按相补偿阻抗继电器保护装置及其方法 【技术领域】
本发明涉及电力系统及其自动化的装置，具体地涉及继电保护装置和方法。
技术背景
在电力系统及其自动化的系统中，当输电线路发生故障时，需要由继电保护设备将故障线路尽快切除。阻抗(距离)继电器装置是继电保护最常用的设备。
突变量阻抗(距离)继电器是继电保护中性能较好的继电器，所述的突变量阻抗(距离)继电器的动作方程为：
|ΔU·φ-ZSET(ΔI·φ+K·3I·O)|≥U|O|............(1)]]>
其中： Δφ——相电压突变量(φ分别为A、B、C)；
ZSET——阻抗整定值；
——相电流突变量(φ分别为A、B、C)；
K=ZO-Z13Z1]]>——零序补偿系数；
——零序电流；
U|O|——故障前短路点的电压。
因为方程(1)的动作判据只在短路点处于0～ZSET内(称之为区内故障)时才动作，短路点在0～ZSET以外(称之为区外故障)不动作，所以，方程(1)具有判别短路点范围的明确性，因而，此判据在输电线路的距离保护中，得到了广泛的应用。
但是，方程(1)的判据在输电线路发生单相接地故障时，由于有零序电流(3Io)的存在，所以，非故障相很可能导致误动，造成降低电能输送能力或扩大停电范围。对于220KV及以上电压等级的输电线路，《继电保护和安全自动装置技术规程》一般要求“选相跳闸”(即一相故障时，只跳开故障相，另外两相仍然运行)。显然，非故障相误动的情况不满足继电保护的要求。
非故障相误动原因如下(以A相接地故障为例说明)：
对于B相，有：ΔB≈0、ΔI·B≈0]]>
于是：|ΔU·B-ZSET(ΔI·B+K·3I·O)|≈|ZSET·K·3I·O|]]>
在零序电流(3Io)或阻抗整定值(ZSET)较大时，上式可能大于故障前短路点的电压(U|O|)，这样，就会造成误动。
C相的情况与此相似。
为了避免非故障相误动，通常在动作条件满足后，再进行选相处理，或者并行处理(如图1)。由于选项处理地可靠性还未达到较满意的程度，所以，在经过了两个元件的计算和处理后，无形中降低了可靠性，同时也降低了动作速度。
【发明内容】
本发明的目的是为了克服上述缺陷，提出了一种按相补偿阻抗继电器保护装置及其方法，所述的一种按相补偿阻抗继电器装置是通过如下的技术方案实现的，所述的一种按相补偿阻抗继电器保护装置包括：
A相按相补偿阻抗继电器，通过传输线与跳A相端连接，同时通过“与门”与跳三相端相连，用于检测输电线路A相的性能状态，如果检测到A相故障，就直接跳A相；
B相按相补偿阻抗继电器，通过传输线与跳B相端连接，同时通过“与门”与跳三相端相连，用于检测输电线路B相的性能状态，如果检测到B相故障，就直接跳B相；
C相按相补偿阻抗继电器，通过传输线与跳C相端连接，同时通过“与门”与跳三相端相连，用于检测输电线路C相的性能状态，如果检测到C相故障，就直接跳C相；
如果A、B、C三个按相补偿阻抗继电器中，有任意两个或三个元件动作，则经“与门”、或“与门”、或“与门”构成输出，通过传输线与三相跳闸端连接。
所述的相按相补偿阻抗继电器的动作由下述公式(2)或(3)确定(公式(2)与公式(3)是等效的)：
|ΔU·φ-ZSET(ΔI·φ+m·K·3I·O)|≥U|O|...............(2)]]>
|ΔU·φ-ZSET·m·(ΔI·φ+K·3I·O)|≥U|O|.............(3)]]>
其中： Δφ——相电压突变量(φ分别为A、B、C)；
ZSET——阻抗整定值；
——相电流突变量(φ分别为A、B、C)；
K=ZO-Z13Z1]]>——零序补偿系数；
——零序电流；
U|O|——短路点的故障前电压；
m=ΔIφΔIMAX]]>——按相调整的修正系数(ΔIMAX为三相中的最大电流)。
下面说明按相补偿后的效果(以A相接地故障为例)：
∵A相接地故障时，有：
∴A相按相补偿后，有：
|ΔU·A-ZSET(ΔI·A+ΔIAΔIMAX·K·3I·O)|=|ΔU·A-ZSET(ΔI·A+1·K·3I·O)|≥U|O|]]>
B相按相补偿后，有：
|ΔU·B-ZSET(ΔI·B+m·K·3I·O)|≈|0-ZSET(0+ΔIBΔIA·K·3I·O)|≈0]]>
C相按相补偿后，有：
|ΔU·C-ZSET(ΔI·C+m·K·3I·O)|≈|0-ZSET(0+ΔICΔIA·K·3I·O)|≈0]]>
由上面分析可以看出，A相的动作方程与方程(1)相同，因此，动作行为和保护范围不发生任何变化；而B相和C相的动作量几乎为0，从而保证了可靠不动。
所述的一种按相补偿阻抗继电器保护的方法是通过如下的技术方案实现的，
所述的一种按相补偿阻抗继电器保护的方法包括步骤：
利用A相按相补偿阻抗继电器，通过传输线与跳A相端连接，同时通过“与门”与跳三相端相连，用于检测输电线路A相的性能状态，如果检测到A相故障，就直接跳A相；
利用B相按相补偿阻抗继电器，通过传输线与跳B相端连接，同时通过“与门”与跳三相端相连，用于检测输电线路B相的性能状态，如果检测到B相故障，就直接跳B相；
利用C相按相补偿阻抗继电器，通过传输线与跳C相端连接，同时通过“与门”与跳三相端相连，用于检测输电线路C相的性能状态，如果检测到C相故障，就直接跳C相；
如果A、B、C三个按相补偿阻抗继电器中，有任意两个或三个元件动作，则经“与门”、或“与门”、或“与门”构成输出，通过传输线与三相跳闸端连接。
所述的相按相补偿阻抗继电器的动作由上述公式(2)或(3)确定。
使用本发明的装置和方法，就能够极大地降低了非故障相的动作量，保证了非故障相可靠不动。对于任何故障类型，可以证明：故障相的m值等于1，非故障相的m值约等于0。由于引入的补偿系数对于A、B、C三相的补偿程度是不同的，所以，我们把公式(2)和公式(3)的修正补偿方法称之为：“按相补偿”。该方法既能保证故障相的灵敏度和保护范围，又能够保证非故障相可靠不动，同时，还具有自然的选相功能，不必另外进行选相判断，经电力系统实时仿真系统(RTDS)验证，采用“按相补偿阻抗继电器”的方案后，最快的动作速度可以提高到仅3～4毫秒就可以动作，十分有利于快速、可靠地切除故障，有利于电力系统的稳定和安全、有利于提高供电的可靠性。
【附图说明】
图1是突变量阻抗继电器保护装置的逻辑原理示意图；
图2是按相补偿阻抗继电器保护装置的逻辑原理示意图。
【具体实施方式】
图1是突变量阻抗继电器保护装置的逻辑原理示意图。如图1所示，在现有的突变量阻抗继电器保护装置中，从突变量阻抗继电器输出的信号必须经过与选相元件输出的信号经过两次“与门”后跳相装置才进行动作，正如在背景技术对按相补偿阻抗继电器保护装置分析的那样，由于选项处理的可靠性还未达到较满意的程度，所以，在经过了两个元件的计算和处理后，无形中降低了可靠性，同时也降低了动作速度。
图2是按相补偿阻抗继电器保护装置的逻辑原理示意图。如图2所示，所述的一种按相补偿阻抗继电器保护装置包括：
A相按相补偿阻抗继电器(1)，通过传输线与跳A相端(7)连接，同时通过“与门”(4)与跳三相端(10)相连，用于检测输电线路A相的性能状态，如果检测到A相故障，就直接跳A相；
B相按相补偿阻抗继电器(2)，通过传输线与跳B相端(8)连接，同时通过“与门”(5)与跳三相端(10)相连，用于检测输电线路B相的性能状态，如果检测到B相故障，就直接跳B相；
C相按相补偿阻抗继电器(3)，通过传输线与跳C相端(9)连接，同时通过“与门”(6)与跳三相端(10)相连，用于检测输电线路C相的性能状态，如果检测到C相故障，就直接跳C相；
如果A、B、C三个按相补偿阻抗继电器中，有任意两个或三个元件动作，则经“与门”(4)、或“与门”(5)、或“与门”(6)构成输出，通过传输线与三相跳闸端(10)连接。所述的相按相补偿阻抗继电器的动作由上述公式(2)或(3)确定。
公式是这样确定的，考虑到，非故障相误动的主要原因是受3Io的影响，因此，对此项的补偿进行修正。修正后的公式如下：
|ΔU·φ-ZSET(ΔI·φ+m·K·3I·O)|≥U|O|]]>
其中： Δφ——相电压突变量(φ分别为A、B、C)；
ZSET——阻抗整定值；
——相电流突变量(φ分别为A、B、C)；
K=ZO-Z13Z1]]>——零序补偿系数；
——零序电流；
U|O|——短路点的故障前电压；
m=ΔIφΔIMAX]]>——按相调整的修正系数(ΔIMAX为三相中的最大电流)。m=ΔIφΔIMAX,]]>包括m=(ΔIφΔIMAX)n,]]>其中n为任意系数。
这样，由于故障相(仍以A相故障为例)有：ΔIA＝ΔIMAX，所以，A相的m值等于1，即公式(2)、公式(3)与公式(1)相等，因此，对于保护的灵敏度和保护范围都没有影响。
而对于B相(C相类似)，有：
∵ΔIB≈0＜＜ΔIA
∴B相m=ΔIBΔIMAX=ΔIBΔIA≈0]]>
因此，
≈|ZSET·m·K·3I·O|≈0<<U|O|]]>
这就极大地降低了非故障相的动作量，保证了非故障相可靠不动。
对于任何故障类型，可以证明：故障相的m值等于1，非故障相的m值约等于0。
由于引入的补偿系数对于A、B、C三相的补偿程度是不同的，所以，我们把公式(2)和公式(3)的修正补偿方法称之为：“按相补偿”。
该方法既能保证故障相的灵敏度和保护范围，又能够保证非故障相可靠不动，同时，还具有自然的选相功能，不必另外进行选相判断。经电力系统实时仿真系统(RTDS)验证，采用“按相补偿阻抗继电器保护装置”的方案后，最快的动作速度可以提高到仅3～4毫秒就可以动作，十分有利于快速、可靠地切除故障，有利于电力系统的稳定和安全、有利于提高供电的可靠性。
为了说明和描述的目的，已经提供了本发明优选实施例的前面的描述。它不是详尽的或者限制本发明为揭露的精确的形式。按照上面的教导许多修改和变化是可能的。本发明的范围不是由这个详细的描述限定，而是由所附的权利要求限定。