CN1481506A

CN1481506A - 用于电力输送线路的线路差分保护系统

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Publication number: CN1481506A
Application number: CNA018208002A
Authority: CN
Inventors: J・B・罗伯兹; J·B·罗伯兹; 尧; G·本默尧; 嘉-费拉; H·阿图伍－费拉; 怂; R·福克斯; 吠呃斯; D·茨欧瓦拉斯
Original assignee: Schweitzer Engineering Laboratories Inc
Current assignee: Schweitzer Engineering Laboratories Inc
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2004-03-10
Anticipated expiration: 2021-10-15
Also published as: KR100840478B1; CA2425942C; AU2002215365B2; CA2425942A1; BRPI0114791B1; AU1536502A; BR0114791A; NZ525831A; CN1225070C; WO2002033426A9; US6518767B1; WO2002033426A1; ZA200302956B; KR20030040553A; MXPA03003416A; EP1327153A1

Abstract

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。

Description

用于电力输送线路的线路差分保护系统

技术领域

本发明总体而言涉及电力输送线路保护系统，更具体而言，本发明涉及一种电力输送线路的差分保护系统。

背景技术

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。

本发明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。

发明内容

因此本发明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。

在本发明的相关方面中，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表示本发明的系统的电流比平面操作特性图。

图5表示本发明线路差分系统第一部分的逻辑图。

图6表示本发明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(I_R)到本地电流(I_L)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：

\frac{{\overset{&RightArrow;}{I}}_{R}}{{\overset{&RightArrow;}{I}}_{L}} = {re}^{jθ} = a + jb

a = Re (\frac{{\overset{&RightArrow;}{I}}_{R}}{{\overset{&RightArrow;}{I}}_{L}})

b = Im (\frac{{\overset{&RightArrow;}{I}}_{R}}{{\overset{&RightArrow;}{I}}_{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，I_R/I_L＝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，I_R/I_L等于1∠0°。但是，当内部故障朝本地继电器移动时，I_L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，I_L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I_A，I_B，I_C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，或者(2)限制故障报告，因为电流比值起因于负载或外部故障或系统因数和/或误差。有一个确定在该α平面内的区域，该区域是“限制”区域，是一个“工作”(跳闸)区域，能够适当决定电路受到限制和工作的选择。

在本发明中，不会由于线路差分单元导致跳闸的α平面内的所有点确定了一个没有跳闸信号的限制区域，同时α平面内的其余部分在产生跳闸信号的工作区域内。

图4表示本发明作出故障确定决定使用的限制/工作区域。在α平面内被称为30处的限制区域位于理想外部故障点32的中心。该区域30首先由电流比值角度(在“a”轴之下或之上的径向线路31和33)确定，其范围与受到各种系统因数影响的电流比值相适应，这些系统因数包括线路充电电流值，CT饱和和取样时间和数据调整误差。区域30还由电流比值(曲线35，37)的幅值确定，在其它因数中，其范围与CT饱和和数字滤波短期响应相适应。

本发明的逻辑线路使用一系列的逻辑比较和其它功能来确定I_R/I_L比值位于α平面上的位置，尤其是确定I_R/I_L比值是否在限制区域内，在此情况下，没有跳闸信号。当I_R/I_L比值位于限制区域之外的工作区域时，如果检波器的电流值满足一定的阈值和其它特性，那么就产生一个跳闸信号。

如上所述，分别有一个独立的α平面代表每一相电流(Ia，Ib，Ic)和每一个序电流(I₀，I₁，I₂)。在本发明中，α平面代表用于所有三相电流(Ia，Ib，Ic)。在此应用中，所表示和介绍的电路只是用于Ia相电流。其它相电流(Ib，Ic)有相同的相关逻辑电路。此外，负序电流值与负序α平面一起使用。尤其是对于故障电流小的不平衡的故障而言，负序部分增加了整个系统的灵敏性。使用负序量，尽管提供了比相电流单元更好的灵敏度，但是也包括用于防止在故障状态下运行的安全单元。A相、B相和C相电路用于提供作用于三相故障的跳闸，负序电路用于不平衡故障。

相对于其它序的严重CT饱和的外部(外部)故障，负序电路比其它序的电路具有显著的优点。使用负序量与只使用相电路相比，能够给保护系统提供更高的接地故障电阻范围。这是人们期望得到的结果，并且也能够在非故障状态下提供更好的安全性。不平衡故障将在所有内部故障的至少一个线路终端内产生负序电流。因此，使用负序量将能够检波器所有不平衡故障。此外更重要的是，由于负序充电电流的很小，因此检波器工作的阈值可以设定得非常低，可与相检波器工作的水平相比。通常，负序和相充电电流的差值在稳定状态运行状态下将是1/100或甚至更大。但是，设定为1/10也是很有利的。

图5表示本发明的线路差分系统的相比较部分的逻辑电路。对于B相和C相可以采用相同的逻辑图。现在参见图5，比较器40将在电力线本地端测得的S相电流I_AL的幅值与选出阈值相比较，在此情况下为额定二次电流的10％(0.1)。该阈值能够保证相电流有足够的幅值，有可靠的相角。比较器42对通过通信信道从线路其它端远程继电器获得的远程电流值实现相同的功能。

AND门44响应比较器40和42的输出，以及比较器46的输出。比较器46的功能是能够在本地和远程电流的总和I_AL+AR超过最小阈值时使计算器工作。电流累加功能由累加电路41实现。比较器46的输入由电流累加电路48和多路复用器单元50提供。该多路复用器单元50将在两个设定的电流阈值之间变化。比较器46建立大的输出，以便超过一个较高的最小灵敏度水平。

累加电路48的输出也与用户设定警报值相比较。如果超过该阈值，那么就发出CTAA警报信号。比较的目的是检测用户不小心将继电器(位于线路的一端或多端)周围的三个电流输入短路的情况。

多路复用器50的设定阈值在电力线的最大充电电流之上。充电电流是用于给高架线和地下线路中出现的分配线路电容器充电的电流。提供给比较器46的多路复用器的阈值将在输入为0的设定阈值和输入为1的两倍于该设定阈值的阈值之间改变。0或1阈值由OR门54的输出选择，其响应于OR门56和计时器58的输出。

远程继电器的A相、B相和C相的绝对值分别提供给比较器62，64和66，这些比较器将那些值与用户选出的单个设定阈值相比较。该设定值是可以改变的。如果比较器62，64和66的任何输出高，那么OR门60的输出也高。OR门60的输出作为一个输入提供给AND门68。给AND门的其它输入是一个来自远程断路器即电力线远程端的断路器的状态逻辑的一个信号。如果此时断路器断开，那么该线路上的信号就高。AND门68的输出作为给计时器58的输入，它是一个边缘触发的瞬时检波器，一个循环时间延迟的放空计时器。计时器8的输出在AND门68的输出上升沿升高。

在来自AND门68的高输出结束之后计时器58的输出仍然保持很高。计时器58的输出提供给OR门54。如上所述，OR门的输出控制多路复用器50的设定，即是否为用户设定值或其两倍。OR门54的高通信号表示可能的线路激励；这导致将多路复用器50的输出设定为高的阈值。来自OR门56的输出也有相同的功能，它响应于来自本地逻辑断路器状态逻辑的信号和计时器69的工作。

AND门44的输出提供给角度计算电路72。如上所述，当来自比较器46的输出高以及比较器40和42的输出高时，AND门的输出也高，基本表示本地和远程电流值高到足以使它们的角度能够取决于故障确定。角度计算电路72使用A相电流相矢量I_AR和I_AL比值完成了下面的计算。

angle = \frac{Re [I_{AR} \cdot I_{AL}^{*}]}{| I_{AR} | \cdot | I_{AL} |}

计算结果是一个代表本地和远程电流的角度值，当I_AR和I_AL在相内(角度差为零)时该值为最大正值，当I_AR和I_AL为180在相外时为最大负值，当I_AR和I_AL在quadature(即在相外90)。来自电路72的该值提供给两个比较器74和76。在这些比较器中，将该角度值与阈值相比。在比较器76中，该阈值是：

该值87LA表示在α平面上通过“a”轴的角度范围，其中表示一个限制作用。比较器76的作用是确定I_R和I_L之间的电流差的角度是否在阈值建立的角度限制范围内。如果I_R/I_L角度差在该角度范围内，那么比较器76的输出高，表示用于该系统的相单元部分的可能限制条件。在比较器74中，该阈值为：

该阈值角度通常设定得比比较器76使用的阈值设定值确定的限制区域稍小。这就在该限制区域内建立了性能边界区域内的该角度部分。如果确定的角度值在靠近比较器76设定值确定的限制区域边界的一个点处，但是仍然在该限制区域内，以便该继电器不会使断路器跳闸，应该不通知用户保护边界是封闭的。该“边界”角度可以在5°到25°之间变化。

A相电流(I_AR和I_AL)也提供给幅值电路84。在幅值电路84中，两个电流值I_R和I_L的绝对幅值用于确定电流幅值比值(I_AR/I_AL)。电路84的输出如同一个输入一样提供给四个比较器。在比较器86中，将幅值电路84的输出与第一设定值(在图5中为87LR)相比，它代表图4中α平面内该限制区域的外径线路37的设定。如果I_R/I_L比值小于设定值，那么比较器86的输出高。如果大于设定值，那么它就低。比较器86的输出形成本发明安全逻辑(限制)的一部分。

幅值电路84的输出也提供给比较器90，比较器将其与比较器86的设定值的倒数相比较；这是建立限制区内径线路35的设定值。如果幅值电路84的输出值大于设定值，那么比较器90的输出就高。否则输出就低。

比较器86和90的输出以及比较器76和AND门44的输出都提供给AND门68。来自AND门68的高输出表示整个故障确定电路系统在上述阈值安全阈值内是可行的，电流比值在限制区域的两个建立的半径边界之间。来自AND门68的输出作为一个反向输入提供给AND门92。

幅值电路84的输出也作为一个输入提供给比较器94。给比较器94的其他输入是一个等于比较器86的设定值的90％(0.9)的值。该值可以在75％和95％之间变化。如果幅值小于该阈值，即小于比较器86的设定值(阈值)设定的限制区外半径的90％，那么比较器94的输出就高。否则就低。该逻辑(比较器94)在该限制区域内建立了性能边界区域的外半径部分。

最后，幅值电路84的输出提供给比较器96，该比较器将该输出与比较器90的设定值的大约为110％的设定值相比较。这在某种程度上也能够改变。当幅值I_R/I_L大于设定值时，比较器96的输出就高。这就在限制区域内建立了性能边界区域的内半径部分，在图4中比内半径值稍微靠左。

比较器94和96的输出以及比较器74(它建立限制区域角度部分性能边界区域)的输出和AND门的输出作为输入提供给AND门98。

当给AND门的这些输入都高时，那么就意味着本地和远程电流值都大于最小值(因此AND门44的输出高)；及(2)这些电流的比值在电流比值平面的限制区域内，如比较器76的角度确定和比较器86和90的半径确定所确定的那样，那么该输出将高，表示线路条件能够在限制区域内。AND门98的输出作为一个输入提供给AND门100。

此外，当给AND门的所有输入都高时，表示(1)本地和远程电流高于最小值，(2)角度和半径在限制区域内的性能边界限定的“巢”区域内，如比较器94和96确定的那样，AND门98的输出也高。AND门98的输出作为一个反向输入提供给AND门100。在此情况下，AND门100的输出低，并且不发出警报(因此继电器的跳闸受到限制)。但是当给AND门98的一个输入低时，而给AND门68的所有输入都高时，表示角度和/或半径的比值的边界位置在限制区域内，因此AND门100的输出变高。

AND门100的高输出提供给计时器102，计时器102在0.5个循环之后检波，并有三个循环的时间延迟下降。因此，AND门100的高输出状态对至少0.5的电力循环是真实的，并在AND门100的输出降低之后在三个电力循环内保持较高。计时器102的输出提供给AND门104。提供给AND门104的反向输入是OR门106的一个输出，其输入全具有其它线路差分单元，由87L2，87L0，87LA，87LB和87LC表示，尤其是零序和负序单元以及相A、B、C的相单元。如果检波其中任何一个单元，那么OR门106的输出将高，AND门104的输出将低。在此情况下没有提供报警信号。

当没有其他单元被检波时，AND门104的输出因此将高，至少对于0.5个循环，I_R/I_L比值在该限制区域内性能边界区域内，该状态在最后三个循环内出现。AND门104的高输出提供给一个两循环安全计时器108。计时器108的高输出是一个告知用户系统状态关闭到跳闸状态的报警信号，而不是跳闸仍然受到限制的信号。

如上所述，当I_R/I_L比值在限制区域内并且I_R/I_L电流满足阈值要求时，AND门68的输出高。AND门68的输出以及来自比较器46(上面已经解释了其工作)的信号作为一个反向输入提供给AND门92。只有当AND门68的输出低时，AND门92的输出才很高，表示I_R/I_L比值在限制区域之外，或者来自一个角度或半径。

AND门68的输出也提供给一个单循环延时检波器(TDPU)、单循环延时下降(TDDO)计时器112。计时器112提供了图5的总电路，在清除外部故障(在附近线路上的故障)之后接着进行CT(变流器)饱和安全检波器，其中在线路一端的CT饱和，而另一端的不饱和。AND门68输出高的状态至少对一个循环是真实的，必须在至少上一个循环内出现来满足计时器112。计时器112的输出作为一个反向输入提供给AND门110。AND门110的输出提供给计时器114。计时器114在所示的该实施例中至少有两个可能的值，尽管可以有更多或更少的值。在该实施例中这两个值是一个两点检波器或16点检波器，其中每个点都是一个电力系统循环的1/16。

当I_R和I_L高于阈值水平和CT已经从饱和状态完全恢复时，计时器114的输出高。当计时器114的输出从两点增加到16点时，提供了额外的安全性。计时器114的输出是一个断路器跳闸信号；表示I_R/I_L比值超出了限制区域，已经满足了各种安全准则。

如上所述，上述逻辑电路用于本发明系统的相差分比较部分的相电流部分。对B相和C相比较提供了相同的电路。

除了相比较操作以外，该操作由对所有三相进行，本发明还包括一个表示在图6中的负序差分电流电路。该负序差分单元在很多方面与图5的相同。但是，不使用本地和远程相电流而使用本地和远程负序量(在图6中为3I₂量)。

将负序电流量(3I_2L和3I_2R)与阈值相比，保证负序电流有一个可靠的相角。总共进行四个比较。比较器120和122与AND门124一起使用。如果本地负序电流(3I_2L)高于设定值a·3I_2L，那么比较器120的输出高，其中3I_2L是本地终端的正序量。因数“a”通常为0.02-0.05，设定值通常为0.03，以便适应CT比值误差。

在比较器122中，对负序电流3I_2L和0.05的额定二次电流值即额定二次电流的5％进行比较，它通常是1amp或5amps，取决于使用的CT。同样可以由比较器126和128对远程负序电流量进行比较。比较器126和128的输出提供给AND门130，其输出及AND门1 24和比较器168的输出提供给AND门133。AND门133的功能与图5中AND门44的功能相同。

电路135计算本地和远程负序电流I_2L和I_2R之和。相同的输出作为给时间过电流(TOC)单元的输入也是有用的。该单元与电流不包括在差分测量中的抽头负载配合。由于负序充电电流可以忽略，因此该负序TOC单元能够被设定得非常灵敏。如图7所示，抽头负载变压器137从保护线路138延伸，位于本地和远程继电器之间。抽头负载变压器由继电器139和断路器141保护。

与TOC相相比，负序TOC呀能够检测位于抽头变压器下侧的更高的阻抗接地故障。如果该变压器构成Δ-Y-接地，那么零序TOC不能检测下侧接地故障，因为变压器的绕组堵塞了电力系统高压侧内流动的电流。

如果该变压器构成接地-Y-Δ，那么负序TOC对于外部故障比零序TOC更安全，因为接地-Y的操作象一个未测定的零序电流源。

对于图7中所示的故障，电路135测量流入变压器的总故障电流。同样的电流也能够由高压侧继电器139或变压器熔丝保护器测量。因为线路端点继电器测量与抽头负载变压器保护相同的电流，因此可以迅速完成直接时间协调。如果故障在保护线路上，那么时间过电流不幸延迟高速跳闸。为了克服该缺点，高设的过电流单元(通过总线路电流工作)用于使时间过电流单元旁通。由于考虑厂到了变压器高侧和低侧故障之间的故障功率之差，该方案在很多领域中都是很有效的。在那些电源S和/或电源R的强度显著变化的情况下，可以使用距离单元代替高设过电流。

再次参见图6，AND门133的输出能够使角度计算块136产生确定负序电流alpha平面的角度信息。图6中的多路复用器140与图5中的多路复用器50功能相同，并在用户设定最小检波值(pickup value)和三倍于该检波值的检波值之间切换。这稍微不同于图5，图5中在用户设定值和两倍于该设定值的值之间切换。此外，使用该切换是因为在电力线激励(在断路器已经被断开及再次闭合之后)期间充电电流涌入，或者远程断路器被断开，这产生了充电电流电源充电的可能性，或者线路的所有三个断路器的极不同时断开的可能性。因此，为了提高系统的安全性，当断路器得到信号被断开时，增加最小跳闸阈值。多路复用器40由OR门142的输出控制。驱动OR门142的电路与图5中的相同，其中有一个给OR门142的附加输入值，一个来自图6中电路另一部分的信号，这将在下面进行论述。

比较器150，152，154和156用于建立α平面限制部分的半径部分(内部和外部边界)及在内部产生的“巢”部和完全限制区域之间的0.9性能边界区域。如上所述，该边界区域对于本信筒的相比较部分可以改变。

在图6的负序量方案中，没有开路CT警报信号，因此没有CT警报输出信号，因为在无负载状态下的高阻抗故障能够在轻载期间被从开路CT线路中区分出来。在图6中，当负序电流比值在限制区域内时比较高的AND门160的输出可以与图5中的AND门68的输出相比。AND门160的输出接着被提供给计时器162，并作为一个反向输入被提供给AND门164。计时器162的输出作为另一个输入提供给AND门164，该输入也是反向的。AND门164的输出以及比较器168的输出接着作为一个输入提供给AND门166。

在相同的输入条件下，图6中的AND门166的输出可以与5图5中AND门110的输出相比。在图6中AND门166的输出提供给计时器168，其输出是用于本发明的负序差分逻辑部分的跳闸信号输出。计时器168至少有两个可能的检波值，尽管可以有更多(或更少)的检波值，在所示实施例中可以是8点或16点(1/2电力循环或1电力循环)。在正常工作时，工作点是八个，但是当给多路复用器140的控制信号高时，为了更加安全点值可增加到16。当然，该点也可以变化，这取决于设计上的考虑。计时器168的输出是一个跳闸信号，表示负序电流的电流比值特性位于alpha平面的工作区，与限制区域相反。

还参见图6，AND门160和AND门170的输出提供给AND门172。这与图5中的AND门68、98和100的输入和工作十分类似。从AND门172到计时器174的逻辑线路与图5中的相同。计时器174的输出高表示电流比值在alpha平面限制区域的性能边界区域内，警告用户系统被闭合到外部(外部)故障的跳闸状态。

相差分逻辑和负序差分逻辑的组合能够可靠地、迅速地但却安全地确定保护线路上的故障。使用负序差分保护尤其能够为没有提供相差分逻辑的电流CT变换器饱和提供必要的高接地故障电阻值和安全性。但是很显然，可以上述线路进行改进。例如，可以使用零序量代替图6中的负序量。虽然性能并不十分好，但是也可以接受。此外，在某些情况下，也可以使用正序量代替图5中的相量7(与图6中的线路相结合)。

因此，本发明已经公开了一种系统，该系统能够利用保护线路本地和远程端的电流值，使用线路差分保护电路精确确定传输线路的故障。该系统计算远程电流与本地电流的比值，该比值位于电流比值(α)平面内，该系统包括一个确定在能够被用户修改的α平面内的限制区域，二者都在角度和半径值内。可以将相差分逻辑和负序差分逻辑组合起来为CT饱和提供高故障电阻值和安全性。因此该系统高度安全、灵敏，能够精确和快速确定故障，同时在故障实际不发生在保护线路部分内时避免跳闸。

尽管为了便于说明已经描述了本发明的最佳实施例，但是很显然，对本发明所做的各种变化、改进和替换都不脱离本发明的范围，本发明的范围由后面的权利要求书确定。

Claims

1、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。

2、如权利要求1的系统，其中选择的序电流值是负序电流值。

3、如权利要求2的系统，其中远程和本地相和负序电流值是绝对值。

4、如权利要求2的系统，还包括阈值确定电路，用于对相和负序电流本地和远程值和预选阈值进行比较，其中所述相和负序电流值必须超过所述电流差分系统的所述阈值，以致能并产生一个跳闸信号。

5、如权利要求2的系统，包括一个比较单元，用于分别将远程和本地相电流值、远程和本地负序电流值之间的电流差值，与预选最小充电电流值进行比较，其中预选值必须超过最大充电电流值，以便使所述系统产生一个跳闸信号。

6、如权利要求5的系统，其中充电电流最小值在两个值之间变化，取决于线路是否被激励，其中当电力输送线被激励时所述最小值变大。

7、如权利要求6的系统，其中所述最小充电电流值的增加至少是其它最小值的两倍。

8、如权利要求6的系统，包括一个计时器，用于将增加的最小值的时间延长至少电力系统循环的1/8。

9、如权利要求2的系统，其中预选值的幅值和角度可以独立进行调整，以便改变α平面内相和负序区域的形状和面积。

10、如权利要求2的系统，其中相和负序区域内部都确定有一个巢区，其中当比值幅值和角度在巢区和限制区域之间的边界内时，系统产生一个报警信号。

11、如权利要求10的系统，其中当比值幅值和角度值在所述限制区域内时，当系统已被阈值比较致能时，及当没有其它相差分单元或序单元提供跳闸信号时，跳闸信号受到限制。

12、如权利要求8的系统，包括一个第二计时器，用于相对于CT饱和为系统提供保护。

13、如权利要求8的系统，其中所述计时器至少有两个检波值，其中该计时器在电力线被激励时有一段更长的检波时间。

14、如权利要求2的系统，其中对电力输送线路的所有三相电流进行相电流判定。

15、如权利要求2的系统，其中用于操纵负序单元产生跳闸信号的必要电流值大体设定为比用于操纵相比较单元所需的电流值小。

16、如权利要求15的系统，其中用于负序单元的所述必要电流值比相比较电流值小约10％或更少。

17、如权利要求1的系统，其中该电力系统包括一个来自电力线路的抽头负载和将负载与远程负序电流的总和连接到时间过电流单元上的装置，用于确定抽头负载低侧上的高阻抗接地故障。

18、如权利要求17的系统，其中该抽头负载是一个变压器。

19、一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正序电流值的装置；

用于计算远程正序电流值与本地正序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，在该相区域内限制输送线路的断路器的跳闸，其中当该幅值和角度值不在建立的相区域内时，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；

用于计算选出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选定序区域之外时，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选定序区域之内，不产生跳闸信号。

20、如权利要求19的系统，其中选择的序电流值是负序电流值。

21、如权利要求19的系统，其中远程和本地相和负序电流值是绝对值。

22、如权利要求19的系统，还包括阈值确定电路，用于将正序和负序电流本地和远程值与预选阈值进行比较，其中所述正序和负序电流值必须超过所述电流差分系统的所述阈值，以便致能并产生一个跳闸信号。

23、如权利要求21的系统，包括一个比较单元，用于分别将远程和本地正序电流值、远程和本地负序电流值之间的电流差值，与预选最小充电电流值进行比较，其中预选值必须超过最大充电电流值，以便使所述系统产生一个跳闸信号。

24、如权利要求23的系统，其中充电电流最小值在两个值之间变化，取决于线路是否被激励，其中当电力输送线被激励时所述最小值变大。

25、如权利要求21的系统，其中预选值的幅值和角度可以独立进行调整，以便改变α平面内正序和负序区域的形状和面积。

26、如权利要求21的系统，其中正序和负序区域内部都确定有一个巢区，其中当比值幅值和角度在巢区和限制区域之间的边界内时，产生一个报警信号。

27、如权利要求21的系统，其中用于操纵负序单元产生跳闸信号所必要的电流值大体设定为比用于操纵正序比较单元所需的电流值小。

28、如权利要求27的系统，其中用于负序单元的所述必要电流值比相比较电流值约小10％或更少。