專利名稱：對于或關(guān)于電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體地、但不排它地涉及一種電氣耦合到電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域 的電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的操作方法、耦合有電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的不同電 力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的保護(hù)方法、以及一種電流差動(dòng)保護(hù)繼電器。
背景技術(shù)：
保護(hù)區(qū)域可以包括具有兩個(gè)末端的傳輸線，或者例如， 一個(gè)或多個(gè)互 感器、母線、或電動(dòng)機(jī)。
上文所述的電氣元件是電力傳輸系統(tǒng)的重要部件，并且可以使用線路 電流差動(dòng)保護(hù)繼電器對其進(jìn)行保護(hù)，每個(gè)所述電流差動(dòng)保護(hù)繼電器經(jīng)由電 流互感器電氣耦合到所述電氣元件。 一旦檢測到故障，給定的保護(hù)繼電器 就跳閘以便隔離保護(hù)區(qū)域內(nèi)的所述電氣元件。
由電流互感器產(chǎn)生的誤差以及所述電流互感器的飽和可能導(dǎo)致電氣耦 合到其上的保護(hù)繼電器謬誤跳閘。這是不希望的，因?yàn)檫@將切斷電力供應(yīng)， 并因此降低了電力系統(tǒng)的安全性。
一種試圖解決當(dāng)電流互感器變得飽和時(shí)發(fā)生的問題的方法，包括降低 相關(guān)的電流差動(dòng)保護(hù)繼電器檢測電流互感器的飽和的靈敏度，從而減少所 述保護(hù)繼電器謬誤跳閘的可能性。
然而，該方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，降低保護(hù)繼電器的靈敏度也降低了保護(hù) 繼電器檢測需要隔離保護(hù)區(qū)域的故障的能力，從而降低了保護(hù)繼電器的可 靠性。
因此，需要一種操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的改進(jìn)方法，該方法能夠適 應(yīng)電流互感器的誤差和飽和，同時(shí)保持期望的可靠度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種發(fā)生故障后操作電流差動(dòng)保護(hù)繼
電器的方法，所述保護(hù)繼電器被電氣耦合到電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域，所述方 法包括如下步驟
通過區(qū)分所述保護(hù)區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部故障和所述保護(hù)區(qū)域外的外部故障來 確定故障狀況；以及
根據(jù)所述故障狀況的類型，修改所述保護(hù)繼電器的靈敏度。
根據(jù)所述故障狀況的類型修改所述保護(hù)繼電器的靈敏度，使得保護(hù)繼 電器能夠適應(yīng)所述故障狀況，從而保持保護(hù)繼電器識(shí)別需要隔離，即需要 保護(hù)繼電器跳閘的故障的能力，同時(shí)降低了謬誤跳閘的可能性。因此，該 保護(hù)繼電器能夠適應(yīng)電流互感器的誤差和不容忽視的電流互感器飽和，同 時(shí)保持期望的可靠度。
優(yōu)選地，本發(fā)明的第一方法還包括在從屬權(quán)利要求2到6中所限定的 步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種保護(hù)電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的方法， 所述電力系統(tǒng)具有至少一個(gè)與其電氣耦合的電流差動(dòng)保護(hù)繼電器，所述方 法包括根據(jù)權(quán)利要求1到16中的任一項(xiàng)所述的操作所述或每一保護(hù)繼電器 的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種保護(hù)三相電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的 方法， 一組位于所述保護(hù)區(qū)域的一端處的三個(gè)本地電流互感器以及第二組 位于所述保護(hù)區(qū)域另一端處的三個(gè)遠(yuǎn)程電流互感器限定了所述保護(hù)區(qū)域， 各個(gè)電流互感器電氣耦合到所述電力系統(tǒng)的一相，并且在其上電氣耦合有 電流差動(dòng)保護(hù)繼電器，所述方法包括根據(jù)權(quán)利要求1到16中的任一項(xiàng)所述 的操作各個(gè)保護(hù)繼電器的步驟。
優(yōu)選地，本發(fā)明的第三方法還包括在從屬權(quán)利要求19到24中所限定 的步驟。


下面將通過參照附圖，以非限定性實(shí)例的方式，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 例進(jìn)行簡要描述，在所述附圖中-
圖1示出了部分三相電力系統(tǒng)的示意圖，所述電力系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā) 明實(shí)施例的電流差動(dòng)保護(hù)繼電器；
圖2示出了圖1中所示的一個(gè)保護(hù)繼電器在不同故障狀況下的偏置差 動(dòng)電 荒平面；
圖3示出了在第一故障狀況期間的輸入信號(hào)、以及位于圖1中所示的 電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的任何一端的給定相的兩個(gè)保護(hù)繼電器的相量 (phasor)估計(jì)模塊的輸出；
圖4示出了第一故障狀況期間的圖3中所涉及的所述保護(hù)繼電器的最 終指數(shù)值以及偏置差動(dòng)特性斜面的修正部分的曲線圖5示出了第一故障狀況期間的圖3中所涉及的所述保護(hù)繼電器的其 它模塊的輸出；
圖6示出了第一故障狀況期間的圖3中所涉及的所述保護(hù)繼電器中的 一個(gè)的偏置特性斜面；
圖7 (a)和圖7 (b)示出了第二故障狀況期間的圖1中所示的保護(hù)繼 電器中的一個(gè)的偏置特性斜面；
圖8 (a)和圖8 (b)示出了第三故障狀況期間的圖1中所示的保護(hù)繼 電器中的一個(gè)的偏置特性斜面；以及
圖9示出了第四故障狀況期間的圖1中所示的保護(hù)繼電器中的一個(gè)的 偏置特性斜面。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了三相電力系統(tǒng)中的保護(hù)區(qū)域8的示意圖。
保護(hù)區(qū)域8由如下兩組電流互感器限定第一組的位于保護(hù)區(qū)域8的 一端處的三個(gè)各自對應(yīng)一相的本地電流互感器(在圖1中僅示出了一個(gè)本 地電流互感器25);以及第二組的位于保護(hù)區(qū)域8的另一端處的三個(gè)各自對 應(yīng)一相的遠(yuǎn)程電流互感器(圖1中僅示出了一個(gè)本地電流互感器27)。
每個(gè)本地電流互感器25電氣耦合到保護(hù)繼電器(在圖1中僅示意性地 示出一個(gè)保護(hù)繼電器10)，并且每個(gè)遠(yuǎn)程電流互感器27電氣耦合到其它保 護(hù)繼電器(在圖1中僅示出一個(gè)其它保護(hù)繼電器26)。保護(hù)繼電器10、 26 各自具有與圖i中所示的保護(hù)繼電器10相同的配置。
在實(shí)踐中，對應(yīng)保護(hù)區(qū)域的給定端處的三相的三個(gè)保護(hù)繼電器10、 26 可以被組合到單個(gè)繼電器模塊中(未示出)，其具有與分立保護(hù)繼電器以相
同方式工作的三個(gè)單獨(dú)的"繼電器相"。然而，為清楚起見，在后文中將對 應(yīng)每一相的保護(hù)繼電器視為分立元件。
如圖1中所示意性示出的，每個(gè)保護(hù)繼電器io包括傳統(tǒng)信號(hào)調(diào)節(jié)模塊
12、數(shù)字化模塊14、相量估計(jì)模塊16、以及偏置特性模塊18。
此外，每個(gè)保護(hù)繼電器10包括故障鑒別器模塊20、靈敏度修改模塊 22、以及指數(shù)生成模塊24。
在應(yīng)用中，每個(gè)故障鑒別器模塊20通過區(qū)分保護(hù)區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部故障和 保護(hù)區(qū)域外的外部故障來確定故障狀況。
確定故障狀況包括對圖2中所示的偏置差動(dòng)電流平面中相應(yīng)的保護(hù)繼 電器10的操作特性隨時(shí)間的變化進(jìn)行評估。
在圖2中能夠看出，在偏置差動(dòng)電流平面中，保護(hù)繼電器的操作特性 的曲線，即在偏置差動(dòng)電流平面中保護(hù)繼電器的操作點(diǎn)隨時(shí)間變化的方式， 對于內(nèi)部和外部故障是不同的。
使用離散傅立葉變換(DFT)濾波器來解析出所述操作特性的相量的具 體信息，并且優(yōu)選地，對于該相量估計(jì)采用單周期DFT濾波器。如果電流 互感器沒有飽和，則從加載點(diǎn)到故障點(diǎn)，這種濾波器對操作特性提供四個(gè) 采樣點(diǎn)，如在內(nèi)部故障曲線A和外部故障曲線B中所示的。如果所述電流 互感器飽和了，則當(dāng)所估計(jì)的相量由于故障波形的后續(xù)周期中的不同的飽 和水平而變化時(shí)，所述操作特性將繼續(xù)變化，如在內(nèi)部故障曲線C和外部 故障曲線D中所示。
DFT濾波器的優(yōu)選釆樣頻率為每周期48個(gè)樣本，盡管在本發(fā)明的其它 實(shí)施例中可以使用不同的采樣頻率。此外，在所描述的實(shí)施例中，耦合到 本地電流互感器25的保護(hù)繼電器10與耦合到遠(yuǎn)程電流互感器27的其它保 護(hù)繼電器26以每周期4次的頻率相互通信。然而，在其它實(shí)施例中，保護(hù) 繼電器IO、 26可以以不同的頻率相互通信。
對保護(hù)繼電器10的操作特性隨時(shí)間的變化進(jìn)行評估，以便確定故障狀 況，該步驟還包括根據(jù)下式確定保護(hù)繼電器10的偏置電流的第一變化
其中，IBIAS是該相位的偏置電流，
P是相位指數(shù)(A、 B或C)，以及值:
n是在4次/周期的頻率下的保護(hù)計(jì)算周期的指數(shù)(n-l，2，......)
根據(jù)下式確定保護(hù)繼電器的差動(dòng)電流的第一變tt^
^z)肝，尸= 7p肝尸(W) -々肝尸(W - 1)
其中，lDIFF是該相位的差動(dòng)電流，
根據(jù)下式確定偏置電流的第二變化和差動(dòng)電流的第二變化 A2/廳,(w) = |/歸,尸(w) - /層,p (w - 2)
并根據(jù)下式計(jì)算差動(dòng)電流的第一變化與偏置電流的第一變化的第一比
A/D/FF p (")
根據(jù)下式計(jì)算差動(dòng)電流的第二變化與偏置電流的第二變化的第二比
值:
A2/D/FF p (") 2Z)eMai 加.o尸(")=-!-
當(dāng)?shù)谝槐戎荡笥诨虻扔诘谝婚撝禃r(shí)或者第二比值大于或等于第二閾值 時(shí)，故障鑒別器模塊20確定是內(nèi)部故障狀況，所述第一閾值優(yōu)選為l，所 述第二閾值優(yōu)選為0.8。
當(dāng)?shù)谝槐戎敌∮诘谌撝挡⑶以谏鲜鲇?jì)算周期過程中未確定是內(nèi)部故 障狀況時(shí)，故障鑒別器模塊20確定是外部故障狀況，所述第三閾值優(yōu)選為 0.6。
優(yōu)選地，根據(jù)電力系統(tǒng)的特性，預(yù)先確定所述第一閾值、第二閾值、 第三閾值，所述特性包括多種因素，例如運(yùn)行條件以及電流互感器的容量。 采樣頻率(在所描述的實(shí)施例中為每周期48個(gè)樣本)，以及保護(hù)繼電器10、 26相互通信的頻率(在所描述的實(shí)施例中為每周期4次)也會(huì)影響所期望 的第一閾值、第二閾值、第三閾值的高低。
在所描述的實(shí)施例中，確定故障狀況還包括驗(yàn)證步驟，其中如果偏置 電流的第一變化大于第一設(shè)計(jì)閾值，或差動(dòng)電流的第一變化大于第二設(shè)計(jì) 閾值，則僅確定是內(nèi)部或外部故障狀況。需要這樣的驗(yàn)證步驟，因?yàn)樵摬?驟在正常負(fù)載變化過程中避免了保護(hù)繼電器10操作，即保護(hù)繼電器10跳 閘，從而有助于保持電力系統(tǒng)的安全性。 優(yōu)選地，根據(jù)下式確定所述第一設(shè)計(jì)閾值 其中， A是In(保護(hù)繼電器電氣耦合到的電流互感器的次級額定電流)的O.Ol 倍， fs是采樣頻率(在所描述的實(shí)施例中為每周期48個(gè)樣本)，以及 fc是保護(hù)繼電器相互通信的頻率(在所描述的實(shí)施例中為每周期4次) 同時(shí)，根據(jù)下式確定所述第二設(shè)計(jì)閾值 了 其中， B是In(保護(hù)繼電器電氣耦合到的電流互感器的次級額定電流)的0.004 倍。 在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，第一和第二設(shè)計(jì)閾值可以與上述第一和第 二設(shè)計(jì)閾值不同。 在所描述的實(shí)施例中，確定故障狀況還包括確認(rèn)步驟，其中當(dāng)在兩個(gè) 連續(xù)的計(jì)算周期中，所述第一比值大于或等于所述第一閾值或者所述第二 比值大于或等于所述第二閾值，并且偏置電流的第一變化大于第一設(shè)計(jì)閾 值或者差動(dòng)電流的第一變化大于第二設(shè)計(jì)閾值時(shí)，僅確定是內(nèi)部故障狀況。 確定故障狀況還包括根據(jù)后面的預(yù)定延遲，重新確定故障狀況。 在故障鑒別器模塊20確定是內(nèi)部故障狀況的情況下，如果例如"未決" 狀態(tài)，即內(nèi)部故障狀況和外部故障狀況都沒有確定且連續(xù)存在100ms，則 故障鑒別器模塊20可以重新設(shè)置故障狀況。 如果所述未決狀態(tài)連續(xù)存在100ms，在確定是外部故障狀況的情況下， 故障鑒別器模塊20也可以重新設(shè)置故障狀況。 在確定是內(nèi)部故障狀況的情況下，如果連續(xù)確定是外部故障狀況達(dá) 60ms，則故障鑒別器模塊20可以將故障狀況改變?yōu)橥獠抗收蠣顩r。
如果連續(xù)確定是內(nèi)部故障狀況達(dá)40ms，則故障鑒別器20還可以將外
部故障狀況改變?yōu)閮?nèi)部故障狀況。
在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，所述延遲周期可以不同于上文提出那些。 在預(yù)定延遲之后包括重新確定故障狀況的步驟，使得保護(hù)繼電器能夠
快速響應(yīng)故障狀況的變化，以便在需要跳閘動(dòng)作的后續(xù)故障事件中正確地
在確定故障狀況之后，靈敏度修改模塊22根據(jù)故障狀況的類型，修改 保護(hù)繼電器IO、 26的靈敏度。
修改保護(hù)繼電器IO、 26的靈敏度包括在確定是內(nèi)部故障狀況之后增 加所述靈敏度，以及在確定是外部故障狀況之后減小所述靈敏度。
增加保護(hù)繼電器10、 26的靈敏度包括減小保護(hù)繼電器10、 26的偏 置特性斜面28的傾斜角度，例如圖6所示。
減小保護(hù)繼電器10、 26的靈敏度包括增大保護(hù)繼電器10、 26的偏 置特性斜面28的傾斜角度，例如圖7 (a)所示。
在內(nèi)部故障狀況的情況下，尤其是在電流互感器飽和的情況下，可以 減小保護(hù)繼電器IO、 26所采樣的信號(hào)的幅值，該幅值通常會(huì)使得保護(hù)繼電 器IO、 26難于確定是否需要跳閘，即是否需要隔離所述電流互感器。如上 所述，增加保護(hù)繼電器10、 26的靈敏度有助于克服該問題。
反之，在外部故障狀況的情況下，不希望保護(hù)繼電器IO、 26跳間，因 為這將切斷對保護(hù)區(qū)域的供電。因此，減小保護(hù)繼電器IO、 26的靈敏度， 以便降低錯(cuò)誤跳閘的可能性。
在確定是內(nèi)部故障狀況及后續(xù)修改保護(hù)繼電器10、 26的靈敏度之后， 所描述的本發(fā)明的方法還包括如果保護(hù)繼電器IO、 26進(jìn)入位于偏置特性 斜面28之上的觸發(fā)區(qū)域30，則使保護(hù)繼電器IO、 26跳閘。
或者，在確定是外部故障狀況及后續(xù)修改保護(hù)繼電器IO、 26的靈敏度 之后，所描述的本發(fā)明的方法還包括禁止確定是外部故障狀況的保護(hù)繼 電器10、 26跳閘。
所描述的方法還包括以下步驟根據(jù)指數(shù)值的模(magnitude),改變修 改保護(hù)繼電器10、 26的靈敏度的程度。
根據(jù)保護(hù)繼電器10、 26所采樣的輸入電流信號(hào)偏離預(yù)定波形的程度， 來生成所述指數(shù)值。
更具體地，生成指數(shù)值包括以下步驟根據(jù)下式使用(例如)完整周
期DFT濾波器來確定電流信號(hào)的相量模
24臺(tái)
其中，
Ip是相位電流樣本，以及
M是在48個(gè)樣本/周期的頻率下的樣本的指數(shù)(m=l，2，..) 根據(jù)下式確定電流信號(hào)的RMS值
47
jt=0
24
以及根據(jù)下式計(jì)算指數(shù)值Qp(m): 門^ 、 7應(yīng)，尸(加H腐,(777)
僅當(dāng)相量模大于第三設(shè)計(jì)閾值時(shí)，生成所述指數(shù)值，其中所述第三設(shè)
計(jì)閾值優(yōu)選為o.oiin。這樣可以避免對于采樣設(shè)備難于處理的較小電流而言 指數(shù)值過大的問題。
對應(yīng)的保護(hù)繼電器IO、 26對每一相位計(jì)算指數(shù)值，并將其與所述相量 模和相位角一起傳送到其它保護(hù)繼電器10、 26。
在上文所描述的電力系統(tǒng)(即包括本地和遠(yuǎn)程電流互感器25、 27以及 相關(guān)聯(lián)的保護(hù)繼電器10、 26)中，在確定是外部故障狀況之后，使每一保 護(hù)繼電器10、 26的偏置特性斜面28的每個(gè)部分Kl、 K2的傾斜角增大一 個(gè)公因子。
根據(jù)下式，通過將給定相的保護(hù)繼電器10以及另一保護(hù)繼電器26的 指數(shù)值的模相加，并取所述三對保護(hù)繼電器10、 26的相加值的最大值來確
定所述公因子
<formula>formula see original document page 15</formula>
在確定是內(nèi)部故障狀況之后，使給定相位的各對保護(hù)繼電器10、 26的 偏置特性斜面28的每個(gè)部分K1、 K2的傾斜角減小一個(gè)因子，所述因子等 于根據(jù)下式的該對保護(hù)繼電器10、 26的指數(shù)值的模的和
<formula>formula see original document page 15</formula>
此外，對于每一對給定相位的保護(hù)繼電器10、 26的偏置特性斜面的兩 個(gè)部分Kl 、 K2的傾斜角，采用下限0。這樣可以避免具有負(fù)偏置特性斜面。
下面在不同故障狀況的情況下解釋所描述的方法的操作，其中電流互 感器飽和，并且也包括其中無飽和的電流互感器的情況。
因?yàn)榻o定的保護(hù)繼電器10、 26的偏置特性斜面28的傾斜角隨時(shí)間變 化，所以必須在三維曲線中、利用時(shí)間作為第三坐標(biāo)軸來表示偏置差動(dòng)電 流平面中的保護(hù)繼電器IO、 26的操作點(diǎn)。
現(xiàn)在將參照圖3到圖6描述第一故障狀況，該第一故障狀況涉及保護(hù) 區(qū)域8內(nèi)的無電流互感器飽和的情況下的故障。
圖3中示出了輸入信號(hào)以及來自保護(hù)繼電器IO和保護(hù)繼電器26中的 相量估計(jì)模塊16的輸出的估計(jì)相量，其中所述保護(hù)繼電器10電氣耦合到 用于一相的本地電流互感器25，所述保護(hù)繼電器26電氣耦合到用于相同相 的遠(yuǎn)程電流互感器27。為清楚起見，僅示出了一相("A"相)，因?yàn)檩斎?信號(hào)以及其它的相B和相C的輸出對于涉及它們的故障的情況是相同的。
各個(gè)本地和遠(yuǎn)程電流互感器25、 27的容量都足夠大，即足以避免飽和。
圖4示出了指數(shù)值以及已修改的偏置特性斜面28的部分K1、 K2的曲 線。所示出的指數(shù)值是A相中的所述一對保護(hù)繼電器10、26的指數(shù)值的和， 并且被用來修改斜面部分Kl、 K2的傾斜角。因?yàn)樵谒龉收现箅娏餍?br> 號(hào)具有很高的DC偏移，所計(jì)算出的指數(shù)值達(dá)到接近1的最大值，然后隨著 電流信號(hào)中的DC分量的衰減，所述指數(shù)值隨時(shí)間減小。
因?yàn)楣收翔b別器模塊20確定是內(nèi)部故障狀況，所以使斜面部分Kl、 K2的傾斜角減小所述指數(shù)值。然而，所減小的部分K1的斜率是負(fù)的，所 以將其限制到零。
圖5示出了故障鑒別器模塊20的輸出、偏置差動(dòng)比較器、以及最終跳 閘輸出，所述偏置差動(dòng)比較器確定保護(hù)繼電器IO、 26的操作特性是否進(jìn)入 偏置特性斜面28之上的觸發(fā)區(qū)域30。如圖所示，故障鑒別器模塊20在故 障發(fā)生的半個(gè)周期內(nèi)確定是內(nèi)部故障狀況，并在故障發(fā)生的四分之三個(gè)周 期內(nèi)產(chǎn)生最終跳閘。
圖6示出了偏置特性斜面28和保護(hù)繼電器10、 26的操作特性。在故 障發(fā)生后，偏置特性斜面28的兩個(gè)部分的傾斜角減小一個(gè)基于所述指數(shù)值
、當(dāng)操作特性進(jìn)入偏置特性斜面28之上的觸發(fā)區(qū)域30時(shí)，保護(hù)繼電器 10、 26跳閘。
現(xiàn)在將通過參照圖7 (a)和圖7 (b)來描述第二故障狀況，其涉及保 護(hù)區(qū)域8外的無電流互感器飽和的情況下的故障。
圖7 (a)和圖7 (b)示出了偏置特性斜面28以及保護(hù)繼電器10、 26 的操作特性。故障鑒別器模塊20確定是外部故障狀況，因此在故障發(fā)生之 后，根據(jù)指數(shù)值增加偏置特性斜面28的各個(gè)部分的傾斜角。保護(hù)繼電器10、 26的操作特性保持在偏置特性斜面28的表面下方，因此保護(hù)繼電器10、 26不會(huì)跳閘。
現(xiàn)在將通過參照圖8 (a)和圖8 (b)來描述第三故障狀況，其涉及保 護(hù)區(qū)域8外的電流互感器飽和的情況下的故障。
圖8 (a)和圖8 (b)示出，在確定是外部故障狀況之后，通過增加偏 置特性斜面28的各個(gè)部分的傾斜角，來減小保護(hù)繼電器IO、 26的靈敏度。 保護(hù)繼電器10、 26的操作特性保持在偏置特性斜面的表面下方，因此保護(hù) 繼電器IO、 26不會(huì)跳閘。
從圖8 (b)中可以看出，由電流互感器飽和導(dǎo)致的失真使得操作特性 移向觸發(fā)區(qū)域30。然而，因?yàn)槠锰匦孕泵?8的各個(gè)部分的傾斜角增大，
所以操作特性保持在斜面28下方，從而確保不發(fā)生跳閘。
現(xiàn)在將參照圖9描述第四故障狀況，其涉及保護(hù)區(qū)域8內(nèi)的電流互感
器飽和的情況下的故障。
圖9示出偏置特性斜面28以及保護(hù)繼電器10、 26的操作特性。故障
鑒別器模塊20確定是內(nèi)部故障狀況，因此通過根據(jù)指數(shù)值減小偏置特性斜
面28的各個(gè)部分的傾斜角來增加保護(hù)繼電器的靈敏度。保護(hù)繼電器10、 26
的操作特性進(jìn)入觸發(fā)區(qū)域30，從而發(fā)生跳閘。
權(quán)利要求
1、一種用于在故障后操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，所述保護(hù)繼電器電氣耦合到電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域，所述方法包括下列步驟通過辨別所述保護(hù)區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部故障和所述保護(hù)區(qū)域外的外部故障來確定故障狀況；以及根據(jù)所述故障狀況的類型，修改所述保護(hù)繼電器的靈敏度，包括在確定是內(nèi)部故障狀況之后增大所述靈敏度，以及在確定是外部故障狀況之后減小所述靈敏度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，其中確定 故障狀況的步驟包括評估在偏置差動(dòng)電流平面中所述保護(hù)繼電器的操作 特性隨時(shí)間的變化。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方 法，其中，確定故障狀況的步驟還包括確定所述保護(hù)繼電器的偏置電流的第一變化和第二變化； 確定所述保護(hù)繼電器的差動(dòng)電流的第一變化和第二變化；計(jì)算差動(dòng)電流的所述第一變化與偏置電流的所述第一變化的第一比值；計(jì)算差動(dòng)電流的所述第二變化與偏置電流的所述第二變化的第二比值；當(dāng)所述第一比值大于或等于第一閾值時(shí)，或者當(dāng)所述第二比值大于或 等于第二閾值時(shí)，確定是內(nèi)部故障狀況；以及當(dāng)所述第一比值小于第三閾值并且在之前的計(jì)算周期中未確定是內(nèi)部 故障狀況時(shí)，確定是外部故障狀況。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，還包括 根據(jù)所述電力系統(tǒng)中的狀況和所述電力系統(tǒng)的物理容量，預(yù)先確定所述第 一閾值、第二閾值和第三閾值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，包括以下步驟根據(jù)對偏置電流和差動(dòng)電流進(jìn)行采樣的頻率，改變所述第一閾值、 第二閾值和第三閾值。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3到5中的任一項(xiàng)所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的 方法，還包括驗(yàn)證步驟，其中僅當(dāng)偏置電流的所述第一變化大于第一設(shè)計(jì) 閾值，或差動(dòng)電流的所述第一變化大于第二設(shè)計(jì)閾值時(shí)，才產(chǎn)生確定內(nèi)部 故障狀況和確定外部故障狀況的操作。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，還包括確 認(rèn)步驟，其中，僅當(dāng)對于兩個(gè)連續(xù)的計(jì)算周期，所述第一比值大于或等于 所述第一閾值或所述第二比值大于或等于所述第二閾值，并且偏置電流的 所述第一變化大于第一設(shè)計(jì)閾值或差動(dòng)電流的所述第一變化大于第二設(shè)計(jì) 閾值時(shí)，才進(jìn)行確定內(nèi)部故障狀況的步驟。
8、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，其 中確定故障狀況的步驟包括在預(yù)定的延遲之后，重新確定故障狀況。
9、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，其 中，增大所述保護(hù)繼電器的所述靈敏度的步驟包括減小所述保護(hù)繼電器的 偏置特性斜面的所述傾斜角，而減小所述保護(hù)繼電器的所述靈敏度的步驟 包括增大所述保護(hù)繼電器的所述偏置特性斜面的所述傾斜角。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，還包括: 如果所述保護(hù)繼電器的操作特性進(jìn)入了所述偏置差動(dòng)電流平面的觸發(fā)區(qū) 域，則在確定是內(nèi)部故障狀況之后，使所述保護(hù)繼電器跳閘，所述觸發(fā)區(qū) 域位于所述偏置特性斜面之上。
11 、根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，還包括在確定是外部故障狀況之后，禁止所述保護(hù)繼電器跳閘。
12、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法， 還包括根據(jù)指數(shù)值的模，對所述保護(hù)繼電器的所述靈敏度被修改的程度 進(jìn)行改變。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，包括 根據(jù)采樣獲得的保護(hù)繼電器的輸入電流信號(hào)偏離預(yù)定波形的程度，生成所 述指數(shù)值。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，其中， 生成所述指數(shù)值包括下列步驟確定所述電流信號(hào)的相量模；確定所述電流信號(hào)的RMS值；以及計(jì)算所述RMS值減去所述相量模的差與所述RMS值的比值。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法，其中， 僅當(dāng)所述相量模大于第三設(shè)計(jì)閾值時(shí)，才進(jìn)行生成所述指數(shù)值的步驟。
16、 一種保護(hù)電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的方法，所述電力系統(tǒng)與至少一個(gè)電流差動(dòng)保護(hù)繼電器電氣耦合，該方法包括以下步驟根據(jù)權(quán)利要求1到15中的任一項(xiàng)所述的步驟，來操作各個(gè)所述保護(hù)繼電器。
17、 一種保護(hù)三相電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的方法，所述保護(hù)區(qū)域如下限定 一組位于所述保護(hù)區(qū)域的一端處的三個(gè)本地電流互感器，以及第二組位于所述保護(hù)區(qū)域的另一端處的三個(gè)遠(yuǎn)程電流互感器，每個(gè)電流互感器都 電氣耦合到所述電力系統(tǒng)的一相并且其上都電氣耦合有電流差動(dòng)保護(hù)繼電器，所述方法包括以下步驟根據(jù)權(quán)利要求1到15中的任一項(xiàng)所述的步驟，來操作各個(gè)保護(hù)繼電器。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的保護(hù)三相電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的方法，其中，根據(jù)下式來確定第一設(shè)計(jì)閾值和第二設(shè)計(jì)閾值其中A是給定保護(hù)繼電器電氣耦合的電流互感器的次級額定電流的倍 數(shù)，fs是對所述保護(hù)繼電器的偏置電流和差動(dòng)電流進(jìn)行采樣的頻率，fc是 所述保護(hù)繼電器相互通信的頻率。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17或權(quán)利要求18所述的保護(hù)三相電力系統(tǒng)的保護(hù) 區(qū)域的方法，還包括在確定是外部故障狀況之后，使各個(gè)保護(hù)繼電器的 偏置特性斜面的所述傾斜角增大一個(gè)公因子。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的保護(hù)三相電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的方法，包括通過以下步驟確定所述公因子將給定相的各對保護(hù)繼電器的所述指數(shù)值的模相加，并取所述三對保護(hù)繼電器的相加值的最大值。
21、 根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的保護(hù)三相電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的方法，還包括在確定是內(nèi)部故障狀況之后，將給定相的各對保護(hù)繼電器的偏置特性斜面的所述傾斜角減小一個(gè)因子，所述因子等于該對保護(hù)繼電器 的所述指數(shù)值的模的和。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的保護(hù)三相電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的方法，還包括以下步驟對給定相的各對保護(hù)繼電器的偏置特性斜面的所述傾斜角采用下限o。
23、 一種電流差動(dòng)保護(hù)繼電器，包括故障鑒別器模塊，其用于通過辨別電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部故障和所述保護(hù)區(qū)域外的外部故障來確定故障狀況；以及靈敏度修改模塊，其用于根據(jù)所述故障狀況的類型，修改所述保護(hù)繼 電器的靈敏度，修改所述靈敏度包括在確定是內(nèi)部故障狀況之后，增大所述靈敏度，以及在確定是外部故障狀況之后，減小所述靈敏度。
24、 一種通常如本文中通過參照附圖所描述的和/或如在附圖中所示出 的操作電流差動(dòng)保護(hù)繼電器的方法。
25、 一種通常如本文中通過參照附圖所描述的和/或如在附圖中所示出 的保護(hù)電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的方法。
26、 一種通常如本文中通過參照附圖所描述的和域如在附圖中所示出 的保護(hù)三相電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的方法。
全文摘要
在電流差動(dòng)保護(hù)繼電器領(lǐng)域中，需要對于或關(guān)于保護(hù)繼電器的改進(jìn)，以使得它們能夠適應(yīng)電流互感器飽和，同時(shí)保持期望的可靠度。一種在故障之后，操作被電氣耦合到電力系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)域的電流差動(dòng)保護(hù)繼電器(10、26)的方法，包括下列步驟通過辨別所述保護(hù)區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部故障和所述保護(hù)區(qū)域外的外部故障來確定故障狀況；以及根據(jù)所述故障狀況的類型，修改所述保護(hù)繼電器(10、26)的靈敏度。一種電流差動(dòng)保護(hù)繼電器(10、26)，包括故障鑒別器模塊(20)，用于通過辨別電力系統(tǒng)中保護(hù)區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部故障和所述保護(hù)區(qū)域外的外部故障來確定故障狀況；以及靈敏度修改模塊(22)，用來根據(jù)所述故障狀況的類型，修改所述保護(hù)繼電器的靈敏度。
文檔編號(hào)H02H3/28GK101340078SQ20081012825
公開日2009年1月7日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者P·K·甘加德哈蘭, T·S·希胡 申請人:阿?，m輸配電英國有限公司