CN1487641B - 接地方向继电器系统 - Google Patents

Abstract

一种用于接收与来自将被保护的电力传输线(1)的电压和电流有关的电数值的接地方向继电器(50)。该接地方向继电器可以根据这些电数值判定在该电力传输线中故障的方向。该接地方向继电器包括用于根据从电力传输线探测到的电流计算零相序电流的零相序电流计算单元(10-2)。该接地方向继电器还包括相比较单元(10-3)，其配置为当零相序电流在预定范围内时，把该零相序电流的相与对应于在该电力传输线中电压的电压相进行比较，以判定该零相时序电流是否在预定范围内，并且输出该电压相作为电压故障相。

Description

接地方向继电器系统

技术领域

本发明一般地涉及接地方向继电器系统，尤其涉及一种保护电力传输系统以防止高阻抗接地故障的继电器系统。

发明背景

如在“电子技术研究学会报告”的1981年37-1卷，第49、50和54页所述，通过零相序电流和零相序电压之间的相位关系来一般地探测高阻抗接地故障，其全部内容在此引入作为参考。

这种类型的接地方向继电器具有正向接地定向探测元件和反向接地定向探测元件。该接地方向继电器设定零相序电压V₀作为参考，并且如果零相序电流I₀延迟-V₀，判定存在正向接地故障，以及如果零相序电流I₀超前-V₀，判定存在负向接地故障。

图21示出上述典型接地方向继电器的特征实例。在图21中，“θ”代表该接地方向继电器的最大灵敏度角。

图22和23示出使用具有如图21所示特性的接地方向继电器(尤其是可以探测正向故障的接地故障正向探测元件21)的输出来跳闸电路断路器的逻辑时序电路的实例。图22示出当跳闸本地电路断路器时的情况。为了确认操作，如图22所示的逻辑时序具有计时器12(延迟计时器)以延迟接地故障正向探测元件21的工作输出。由此，可以使用接地方向继电器作为备用继电器。标号“13”代表用于相A、B和C的跳闸命令输出信号。

图23示出当启动接地故障正向探测元件21并收到允许信号时进行快速跳闸的逻辑时序电路的另一个实例。在图23中，通过允许信号接收单元14接收允许信号，并且通过“与”门电路36来接收单元14的输出和计时器12的输出。送出“与”门电路36的输出作为用于每个相13的跳闸命令输出信号。借助允许信号发送单元18发送计时器12的输出到远端。

当使用如图22或23所示的接地方向继电器用于跳闸时，用于操作确认的延迟计时器12的设置时间设置为零秒。当使用接地方向继电器作为备用继电器时，延迟计时器12的设置时间被典型地设置为几百毫秒到几秒。

如上所述的接地方向继电器利用零相序电流I₀和零相序电压V₀。即使在高阻抗接地故障下也可以判定故障方向，但不可以判定故障相。但是，因为在高阻抗接地故障下故障电流很小，同时跳闸包括正常相和故障相的所有相将比让故障继续更为严峻地影响整个电力系统。由此，当对于高阻抗接地故障跳闸电路断路器时，仅应该跳闸故障相。此外，当接地电阻非常高时，零相序电压V₀可能非常小，并且不能判定故障方向。

发明概述

由此，本发明的优点在于提供一种改善的接地故障继电器和一种改善的接地继电器系统，即使在高阻抗接地故障也可以判定故障的方向，并且仅仅跳闸故障相。

按照本发明的一个方面，提供了一种接地方向继电器，其被设置为接收与来自将被保护的三相电力传输线的电压和电流有关的电数值。该接地方向继电器被设置为根据电数值判定在电力传输线中故障的方向。接地方向继电器包括零相序电流计算单元，其被设置为根据从电力传输线探测到的电流计算零相序电流。接地方向继电器还包括相比较单元，其配置为当零相序电流的相在预定范围内时，把零相序电流的相和任一相电压的相进行比较，以判定零相序电流的相是否在预定范围内，并输出电压相作为其中发生正向接地故障的电压的故障相。

按照本发明的另一个方面提供了一种接地方向继电器系统，包括接地方向继电器，其配置为根据与从将被保护的三相电力传输线探测到的电压和电流有关的电数值计算零相序电流和零相序电压。该接地方向继电器被设置为根据零相序电流和零相序电压的相位关系判定在电力传输线中接地故障的方向。该系统还包括瞬时电流-变化继电器，其配置为当相电流以比预定速度更快的速度改变时启动该瞬时电流-变化继电器。该系统还包括故障相判定单元，其配置为当通过接地方向继电器判定接地故障为正向故障时，判定对应于启动的瞬时电流变化继电器的相是其中发生故障的相。

按照本发明的另一个方面，提供了一种接地方向继电器系统，包括：第一接地方向继电器，其配置为接收与来自将被保护的三相电力传输线的电压和电流有关的电数值。该接地方向继电器配置为根据多个电数值判定在电力传输线中故障的方向。接地方向继电器包括：零相序电流计算单元，其配置为根据从电力传输线探测到的电流计算零相序电流；和相比较单元，其配置为当零相序电流在预定范围内时，把零相序电流的相和对应于在电力传输线中电压的电压相进行比较，以判定零相序电流是否在预定范围内，并输出电压相作为其中发生正向接地故障的电压故障相。该系统还包括第二接地方向继电器，其配备为根据有关从三相电力传输线探测到的电压和电流有关的电数值计算零相序电流和零相序电压。该接地方向继电器配置为根据零相序电流和零相序电压的相位关系判定在电力传输线中接地故障的方向。系统还包括故障相判定单元，其配置为当第二接地方向继电器判定正向故障时，判定其中启动第一接地定向继电器的相是故障相。

按照本发明的另一个方面，提供了一种接地方向继电器系统，包括：接地方向继电器，其配置为根据与从将被保护的三相电力传输线探测到的电压和电流有关的电数值计算零相序电流和零相序电压。该接地方向继电器配置为根据零相序电流和零相序电压的相位关系判定在电力传输线中接地故障的方向。该系统包括发送器和接收器和瞬时电流-变化继电器，该发送器和该接收器配置为在本地端和远端之间交换信号，该瞬时电流变化继电器配置为当相电流以比预定速度更快的速度变化时启动该瞬时电流-变化继电器。配置该系统当从本地端的远端继电器接收允许信号以输出瞬时电流-变化继电器的输出相并向远端传输允许信号、如果自远端的继电器接收到允许信号、并且如果接地方向继电器没有探测反向故障时，向本地端的瞬时变化继电器的启动相输出跳闸信号，并把允许信号传输到远端。

附图的简要说明

本发明的上述和其它特征和优点从结合附图的特定示例说明性实施例的以下讨论将变得明显，其中：

图1是示出通常与按照本发明的各种实施例结合使用的保护继电器系统的方框图；

图2是示出按照本发明的接地方向继电器的第一实施例的功能处理单元的方框图；

图3是按照本发明接地方向继电器的第一实施例的特性图；

图4是示出与按照本发明的接地方向继电器的各种实施例结合的用于产生跳闸命令信号的逻辑时序电路的第一实例的方框图；

图5是示出与按照本发明的接地方向继电器的种个实施例结合的用于产生跳闸命令信号的逻辑时序电路的第二实例的方框图；

图6是按照本发明接地方向继电器的第一实施例的修改例的特性图；

图7是示出故障当地和允许信号传输之间关系的示意图；

图8是本发明第一实施例所需的反向探测接地方向继电器的特性图；

图9是示出按照本发明的接地方向继电器的第二实施例的功能处理单元的方框图；

图10是按照本发明第二实施例的接地方向继电器的特性图；

图11是示出在本发明的第三实施例中用于产生正向故障相判定信号的逻辑时序电路的方框图；

图12是用在按照本发明第三实施例中的反向探测接地方向继电器的特性图；

图13是示出在按照本发明的第四实施例中用于产生正向故障相判定信号的逻辑时序电路的方框图；

图14是示出在按照本发明的第五实施例中用于产生正向故障相判定信号的逻辑时序电路的方框图；

图15是示出接地方向继电器系统的第五实施例的效果的特性图；

图16是示出在按照本发明的第六实施例中用于产生正向故障相判定信号的逻辑时序电路的方框图；

图17是示出用按照本发明的第六实施例难于处理的故障情况的示意图；

图18是示出在按照本发明的第七实施例中用于产生跳闸命令输出信号的逻辑时序电路的方框图；

图19是示出在按照本发明的第八实施例中用于产生跳闸命令输出信号的逻辑时序电路的方框图；

图20是示出在按照本发明的第九实施例用于中产生跳闸命令输出信号的逻辑时序电路的方框图；

图21是现有技术接地方向继电器的特性图；

图22是用于产生跳闸命令输出信号的现有技术的逻辑时序电路的第一实例的方框图；

图23是用于产生跳闸命令输出信号的现有技术的逻辑时序电路的第二实例的方框图。

发明的详细说明

在以下的说明和发明背景的上述说明中，相同的参考标号代表相同的元件，并可能省略多余的说明。

图1是示出保护继电器系统的硬件结构方框图，该系统可应用到以下说明的本发明的接地故障保护继电器系统的各种实施例。

参照图1，借助用于探测电压的电力变压器2和用于探测电流的变流器3，接地故障保护继电器50连接到三相AC(交流)电力传输线1。继电器50包括变压器4-1和变流器4-2，它们分别把通过电力变压器2探测的电压输出和通过变流器3探测的电流输出转换为适当的电平，以便可以通过数字处理器9处理探测到的输出。

变压器4-1和变流器4-2还分别使继电器50中的电路与电力变压器2和变流器3电绝缘。

继电器50还包括模拟滤波器5-1和5-2，分别用于从变压器4-1和变流器4-2的输出除去高频成分。继电器50还包括采样储存器(sample holder)6-1和6-2，它们分别周期性采样模拟滤波器5-1和5-2的输出并保存采样数据。

继电器50还包括多路复用器(MPX)7和模数转换器(A/D)8，该多路复用器7接收采样储存器6-1和6-2的输出并按顺序重新排列数据，该模数转换器8把多路复用器7的输出转换为数字信号。继电器50还包括数字处理器9，例如微型计算机，其处理模数转换器8的输出。

[第一实施例]

图2是按照本发明的接地方向继电器的第一实施例的功能处理单元的方框图。可以使用如图1所示的数字处理器9实现该接地方向继电器。参照图2，接地方向继电器整体地用10表示。继电器10具有数字滤波器10-1，其从模数转换器8接收电压“V”和电流“I”的数字信号，并分别输出“v”和“i”滤波的信号。

接地方向继电器10一般还具有零相序电流计算单元10-2，其使用如下所示的等式(1)计算自电流“i”的零相序电流成分“3I₀”，电流“i”是数字滤波器10-1的输出：

3I_0m＝i_Am+i_Bm+i_Cm…(1)

其中下标“m”代表标准采样时间。假定AC周期的每30度进行采样数据。

接地方向继电器10一般还具有相比较单元10-3，其把每个相V_A、V_B和V_C的电压相与从零相序电流计算单元10-2接收到的零相序电流I₀进行比较，并判定计算的结果是否在工作区内。例如相比较单元10-3可以使用在如下公式(2)中I₀和V_A之间的相角的余弦：

I_0m*V_Am＝|I₀|_m|V_A|_mcosφ＝I_0mV_Am+I_0(m-3)V_A(m-3)≤|I₀|_m|V_A|_mcosθ…(2)

其中“*”代表内积运算，“Φ”代表电压和电流之间的相差，且“θ”代表一个设定值。例如可以通过以下等式计算|I₀|和|V_A|：

${\left|I_0\right|}_m=\sqrt{I_{0m}^2+I_{0(m-3)}^2}$ …(3)

${\left|V_A\right|}_m=\sqrt{V_{\mathrm{Am}}^2+V_{A(m-3)}^2}$

可以同样地实现零相电流I₀和B相电压V_B之间的相比较与零相电流I₀和C相电压V_C之间的相比较。

替换地，可以利用外积运算替代如公式(2)所示的内积运算。

当计算任一相以判定进入如图3所示的阴影区时，相比较单元10-3还输出对应的电压相作为其中发生正相故障的相，这将以下详细描述。如图2所示的相比较单元10-3中“A”“B”和“C”每个代表用于输出每个相的计算结果的输出端。

参照图3的特性图，假如由于故障阻抗是小得可忽略的金属接触引起的接地故障替代高阻抗接地故障，零相序电流I₀将主要取决于Z＝jωL+R的线阻抗成分；其中“j”是虚数单元，“ω”是角频率，“L”是电抗，和“R”是阻抗。因为与ωL相比R可以小得可忽略，零相序电流I₀在故障相电压之后延迟大约90度。

但是，在本发明对其有效的高阻抗接地故障中，与由于金属接触的接地故障相比，阻抗成分较大。由此，故障电压和零相序电流I₀的相将靠近到一起，并可以如上所述判定故障相。

作为替换地，正如本技术领域公知，可以利用线电压用于极化电压的计算替代在上述实施例中利用的每个相V_A、V_B和V_C的电压。在这种情况下，通过如下的等式(4)可以获得对应于(或等效于)相“A”的电压的电压V_A：

V′_Am＝αV_Am-β(V_Bm-3-V_Cm-3)…(4)

其中“α”和“β”是任意常数。

按照上述接地方向继电器的第一实施例，可以探测高阻抗接地故障，其能够通过常规技术探测。此外，通过接地方向继电器的第一实施例可以判定故障相。

图4和5是示出用于产生跳闸命令信号的逻辑时序电路的不同实例的方框图。这些逻辑时序电路不仅可以应用到本发明的第一实施例，而且可以应用到其它实施例。

图4示出根据本地端自身产生跳闸命令信号的逻辑时序电路。用于定向接地元件10-A、10-B和10-C的每个相的输出端连接到用于确认的相应计时器12。例如当使用定向接地元件10-A、10-B和10C用于备用保护时，用于确认计时器12的设置时间可以设置为几百毫秒到几秒。当使用定向接地元件10-A、10-B和10-C用于瞬时跳闸时，用于确认计时器12的设置时间可以设置为零，其意味着确认计时器12短路。计时器12每个输出用于本地电路断路器每个相的跳闸命令输出信号13。

图5示出用于产生跳闸命令信号的另一个逻辑时序电路。该逻辑时序电路与用于交换相互允许信号的远端连通，以便当判定跳闸时可以考虑远端的情况。允许信号接收单元14接收来自远端(未示出)的允许信号。通过“与”门16接收允许信号接收单元14的输出和计时器12的输出。如果当接地方向元件10-A、10-B和10-C已被启动时，或者当探测到正向接地故障时，从远端接收允许信号，本地端的相应相的电路断路器被允许跳闸。

“或”门电路17也接收计时器12的输出。当定向接地元件10-A、10-B和10-C其中至少一个在本地端的A、B或C的相中判定正向故障时，“或”门电路17输出命令信号至允许信号发送单元18。接着，单元18向远端发送允许信号。

现在，将说明第一实施例的功能修改的修改例。该修改例的功能方框图与如图2所示的第一实施例的功能方框图相同。在该修改例中，与图3所示的情况相比，如图6所示在超前侧到相电压的工作区变窄(θ₁＞θ₂)。这是因为零相序电流I₀将很少超前到相电压V_A。通过超前侧工作区设置得较窄，可以把延迟侧工作区设置得较宽。由此，可以加宽作为接地方向继电器的探测工作区。

用于这种情况的计算方法与图3所示的相似。例如如公式(5)所示使用外积：

-|I₀|_m|V_A|_msinθ₂≤|I₀|_m|V_A|_msinφ＝I_0mV_A(m-3)+I_0(m-3)V_Am≤|I₀|_m|V_A|_msinθ₁…(5)

现在讨论利用接地方向继电器的该修改例用于探测反向故障的方法。

当使用接地方向继电器用于备用保护目的时，很少需要反向故障探测。但是，当通过从远端发送的允许信号使用接地方向继电器与用于保护继电器的互连装置结合用于跳闸时，需要反向故障探测。

图7分别示出第一和第二变电所(substation)62和64各自的第一和第二接地方向继电器52和54位置之间的关系实例和故障位置F。如图7所示如果故障F发生在第二变电所64的反向，第一变电所62的第一继电器52将探测它作为正向故障并向第二变电所64的第二继电器54发送允许信号。假定第二变电所64具有接地方向继电器和反向探测距离继电器，并假定第一接地方向继电器52的灵敏度高于在第二变电所端的反向距离继电器的反向探测元件。如果在该情况下第二继电器54不能探测反向故障，第二继电器54可以根据自第一继电器52的允许信号错误地跳闸。如果当本地端不能探测到故障时，从远端接收允许信号，该实施例的跳闸逻辑时序电路可以配置为产生允许信号。

因此，需要具有如用于正向故障探测的灵敏度水平的反向故障探测元件。

图8是满足上述需要的反向探测元件的特性图。图8示出作为实例的C相电压反向工作区。通过使用“-V_C”作为电压进行反向故障探测元件的计算。

按照上述第一实施例的修改例，通过利用反向故障探测元件和自远端发送的允许信号，即使在高阻抗接地故障的情况下，故障相被判定并在内部故障中跳闸，而高阻抗故障相不能通过现有技术探测。

[第二实施例]

图9是示出按照本发明接地方向继电器的第二实施例的功能处理单元的方框图。第二实施例的接地方向继电器11具有数字滤波器10-1、零相序电流计算单元10-2和相比较单元10-3，它们与如图2所示第一实施例的接地方向继电器10具有的相同。此外，接地方向继电器11具有绝对值比较单元10-4，其可以接收零相序电流计算单元10-2的输出并可以计算零相序电流的绝对值。接地方向继电器11还具有正向故障判定单元10-5，其可以接收相比较单元10-3和绝对值比较单元10-4的输出，并可以判定是否满足“与”的条件。

绝对值比较单元10-4可以通过例如以下公式(6)判定零相序电流I₀是否等于或大于I_K的阈值：

${\left|I_0\right|}_m^2=I_{0m}^2+I_{0(m-3)}^2\≥I_k^2---\left(6\right)$

仅当同时相比较单元10-3和绝对值比较单元10-4的工作条件同时成立时，正向故障判定单元10-5可以判定存在正向接地故障。

如图10的阴影区所示，第二实施例的接地方向继电器11的工作区示出条件：零相时序电流I₀的绝对值等于或大于I_K的设置值并且与相电压相比它的相在某些区内。

如上所述的第二实施例的接地方向继电器可以对输入错误不灵敏并可以选择对于高阻抗故障的故障相。

[第三实施例]

参照图11和12描述了按照本发明的第三实施例。图11是示出在第三实施例中用于产生正向故障相判定信号的逻辑时序电路的方框图。瞬时电流-变化元件19-A、19-B和19-C可以探测电流中的变化。瞬时电流-变化元件19-A、19-B和19-C是灵敏的并可以探测其中发生高阻抗故障的相。瞬时电流-变化元件19-A、19-B和19-C通过在基本采样点(m)的电流I_m的绝对值和在采样点(m-12)电流I_m-12的绝对值之间的差值探测变化，采样点(m-12)先于基本采样点1个周期，如以下公式(7)所示：

|ΔI|_m＝||I_m|-|I_m-12||≥K    …(7)

其中K是相应于灵敏度的常数。

如图11所示，通过单触发(one-shot)计时器20可以接收瞬时电流变化元件19-A、19-B和19-C的输出，一旦瞬时电流变化元件19-A、19-B和19-C被启动，单触发计时器20在预定时间周期内维持瞬时电流变化元件19-A、19-B和19-C的输出。

在图11中标号“21”代表接地方向继电器，参照图21和22所述接地方向继电器可以使用零相时序电流I₀和零相时序电压V₀。这里使用继电器21作为接地故障正向判定元件。继电器21可以具有如图12所示的特征，其与如图21所示现有技术的特征相似。在高阻抗故障情况下，继电器21可以判定故障的方向，但不可以判定故障的相。图12还示出用于在最大灵敏度判定零相时序电流的灵敏度的最大灵敏度角θ和常数k1。

如图11所示，可以通过“与”门电路16接收继电器21和单触发计时器20的输出以判定高阻抗接地故障相。当瞬时电流变化元件19-A、19-B和19-C之一被启动时、且同时维持从单触发计时器20的工作输出并且启动正向接地方向继电器21时，“与”门电路16探测高阻抗接地故障相。

“与”门电路16可以输出正向故障判定结果信号22-A、22-B和22-C，每个用于一个相。

按照上述第三实施例，使用现有技术的接地方向继电器的正向探测元件21作为方向判定元件，通过零相时序电流I₀和零相时序电压V₀操作正向探测元件21。接着，第三实施例与瞬时电流-变化继电器结合可以探测在高阻抗故障的正向故障方向和故障相。接着，仅跳闸故障相。

[第四实施例]

参照图13说明了按照本发明的第四实施例。在第四实施例中，以下所述的某些逻辑元件加到如图11所示的第三实施例，以便可以判定在每个相中的正相故障方向。通过单触发计时器20可以接收瞬时电流-变化元件19-A、19-B和19-C的输出，瞬时电流-变化元件19-A、19-B和19-C整体由标号“19”代表，并且通过“或”门电路23可以接收单触发计时器20的输出。由此当瞬时电流变化元件19-A、19-B和19-C之一被启动时“或”门电路23产生输出。通过“非”门电路24接收“或”门电路23的输出，当瞬时电流变化元件19-A、19-B和19-C没有一个处于工作条件中时，“非”门电路24产生操作信号。通过在以下详细描述的“与”门电路25接收“非”门电路24的输出。

当在本地端输出用于任何一个相的跳闸命令时，跳闸信号26变成“1”的工作输出。通过“非”门电路27由“与”门电路25接收跳闸信号26。“与”门电路25接收接地方向继电器的正向故障探测元件21的输出和“非”门电路24和27的输出。如果瞬时电流-变化元件19-A、19-B和19-C没有一个处于工作状态，如果启动跳闸信号26，和如果仅启动接地方向继电器的正向故障探测元件21，“与”门电路25产生工作输出。

由一个确认计时器28接收“与”门电路25的输出。引入确认计时器28以防止在高阻抗接地故障中在通过“与”门电路16选择并跳闸单相之后在正常相形成的跳闸条件。标号“29”代表“或”门电路。响应相应的“与”门电路16，“或”门电路29输出用于各个相的正向故障判定结果信号，不做修改。当在“与”门电路25开始工作之后经过由确认计时器28设定的时间周期时，“或”门电路29还输出正向接地故障判定结果信号。

按照第四实施例，当通过接地方向继电器启动瞬时电流-变化继电器并探测正向接地故障时，仅断开故障相。但是，如果没有启动瞬时电流-变化继电器，当仅启动正向接地故障探测继电器时和当没有跳闸信号时，接着，判定所有的三相处于故障下，并控制跳闸输出。

[第五实施例]

参照图14和15说明了按照本发明的第五实施例。在第五实施例中，在第一实施例中所述作为定向接地元件10的定向接地元件10-A、10-B和10-C替代在第三和第四实施例中作为故障相判定元件使用的瞬时电流-变化元件19-A、19-B和19-C。

其它特征基本上与如图11所示的第三实施例相同。如图2所示的定向接地元件10-A、10-B和10-C不仅具有故障相判定功能而且具有故障定向判定功能。当这类接地方向元件10-A、10-B和10-C用于故障相判定元件时，可以扩宽保护继电器系统的工作范围。

图15示出故障相判定元件加宽的工作范围。如图15所示，当加宽工作范围时，相的正向判定工作范围和超前相的反向判定工作范围可以部分重叠。当零相序电流I₀处于重叠区时，通常不可能进行故障定向判定。但是，因为该实施例具有分离的接地方向继电器21，当接地方向继电器21判定正向故障时，可以判定相A的正向故障。同样地，当接地方向继电器21判定到反向故障时，可以判定相C的反向故障。

[第六实施例]

参照图16说明了按照本发明的第六实施例，图16是示出用于产生正向故障相判定信号的逻辑时序电路的方框图。在第六实施例中，使用在第二实施例(图9)中所述作为接地方向继电器11的接地方向继电器11-A、11-B和11-C作为在第五实施例(图14)中的故障相判定元件。其它特征基本上与图14所示的第五实施例相同。

在第六实施例中，因为使用在第二实施例中所述的接地方向继电器11-A、11-B和11-C作为故障相判定元件，仅判定具有等于或大于I_K的某个值的零相时序电流I₀的高阻抗接地故障。可以提供具有对噪音和错误高阻抗的故障相判定和方向判定。

[第七实施例]

参照图17和18说明按照本发明的第七实施例。

在上述第五实施例(图16)中，当在接近于第一变电所52的内点产生高阻抗故障时，很难探测在第二变电所64的远端在第二继电器54的故障。尤其是，当故障F的位置和第二继电器54之间的传输线1很长时，在探测在第二继电器54的故障几乎是不可能的。如图18所示通过第七实施例可以减少第六实施例的上述问题。

图18是示出在第七实施例中用于产生跳闸命令输出信号的逻辑时序电路的方框图。参照图18，标号“30”代表接地故障反向探测元件，例如参照图12的如上描述，其是用于通过零相时序电流I₀和零相时序电压V₀探测故障方向的普通接地定向继电器。通过“非”门电路31接收接地故障反向探测元件30的输出，当接地故障反向探测元件30没有探测到反向接地故障时，该“非”门电路31产生“1”的工作输出。

通过单触发计时器20，由“与”门电路32接收瞬时电流-变化元件19-A、19-B和19-C的输出以及允许信号接收单元14和“非”门电路31的输出。如果没有探测到反向接地故障并且如果接收到来自远端的允许信号，“与”门电路32产生跳闸命令输出信号，用于工作中对应于瞬时电流-变化元件19-A、19-B和19-C的特定相13。通过“或”门电路17接收“与”门电路32的输出。当跳闸输出命令发送到任意相时启动“或”门电路17。通过允许信号发送单元18，“或”门电路17的输出发送到远端作为允许信号。

按照上述第七实施例，通过利用来自接地故障反向探测元件和来自远端的允许信号，选择故障相断开。

[第八实施例]

参照图19说明按照本发明的第八实施例。除了增加具有定向元件的距离继电器的反向故障探测元件33以及接地故障反向探测元件以用于探测反向故障外，第八实施例与如图18所示的第七实施例相似。根据从将被保护的电力传输系统探测到的电压和电流，反向故障探测元件33判定故障的方向。

通过“或”门电路34接收接地故障反向探测元件30和距离继电器的反向故障探测元件33的输出。通过“非”门电路31接收并反向“或”门电路34的输出。接着通过“与”门电路32接收“非”门电路31的输出。逻辑的其它部分与如图18所示的第七实施例相同。

按照上述第八实施例，利用三个条件：距离继电器的反向故障探测元件33和接地故障反向探测元件30都不处于工作状态；瞬时电流-变化元件19-A、19-B或19-C处于工作状态；和接收到来自远端的允许信号。由此使得方向判定比第七实施例更为准确，并且可以跳闸在本地端的电路断路器。

[第九实施例]

参照图20说明按照本发明的第九实施例。第九实施例基本上是如图13所示的第四实施例和如图19所示的第八实施例的结合。

如图20所示增加的“与”门电路35接收如图13所示的“非”门电路24和27的输出和如图19所示的“非”门电路31和允许信号接收单元14的输出。

仅当满足四个条件时，该“与”门电路35处于工作中，条件是：用于相19-A、19-B和19-C的瞬时电流-变化继电器都没有被启动；上述继电器30和33都没有探测到反向故障；在本地端不存在跳闸信号26；和已接收到来自远端的允许信号。仅当满足该“和”条件时，通过该确认计时器28，“与”门电路35把工作输出发送到“或”门电路29，并且从“或”门电路29发送出用于所有相的跳闸信号13。

当该条件适用于任何相的跳闸信号时，通过允许信号发送单元18从“或”门电路17向远端输出允许信号。

按照第九实施例，即使不启动瞬时电流-变化元件19且没探测到反向故障，通过从远端接收允许信号来实现三相跳闸。

由上述教示可以得出本发明的多个修改例和变化。因此，可以理解的是，在所附权利要求的范围内，可以以不同于这里特别说明的方式来实施本发明。

该申请基于并要求2002年8月9日申请的在先日本专利申请第2002-233451号为优先权；在此引入其全部内容作为参考。

Claims (7)

1.一种接地方向继电器，其配置以接收与来自被保护的三相电力传输线的电压和电流有关的多个电数值，该接地方向继电器被配置以根据该多个电数值判定在该电力传输线中故障的方向，该接地方向继电器包括：

零相序电流计算单元，其配置为根据从该电力传输线探测到的电流计算零相序电流；和

相比较单元，其配置以将该零相序电流的相和任一相电压的相进行比较，以判定该零相序电流的相是否在一预定范围内，以及当零相序电流的相在该预定范围内时，输出该电压相作为其中已发生正向接地故障的电压的故障相，

与所述接地方向继电器的各相对应的输出端连接着计时器，该计时器使所述接地方向继电器的运算输出延迟来确认运算，以输出与局部电路断路器的各相对应的跳闸命令，

根据所述计时器的设定时间，可以用于备用保护或者瞬时跳闸。

2.按照权利要求1的接地方向继电器，还包括：

绝对值比较单元，其配置为判定该零相序电流是否等于或大于一预定值；和

正向故障判定单元，其配置为当通过该相比较单元判定该零相序电流在预定范围内时，并且当通过该绝对值比较单元判定零相序电流等于或大于一预定值时，判定已发生正向接地故障并输出该电压的相作为其中已发生正向接地故障的电压的故障相。

3.一种接地方向继电器系统，包括：

接地方向继电器，其配置为根据与从被保护的三相电力传输线探测的电压和电流有关的电数值计算零相序电流和零相序电压，该接地方向继电器配置为根据零相序电流和零相序电压的相位关系判定在该电力传输线中接地故障的方向；

瞬时电流变化继电器，其配置为当相电流已以比预定速度更快的速度改变时则被启动；和

故障相判定单元，其配置为当通过该接地方向继电器判定该接地故障为正向故障时，判定对应于启动的瞬时电流变化继电器的相是其中已发生故障的相。

4.一种接地方向继电器系统，包括：

第一接地方向继电器，其配置为接收与来自被保护的三相电力传输线的电压和电流有关的多个电数值；该接地方向继电器配置为根据多个电数值判定在该电力传输线中故障的方向，该接地方向继电器包括：零相序电流计算单元，其配置为根据从电力传输线探测到的电流计算零相序电流；和相比较单元，其配置为将该零相序电流的相和对应于在该电力传输线中电压的电压的相进行比较，以判定该零相序电流是否在一预定范围内，以及当该零相序电流在该预定范围内时，输出该电压的相作为其中已产生正向接地故障的电压的故障相；

第二接地方向继电器，其配置为根据与从电力传输线探测到的电压和电流有关的电数值计算零相序电流和零相序电压，该接地方向继电器配置为根据零相序电流和零相序电压的相位关系判定在该电力传输线中接地故障的方向；和

故障相判定单元，其配置为当该第二接地方向继电器判定一个正向故障时，判定其中启动该第一接地方向继电器的相是故障相。

5.按照权利要求4的接地方向继电器系统，其中该第一接地方向继电器还包括：

绝对值比较单元，其配置为判定该零相序电流是否等于或大于一预定值；和

正向故障判定单元，其配置为当通过该相比较单元判定该零相序电流在该预定范围内时，并且当通过该绝对值比较单元判定该零相序电流等于或大于一预定值时，判定已发生正向接地故障，并输出该电压的相作为其中已发生正向接地故障的电压的故障相。

6.一种接地方向继电器系统，包括：

接地方向继电器，其配置为根据与从被保护的三相电力传输线探测到的电压和电流有关的电数值计算零相序电流和零相序电压，该接地方向继电器配置为根据该零相序电流和该零相序电压的相位关系判定在该电力传输线中接地故障的方向；

发送器和接收器，其配置以在本地端和远端之间交换信号；和

瞬时电流变化继电器，其配置为当相电流以比一预定速度快的速度变化时被启动；

其中，该系统配置为如果从远端的继电器接收到允许信号、并且如果该接地方向继电器没有探测到反向故障，则输出该本地端的跳闸信号至该瞬时电流变化继电器的输出相，并把允许信号传送到该远端。

7.按照权利要求6的接地方向继电器系统，还包括：

距离继电器的反向故障探测元件，其配置为根据与从电力传输线探测到的电压和电流有关的电数值判定故障方向，

其中该系统配置为如果从该远端的继电器接收到允许信号，和如果该接地方向继电器或该距离继电器的反向故障探测元件都没有探测到反向故障，输出该本地端的跳闸信号至该瞬时电流变化继电器的输出相，并向该远端传输该允许信号。

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