改进的限制式差动继电器制造技术

一种差动继电器，用于在电力系统中保护电力系统设备，例如母线，电力系统设备具有输入电力线和输出电力线，在上面分别有输入和输出电流。每相输入和输出电流通过变压器、滤波和标准化电路后作用于差动继电器。差动继电器包括一个检测电路，用于检测外部故障，并通过阻止继电器对所述外部故障发出跳闸动作以保证安全性。而且，继电器还包括一些电路，能对发展成为内部故障的外部故障进行响应，而改变继电器一部分的运转，方法是增加限制电路的增益，启动一个定向单元监控差动继电器，增加限制电流故障后的即时值，并增加一个选定的时间延迟，所有这些装置都用于识别发展成为内部故障的外部故障。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于电力系统设备保护的差动继电器，尤其涉及一种在由于对外部故障做出响应而使运转受到限制的时间段内，还能够对电力系统设备内部的故障进行响应的差动继电器。
技术介绍
多年以来，差动继电器都被用于保护各种电力系统设备，包括发电机、变压器、电力线、母线和其他设备。在差动继电器的基本运转过程中，电力系统设备的输入电流电力信号的每一相(A、B和C)与输出电流电力信号的每一相进行比较。当这两个电流的各相相等时，电力系统设备就处于正常的运转状态。而当设备发生内部故障(电力系统设备的内部)时，这两个电流就会不相等，通过对这两个电流进行适当的处理，就能对内部故障做出正确判断。随后差动继电器就开始运转(启动一个电流断路器)，电力系统设备从电力系统中脱离下来。附图说明图1显示了一种差动继电器典型的连接方式。图中模块10表示电力系统设备，当然它还可以是各种不同的设备，但在很多情况下它是指母线。电力系统设备分别在电力线11和13上具有输入电流I1和输出电流I2。对于三相电力信号中的某一相，在电力线11上有一个第一电流互感器(CT)12，第二电流互感器14位于电力线13上。这两个电流互感器将电力线上很大的电流降低到适当的水平，适于差动继电器16处理，差动继电器16连续不断地对电流I1和I2进行比较。对用于电力系统设备10的另外两相电力信号也使用了同样的电路装置。在运行中，如果一个选定比例的被称作IOP(运行电流值)的电流值大于另一个选定比例的被称作IRT(限制电流值)的电流值，差动继电器16就会断定处于内部故障状态。IOP定义为电流I1和I2矢量(相量)和的绝对值，公式如下 IOP＝|I1+I2|IRT定义为I1和I2绝对值的和，公式如下IRT＝|I1|+|I2|差动继电器是用来区分内部故障和外部故障(电力设备之外)的。图2中的斜线18显示了一个差动继电器典型的运行特性。斜线18将部故障区20与内部故障区22进行区分。正如上文所解释的那样，差动继电器将针对内部故障进行工作(跳闸)，而对于电力设备外部的故障却不跳闸(这种动作被称为阻断)。定义了内部故障的受保护“区域”在两个电流互感器之间延伸。只要电力线上各电流互感器能在线路上正确地再现一次电流，差动继电器一般情况下对于外部故障作用发挥较好。如果有一个电流互感器未能正确地产生一次电流，不正确的电流—即假电流—就会被引入差动继电器从而产生一个不正确的结果。当故障发生时电流互感器进入饱和是导致电流互感器出现错误一个常见原因。例如，当用于电流I2(输出)的电流互感器饱和时，I2的值就不正确，于是差动继电器就会判断处于内部故障状态，随即差动继电器会进行不适当的继电器运转(跳闸)。人们当然非常不希望出现这种过程。人们已经开发出许多方法来解决电流互感器饱和问题(由于电流互感器饱和而使差动继电器产生误运转)。一种方法使用了电流信号的第二谐波。另一种方法改变了差动继电器的特性(图2中的斜线18)，增加斜率，以对电流互感器饱和进行补偿。但是，这些解决方法虽然能在某些情况下提供改进的运转，可在其他情况下却无法阻止继电器的误运转。此外，在第一种方法中，在第二谐波超出一个设定的门限值的时间段内，差动继电器的跳闸逻辑被完全阻止。在另一种方法中，在检测到处于外部故障状态后，差动继电器在一个固定时间段(例如7个周期)内被阻止。但是继电器不能识别出发展成内部故障的外部故障，或者在被阻止的时间段内独立产生的内部故障。这不必要地耽误了对内部故障的识别和响应。另外一种方法还利用了各个电流的相位角信息。即便是在电流互感器饱和条件下，相位角信息仍保持正确。定向继电器是一种非常常用并广为人知的保护性单元，就使用了相位角信息来区分外部和内部故障。差动继电器和定向继电器组合使用可以提供对差动继电器运转的监控，能克服只使用一个差动单元所带来的缺点。但是这种组合装置使差动继电器的运转变慢，实际上如果不使用组合装置差动继电器的运转速度非常快。速度变慢就是因为有定向单元。另外，这种组合不能检测到异相180°的输入和输出电流的高阻抗故障。因此，很需要设计出这样一种差动继电器，它能识别出外部故障并根据相应的情况阻止继电器的运转。但在另外一方面，这种继电器应能根据设计要求对实际的内部故障做出响应，在任何时候都能正确运转，即使当外部故障发展成为内部故障时也能做出响应。差动继电器的运转要能保持其通常具有的高速度，速度不被附加单元所降低，这一点也很重要。专利技术简述据此，本专利技术提供一种用于在电力系统中保护电力系统设备的差动继电器，电力系统设备具有一条输入电力线和一条输出电力线，包括分别用于检测输入电力线和输出电力线上的电力电流信号的装置；用于识别电力系统中电力系统设备外部故障情况的装置；用于在选定的时间段内响应于外部故障情况而阻止产生跳闸信号的装置；以及在所述选定的时间段内识别内部故障并允许在所述选定的时间段内进行跳闸动作的装置，该内部故障包括所述外部故障发展成为内部故障。附图简述图1为一个简单原理图，说明了一个差动继电器接入一个电力系统设备的方法；图2是一个图表，说明了差动继电器相对于运行电流IOP和限定电流IRT的工作特性；图3是本专利技术的限制式差动继电器的功能块图；图4是图3所示电路的一部分的功能块图；图5是图3所示电路的另一实施例的功能块图。最佳实施例详述以前的限制式差动继电器在识别到外部故障时会在一个确定的时间段(例如7个周期)内完全阻止差动继电器进行运转(跳闸)，与它们不同，本专利技术提供的差动继电器在识别到外部故障时，响应于外部故障而阻止继电器运转，但如果外部故障发展成为内部故障，或者在继电器由于外部故障而被阻止的时间段内内部故障独自发生时，仍然允许继电器运转。通过响应于内部故障，而对外部故障却保持安全(避免跳闸)，该继电器实际上对于绝对的阻止处理“不敏感”。因此本专利技术是一个根本上不同的限制式差动继电器。图3是本专利技术所指的新式限制式差动继电器的功能块图。有两个电流输入至继电器，即与受继电器保护的电力设备相关的选定相(A、B或C)的输入或输出电流加到输入线30和31上。这两路电流(I1、I2)是由电力线上的电流互感器的输出。随后电流信号被分别施加到滤波、定标和补偿电路(FSC)34和36上。现在请参阅图4。每个FSC电路包括串联的一个模拟低通滤波器(ALPF)38和一个数字带通滤波器(DBPF)40。随后滤波后的信号根据不同的电力变压器和电流互感器连接，通过补偿电路41进行补偿连接(匹配)。一个TAP乘法器补偿了电力变压器和电流互感器比率间的差异。应当理解这种FSC电路通常为人们所熟知。FSC电路的输出是输入电流标准化的基波分量，它可以与电力系统设备中其他端子的标准化电流输入进行精确的比较。随后FSC电路34和36的输出施加到一个求和单元43，求和单元43把两个值相加。求和单元43的输出被引入至一个绝对值单元45，绝对值单元45由输入产生一个幅值(magnitude)。绝对值单元45的输出为IOP，定义如上。而后IOP的值作为一个输入施加到控制逻辑电路44。FSC电路34和36的输出还分别施加到幅值电路46和48，幅值电路46和48产生一个幅值，该幅值然后又施加到求和单元50，求和单元50的输出为IRT，定义如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在电力系统中保护电力系统设备的差动继电器，电力系统设备具有一条输入电力线和一条输出电力线，包括： 分别用于检测输入电力线和输出电力线上的电力电流信号的装置； 用于识别电力系统中电力系统设备外部故障情况的装置； 用于在选定的时间段内响应于外部故障情况而阻止产生跳闸信号的装置；以及 在所述选定的时间段内识别内部故障并允许在所述选定的时间段内进行跳闸动作的装置，该内部故障包括所述外部故障发展成为内部故障。

【技术特征摘要】
US 1999-10-15 09/418,7291.一种用于在电力系统中保护电力系统设备的差动继电器，电力系统设备具有一条输入电力线和一条输出电力线，包括分别用于检测输入电力线和输出电力线上的电力电流信号的装置；用于识别电力系统中电力系统设备外部故障情况的装置；用于在选定的时间段内响应于外部故障情况而阻止产生跳闸信号的装置；以及在所述选定的时间段内识别内部故障并允许在所述选定的时间段内进行跳闸动作的装置，该内部故障包括所述外部故障发展成为内部故障。2.根据权利要求1所述的继电器，其中所述识别装置包括，响应于一外部故障的识别而改变对来自输入和输出电力线的电力信号电流的处理的装置。3.根据权利要求1所述的继电器，还包括电流互感器，用于将输入和输出电流信号的幅值减少至一个适于所述继电器处理的水平，所述继电器还包括对从电流互感器中输出的已被减小的电流值进行滤波和规格化的装置。4.根据权利要求3所述的继电器，其中所述滤波装置包括串联的一个模拟低通滤波器和一个数字带通滤波器。5.根据权利要求1所述的继电器，其中所述外部故障识别装置包括一个对运行电流和限制电流的值进行响应的控制电路，其中输入信号电流是I1，输出信号电流是I2，运行电流是|I1+I2|，限制电流是|I1|+|I2|，其中来自控制电路的一个指示外部故障状态的输出信号至少应用于下面3个单元之一(a)一个存储单元，其响应于所述控制电路的输出信号，在一个选定的时间段内增加限制电流的值；(b)一个增益控制电路，其响应于控制电路的输出信号，增加限制电流的增益，以产生一个修正的限制电流值；以及(c)一个定向单元，其响应于控制电路的输出信号，确定由继电器识别出来的故障是外部...

【专利技术属性】
技术研发人员：A古兹曼卡西利亚斯，
申请(专利权)人：施魏策尔工程实验公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]