繼電保護課件-第3章5678節(jié)可用

第五節(jié)

距離保護的振蕩閉鎖一、振蕩閉鎖的概念2

NIEM

M

1NEU振蕩：并聯(lián)運行系統(tǒng)間功角大范圍周期性變化的現(xiàn)象。振蕩原因：輸送功率超過靜穩(wěn)極限；故障切除緩慢；無功不足電壓降低；非同期自動重合閘振蕩對距離保護的影響：

U

,

I

,

Z

可能誤動m

m

m誤動的 ：

可能擴大事故范圍振蕩閉鎖：防止系統(tǒng)振蕩時保護誤動的措施。二、電力系統(tǒng)振蕩對距離保護測量元件的影響1、電力系統(tǒng)振蕩時電流、電壓的變化規(guī)律幾點假設：①.全相振蕩時，系統(tǒng)三相對稱，故可只取一相分析；②.設系統(tǒng)兩側等效電動勢和

幅值相等，相角差（即功角）為等效電源之間的阻抗為③.系統(tǒng)中各元件阻抗角均相等，以φd表示④.不考慮負荷電流的影響，不考慮振蕩同時發(fā)生短路。.EM.EN

(0

360

)Z

ZM

ZL

ZN則線路中的電流和母線M、N上的電壓分別為振蕩電流為振蕩電流有效值為sinEM

ENI

ZM

ZL

ZN

EM

EM

(1

e

j

)

2

EM

ZM

ZL

ZN

Z

Z

2I

EM

2EM

sin

Z

Z

2U

M

EM

I

ZMU

N

EN

I

ZN（1）振蕩保護測量電流為振蕩電流有效值為sin

2EM

(1

e

j

) 2

EMZ

ZI

EM

ENZM

ZL

ZN

EMZM

ZL

ZNI

EMZ

2EM

sin

Z

2可見，振蕩時保護測量電流有效值（或幅值）在做周期性變化，變化周期等于振蕩周期。電流有效值最小時為0（2）振蕩時保護安裝處測量電壓U

M

EM

I

ZMU

N

EN

I

ZNI

EM

EN

EMZM

ZL

ZN

ZM

ZL

ZN振蕩周期：在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，電壓的幅值由一個最大值到下一個最大值之間的時間。一個振蕩周期最長，一般可按1.5～2S考慮。振蕩時的電流電壓相量圖（假設系統(tǒng)的阻抗角均相同）U

M

EM

I

ZM線任意一點的電壓相量的末端，都必須在由EM

和E

N的末端連接而成的直線上，即

EM

上I

EM

EN

ZM

ZL

ZN

ZM

ZLU

N

EN

I

ZN2

NM

1IEMNEUz振蕩中心的概念振蕩時，沿線路不同點電壓幅值的變化范圍不同，沿線路電壓最低的一點稱為振蕩中心由O向相量

所做的垂線的長度，并將該垂線代表的電壓相量記為

。當系統(tǒng)中各元件阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系U

OSEM

EN統(tǒng)縱向阻抗的中點（即

Z

處）振蕩中心電壓的有效值：22OSMU

E

cos

系統(tǒng)阻抗角=線路阻抗角，EM=EN時，Z位置固定，ZΣ

/2;

δ=180o時，UOS=0，相當于三相短路。其它情況：垂線，Z位置隨δ

變化。2

NIEM

M

1NEUz相當于路z點發(fā)生三相短路。在時，I=0，振蕩中心點電壓達到最大值，等于Em當δ在0～360°范圍內變化時，振蕩電流和系統(tǒng)各點電壓的大小和相位都會發(fā)生變化。當Em=En且全系統(tǒng)阻抗角相等時，振蕩中心的位置在全系統(tǒng)縱向阻抗的中點（即Z∑/2處）當

180時

U

OS

I最大，振蕩中心點電壓等于0，

0

3602.振蕩時測量阻抗的變化規(guī)律變化規(guī)律MMM

MM

MmZZ

Z

Z

I Z11

e

jI

EMI

I

U

M

EM

1

1

(

Z

ZM

)

j

Z

ctg2

2

22

NM

1IEMNEU假設EM=EN

,則z22

2

212

2mMMMMZZZ

2M

Z

Z

(1jctg

)

Z2

(

Z

Z

)

j

Z

ctg

M

(

)Z

j

ctg式中

＝為M

側系統(tǒng)阻抗占系統(tǒng)總聯(lián)系阻抗的比例。21

e

j

21

jctg系統(tǒng)振蕩時，安裝在M處的測量元件的測量阻抗RjXMNZmKe=121

Z12(

m)ZO

02ctg

2 2m

MZ

(

Z

Z

)

j

Z

.

1802ctg

02mMZ

Z

Z

3602ctg

22ZZZm

(

ZM

)

j

.當ρM＝1/2,保護安裝處M正好就是振蕩中心，該阻抗等于0，測量阻抗末端軌跡的直線在坐標原點處與Z∑相交，肯定穿越保護區(qū)。當ρM小于1/2，即保護安裝在送電端且振蕩中心位于保護的正方向時，振蕩時測量阻抗末端軌跡的直線在第一象限內與Z∑相交RjXMNOeK

=112Z12m

(

)ZZm222MMZZZ

Z

2M

Zm

(

ZM

)

j

ctg

(

1

)Z

j

Z

ctg

2

2式中

＝ 為M

側系統(tǒng)阻抗占系統(tǒng)總聯(lián)系阻抗的比例。當ρM

〉1/2,即振蕩中心在保護的反方向上，，測量阻抗末端軌跡的直線在第三象限內與Z∑相交，是否會引起保護誤動，視保護的動作特性而異。RjXMNOZmKe=112Z12(

m)Z22

22

2

2mMZMM

Z

(

Z

Z

)

j

Z

ctg

(

1

)Z

j

Z

ctg

式中M＝

Z

為M

側系統(tǒng)阻抗占系統(tǒng)總聯(lián)系阻抗的比例。2

NIEM

M

1NEU11m

ZM

)

j

2Z

ctg

2Z

(

2

Z令

ZM

Z2

1

：振蕩中心在保護正方向上2

1

：振蕩中心在保護反方向上2

1

：振蕩中心在保護安裝位置上3、系統(tǒng)振蕩時距離保護的影響假設每條線路的兩側均裝有距離保護，每個距離保護均采用相同的方向性阻抗繼電器?，F(xiàn)分析1、2距離保護Ⅰ段在系統(tǒng)振蕩時的動作行為。當測量阻抗進入特性圓內，阻抗繼電器就要誤動。M側阻抗繼電器誤動的相角δ1～δ4

，N側方向阻抗繼電器誤動的相角δ2～

δ3

。ORjX小結：當保護安裝點越靠近振蕩中心，受影響越大措施：①.延長保護裝置的動作時間（如距離Ⅲ段）②.把整定值壓低，使振蕩中心位于特性圓外③.增設振蕩閉鎖裝置或閉鎖回路。3.振蕩對距離保護的影響2

NIEM

M

1NEUz阻抗繼電器是否誤動、誤動時間長短取決于：阻抗繼電器安裝位置（與振蕩中心的相對位置）；動作范圍（整定值、動作特性形狀）；請比較:蘋果形、圓形、透鏡形（定值相同）I、II、III段4、電力系統(tǒng)振蕩與短路時電氣量的差異（1）振蕩時，三相完全對稱，沒有負序分量和零序

分量出現(xiàn)，而當短路時，總要長時間（不對稱短路時）或瞬間（三相短路時）出現(xiàn)負序分量和零序分量。（2）振蕩時，電氣量呈現(xiàn)周期性變化，其變化速度與系統(tǒng)功角的變化速度一致，比較慢，當兩側功角擺開至180度時相當于在振蕩中心發(fā)生三相短路，從短路前到短路后其值突然變化，速度很快，而短路后短路電流、各點的殘余電壓和測量阻抗在不計衰減時是不變的。(3）振蕩時，電氣量呈現(xiàn)周期性變化，若阻抗測量元件誤動作，則在一個振蕩周期內動作和返回各一次，而短路時阻抗測量元件可能動作（區(qū)內短路），可能不動作（區(qū)外短路）。三、振蕩閉鎖回路1、基本要求：

①.當系統(tǒng)只發(fā)生振蕩而無故障時，應可靠閉鎖保護；②.區(qū)外故障而引起系統(tǒng)振蕩時，應可靠閉鎖保護③.區(qū)內故障，不論系統(tǒng)是否振蕩，都不應閉鎖保護。根據(jù)上述基本要求，振蕩閉鎖回路目前主要采用兩種原理：①.利用短路時出現(xiàn)負序分量而振蕩時無負序分量的原理②.利用振蕩和短路時電氣量變化速度不同的原理2、利用負序（和零序）分量元件起動的振蕩閉鎖回路為了提高保護動作的可靠性，在系統(tǒng)沒有故障時，一般距離保護一直處于閉鎖狀態(tài)。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，短時開放距離保護允許保護出口跳閘稱為短時開放。故障判斷元件和整組復歸元件在系統(tǒng)正?；蛞蜢o態(tài)穩(wěn)定被破壞時都不會動作，這時雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器SW以及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DW都不會動作，保護裝置的Ⅰ段和Ⅱ段被閉鎖，無論阻抗繼電器本身是否動作，保護都不可能動作跳閘，即不會發(fā)生誤動。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障判斷元件立即動作，動作信號經雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器SW

下來，直至整組復歸。SW輸出的信號，又經單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DW，固定輸出時間寬度為TDW的短脈沖，在TDW時間

阻抗判別元件的Ⅰ段和Ⅱ段動作，則允許保護無延時或有延時動作。TDW稱為振蕩閉鎖的開放時間，或稱允許動作時間，它的選擇要兼顧兩個原則：一是要保證在正向區(qū)內故障時，保護Ⅰ段有足夠的時間可靠跳閘，保護Ⅱ段的測量元件能夠可靠啟動并實現(xiàn)自保持，因而時間不能太短，一般不應小于0.1S二是要保證在區(qū)外故障引起振蕩時，測量阻抗不會在故障后的TDW時間內進入動作區(qū)，因而時間又不能太長，一般不應大于0.3S。起動元件可以利用短路時出現(xiàn)的負序或零序分量起動，也可以利用這些分量的增量或突變量來起動①.當系統(tǒng)只振蕩，起動元件不動作，保護不會開放；②.

短路時，起動元件立即動作，然后自保持，短時開放保護(在此期間允許保護跳閘)③.外部短路引起系統(tǒng)振蕩時，短路瞬間出現(xiàn)負序分量，保護也將短時開放一段時間，但在阻抗繼電器誤動前，短時開放時間已過，已將保護跳閘回路閉鎖，保證外部短路引起振蕩時保護不誤動。3、反應阻抗變化速度的不同來構成振蕩閉鎖回路不動作時Z1、Z2、&2輸出低電平。短路時輸出高電平，時間差小于Δt開放保護出口。振蕩時Z1、Z2動作時間大于Δt

，則閉鎖保護出口。利用振蕩時各段動作時間不同實現(xiàn)的振蕩閉鎖圖中KZ1為整定值較高的阻抗元件；KZ2為整定值較低的阻抗元件。3、利用動作的延時實現(xiàn)振蕩閉鎖電力系統(tǒng)振蕩時，距離保護的測量阻抗是隨δ角的變化而不斷變化的。對于按躲過最大負荷整定的距離保護Ⅲ段阻抗元件，測量阻抗落入其動作時間的時間小于一個振蕩周期（1～1.5S），只要距離保護Ⅲ段動作的延時時間大于1～1.5S

，系統(tǒng)振蕩時保護Ⅲ段就不會動作。3.振蕩閉鎖措施利用負序（零序）分量或電流突然變化，短時開放保護無故障時，保護一直處于閉鎖狀態(tài)短時開放時間內，阻抗繼電器動作，說明故障點位于保護區(qū)內，跳閘；短時開放時間內，阻抗繼電器不動作，說明故障點不位于保護區(qū)內，跳閘；利用阻抗變化率的不同利用動作的延時(III段>1.5s)四、振蕩過程中再故障的判斷1.不對稱故障開放元件當振蕩過程中又發(fā)生不對稱短路時，會出現(xiàn)負序分量和零序分量，可用下列判據(jù)作為重新開放保護的條件，即m－比例系數(shù)，一般取0.5～0.7振蕩過程中又發(fā)生三相短路時，由于不存在負序分量和零序分量，上式得不到滿足，保護不會開放。為此，必須設置專門的對稱故障判別元件。I

2

I

0

m

I12.對稱故障開放元件對稱故障判別元件的動作判據(jù)為0.03

p.u

U

cos

0.08

p.u在系統(tǒng)振蕩時，Ucosφ近似為振蕩中心的電壓，當δ在180度附近時，該電壓值很小，可能會滿足上式，但當δ為其他角度時，該電壓值就比較高，就不會滿足上式。Ucosφ在三相短路時等于故障電弧電阻上的壓降。也就是說，振蕩過程中又發(fā)生三相故障時，上式一直被滿足，而在僅有系統(tǒng)振蕩時，上式僅在較短的時間滿足，其余時間都不滿足。因此利用上式可以配合一個延時時間就能區(qū)分出三相故障和振蕩。第六節(jié)

故障類型判別及故障選相2

NIEM

M

1NEU找出故障環(huán)路（故障類型，故障相）判斷故障距離單相重合閘電流突變量的概念：BABABAAB

I

I)

I)

(II

(I

I[0][0]CBCBC

I

I)

I)

(II

(I

IBC

B[0][0]ACA

C

I

I)

I

I

)

(II

(ICA

C[0]A[0]相電流差突變量[0][0][0]BAAAI

I

IC C CI

I

II

I

IB

B相電流突變量零序分量有負序分量無無：K(3)有：K(2)K(1,1)K(1)CABCABBC

I

m

I

Im

IBCCAABCA

I

m

I

Im

IBCABCAA相接地B相接地C相接地

I

m

Im

IAB

I最大者為故障相CABC、IIAB

、IBCAC

m

I

Im

ICAB

I

m

I

Im

IACBAB

I

ABBCCA

I

m

I

Im

I第七節(jié)

短路點過渡電阻對距離保護的影響一、短路點過渡電阻的性質電弧電阻、中間物質電阻、導線與地的接觸電阻、金屬桿塔的接地電阻等。相間短路：電弧電阻為主，短路初，電阻最小。Rg≈1050

lg/Ig

(幾歐至十幾歐)導線對桿塔放電的接地短路：桿塔的接地電阻為主500KV

:

300Ω330KV

:200Ω220KV

:100Ω1、單側電源線路過渡電阻的影響Zm1

RgZm

2

ZAB

RgABRjXCZ

I1Z

II2Z

I2Rg

Zm使測量阻抗增大，保護范圍縮短；保護裝置距離短路點越近，受到的影響越大，可能導致保護無選擇性動作（2動，1不動）；線路越短，整定值越小，所受影響越大。影響：2、雙側電源線路過渡電阻的影響m2kkm1gk

kZI

'II

''UZI

'

I

'

UB

A

ZAB

Rg

k

RARjXCZ

I1BZ

II2IZ2α>0時，測量阻抗電抗部分增大。α<0時，測量阻抗電抗部分減小,保護可能失去選擇性。－穩(wěn)態(tài)Rg對測量阻抗的影響，取決于對側電源提供的的短路電流大小及它們之間的相位關系，有可能使測量阻抗的實部增大，也有可能減小。若在故障前M端為送端，N側為受端，則M側電動勢的它的存在有可能使總的測量阻抗減小。因過渡電阻的存在而導致保護測量阻抗變小，進一步引起保護誤動作的現(xiàn)象。稱為距離保護的

。/

相位超前N/側/

兩端系統(tǒng)阻抗的阻抗角相同的情況下，kI

k相位超前I

，。在///g

將具有負的阻抗角，Ik

RI

kABRjXCZ

I1Z

IIIZ2

2M側為受電側，N側為送端，則將具有正使測量阻抗變大。為半徑的虛線圓周上。///gI

kR的阻抗角，即表現(xiàn)為感性的阻抗，I

k

它的存在總是/

//在系統(tǒng)振蕩加故障的情況下，I

k

、I

k

之間的相位差可能在0°～360°的范圍內變化，此時A處/g的測量阻抗落在以Zk

＋Rg的末端為圓心、以

I

k

R//I

k3、克服過渡電阻影響的措施過渡電阻的影響與下列因素有關：短路點的位置（始、末影響大）；阻抗繼電器特性（＋R軸方向所占面積）；偏轉圓、

四邊形接地距離保護受影響大。二、線路串連補償電容對距離保護的影響。在遠距離的高壓或壓輸電系統(tǒng)中，為了增大線路的傳輸能力和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以采用線路串連補償電容的方法來減小系統(tǒng)間的聯(lián)絡阻抗。串連補償電容后發(fā)生短路時，短路阻抗將發(fā)生變化,破壞了線路測量阻抗和故障距離之間的線性關系。comLKX

XC1.串補電容安裝于線路出口，導致方向阻抗特性正向拒動。保護3感受到的是測量阻抗就等于補償電容的容抗，則測量阻抗將落在其動作區(qū)之外保護3拒動。2.串補電容安裝于線路反向出口，導致反向誤動保護2的阻抗繼電器感受的測量阻抗為反向補償電容的容抗，呈正向純電感性質，落在其動作區(qū)域之內，所以保護2可能誤動作。3.正向超范圍動作。保護1感受的測量阻抗將是線路AB的阻抗與電容容抗之和，總阻抗值減小，也可能落入動作區(qū)，導致保護1誤動作。4.串補電容對保護的影響與電容安裝位置及補償度有關。保護4的測量阻抗不受串聯(lián)電容的影響，所以保護4的動作不受影響。減少串連補償電容影響的措施：重點在防止保護誤動（1）采用直線型動作特性克服反方向誤動當補償容抗較線路AB的感抗較小時，如誤動的保護2的阻抗繼電器，可以采用如圖的動作特性，即采用方向圓和直線特性組合躲開反向串補電容的容抗值，在直線以上部分動作。但將會造成線路AB在靠近B側短路時保護2的阻抗繼電器拒動，這可以附加電流速斷保護來切除故障（2）用負序功率方向元件閉鎖誤動的距離保護。系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路后，負序電源在故障點處，負序電流由故障點經線路等流向系統(tǒng)中性點，因為全系統(tǒng)呈感性阻抗，此電流亦為感性電流。保護安裝處的負序電壓為流過的電流與背側阻抗的乘積，負序功率方向與零序功率方向的特點一樣，可以采用負序功率方向元件閉鎖區(qū)外故障靠近故障側誤動的保護2。這種閉鎖方式的缺點是三相對稱故障時不能閉鎖。電壓為參考電壓來克服（3）選取故障前的串連補償電容的影響（4）通過整定計算來減小串連補償電容的影響保護1的整定值應按下式進行確定。近年來，補償度可調的可控串補（TCSC）在系統(tǒng)中逐漸得到應用，它對距離保護的影響更復雜。Zset

Krel

(

AB第八節(jié)

工頻故障分量距離保護一、工頻故障分量的概念2

NmiEM

M

1E

Nmuk[0]kU[0]kU2

N[0]iLME

M

1NELu[0]k[0]kU2

NM

1iuk[0]kUi

i

i

m[0]

um

u

u[0]

i[0]i

i

u[0]

u

ummst

tr

i

i

i

u

ust

utr工頻故障分量U、I二、故障分量的特點僅在故障后存在故障分量。保護引入故障分量作為測量量，可使保護不受負荷狀態(tài)、系統(tǒng)振

蕩等因素的影響；保護安裝處的故障電壓、電流之間的相位關系僅與保護背后的阻抗有關，不受系統(tǒng)電動勢及

過渡電阻的影響；2

NM

1iuk[0]kU三、工頻故障分量距離保護的工作原理工頻故障分量距離保護又稱為工頻變化量距離保護，是一種通過反應工頻故障分量電壓、電流而工作的距離保護保護安裝處的工頻故障分量電流、電壓可以分別表示為kI

ZS

Zk取工頻故障分量距離元件的工作電壓為UOP

UEkI

ZS

ZkU

IZSUOP

I

(ZS

Zset在保護區(qū)內k1點短路時，UOP在0與Ek

連UOP

Ek線的延長線上，這時有正向區(qū)外k2點短路UOP