用于电力输送线路的线路差分保护系统技术方案

在一种电力线路电流差分保护系统内，所有三相电流值（ＩＡ，ＩＢ和ＩＣ）都冲电力输送线（１２）的本地端和远程端获得。可以计算远程电流值与本地电流值的比值幅值。此外，还可以计算每相的本地和远程电流值之间的角度差。比较单元（４０，４２）将该比值和角度值与在电流比值平面内建立限制区域的预选值进行比较。导致该比值在该区域内的电流值并不会导致一个电力输送线（１２）的跳闸信号，同时导致一个比值在该区域之外的电流值导致断路器跳闸。同样的电路也适用于负序电流量，其中负序电流预选值被设定地较低，以便对线路中可能存在的故障产生一个更灵敏的响应。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体而言涉及电力输送线路保护系统，更具体而言，本专利技术涉及一种电力输送线路的差分保护系统。
技术介绍
现代的电力系统通常要求高速清除故障以便通过减少下降电压(压降)持续时间来保持系统的短期(短时期)稳定性和提供更高性能的电力。能够满足电力输送线路也就是额定电压等于或大于115KV的电力输送线路的这种要求的最广泛使用的故障保护系统是采用方向比较技术的方向保护系统。尽管方向比较方法有一些优点，包括位于本地和电力线远程端之间的继电器的信道要求少，以及固有冗余度少，但是它要求从电力线上的电力信号获得的电压值。这种系统由于电压误差或小电压因数引起的损失电压也会有一些问题(通常是严重的问题)，包括系统中的熔断丝，系统中变压器(VT)设备绕组的问题和系统中电容性耦合变压器的短期响应问题。采用电压值的另一种方向比较系统是一种电流差分系统，它只使用来自电力线的电流值信息，也是公知的线路差分系统，它不要求电压测量设备，因为它们在故障确定中不使用电压值。线路差分系统对系统中的功率波动和负荷突变不敏感，通常对线路上的某些状态不敏感或不受其影响，包括零序耦合效应和或电流反向。但是，与这些优点同时存在的还有几个明显的缺陷，包括依赖高性能的通信信道，并被要求在线路的本地和远程保护继电器之间。此外采用相电流量的传统线路差分系统被限制在它们的接地故障电阻有效范围内，并且在变流器(CT)饱和的状态下损害安全性。本专利技术是一种新型线路差分系统，它虽然也依赖一个通信信道，但是它比其他系统有几个显著的改进之处，包括故障电阻有效范围提高，操作特性和灵敏性改善，同时又保持了电力系统的安全。
技术实现思路
因此本专利技术是一种用于电力输送线路的电流差分保护系统，它包括用于确定输送线路本地端和远程端的相电流值的装置；用于计算远程相电流值与本地相电流值的比值幅值以及计算远程电流值和本地电流值之间的角度差的装置；比较单元，用于将上述比值幅值和上述角度值与预选值进行比较，所述预选值在电流比值平面内建立一个相区域(phase region)，在所述相区域内限制输送线路的断路器的跳闸，其中当该比值幅值和角度值不在建立的相区域之内时，产生用于断路器的跳闸信号作为输出信号，并且其中当该比值幅值和角度值在建立的相区域之内时，不产生跳闸信号；用于从输送线路本地端和远程端的(1)负序(negative sequence)电流值和(2)零序(zero sequence)电流值中选择一个的确定装置；用于计算选择的远程序(sequence)电流值和本地序电流值的比值幅值的装置；用于计算本地和选出的远程序电流值之间的角度差值的计算装置；以及比较单元，用于将上述比值幅值和上述角度值与预选值进行比较，所述预选值在电流比平面内建立一个选定序限制区域，其中当该比值幅值和角度值在该序区域之外时，产生一个断路器的跳闸信号作为输出信号，并且当该比值幅值和角度值在该序区域之内，不产生跳闸信号。在本专利技术的相关方面中，正序(positive sequence)电流值替代相电流值，并与负序电流值结合使用，并且从负序电流值和零序电流值中选出的一个值。附图说明图1表示一种电路输送线路的差分保护系统的简图。图2A和2B表示从线路1的保护观点观察到的内部和外部故障的电力输送线路电流图。图3表示外面部分(外部)故障或通过负荷的具有理想特性点的电流比平面图。图4表示本专利技术的系统的电流比平面操作特性图。图5表示本专利技术线路差分系统第一部分的逻辑图。图6表示本专利技术线路差分系统第二部分的逻辑图。图7表示典型负载电路图。具体实施例方式如上所述，这些线路差分保护系统是一种具有几个可用于电力输送线路的不同保护方案的系统。在该线路差分方法中，保护性继电器位于保护线路的每一端。例如在图1中，输送线路12在相反的端部具有保护性继电器14，16。断路器15和17分别与继电器14和16相关。继电器之间的通信由通信线18完成，该通信线可以是光纤电缆或其它通信媒介。在工作时，每个继电器14和16测量保护线路端部的线路电流值，并将其发送给线路其他端部的继电器。本地保护继电器(在图1中继电器14被称为“本地”继电器)将与电流结合，它测量来自远程继电器的线路电流值。当故障在保护线路外部(故障在不同的线路上)时电流值的总和为零，而内部故障(在保护线路上)将导致非零组合电流。图2A，2B表示输送线路图，其中有内部(线路12)和外部(线路19)故障的电流流动，表示外部故障增加到零的原理，同时内部故障产生一个非零组合电流。当采用线路差分方法和采用线路相反端的电流值确定故障发生在输送线路上时，电流比例特性或点得到计算并公知作为电流比平面，也公知作为α平面，图示表示了远程电流(IR)到本地电流(IL)的矢量比。该电流比平面或α平面是一个公知的概念，有关的说明在A.R.vanC.Warrington，Chapman and Hall Ltd(1971)所著的书”ProtectiveRelays-Their Theory and Pratice”，其中的相关部分在此引入作为参考。远程继电器和本地继电器的线路电流值组合形成电流值的比值。该比值有一个幅值和角度。该比值可以绘制在电流比值平面上。流入保护线路内的电流被确定为在两端(线路端点)的正(零角度)电流。图3是α(电流比值)平面的简图。平面的两个轴由符号a和jb表示，并由下面的公式得出I→RI→L=rejθ=a+jb]]>a=Re(I→RI→L)]]>b=Im(I→RI→L)]]>其中Re和Im指电流比的实部和虚部。理想地，负载电流在两个继电器内同时出现但值相反，因此对于负载电流和外部故障，IR/IL＝1∠180°由图3中的附图标记点26表示。关于内部故障，只在线路同源时线路两端的故障电流相等，例如当两个源有相等的强度及故障位于线路中点时，线路两端对故障的作用是相等的。在此情况下，IR/IL等于1∠0°。但是，当内部故障朝本地继电器移动时，IL将增加，α平面上内的点27将朝从该本地继电器(图2中的继电器14)观察到的原始位置移动。对于比本地电流大的远程电流，从本地继电器观察时该点将朝离开原始位置的方向移动。当故障离开本地继电器时，IL将减少，该点将移动。各种系统因数包括分同源电力系统将导致每端处α平面内故障电流的角度不同，这导致外部故障的比值点在平面α内沿移动通过“a”轴的弧上下移动。显然，对于三相电流IA，IB，IC中的每一项及对三个序列的电流量(零序、正序和负序)中的每一个，都存在一个独立的α平面。各种其它因数包括线路测量误差，线路充电电流，CT(变流器)饱和效应，电力系统补偿电容器内的短期效应，数字滤波器短期响应和继电器系统的其他方面，能够导致外部故障的比值如图3所示朝离开点26的方向移动。对于内部故障，这些因数将导致该比值在α平面周围移动。在外部故障也就是理想外部故障或负载的α平面内，从26的移动使线路差分系统的确定更加复杂，表明(1)故障在保护线路上，断开线路上的相关断路器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
种用于电力输送线路的电流差分保护系统，包括： 用于确定输送线路本地端和远程端的相电流值的装置； 用于计算远程相电流值与本地相电流值的比值幅值的装置； 用于计算远程电流值和本地电流值之间的角度差的装置； 比较单元，用于将上述比值幅值和上述角度值与预选值进行比较，所述预选值在电流比值平面内建立一个相区域，在所述相区域内限制输送线路的断路器的跳闸，其中当该比值幅值和角度值不在建立的相区域之内时，产生用于断路器的跳闸信号作为输出信号，并且其中当该比值幅值和角度值在建立的相区域之内时，不产生跳闸信号； 用于从输送线路本地端和远程端的（１）负序电流值和（２）零序电流值中选择一个的确定装置； 用于计算选择的远程序电流值和本地序电流值的比值幅值的装置； 用于计算选择的本地和远程序电流值之间的角度差值的计算装置；以及 比较单元，用于将上述比值幅值和上述角度值与预选值进行比较，所述预选值在电流比平面内建立一个选定序限制区域，其中当该比值幅值和角度值在该序区域之外时，产生一个断路器的跳闸信号作为输出信号，并且当该比值幅值和角度值在该序区域之内，不产生跳闸信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JB罗伯兹，G本默尧，H阿图伍费拉，R福克斯，D茨欧瓦拉斯，
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]