CN105514955A - 一种反应单相接地短路的距离继电器及动作方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种距离继电器动作方法、装置及反应单相接地短路的距离继电器，其中该方法包括如下步骤：获取动作判据比较量；分别计算θ₁、θ₂、θ₃和θ₄；分别判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立；当0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°且180°≤θ₄≤360°时，生成使距离继电器动作的信号。本发明的相位比较判据简单，可靠性高，且距离继电器具有很强的抗过渡电阻能力，能自动判别故障相。

Description

一种反应单相接地短路的距离继电器及动作方法、装置

技术领域

本发明涉及电力***输电线路保护领域，具体涉及一种反应单相接地短路的距离继电器及动作方法、装置。

背景技术

距离保护在电力***线路保护中获得广泛应用，距离继电器是距离保护中的测量元件。阻抗(距离)继电器反应电力***短路点的距离，短路点落在保护区内，距离继电器动作；否则，不动作。距离继电器种类很多，以适用不同的应用场合。根据反应短路类型，可分为：接地距离继电器和相间距离继电器。

电力***发生接地短路时，接地电阻比较大。所以，希望接地距离继电器有比较大的允许过渡电阻能力。

专利申请CN200410024016提出一种反应单相接地短路的距离继电器，这种接地距离继电器有很好的性能，有比较大的允许过渡电阻能力。但也存在缺点：相位比较判据计算较复杂，可靠性差。

发明内容

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的反应单相接地短路的距离继电器的相位比较判据计算复杂。

为此，本发明实施例一种距离继电器动作方法，包括如下步骤：

获取动作判据比较量，所述动作判据比较量包括距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量其中表示距离继电器所在相，为a、b或c；

分别根据以下公式计算θ₁、θ₂、θ₃和θ₄：

分别判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立；

当0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°且180°≤θ₄≤360°时，生成使距离继电器动作的信号。

优选地，所述补偿电压向量的计算公式为：

其中， $K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1},$ Z₀为线路单位长度的零序阻抗，Z₁为线路单位长度的正序阻抗，Z_zd为整定阻抗，为所在相电流相量。

本发明实施例的一种距离继电器动作装置，包括：

获取单元，用于获取动作判据比较量，所述动作判据比较量包括距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量其中表示距离继电器所在相，为a、b或c；

计算单元，用于分别根据以下公式计算θ₁、θ₂、θ₃和θ₄：

判断单元，用于分别判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立；

动作信号生成单元，用于当0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°且180°≤θ₄≤360°时，生成使距离继电器动作的信号。

优选地，所述补偿电压向量的计算公式为：

其中， $K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1},$ Z₀为线路单位长度的零序阻抗，Z₁为线路单位长度的正序阻抗，Z_zd为整定阻抗，为所在相电流相量。

本发明实施例的一种反应单相接地短路的距离继电器，包括：

电压互感器，用于接收三相电压和将所述三相电压和转换成适合A/D转换器的电压并输出；

电流/电压转换器，用于接收三相电流和将所述三相电流 和转换成适合A/D转换器的电压并输出；

A/D转换器，用于将接收到的所述电压互感器和电流/电压转换器输出的电压转换成数字量并输出；

处理器，包括距离继电器动作装置，所述距离继电器动作装置包括：

获取单元，用于根据所述A/D转换器输出的数字量获取动作判据比较量，所述动作判据比较量包括距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量其中表示距离继电器所在相，为a、b或c；

计算单元，用于分别根据以下公式计算θ₁、θ₂、θ₃和θ₄：

判断单元，用于分别判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立；

动作信号生成单元，用于当0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°且180°≤θ₄≤360°时，生成使距离继电器动作的信号。

优选地，所述补偿电压向量的计算公式为：

其中， $K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1},$ Z₀为线路单位长度的零序阻抗，Z₁为线路单位长度的正序阻抗，Z_zd为整定阻抗，为所在相电流相量。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的距离继电器动作方法及装置，通过获取距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量的动作判据比较量，判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立，实现了使距离继电器动作或不动作，其相位比较判据简单，可靠性高。

2.本发明实施例提供的反应单相接地短路的距离继电器，不仅相位比较判据简单，可靠性高，还有很强的抗过渡电阻能力，且有选相功能，自动判别故障相功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中距离继电器动作方法的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例2中距离继电器动作装置的一个具体示例的原理框图；

图3为本发明实施例3中反应单相接地短路的距离继电器的一个具体示例的原理框图；

图4为电力***示意图；

图5(a)为反方向短路电压相量关系图；

图5(b)表示正方向区内短路电压相量关系图；

图5(c)表示正方向保护区末端短路电压相量关系图；

图5(d)表示正方向区外短路电压相量关系图；

图6(a)为非故障相零序电流与负序电流关系图；

图6(b)为非故障相零序电流与负序电流关系图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种距离继电器动作方法，例如应用于反应单相接地短路的距离继电器，如图1所示，包括如下步骤：

S1、获取动作判据比较量，动作判据比较量包括距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量其中表示距离继电器所在相，为a、b或c；

S2、分别根据以下公式计算θ₁、θ₂、θ₃和θ₄：

S3、分别判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立；当0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°且180°≤θ₄≤360°时，进入步骤S4；否则，进入步骤S5。

S4、生成使距离继电器动作的信号。

S5、生成使距离继电器不动作的信号。

优选地，补偿电压向量的计算公式为：

其中， $K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1},$ Z₀为线路单位长度的零序阻抗，Z₁为线路单位长度的正序阻抗，Z_zd为整定阻抗，为所在相电流相量。

上述距离继电器动作方法，通过获取距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量的动作判据比较量，判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立，实现了距离继电器的动作，其相位比较判据简单，可靠性高。

实施例2

对应于上述实施例1，本实施例提供一种距离继电器动作装置，如图2所示，包括：

获取单元41，用于获取动作判据比较量，动作判据比较量包括距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量其中表示距离继电器所在相，为a、b或c；

计算单元42，用于分别根据以下公式计算θ₁、θ₂、θ₃和θ₄：

判断单元43，用于分别判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立；

动作信号生成单元44，用于当0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°且180°≤θ₄≤360°时，生成使距离继电器动作的信号。

优选地，补偿电压向量的计算公式为：

其中， $K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1},$ Z₀为线路单位长度的零序阻抗，Z₁为线路单位长度的正序阻抗，Z_zd为整定阻抗，为所在相电流相量。

上述距离继电器动作装置，通过获取距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量的动作判据比较量，判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立，实现了距离继电器的动作，其相位比较判据简单，可靠性高。

实施例3

本实施例提供一种反应单相接地短路的距离继电器，如图3所示，包括：

电压互感器1，用于接收三相电压和将三相电压和转换成适合A/D转换器3的电压并输出；

电流/电压转换器2，用于接收三相电流和将三相电流和转换成适合A/D转换器3的电压并输出；

A/D转换器3，用于将接收到的电压互感器1和电流/电压转换器2输出的电压转换成数字量并输出；

处理器4，包括距离继电器动作装置，距离继电器动作装置包括：

获取单元，用于根据A/D转换器3输出的数字量获取动作判据比较量，动作判据比较量包括距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量其中表示距离继电器所在相，为a、b或c；

计算单元，用于分别根据以下公式计算θ₁、θ₂、θ₃和θ₄：

判断单元，用于分别判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立；

动作信号生成单元，用于当0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°且180°≤θ₄≤360°时，生成使距离继电器动作的信号。

优选地，补偿电压向量的计算公式为：

其中， $K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1},$ Z₀为线路单位长度的零序阻抗，Z₁为线路单位长度的正序阻抗，Z_zd为整定阻抗，为所在相电流相量。

如图3所示，反应单相接地短路的距离继电器输入三相电压和三相电流和三相电压和经电压互感器1转换成适合A/D转换器3的电压；三相电流和经电流/电压转换器2转换成适合A/D转换器3的电压；A/D转换器3把三相电压和三相电流对应的模拟量转换成数字量，然后传输给处理器4，处理器4计算反应单相接地短路的距离继电器动作判据，当动作判据成立时，反应单相接地短路的距离继电器输出动作信号；否则，输出不动作信号。

上述反应单相接地短路的距离继电器分相设置，即A相接地距离继电器反应A相接地短路，B相接地距离继电器反应B相接地短路，C相接地距离继电器反应C相接地短路。各相接地距离继电器分别有4个输入量，各相接地距离继电器从三相电压和三相电流和形成4个动作判据比较量，分别是：

A相：

B相：

C相：

反应单相接地短路的距离继电器动作判据为：计算 当0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°时，反应单相接地短路的距离继电器动作；否则，不动作。

下面说明，在单相接地短路时距离继电器有很强的抗过渡电阻能力，且有选相功能，自动判别故障相功能。

电力***如图4所示。假定***各阻抗的阻抗角均相等，并以A相接地短路为例。

不管***是否振荡，都有下面关系式：

${\stackrel{\·}{U}}_{ma}={\stackrel{\·}{U}}_{fa}+({\stackrel{\·}{I}}_a+K{\stackrel{\·}{I}}_0)Z_{f1}$

式中：为故障相短路点处的电压；Z_f1为母线至短路点之间线路的正序阻抗。

把上式代入补偿电压表达式，可得：

${\stackrel{\·}{U}}_a^{\′}={\stackrel{\·}{U}}_{fa}+({\stackrel{\·}{I}}_a+K{\stackrel{\·}{I}}_0)(Z_{f1}-Z_{zd})={\stackrel{\·}{U}}_{fa}+M({\stackrel{\·}{I}}_a+K{\stackrel{\·}{I}}_0)Z_{f1}$

M＝(Z_f1-Z_zd)/Z_f1

如果整定阻抗Z_zd的阻抗角与Z_f1的阻抗角相等，则M为实数，相量 的端点在同一条直线上。当区内短路Z_zd＞Z_f1时，M为负实数，U'_a和的端点分列在的两侧，如图5(b)所示。A相接地距离继电器的计算结果为0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°，A相接地距离继电器动作；发生A相单相接地短路，非故障相的负序电流与零序电流之间的夹角总是120°，如图6(a)和6(b)所示。B相接地距离继电器与C相接地距离继电器的计算结果为不动作。可见，反应单相接地短路的距离继电器有选择故障相功能。

当Z_zd＝Z_f1时，和的端点重合在一起，为临界动作状态，如图5(c)所示；A相接地距离继电器临界动作状态；B相接地距离继电器与C相接地距离继电器的计算结果为不动作。

当Z_zd＜Z_f1，即正向区外短路时，M为小于1的正数，在的同一侧，且的端点落在与的端点之间，如图5(d)所示。A相接地距离继电器，B相接地距离继电器，C相接地距离继电器的计算结果为不动作。

当发生反方向短路时，与也在的同一侧，但在和之间，如图5(a)所示。A相接地距离继电器，B相接地距离继电器，C相接地距离继电器的计算结果为不动作。

短路点对地电压即为***两侧零序电流之和在弧光电阻R_g上的压降：

${\stackrel{\·}{U}}_{fa}=3{\stackrel{\·}{I}}_{0\mathrm{\Σ}}{R}_g=3{\stackrel{\·}{I}}_0{R}_g/C_{S0}$

C_S0＝(Z_l0-Z_f0+Z_R0)/(Z_S0+Z_l0+Z_R0)

式中：C_S0为S侧零序电流分布系数；Z_S0、Z_R0和Z_l0分别为S侧、R侧和线路L的零序阻抗；Z_f0为测量点至故障点的零序阻抗。由于已经假定***各阻抗角均相等，故C_S0是实数。因此，的相位与相同。

如果***阻抗角均相等，发生单相接地短路，故障相的负序电流与零序电流总是同相位，与之间的夹角为零。所以，故障相接地距离继电器如果0°≤θ₁≤180°，必然有0°≤θ₃≤180°；如果180°≤θ₂≤360°，必然有180°≤θ₄≤360°。

通过分别判断与相量的相位关系，就能正确判断是否区内短路，且与短路处弧光电阻的大小和线路两侧电势摆开角度的大小无关。

上述反应单相接地短路的距离继电器只要求反应单相接地短路。电力***发生两相短路、三相短路和两相短路接地时，将闭锁该反应单相接地短路的距离继电器。电力***发生两相短路、三相短路和两相短路接地时，将由相间距离继电器实现保护功能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种距离继电器动作方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取动作判据比较量，所述动作判据比较量包括距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量其中表示距离继电器所在相，为a、b或c；

分别根据以下公式计算θ₁、θ₂、θ₃和θ₄：

分别判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立；

当0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°且180°≤θ₄≤360°时，生成使距离继电器动作的信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿电压向量的计算公式为：

其中， $K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1},$ Z₀为线路单位长度的零序阻抗，Z₁为线路单位长度的正序阻抗，Z_zd为整定阻抗，为所在相电流相量。

3.一种距离继电器动作装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取动作判据比较量，所述动作判据比较量包括距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量其中表示距离继电器所在相，为a、b或c；

计算单元，用于分别根据以下公式计算θ₁、θ₂、θ₃和θ₄：

判断单元，用于分别判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立；

动作信号生成单元，用于当0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°且180°≤θ₄≤360°时，生成使距离继电器动作的信号。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述补偿电压向量的计算公式为：

其中， $K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1},$ Z₀为线路单位长度的零序阻抗，Z₁为线路单位长度的正序阻抗，Z_zd为整定阻抗，为所在相电流相量。

5.一种反应单相接地短路的距离继电器，其特征在于，包括：

电压互感器(1)，用于接收三相电压和将所述三相电压和转换成适合A/D转换器(3)的电压并输出；

电流/电压转换器(2)，用于接收三相电流和将所述三相电流和转换成适合A/D转换器(3)的电压并输出；

A/D转换器(3)，用于将接收到的所述电压互感器(1)和电流/电压转换器(2)输出的电压转换成数字量并输出；

处理器(4)，包括距离继电器动作装置，所述距离继电器动作装置包括：

获取单元，用于根据所述A/D转换器(3)输出的数字量获取动作判据比较量，所述动作判据比较量包括距离继电器所在相母线电压相量零序电流相量负序电流相量和补偿电压向量其中表示距离继电器所在相，为a、b或c；

计算单元，用于分别根据以下公式计算θ₁、θ₂、θ₃和θ₄：

判断单元，用于分别判断0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°和180°≤θ₄≤360°是否成立；

动作信号生成单元，用于当0°≤θ₁≤180°、180°≤θ₂≤360°、0°≤θ₃≤180°且180°≤θ₄≤360°时，生成使距离继电器动作的信号。

6.根据权利要求5所述的距离继电器，其特征在于，所述补偿电压向量的计算公式为：

其中， $K=\frac{Z_0-Z_1}{3Z_1},$ Z₀为线路单位长度的零序阻抗，Z₁为线路单位长度的正序阻抗，Z_zd为整定阻抗，为所在相电流相量。