度與暫態(tài)電流的波速的比值，并且輸電線路兩端檢測(cè)到的暫態(tài)電流信號(hào)極性不相同時(shí)，繼電器阻止斷路器跳閘。本發(fā)明檢測(cè)精度高、響應(yīng)快，成本低。文檔編號(hào)H02H7/26GK101640410SQ20091002382公開(kāi)日2010年2月3日申請(qǐng)日期2009年9月8日優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日發(fā)明者周良才,安德魯·克萊門克,張保會(huì),薄志謙,郝治國(guó)申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)