CN1257335A - 故障保护装置 - Google Patents

Abstract

用于分时故障保护电路的故障保护装置,包括装备于线路上的有常闭跳闸触点的断流器,电流测量装置用于产生输出信号指明在断流器线路上的电流,故障信号处理装置用于处理从电流测量装置输出的信号,以在第一时间检测到线路上的初始故障。故障信号处理装置还用于在初始故障被检测出后,处理电流测量装置的输出,并且在输出信号与预定标准相符时产生加速断开信号;及控制装置用于响应所说的加速断开信号断开断流器的跳闸触点。

Description

故障保护装置

本发明涉及一种用于保护电源线的故障保护装置的改进，特别涉及到一种改进过的分时故障保护装置。

用于电源线的故障保护技术中，最重要的一种技术是众所周知的过电流保护。在这种技术中，提供了一个断流器，该断流器正常运行时是闭合的，以使得电线两部分连通。电流测量装置监测流过穿出断流器的电线内的电流，典型的电流测量装置是一个变流器。它通常被称做继电器。电流测量装置的输出由故障检测装置监测，在该输出对应于故障状态的电流指示时，断流器断开，从而使得电线的一部分与别的部分分开。

在较长的电源线中，提供不止一个断流器(被并联于电流测量装置和故障监测装置)。它们分设在电线路上的不同地方。在这种情况下，要保证既仅有最小数目的断流器打开，又能排除故障，需要使用一个分时方法，在此方法中，每一个断流器能在一个预定时间过去以后断开，然后用被并联于该断流器的故障监测装置检测故障。其中的电流检测装置是方向型的，即，监测各个方向的电流，每个断流器的时间延迟根据发现故障的断流器与线路上的其它断流器的相对位置和方向来分级。

图1表示包括五个断流器的一个典型的现有工艺装置。断流器用CB₁，CB₂，CB₃，CB₄和CB₅代表，被串联在被保护线的第一端“S”和第二端“R”之间。每一个断流器提供两个电流测量继电器，每个方向一个。以最接近第一端的时间算，每一个断流器的延迟时间分别为T₁，T₂，T₃，T₄，T₅，它们满足T₁＜T₂＜T₃＜T₄＜T₅。

这些延迟时间与一个故障在一个断流器处被检出后，直到断流器因为该线路的第一端方向上的故障而断开的时间有关，第一端的方向即断流器的左边。

对于该线路上的第二端方向上的故障，延迟(从最接近线路的第二端的断流器算起)分别为T₁’？，T₂’？，T₃’？，T₄’？，T₅’？，它们满足T₁’？＜T₂’？＜T₃’？＜T₄’？＜T₂’？。因此每一个断流器都有与断流器相应的两个时间延迟。由于中心断流器CB3的特殊性，这些延迟将被赋予不同的值。

正如图1所示，最接近线路一端的断流器，在关来自于近端的方向的电流做一个较短的延迟后断开。

以前的工艺技术中，在线路较长，并且提供了大量的断流器时，时间分段问题发生。在这种情况下，某些延迟时间可以不会达到较高。而且一旦设备安装好，延迟时间就固定不变了。

依据我们的发明的第一个特性，用于分时故障保护电路的故障装置包括一个断流器部件，该部件在线路上拥有一个常闭脱扣触点；一个电流测量部件，它适于在断流器处产生一个表示线路电流的输出信号；一个故障信号处理装置，它适处理从电流测量装置输出的信号，以便首先检测电线路上的初始故障，故障信号处理装置还适于在检测初始故障后，处理电流测量装置的输出，并且在输出信号满足预定标准时，产生一个加速断开信号；还包括一个控制装置，它用于根据所说的加速断开信号断开断流器的脱扣触点。

当指示在线路上的一个远端断流器的运行的事件出现在线路上，并且运行后输出信号仍然指示线路上的一个故障时，输出信号可以适于满足预定标准。在这些情况下，一个加速断开信号会产生，断流器会在瞬时断开。如果输出信号指明远端的断流器已经断开，并且故障已经从线路上的保护部分中排除，则没有任何加速断开信号产生，断流器可以保持闭合。

电流测量装置可以包含适合于在故障保护装置的任何一边，产生一个表示流动于该线路上的电流的输出信号的一个正向和一个反向电流测量装置。这就使得装置可以确定故障在线路的哪一段上。然后可提供两个故障信号处理装置，每个方向一个。由此可以得到对故障的定向响应。如果满足预定标准的故障状态，由正向电流测量装置而非反向断开装置检出，则故障信号处理装置可以适于产生一个加速断开信号。如果故障最初是由反向电流测量装置检出，则被控制装置用于在预定时间延迟后断开断流器的一个延时断开信号可以产生，其中的预定时间可为0.5秒。

根据本发明的第二方面，用于电线的定向性分时故障保护装置包括至少两个分别安置在线路的被保护部分的第一和第二末端的故障保护装置，每个故障保护装置至少包括一个断流器，一个与每个断流器关联的正向和反向电流测量装置，正向电流测量装置适于测量线路上从第一方向流出的电流，反向电流测量装置适于测量线路上从第二反向流出的电流，与每个断流器关联的控制装置，每个控制装置适于在响应于通过处理与断流器关联的正向电流测量装置之输出信号而被检出的初始故障在第一个预定时间段后，打开其各自的断流器，关联于这些断流器中的至少一个的故障信号处理装置适于监视反向电流测量装置的输出，以便在初始的故障被检出后，在从反向电流测量装置输出的电流满足预定标准的情况下，控制装置适于在一个加速时刻打开各自的断流器。

如果输出信号满足预定标准，故障信号处理装置可适于产生一个加速打开信号，此信号被控制装置用来打开断流器。

如果输出信号不满足预定标准，因为初始故障由反向电流测量装置检出，控制装置可以在预定时间过去后，打开断流器。

因此，本发明提供一种用于线路的分时故障保护装置，其中至少一个故障保护装置适于对某些增加响应速度的故障状态做出加速断开决定。在现有工艺系统中，作用较慢速的故障保护装置(那些在故障的远端末端)仅仅可以在最初故障检出后预定时间延迟过后断开断流器。

另一方面，电流测量装置可以由一个在适于线路上检测电压的电压信号测量装置替代。这个装置可以经处理产生一个电流信号。

这里可以有附加的故障保护装置，包括装置在线路上的一个或一个以上的断流器，被关联的控制装置和电流测量装置。不是所有附加的断流器都需要有能力以加速度打开。例如，这些附加的故障保护装置可以适于监测正向和反向的电流测量装置的输出，可以用于在正向电流测量装置显示线路上有初始故障的第一预定时间延迟过后，及通过监测反向电流测量装置输出而检出故障的第二时间延迟过后，断开断流器。

最好第二个运行时间段比第一个运行时间段快。那些距离电流流出线路末端较远的断流器可以增加那个方向的时间延迟。

一个故障信号处理装置可以关联于各自的断流器。这种方式可以适于经由处理电流测量装置输出产生一个输出信号，指明最初始故障。

如果在最初故障监测后，测量的电流指明线路上测量故障方向的远距离的断流器已经断开，故障还没有被从线路上的保护部分排除，则可满足被故障信号处理装置应用于产生加速断开指令的预定标准。

因此，故障信号处理装置可以用于检测在一部分线路上，通过处理电流测量装置输出来检测沿检测出故障的方向的另一个断流器的运行。

在电源线是三相线时，电流测量装置可以适于产生三个输出子信号。每个信号可与三相电源的各相关联。输出子信号可以是连续或不连续的，即随时间变化时的测量值序列。输出信号可以指明线路上的电流和/或电压。它们可以是数字的或模拟的。

故障信号处理装置可以适于通过组合在基本上初始故障检出的瞬时获得的输出信号值和在最初故障检出后获得的输出信号的值，产生一个加速断开信号。

断流器装置可以包括分别与正向和反向的电流测量装置相关联的一个正向断流器和一个反向断流器。另外，它也可以包括单一的断流器。正向和反向的断流器可位于线路负载的任意一边以保护负载。这个处理使得不论在电源线的哪一边发生故障，都能够使负载与故障隔离出来。

故障信号处理装置最好适于检测在初始故障之后，随时间改变的信号输出变化，以便检测沿故障方向的线路上的另一个断流器的运行。

故障信号处理装置可以适于在输出信号指明线路上存在不平衡的故障电流状态时，产生一个初始故障信号。

三相系统可以由三相组件的总和代表；正相序列具有与原始系统相同的相旋转，负序列具有相反的相旋转，零序列没有相旋转。

一个三相电流和/或电压信号振幅不等，和/或连续信号之间的相差不等的系统，被称为不平衡系统。

因此，一个不平衡的故障电流状态，可通过提供一个适于监视在输出信号中的负序列和零序列量的装置检出。

其它对称的故障(如三相接地故障)可通过监视在正相序列的量的变化检出。

在初始故障被检出后，零序列和/或正和/或负序列量的变化可用来检测远端断流器的运行。

在第二断流器断开被检出之前或之后，负，零和/或正序列值的结合可被用做确定故障在线路上的位置。例如，这个值可被用做决定故障是否位于第一和第二断流器之间的线路部分。

故障信号处理装置可被用来在第一步处理序列时计算一或多个序列量的RMS值(根均方)，产生初始故障信号。

处理装置可以从测量序列值中计算一个或多个比率信号。此比率信号的值可被用来作为故障状态的指示。例如，如果一个比率超过预定阈值，可以假定有故障发生。

第一比率可包括零和负序列量的变化。这个比率，例如，从无故障到有故障的跃迁或到闭合远端断流器的变化。

第二比率可包括在初始故障检出的时间段内在正序列量范围内的变化，这可提供一个存在对称故障的指示。

第一比率信号可被选择使得当没有负或零序列量时，在无故障或对称故障状态下具有零值。如果检出非对称故障，第一比率将从零增长。这个增长可触发初始故障信号。然后，当此比率返回到零时，故障不是被排除(晶体管故障)就是远端断流器已经断开以便隔离故障。

如果一个对称故障发生，第二比率信号将从零增长，或者如果故障已经被远端断流器排除，第二比率信号将返回到零。

当然，输出信号可以用任一方式处理，以便指明故障的当前状态和远端断流器的运行。

仅通过举例的方式，对附加结构图的本发明的实施例进行描述。

图1是一个典型的过电流定向分时故障保护装置的等效电路图。

图2是一个用于显示本发明实施例的多截面电源线系统的等效电路图。

图3a，3b，3c，3d和3e分别表示对应于线路LINE1上的一个单相接地时，故障保护装置R1F，R1R，R2R，R3R和R4R的几种响应；在这些图中，每个图的图(1)，(2)和(3)分别显示该相的RMS值，序列电流信息号和比率信号；T1是故障开始时间；T2是三相断流器B1R断开时的时间；T3是断流器B1F断开时的时间；

图4a，4b，4c，4d和4e分别表示对于线路LINE2上一个相“a”到相“b”的故障，故障保护装置R1F，R2F，R2R，R3R和R4R的响应；在这些图中，每个图的图(1)，(2)和(3)分别显示该相的RMS值，序列电流信息号和比率信号；T1是故障开始时间；T2是三相断流器B2R断开时的时间；T3是断流器B2F断开时的时间；

图5a，5b，5c，5d和5e分别表示对于线路LINE3上一个三相接地的电阻故障，故障保护装置R1F，R2F，R3F，R4R和R4F的响应；在这些图中，每个图的图(1)，(2)和(3)分别显示该相的RMS值，序列电流信息号和比率信号；T1是故障开始时间；T2是三相断流器B4F断开时的时间；T3是断流器B4R断开时的时间；

附图2表示了本发明的一个实施例。在这个例子中显示了五个故障保护装置。断流器把电源线分成分别称为线路1，线路2，线路3和线路4的四段。

每个故障保护装置包含一个正向断流器CBF和一个反向断流器CBR.。在图2中，正向断流器在从右边流入电流时，断开，每一个断流器配一个直流测量装置R.。

故障保护装置被分成两组。第一组包括常规分时断流器，这种断流器在以前的工艺技术的或者第一个或者第二个预定时间段后断开。

第二组包括可以根据一个加速故障信号进行加速断开的断流器。第二组中的断流器在图中以下画线标出。可以看出，组成第二组的断流器在常规的分时电路中，总是具有最长的默认时间延迟，而且也有益于加速运行中。

作为故障检测装置的运行例子，发生在线路1的故障可以被认为，例如在点“F1”。

每一个故障保护装置含有一个正向和反向断流器，一个正向和反向电流测量部件，它在下文将被称为继电器。由于对这些电流测量部件来说，故障在正向中，因此继电器R1F，R1R，R2R，R3R和R4R将检测。传统的继电器R1R和R2R将在它们的预定的固定时间段后工作。加速的断流器和相应的电流测量部件R1F，R3R和R4R将检测电流，以便确定是否在它们的预定固定时间段已经结束之前，加速断开适当地执行了。

为每一个断流器提供一个故障信号处理部件，以决定是否在加速时刻断开。这种方式处理电流测量部件的输出，通过监测在被保护线路处或远端的断流器的运行，以便决定故障是否在与断流器相关联的线路上。如果一个故障在线路的被保护部分被发现，而且当别的(远端)断流器已经断开时，故障仍然在继续，则故障信号处理部件将指令控制部件使其相关联的断流器断开。如果故障清除，则断流器将继续闭合。以下简述被故障检测电路用于检测故障类型的处理过程。

关于线路1的故障，具有最快断开时间的断流器R1R将首先断开它的断流器。在它被断开后，故障被从线路2，线路3和线路4中分离出来。继电器R2R，R3R和R4R在常规的分时电路下运行，从而被限制断开。然而，即使R1R断开线路1的部分的终端，在线路1上的故障也不被排除。断流器R1F检测出R1R于断开状态，及故障电流持续存在，于是决定故障位于线路1处，从而在加速时刻内断开与之相关联的断流器。这个过程可通过电流测量装置的输出信号与一个或多个阈值进行比较来执行。在三相线路上，电流测量装置在每一相上产生一个定向性电流和/或电压指示。

在没有故障的正常运行状态下，在每一相上的电流期望达到平衡。当存在很多故障时，电流将进入不平衡运行状态。如果断流器在它将排除故障的路线部分的一端断开，在另一端的断流器应该知道电流恢复到平衡状态。这种情况总是指明在线路的那一部分不存在故障，因为它不会产生一个加速故障信号，因此将不会发生加速断开。

如果在线路的一端的远端断流器断开，并且在这一段的电流持续不平衡，因为故障没有被排除，加速断开将被触发。当然，还必须检测远端断流器的操作以决定故障还没被排除。这可通过经验判断连接监测电流测量装置输出的断流器闭合的预期时间，或者由监测可以指明断开状态的的线路上的电流的变化来执行。后一种较好。

众所周知大多数故障是不对称的，产生负或零序列量。这个可被检测出来并被用做基准以决定系统是处于平衡状态还是非平衡状态，同时由故障检测装置检测远端断流器的操作。

在本发明中，正、负和零序列量可通过实时处理算法得到。然后计算这些序列量的均方根(称做RMS)值，比较它们的水平以确定系统状态。特别是，这些量的变化被用做识别远端断流器的操作。

正、负和零序列量可用下列公式表达：

S₁＝(S_A+S_B+a²S_C)/3

S₂＝(S_A+a²S_B+S_C)/3                                   (1)

S₀＝(S_A+S_B+S_C)/3

这里，S_A、S_B和S_C是三相电源频率电压或电流；S₁、S₂和S₀是正、负和零序列量。

当时间间距ΔT＝T/3时，等式(1)可用等式(2)表达 $S_1=(S_A+S_B{e}^{-j\frac{T}{3}}+a^2{S}_C{e}^{-j\frac{T}{3}})/3$ $S_2=(S_A+a^2{S}_B{e}^{-j\frac{T}{3}}+S_C{e}^{-j\frac{2T}{3}})/3---\left(2\right)$

S₀＝(S_A+S_B+S_C)/3

这里T是电源频率周期，它可以时50或60Hz。

等式(2)在时间域表达如下：

3S₁(t)＝S_A(t)+S_B(t-2T/3)+S_C(t-T/3)

3S₂(t)＝S_A(t)+S_B(t-T/3)+S_C(t-2T/3)    (3)

3S₀(t)＝S_A(t)+S_B(t)+S_C(t)

如果数字取样率ωTs＝30°被使用，等式(3)的离散形式给出如下：

3S₁(k)＝S_A(k)+S_B(k-8)+S_C(k-4)

3S₂(k)＝S_A(k)+S_B(k-4)+S_C(k-8)        (4)

3S₀(k)＝S_A(k)+S_B(k)+S_C(k)

如上所示，需要8个过去取样用于等式(4)计算正向和负序列量，这里的应用程序不接受时间延迟。

加快计算的方式是减少所需的取样数，即减少等式(2)中幂“e”。等式(5)的数学关系如下： $e^{\±\mathrm{ja}}=2\cos \left(\frac{a}{2}\right)e^{\±j\frac{a}{2}}-1---\left(5\right)$ 用等式(5)，可以得出下列等式(6)

在等式(2)用等式(6)，可以得出 $S_1=(S_A-\sqrt{3}{S}_B{e}^{-j30}+S_B+\sqrt{3}{S}_C{e}^{-j30}-S_C)/3$ $S_2=(S_A+\sqrt{3}{S}_B{e}^{-j30}-2S_B-\sqrt{3}{S}_C{e}^{-j30}+S_C)/3---\left(7\right)$ S₀＝(S_A+S_B+S_C)/3在时间域中的表达等式(7)： $3S_1\left(t\right)=S_A\left(t\right)-2S_C\left(t\right)+S_B\left(t\right)+\sqrt{3}[S_C(t-T/12)-S_B(t-T/12)]$ $3S_2\left(t\right)=S_A\left(t\right)-2S_B\left(t\right)+S_C\left(t\right)+\sqrt{3}[S_B(t-T/12)-S_C(t-T/12)]---\left(8\right)$ 3S₀(t)=S_A(t)+S_B(t)+S_C(t)用等式(4)中同样的取样率ωTs＝30°，可得出等式(9) $3S_1\left(k\right)=S_A\left(k\right)-2S_C\left(k\right)+S_B\left(k\right)+\sqrt{3}[S_C(k-1)-S_B(k-1)]$ $3S_2\left(k\right)=S_A\left(k\right)-2S_B\left(k\right)+S_C\left(k\right)+\sqrt{3}[S_B(k-1)-S_C(k-1)]---\left(9\right)$ 3S₀(k)＝S_A(k)+S_B(k)+S_C(k)

为了计算正和负序列量，等式(9)仅需要一个取样延迟。因此，可明显增加计算速度。

离散序列量的RMS值可由下列等式(10)得出： $\stackrel{-}{S_x}\left(k\right)=\sqrt{\frac{1}{2}[{S_x}^2\left(k\right)+{\left(\frac{{S_x}^{\′}\left(k\right)}{\mathrm{\ω}}\right)}^2]}---\left(10\right)$

这里S_X(k)，S_X(k)代表分别对于x＝1，2，0的离散，正、负和零的序列量的RMS值。

两个比率信号可被用来检测系统是否处于平衡运行。首先，相对于正序列量变化的零和负序列量的变化被用做检测系统是否处于平衡运行状态的主要标准。在等式(11)给出一个比率信号： $R_1\left(k\right)=\frac{\stackrel{-}{S_2}\left(k\right)+\stackrel{-}{S_0}\left(k\right)}{\stackrel{-}{S_1}\left(k\right)}---\left(11\right)$

对于一些特别的故障状态，如可以产生平衡故障状态的三相和三相接地故障会被掩盖，一个附加的标准被用做代表在故障时期的正序列量的变化，它被给出如下： $R_2\left(k\right)=\frac{\stackrel{-}{S_1}\left(k\right)-{\stackrel{-}{S}}_{\mathrm{lpre}}}{{\stackrel{-}{S}}_{\mathrm{lpre}}}----\left(12\right)$

这里， S_lpre是预故障序列量的RMS值。

信号R₁在无故障对称故障状态下将是零值，因为这里不存在负和零序列量，并且如果系统出现非对称性故障时，将会增加到远远高于零的水平。在对称故障状态下，比率信号R₂将会增加到一个水平，在故障从系统中排除后将会返回到零值周围。在远端断流器断开状态下，比率信号R₁的理论值在相对相故障的情况下将是“1”，在相对接地故障的情况下将是“2”。根据前或后故障系统状态，信号R₂值将会远远高于“1”。结果，高于零水平以上的预定阈值(0.2到0.4之间)可通过检查是否比率信号R₁和R₂之一或两者超过这个阈值，来确定系统故障状态。

根据图2所示的结构，下面的例子用来表示此装置的性能。1.在线路1的线路上，对单相故障的响应

图3表示图2所示的线路1的线路上的“a”相接地故障的电路。对于这个故障的定位，继电器R2R，R3R和R4R将会检测出这些继电器被安装位置的前向故障，它们的响应分别表示如图3a，3b，3c和3e。故障在时间T₁开始后，图3a-e(1)所示的故障相电流有一个明显的增加。结果，负和零序列电流信号也明显增加，如图3a-e(2)，继之，等式(11)给出的比率信号增加到远远高于图3a-e(3)的阈值水平。

具有最加速运行时间设置的继电器R1R将在0.1秒时间内产生断开决定，继之断流器B1R在时间T₂断开。在断流器B1R断开后，线路2，线路3和线路4的线路被从故障分离出来，结果，测量的电流返回到图3c-e(1)所示平衡运行状态，随之图3c-e(2)所示的负和零序列及图3c-e(3)所示的比率信号电流掉回到零。与继电器R2R，R3R和R4R相关联的断流器的断开将被抑制。这里值得一提的是由于断流器B1R断开后的电流状态的变化，电流信号的水平可以返回到与其故障前值略微不同的水平。

断流器B1R的断开后，线路1的线路在一侧末端变成开式电流，相，序列电流和比率信号如图3b所示的继电器R1R位置降落到零。尽管无故障相‘b’和‘c’的电流也在如图3a(1)所示的继电器R1R位置降落到零，相‘a’接地故障没有从线路1的线路被排除，比率信号保持在‘2’水平，如图3a(3)所示，这是单相接地故障状态的理论水平。结果，继电器R1F检测到断流器B1R于断开状态，发出断开决定，在时间T3断开相关联的断流器B1F。结果，与继电器R1F相关联的断流器的运行时间明显比现有技术系统缩短。

如图3a所示，从时间T1的故障开始到时间T3的断流器断开的时间延迟主要构成两个时段，t12和t23。第一时间段t12构成从故障开始时间到断流器B1R断开的时段。这一时段主要依赖继电器的固定时间设置，因为断流器仅仅在几个电源频率下断开。在这个故障状态下，给继电器R1R运行设置0.1秒的延迟。第二时间段t23构成包括装置R1F识别断流器B1R的运行所占用的时间，约在半个到一个电源频率周期内完成，加上断流器的响应时间，根据使用的断流器不同大约要2到4个周期。结果，整个操作从故障开始算起大约在0.2到0.3秒内完成。然而在图1所示的传统电路中，在R1F位置的继电器不到它的预定的延迟时间不会跳闸，这个时间会大的多。2.在线路2的线路上的相对相故障的响应

图4表示在线路2的线路上的‘a’-‘b’的相对相故障的响应电路。对于这个故障的定位，继电器R2R，R3R和R4R检测出前向故障，它们的响应分别如图4a-e表示。如图所示，故障在时间T₁开始后，如图4a-e(1-2)所示的故障相和负序列电流信号有一个明显的增加。这里没有零序列电流出现，因为故障不包括接地故障。

与继电器R2R相关联的断流器具有最快速的0.5秒的时间设置，首先开始运行。之后，断流器B2R在时间T₂断开。之后，线路3和线路4的线路被从故障分离出来，与继电器R3R和R4R相关联的断流器的断开将被抑制。

如图2所示，对于线路1线路上的故障，在故障开始后0.1秒与继电器R1R相关联的断流器运行，继之在B1R处的断流器断开。然而，对于线路2的线路上的故障，在故障开始后0.5秒时间段内没有在B1R处的断流器断开，在0.5秒的延迟后，继电器R2R将运行它的断流器。继电器R1F被安排的仅仅在如果断流器B1R的断开在0.5秒的时段内被检出，则加速运行，如果在0.5秒的时间延迟后则抑制其加速运行。在这种情况下，从故障开始的0.5秒期间，由于无故障相‘c’电流的存在，继电器R1F检出断流器B1R无断开，如图4a(1)所示。结果，与继电器R1F相关联的断流器的加速运行被抑制。

然而，继电器R2F，通过比率信号检出R2R处的断流器的运行是在电平‘1’的相对相故障状态，非故障相‘c’电流将到零，继而，发出断开决定并在时间T2断开B2F处与之相关联的断流器。线路2的故障段在两端断开。同时，线路1的线路被从故障分离，与R1F相关联的断流器的运行被抑制。3.对线路4的线路上的三相故障的响应

对于三相或三相接地实体故障(故障通路上没有阻抗)，在这种故障状态下将会产生最大电流，它可以被过电流继电器的强设置瞬时运行加上IDMT(请参见参考文献[1])保护。然而，当故障通路上存在阻抗时，三相电流信号的量级会明显降低，这可以防止瞬时因素引起的继电器断开。下面的例子表示了本发明装置在三相阻抗故障状态下的性能。

图5表示在线路4的线路上的三相阻抗接地故障的响应电路图。因为这是一个对称故障，如图5a-e(2)所示，这里即没有零序列也没有负序列成分存在，结果，如等式(11)给出的信号比R1在图5a-e(3)所示的整个期间保持不变。在这种状态下，如图5a-e(3)所示继电器依据等式(12)给出的信号发出决定。

如图5a-e(1)所示，继电器R1F，R2F，R3F和R4F检测出前向故障，在R4F处的具有最加速时刻设置的继电器断流器在0.1秒时间内首先断开，接着在时间T₂开始断开与之相关联的断流器B4F。如所期望的一样，在B4F处的断流器的断开将使线路1，线路2和线路3从故障分离，抑制与继电器R1F，R2F和R3F相关联的断流器的运行。

因为这是一个阻抗接地故障，故障电流被从线路4的线路的两边提供给故障通路。在B4F处的断流器的断开也将从线路4的B4F处切断电源供给。结果，如图4e(1)所示的在时间T2B4F断开后从B4R处到故障通路的电流量级增加，继之正向序列电流和比率信号R2分别显示如图4e(2)和4e(3)。继电器R4R通过在时间T2的比率信号R2的变化检测出断流器B4F的运行，发出加速断开决定，并在时间T3断开与之相关联的断流器B4R，故障线路被从两侧末端分离。

熟悉本技术的人一定明白，本发明提供的分时保护装置，可达到在故障状态与预定标准相符时加速断开一或多个断流器的目标。

特别是，这些故障可包括与断流器相关联的线路上的故障。同样，仅仅在远端断流器已经闭合，故障还未被从线路的被保护部分排除的情况下符合预定故障标准。远端断流器的闭合可以通过在初始故障检测后线路电流的变化检测出来。故障的排除也可通过线路信号的测量而检测出。

Claims (19)

1.一种用于分时故障保护电路的故障保护装置包括：装备于线路上的有常闭脱扣触点的断流器装置，电流测量装置，用于产生一个输出信号指明在断流器装置线路上的电流，故障信号处理装置用于处理从电流测量装置的输出信号，以便在第一时间检测到线路上的初始故障，其特征在于故障信号处理装置还用于在初始故障被检测出后，处理电流测量装置的输出，并且在输出信号满足预定标准相符时产生一个加速断开信号；及控制装置用于响应所说的加速断开信号断开断流器脱扣触点。

2.根据权利要求1的故障保护装置，其特征在于：当指明线路上的远端断流器在运行状态的事件发生，而运行后电路上的输出信号仍然指明线路上有故障时，输出信号符合预定标准。

3.根据权利要求2的故障保护装置，其特征在于：当满足预定标准，一个加速断开信号产生，断流器在瞬时断开。

4.根据前述任一权利要求的故障保护装置，其特征在于：当输出信号指明远端断流器已经断开，故障已经被从线路被保护部分排除，则不产生断开信号，断流器保持闭合。

5.根据前述任一权利要求的故障保护装置，其特征在于：电流测量装置包括正向和反向电流测量装置，用于产生输出信号指明电流流动在线路中故障保护装置的任一边。

6.根据权利要求5的故障保护装置，其特征在于：提供两个故障信号处理装置，一个方向一个。

7.根据权利要求6的故障保护装置，其特征在于：如果一个满足预定标准的故障状态，被正向电流测量装置而不是反向断开装置检测出，故障信号处理装置用于产生一个加速断开信号。

8.根据权利要求6或7的故障保护装置，其特征在于：一个故障被反向电流测量装置最初检测时，一个时间延迟断开信号被产生，该信号被控制装置用来在预定时间延迟后断开断流器。

9.一个用于电气线路的定向性分时故障保护装置，包括至少两个故障保护装置，分别被配置在线路的被保护部分的第一和第二端，每个故障保护装置包括至少一个断流器装置，与每个断流器装置相关联的正向和反向电流测量装置，正向电流测量装置用于测量从第一方向的电流，反向电流测量装置用于测量从第二相反方向的电流，与每个断流器相关联的控制装置，其特征在于：每个控制装置用于在第一预定时间后响应通过处理与断流器相关联的正向电流测量装置的输出而检测出的初始故障，断开各自的断流器，和故障信号处理装置，至少与一个所说的断流器相关联，以监测反向电流测量装置的输出，从而在初始故障被检测出后，反向电流测量装置的输出满足预定标准的情况下，控制装置用于在一个加速时刻内断开各个断流器。

10.根据权利要求9的定向性分时故障保护装置，其特征在于：在输出信号满足预定标准的情况下，故障信号处理装置用于产生一个加速断开信号，此信号被控制装置用来断开断流器。

11.根据权利要求9或10的定向性分时故障保护装置，其特征在于：在输出信号不符合预定标准的情况下，从初始故障被反向电流测量装置检出到预定时间过后，控制装置用于断开断流器。

12.根据前述任一权利要求的故障保护装置，其特征在于：电流测量装置包括一个用于测量线路上的电压的交替电压信号测量装置。

13.根据前述权利要求9到12任一的定向性分时故障保护装置，其特征在于：在线路上提供包括一个或多个断流器，相关的控制装置和电流测量装置的附加故障保护装置。

14.根据前述权利要求13的定向性分时故障保护装置，其特征在于：故障信号处理装置与各自的断流器相关联。

15.根据前述权利要求14的定向性分时故障保护装置，其特征在于：每个故障信号处理装置用于通过处理来自于电流测量装置的输出，产生一个指示初始故障的输出信号。

16.根据前述任一权利要求的故障保护装置，其特征在于：如果在故障的初始检测后测量的电流指明线路上在测量故障方向上的远端断流器已经被断开，而线路上被保护部分的故障还没有被排除，被故障信号处理装置用来产生加速断开决定的预定标准被满足。

17.根据前述任一权利要求的故障保护装置，其特征在于：故障信号处理装置通过组合基本上在一个初始故障被检测出的瞬间获得的输出信号的值，与在该初始故障被检出后获得的输出信号的值，产生一个加速断开信号。

18.根据前述权利要求9到14的任一故障保护装置，其特征在于：断流器装置包括一个分别与正向和反向电流测量装置相关联的正向断流器和一个反向断流器。

19.根据前述权利要求18的故障保护装置，其特征在于：正向和反向断流器被安装于线路上负载的任意一边。

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