电网距离保护第5讲

3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（四）电力系统振荡与短路两种情况下电气量差别 1. 对称性差异。 对称性差异。
振荡时系统三相对称，无负序和零序分量。 振荡时系统三相对称，无负序和零序分量。不对称短路则有负序 和零序分量出现。对称短路往往是由不对称短路发展而来， 和零序分量出现。对称短路往往是由不对称短路发展而来，因 而故障初期，一般也会出现短时的负序和零序分量。 而故障初期，一般也会出现短时的负序和零序分量。
其中
ρM =
ZM ZΣ
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（一）电力系统振荡时电流、电压的变化规律 电力系统振荡时电流、 2. 振荡时保护测量电压
U
UM U
N
Uos
0 180
o
360
o
540
o
720
o
900
o
δ
可见，振荡时保护测量压幅值（或有效值）也在做周期 性变化，变化周期等于振荡周期。 但沿线路不同点电压幅值的变化范围不同
3.5.1 振荡现象及振荡闭锁
1. 电力系统振荡 振荡表现形式： 振荡表现形式： 形式一：衰减振荡，机组间功角变化幅度逐渐减小， 形式一：衰减振荡，机组间功角变化幅度逐渐减小， 最后振荡平息 形式二：系统失去同步，机组间功角在0-360 形式二：系统失去同步，机组间功角在 度之间作周期性变化。 度之间作周期性变化。 两者的不同表现在振荡时功角的变化范围和变 化周期。 化周期。 两者的共同点在于功角均近似的作周期性变化
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（一）电力系统振荡时电流、电压的变化规律 电力系统振荡时电流、 1. 振荡时保护测量电流
& & & & EM − EN EM − EM e − jδ & I= = ZΣ ZΣ & EM (1 − e − jδ ) = ZΣ
相量
幅值
2 EM δ I= sin ZΣ 2
3.5 距离保护特殊问题之一：振荡闭锁 距离保护特殊问题之一： 3.5.1 振荡现象及振荡闭锁
1. 电力系统振荡 振荡现象： 振荡现象： 并联运行的同步发电机之间出现功角大范围周期性 变化的现象，称为振荡。 变化的现象，称为振荡。 振荡产生原因： 振荡产生原因： 系统故障、线路无故障跳闸、 系统故障、线路无故障跳闸、系统突然失去大容量 的负荷和发电机等大的扰动都有可能引起系统振荡。 的负荷和发电机等大的扰动都有可能引起系统振荡。 振荡的根本原因是系统有功不平衡或系统静稳极限 不足，导致发电机功角周期性变化。 不足，导致发电机功角周期性变化。 振荡表现形式：衰减振荡，系统失去同步。 振荡表现形式：衰减振荡，系统失去同步。两者的不 同表现在振荡功角的变化范围和变化周期。 同表现在振荡功角的变化范围和变化周期。
其中
ZΣ = ZM + Z L + Z N
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（一）电力系统振荡时电流、电压的变化规律 电力系统振荡时电流、 振荡时保护测量电流幅值变化规律
2 EM δ I= sin ZΣ 2
可见，振荡时保护测量电流幅值（或有效值）在做周期 性变化，变化周期等于振荡周期。电流幅值最小时为0
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（一）电力系统振荡时电流、电压的变化规律 电力系统振荡时电流、 2. 振荡时保护测量电压
& & & U M = EM − IZ M & & EM − E N & = EM − ZM ZΣ & = EM (1 − ρ M + ρ M e − jδ )
相量
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（一）电力系统振荡时电流、电压的变化规律 电力系统振荡时电流、 振荡时的电流电压相量图（假设系统的阻抗角均相同） 振荡时的电流电压相量图（假设系统的阻抗角均相同）
I
ϕd
& I
& I max (δ =180 o )
& EM
& UM
& ∆E
& U os
o δ
2. 电气量变化速率的差异。 电气量变化速率的差异。
振荡时，电气量呈现周期性变化，其变化过程是渐变的， 振荡时，电气量呈现周期性变化，其变化过程是渐变的，变化范 围大。而故障时电流电压的变化是突变的， 围大。而故障时电流电压的变化是突变的，且故障后测量电流 电压、阻抗的测量值基本不变。 电压、阻抗的测量值基本不变。
& UN
0
180o 360o
540o 720o
900o
δ
U
UM UN
(b)
& EN
U os
(a)
0
180o
360o
540o
720o
900o
δ
(c) 图 3-30 系统振荡时的电流和电压 (a) 相量图； (b) 电流有效值变化曲线；(c ) 电压有效值变化曲线
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
3.5.3 距离保护振荡闭锁原理
（一）振荡闭锁原理 1. 故障启动时保护的短时开放
KZ1（I 段） KZ2 （II 段） SW 故障判断 整组复归 S R DW TDW
3.4 距离保护的定值整定及评价
3.4.2 距离保护的评价及应用
1. 对距离保护的评价 灵敏度方面：同时利用故障时电流电压变化特征， 灵敏度方面：同时利用故障时电流电压变化特征， 通过阻抗确定故障区间。因而保护范围稳定， 通过阻抗确定故障区间。因而保护范围稳定，灵敏 度高，受电网运行方式影响小。 度高，受电网运行方式影响小。 速动性方面： 速动性方面：由于仅使用单端信息不能实现全线 速动，对于超高压输电线路，速动性不满足要求。 速动，对于超高压输电线路，速动性不满足要求。 可靠性方面：算法，接线复杂， 可靠性方面：算法，接线复杂，可靠性不如电流 保护。 保护。 2. 距离保护的应用 高压网络（ 电网） 高压网络（110kV电网）中作为主保护 电网 超高压网络（ 及其以上） 超高压网络（220kV及其以上）中作为后备保护， 及其以上 中作为后备保护， 在发电机和变压器保护中作为后备保护。 在发电机和变压器保护中作为后备保护。
3.5.3 距离保护振荡闭锁原理
（一）振荡闭锁原理 1. 故障启动时保护的短时开放 该原理利用短路故障电气量变化突然的特点， 该原理利用短路故障电气量变化突然的特点，实现振荡 闭锁。 闭锁。 具体实现方案： 具体实现方案： 两相电流差突变量启动元件或零序电流启动元件（ 两相电流差突变量启动元件或零序电流启动元件（零 动作时， 序Ⅳ段）动作时，如果按躲负荷电流整定的正序电流元 件尚未动作， 件尚未动作，或者虽然正序电流元件动作但尚不满 10ms，则开放保护 ，则开放保护150ms。 。 对于距离Ⅱ段若在上述开放时间内动作， 对于距离Ⅱ段若在上述开放时间内动作，则保持其动 作状态
3.5.3 距离保护振荡闭锁原理
（一）对振荡闭锁元件的基本要求 1. 系统发生全相或非全相振荡时，保护装置不应误动 系统发生全相或非全相振荡时， 作，即单纯振荡要可靠闭锁保护 2. 系统在全相或非全相振荡过程中，被保护线路发生 系统在全相或非全相振荡过程中， 相振荡过程中 各种类型的不对称故障 不对称故障， 各种类型的不对称故障，保护装置应有选择性的跳 纵联保护仍应快速动作 闸,纵联保护仍应快速动作。 纵联保护仍应快速动作。 3. 系统在全相振荡过程中又发生三相故障时，保护装 系统在全相振荡过程中又发生三相故障时， 置应可靠动作，并允许带一定延时。 置应可靠动作，并允许带一定延时。
3.5.1 振荡现象及振荡闭锁
2. 电力系统振荡对保护的影响 电力系统振荡时，会引起系统各个点的电流、电压、 电力系统振荡时，会引起系统各个点的电流、电压、测 量阻抗、功率等的大范围、周期性变化。 量阻抗、功率等的大范围、周期性变化。一旦保护安装 处的上述各电气量满足保护动作条件， 处的上述各电气量满足保护动作条件，有可能引起保护 动作。 动作。 振荡闭锁： 振荡闭锁： 由于振荡本身只是一种不正常运行状态 而非故障。 振荡本身只是一种不正常运行状态， 由于振荡本身只是一种不正常运行状态，而非故障。因 此一般靠电力系统自动装置如励磁调节、调速、 此一般靠电力系统自动装置如励磁调节、调速、PSS等 等 的调节，可以使系统恢复同步运行。因而振荡时， 的调节，可以使系统恢复同步运行。因而振荡时，不希 望保护无计划动作导致切除重要联络线， 望保护无计划动作导致切除重要联络线，这可能使事故 扩大，造成更为严重的事故。因此在系统振荡时， 扩大，造成更为严重的事故。因此在系统振荡时，应采 取措施防止保护误动，这种措施统称为振荡闭锁。 取措施防止保护误动，这种措施统称为振荡闭锁。
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
振荡现象研究的数学模型及假设条件 数学模型： 数学模型： 双机系统模型 假设条件： 假设条件： 两侧系统等值电势大小相等， 两侧系统等值电势大小相等，只考虑其相位的变化 研究目的： 研究目的： 发现振荡时电气量变化规律与故障时电气量变化规 律的差别，寻找振荡判据。 律的差别，寻找振荡判据。
3. 周期性的差异
振荡时测量阻抗在一个振荡周期内，若振荡中心在保护范围内， 振荡时测量阻抗在一个振荡周期内，若振荡中心在保护范围内， 则距离元件动作和返回各一次； 则距离元件动作和返回各一次；而短路时则距离元件或者动作 或者不动作，取决于故障点位置。 或者不动作，取决于故障点位置。
以上差异是识别振荡和故障的依据， 以上差异是识别振荡和故障的依据，也是实现振荡 闭锁的主要出发点
M M
− Z M 因为 1− e
N
− jδ
=1− cosδ + jsinδ =
2 1− jctg
δ
2
ZΣ = 1 1− e
− jδ
ZΣ − Z M
δ 1 1 Z m = ( Z Σ − Z M ) − j பைடு நூலகம் Σ ctg 从而 2 2 2 1 1 δ = ( − ρ M ) Z Σ − j Z Σ ctg 2 2 2
Σ
振荡中心电压相量有效值为 U os = E M cos
δ
2
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（二）电力系统振荡时保护测量阻抗变化规律 振荡时安装于M侧的保护测量阻抗为 振荡时安装于 侧的保护测量阻抗为
& & & U M EM − I M Z M Zm = = & & IM IM & & EM EM = − ZM = & & & E −E I
图 3-31 测量阻抗的变化轨迹
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（三）电力系统振荡对距离保护的影响 1. 若振荡中心在距离Ⅰ段保护范围内，则在振荡中距 若振荡中心在距离Ⅰ段保护范围内， 离Ⅰ段可能误动 2. 若振荡中心在距离Ⅱ段保护范围内，则距离Ⅱ段会 若振荡中心在距离Ⅱ段保护范围内，则距离Ⅱ 否误动取决于振荡周期，正当频率越慢， 否误动取决于振荡周期，正当频率越慢，越易引起 误动 3. 距离Ⅲ段一般靠动作延时可以躲过振荡影响（振荡 距离Ⅲ段一般靠动作延时可以躲过振荡影响（ 周期一般在0.1-1.5s之间） 之间） 周期一般在 之间 4. 振荡中心不在保护范围内，则不会引起保护误动 振荡中心不在保护范围内， 5. 保护动作区形状不同，受振荡影响的程度不同 保护动作区形状不同， 小结：振荡过程对距离保护的影响，与保护的安装位置、 小结：振荡过程对距离保护的影响，与保护的安装位置、 保护的动作范围、振荡周期的长短， 保护的动作范围、振荡周期的长短，保护动作特性 有关
（一）电力系统振荡时电流、电压的变化规律 电力系统振荡时电流、 振荡中心的概念： 振荡中心的概念： 振荡时，沿线路不同点电压幅值的变化范围不同。 振荡时，沿线路不同点电压幅值的变化范围不同。系 统振荡时，沿线路电压最低的一点称为振荡中心。 统振荡时，沿线路电压最低的一点称为振荡中心。 但所有阻抗角均相同时，振荡中心位于电气中点， 但所有阻抗角均相同时，振荡中心位于电气中点， Z 即 2 处。 思考问题：当阻抗角不相同时，如何确定振荡中心？ 思考问题：当阻抗角不相同时，如何确定振荡中心？
3.5.2 电力系统振荡时电气量的变化规律及特点
（二）电力系统振荡时保护测量阻抗变化规律 振荡过程安装于M侧的保护测量阻抗变化轨迹 振荡过程安装于 侧的保护测量阻抗变化轨迹
jX
N
o′
δ
1
K e >1
其中
K e =1
Ke =
EM EN
1 ZΣ 2
M
Zm
o
R
1 ( − ρ M )Z Σ 2
2
K e <1