1、3.5 距离保护的振荡闭锁 因电流保护、电压保护和功率方向保护等一般都只用在电压等级较低的中低压配电系统，而这些系统出现振荡的可能性很小，振荡时保护误动产生的后果也不会太严重，所以一般不需要采取振荡闭锁措施。距离保护一般用在较高电压等级的电力系统，系统出现振荡的可能性大，保护误动造成的损失严重，所以必须考虑振荡闭锁问题。3.5.1 振荡闭锁的概念振荡时，两侧等效电动势之间的夹角振荡时，两侧等效电动势之间的夹角可能在可能在0 0360360范围内周期变化，测量电压和测量电流的变范围内周期变化，测量电压和测量电流的变化可能导致测量阻抗进入动作区，出现误动作。化可能导致测量阻抗进入动作区，出现误动作
2、。防止振荡时保护误动作的措施，防止振荡时保护误动作的措施，称为振荡闭锁称为振荡闭锁并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的现象，称为角大范围周期性变化的现象，称为电力系统电力系统振荡。振荡。3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响 为了能对电力系统振荡的物理过程进行明确而简单的分析，为了能对电力系统振荡的物理过程进行明确而简单的分析，同时又不影响结论的正确性，提出下列同时又不影响结论的正确性，提出下列几点假设：几点假设：(1)将所研究系统按其电气连接的特点简化为一个具有双侧电源的将所研究系统按其电气连接的特点简化为一个具有双侧电源
3、的网络；网络；(2)系统振荡时，三相处于对称状态，因此可以只取一相进行分析系统振荡时，三相处于对称状态，因此可以只取一相进行分析;(3)系统振荡时，两侧系统的电势幅值相等，相角差以系统振荡时，两侧系统的电势幅值相等，相角差以表示；表示；(4)系统中各元件的阻抗角相等；系统中各元件的阻抗角相等；(5)振荡过程中不考虑负荷电流的影响。振荡过程中不考虑负荷电流的影响。(1)jMNMNMLNEEEEEeIZZZZZ振荡电流：有效值：2sin2MEEIZZZM、ZN分别为M、N侧系统的等值阻抗，ZL为联络线路的阻抗，Z为系统的总联系阻抗。2sin2MEE。角的角度为系统联系阻抗电流相位滞后于dNME-E
4、E振荡时电流有效值变化曲线2sin2MEEIZZ振荡时电流有效值:母线电压：MMMUEI ZNNNUEI ZoMENENUMUISEdosU线路上任意一点的电压相量的末端，落在E直线上。(1)MMMjMMUEI ZEeEZZ振荡时电压有效值变化曲线母线M的电压：=0,90,=180,270,=360,MMEU MUMMMMZZE2EUU ,MUMMEU,MUcos2OSMUE振荡中心电压：振荡中心：电力系统振荡时，电流和电压都随作周期变化，在系统中总有一点电压最低，该点称为振荡中心。各部分的阻抗角相等，两侧电动势相等的情况下，振荡中心位于阻抗中心 处。12ZoMENENUMUISEdosU18
5、00OSU时，相当于振荡中心发生三相短路!因此，继电保护装置必须具备区别三相短路和系统振荡的能力，才能保证在系统振荡状态下的正确工作。MMMMMMMMMmZIEIZIEIUZ1122211222mMMZZZjZ ctgZjZ ctg11MMMjMNEZZZZEEe应用欧拉公式及三角公式，有应用欧拉公式及三角公式，有:cossin2112jjejejctg为M侧系统阻抗占系统总联系阻抗的比例MMZZ结论：当由0变化到360时，测量阻抗终点的轨迹是Z的垂直平分线（OO）。测量阻抗的变化轨迹 221)21(ctgZjZZZMm测量阻抗分成了两部分：第一部分为保护安装处到振荡中心的线路阻抗，只与保护安
6、装处到振荡中心的相对位置有关，与功角无关;第二部分垂直于 Z，并随功角的变化而变化。测量阻抗的变化轨迹 =0(+)时，测量阻抗位于复平面右侧，值为无穷大；=180时，测量阻抗最小，位于系统阻抗角方向上；=360(-)时，测量阻抗位于复平面左侧，值也为无穷大。测量阻抗的变化轨迹 b.当当 时时.NMEEa.a.系统振荡对安装在不同地点的距离保护系统振荡对安装在不同地点的距离保护的影响的影响 保护保护安装地点越靠近于振荡中心，距离保护受振荡的安装地点越靠近于振荡中心，距离保护受振荡的影响越大，而振荡中心在保护范围以外时，距离保护不会影响越大，而振荡中心在保护范围以外时，距离保护不会误动。误动。b.
7、b.系统振荡对不同特性的阻抗继电器的影响系统振荡对不同特性的阻抗继电器的影响在同样整定值的条件下，全阻抗继电器受振荡的影响最大，而橄榄特性阻抗元件所受的影响最小。受振荡影响时间：受振荡影响时间：14电力系统振荡时，阻抗继电器是否误动作、误动的时间电力系统振荡时，阻抗继电器是否误动作、误动的时间长短与保护长短与保护安装位置安装位置、保护动作范围保护动作范围、动作特性动作特性的形状的形状状和状和振荡周期振荡周期长短有关长短有关保护安装保护安装位置位置离振荡中心越近、整定值越大、离振荡中心越近、整定值越大、动作特性动作特性曲线在曲线在oo方向的动作区面积越大时，受振荡影方向的动作区面积越大时，受振荡
8、影响越大。响越大。当保护的动作带有较大的延时时，如距离当保护的动作带有较大的延时时，如距离段，可利段，可利用延时躲开振荡的影响。距离保护的第用延时躲开振荡的影响。距离保护的第I段和第段和第II段，段，必须经过振荡闭锁控制；必须经过振荡闭锁控制；（1）振荡时，三相完全对称，没有负序分量和零序分量出现；而短路时，总要长时或瞬时出现负序或零序分量；（2）振荡时，电气量呈周期性变化，其变化速度与系统功角的变化速度一致，比较慢；从短路前到短路后其值突然变化，速度很快，而短路后短路电流、各点残压和测量阻抗不计及衰减时是不变的；（3）振荡时，电气量呈现周期变化，若阻抗测量元件误动作，则在一个振荡周期动作和返
9、回各一次；而短路时阻抗元件可能动作，可能不动作。系统发生全相或非全相振荡时，保护装置不应该误动。系统全相振荡过程中再发生三相故障时，保护装置应可靠动作跳闸。系统在全相或非全相振荡过程中，发生不对称故障，保护应能有选择性地动作跳闸。3.5.3 距离保护的振荡闭锁措施（1）短时开放保护，实现振荡闭锁 系统没有故障时：距离保护一直处于闭锁状态；系统没有故障时：距离保护一直处于闭锁状态；系统发生故障时：短时开放距离保护允许保护出口跳闸，系统发生故障时：短时开放距离保护允许保护出口跳闸，称为称为短时开放短时开放。若在开放的时间内，阻抗继电器动作，说明故障点位若在开放的时间内，阻抗继电器动作，说明故障点位
10、于阻抗继电器的动作范围之内，将故障线路跳开；若在开于阻抗继电器的动作范围之内，将故障线路跳开；若在开放的时间内阻抗继电器未动，则说明故障不在保护区内，放的时间内阻抗继电器未动，则说明故障不在保护区内，则重新将保护闭锁。则重新将保护闭锁。系统正常运行或因静态稳定被破坏时：系统正常运行或因静态稳定被破坏时：故障判断元件和整组复归元件都不动作，双稳态触发器故障判断元件和整组复归元件都不动作，双稳态触发器SW以及以及单稳触发器单稳触发器DW都不会动作。都不会动作。保护装置的保护装置的I段和段和II段被闭锁段被闭锁，无论，无论阻抗继电器本身是否动作，保护都不可能动作跳闸。阻抗继电器本身是否动作，保护都不
11、可能动作跳闸。电力系统发生故障时：电力系统发生故障时：故障判断元件立即动作故障判断元件立即动作 动作信号经双稳态触发器动作信号经双稳态触发器SW记忆下来记忆下来（直至整组复归），（直至整组复归），SW输出的信号输出的信号 又经单稳态触发器又经单稳态触发器DW，固，固定输出时间宽度为定输出时间宽度为TDW的短脉冲的短脉冲 在在TDW时间内时间内:(1)若阻抗判别元若阻抗判别元件的件的I或或II段动作，则允许保护无延时或有延时动作（距离段动作，则允许保护无延时或有延时动作（距离II段被段被自保持）；自保持）；(2)若在若在TDW时间内阻抗判别元件的时间内阻抗判别元件的I或或II段没有动作，段没有动
12、作，保护将闭锁直至满足整组复归条件，准备下次开放保护。保护将闭锁直至满足整组复归条件，准备下次开放保护。常用的故障判别元件：常用的故障判别元件：（2）利用阻抗变化率的不同来构成振荡闭锁 原理：在电力系统发生故障时，测量阻抗由负荷阻抗突变为短路阻抗；而在振荡时，测量阻抗缓慢变为保护安装处到振荡中心的线路阻抗，根据两种情况下阻抗变化速度的不同构成振荡闭锁。Z1动作后先开放一个动作后先开放一个t的时间，若这段时间内的时间，若这段时间内Z2动作，则开动作，则开放保护，直到放保护，直到Z2返回；若返回；若Z2不动作，保护就不会被开放。它不动作，保护就不会被开放。它利用短路时阻抗的变化率较大，利用短路时阻
13、抗的变化率较大，Z1、Z2的动作时间差小于的动作时间差小于t，短时开放。短时开放。注：测量阻抗每次进入注：测量阻抗每次进入Z1的动作区后，都会开放一定时间。的动作区后，都会开放一定时间。“大圆套小圆大圆套小圆”（3）用动作的延时实现振荡闭锁 电力系统振荡时，距离保护的测量阻抗随角的变化而不断变化，当变化到某个角度时，测量阻抗进入到阻抗继电器的动作区，而当角继续变化到另个角度时，测量阻抗又从动作区移出，测量元件返回。对于按躲过最大负荷整定的III段阻抗继电器，测量阻抗落入其动作区的时间一般不会超过11.5s（振荡周期），只要III段动作的延时时间大于11.5s，系统振荡时III段保护就不会误动作
14、。3.5.4 振荡中再故障的判断1）振荡中又发生不对称短路，重新开放保护的条件：201IIm I201,IIIm分别为负序、零序、正序电流的幅值比例系数，一般取0.50.72）振荡中又发生三相对称性短路的故障判别元件：0.03.cos0.08.puUpu.pu电流落后电压的相角标幺值Ucos为电压相量在电流相量方向上的投影，是一个标量。0.03.cos0.08.puUpul 三相三相短路时：短路时：忽略系统阻抗和线路阻抗中的电阻分量，忽略系统阻抗和线路阻抗中的电阻分量，Ucos近似为故障点的弧光电压近似为故障点的弧光电压Uarc，一般不超过额定电压的，一般不超过额定电压的6%，且与故障距离无关
15、，基本不随时间变化而变化。，且与故障距离无关，基本不随时间变化而变化。l 系统振荡时：系统振荡时：Ucos近似为振荡中心的电压，当近似为振荡中心的电压，当在在180附近时，附近时，Ucos很小，可能满足判据；而很小，可能满足判据；而为其他角度时，数为其他角度时，数值很大。即仅在较短时间内满足判据。值很大。即仅在较短时间内满足判据。l 系统振荡中发生三相故障：系统振荡中发生三相故障：判据一直满足。判据一直满足。解决方法：判据配合小延时区分三相短路和振荡！LMNMNZ50 75Z30 75Z20 75ME=E1)I157.4I136.4I双电源供电网络，侧采用方向阻抗继电器。假定。系统振荡时，距离
16、保护 段是否误动？（可靠系数取0.8）2)系统振荡，两电势相角差时，距离 段是否误动？3)系统振荡，两电势相角差时，距离 段是否误动？3.7 距离保护特殊问题的分析3.7.1 短路点过渡电阻对距离保护的影响ggg1050ILR A,gg电弧中的电流电弧长度ImLmkgZZRmkg()mmmUI ZIZRgABm.1RZZm.2gZRgRm.1Z当Rg较大时，可能出现Zm2已超出保护2第段整定的特性圆范围，而Zm1仍位于保护1第段整定的特性圆范围以内。此时保护1和保护2将同时以第段的时限动作，因而失去了选择性，且降低了故障切除速度。gRmZ结论：结论：保护装置距短路点越保护装置距短路点越近时，受
17、过渡电阻的影响越近时，受过渡电阻的影响越大；同时保护装置的整定值大；同时保护装置的整定值越小越小(相当于被保护线路越相当于被保护线路越短），受过渡电阻的影响也短），受过渡电阻的影响也越大。越大。gkkkkm)(RIIZIU kkgkg()IZRI Rmkmkggmk,mkUIIIZZRRII令则过渡电阻的存在，有可能使测量阻抗变大，也有可能使测量阻抗变小，与和的相位有关。kIkImkmkggmkUIZZRRII（1）若）若M端为送电端，端为送电端，N侧为受电侧侧为受电侧相位超前，具有负的阻抗角，相位超前，具有负的阻抗角，表现为表现为容性阻抗容性阻抗，它的存在可能，它的存在可能使测量阻抗变小。可
18、能会造成区外使测量阻抗变小。可能会造成区外短路时的误动，称作短路时的误动，称作超越超越，而正向近，而正向近处短路时拒动（一般将正向出口短路处短路时拒动（一般将正向出口短路继电器拒动称出继电器拒动称出口短路有死区口短路有死区）；）；kgkIRIkIkImkmkggmkUIZZRRII（2）若）若N端为送电端，端为送电端，M侧为受电侧侧为受电侧相位滞后，具有正的阻抗角，相位滞后，具有正的阻抗角，表现为感性阻抗，它的存在总是表现为感性阻抗，它的存在总是使测量阻抗变大，可能造成保使测量阻抗变大，可能造成保 护拒动。护拒动。kgkIRIkIkI结论：结论：在过渡电阻大小及两侧在过渡电阻大小及两侧电流相位
19、关系一定的情况下，电流相位关系一定的情况下，其对阻抗继电器的影响，其对阻抗继电器的影响，与短与短路点所处的位置、继电器的特路点所处的位置、继电器的特性有密切的关系性有密切的关系。1)短路点所处的位置短路点所处的位置圆特性的方向阻抗继电器，保圆特性的方向阻抗继电器，保护区护区始端和末端始端和末端短路时，过渡短路时，过渡电阻影响较大。而在电阻影响较大。而在中部中部时则时则较小。较小。在整定值相同的条件下，全在整定值相同的条件下，全阻抗继电器受过渡电阻影响阻抗继电器受过渡电阻影响最小，橄榄形阻抗继电器受最小，橄榄形阻抗继电器受影响最大。影响最大。结论：结论：在整定值相同的条件在整定值相同的条件下，动
20、作特性在下，动作特性在R轴方向所轴方向所占的面积越大，受过渡电阻占的面积越大，受过渡电阻的影响就越小。的影响就越小。2)继电器的特性继电器的特性3)过渡电阻对接地距离保护的影响大于相间短路距离保护。过渡电阻对接地距离保护的影响大于相间短路距离保护。采用能容许较大过渡电阻而不至于拒动的测量元件动作特性，是克服过渡电阻影响的主要措施。3.8 工频故障分量距离保护3.8.1 工频故障分量的概念3.8.1 工频故障分量的概念3.8.1 工频故障分量的概念00mmuuuiii00mmuuuiii 3.8.1 工频故障分量的概念sttrsttruuuiii ststui、trtrui、UI、3.8.1 工
21、频故障分量的概念3.8.1 工频故障分量的概念sUIZ 3.8.1 工频故障分量的概念3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理ksskEIUIZZZ ()opsetssetUUIZI ZZ 3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理()opsetssetUUIZI ZZ 1opkUE 2opkUE 3opkUE 3.8.2 工频故障分量距离保护的工作原理00opkmUUU3.8.3 工频故障分量距离保护的动作特性00opkmUUU0()()kkskgsmopssetssetUEI ZZC IRI ZZUI ZZI ZZ ssetsmZZZZ;IIImmkgZZZCRCC 正向故障时测量元件的测量阻抗，工频故障分量电流助增系数，3.8.3 工频故障分量距离保护的动作特性ssetsmZZZZssetZZ3.8.3 工频故障分量距离保护的动作特性0()()kkskgsmopssetssetUEI ZZC IRI ZZUI ZZI ZZ ssetsmZZZZ00opkmUUU3.8.3 工频故障分量距离保护的动作特性ssetsmZZZZssetZZ 3.8.4 工频故障分量距离保护的特点及应用
