电网的距离保护第五节

三、电力系统振荡对距离保护的影响 1. 电力系统振荡的基本概念 电力系统未受扰动处于正常运行状态时，系统中所有发 电机处于同步运行状态，发电机电势间的相位差δ较小，并 且保持恒定不变，此时系统中各处的电压、电流有效值都是 常数。 当电力系统受到大的扰动或小的干扰而失去运行稳定 时，机组间的相对角度随时间不断增大，线路中的潮流也产 生较大的波动。在继电保护范围内，把这种并列运行的电力 系统或发电厂失去同步的现象称为振荡。
1 Z Z M 2
在系统振荡时，为了求出不同安装地点距离保护测量阻抗变 化的规律，可令ZX代替ZM，并假定 m Z X ，m为小于1的变数， Z 得出
当m为不同值时，测量阻抗变化的轨迹应是平行于OO’线 的一直线簇。
系统振荡时，不同安装地点距离保护测量阻抗的变化
图
当h≠1时，测量阻抗的变化
（3）振荡闭锁的措施
1）利用负序、零序或电流突变量启动并短时开放保护，实现振荡 闭锁。（序量、变化率）
距离保护I段 距离保护II段 SW 故障判断 整组复归 S R
双稳触发器
&
跳闸
DW
1
&
II段延时
TDW
单稳触发器
利用故障时短时开放的方式实现振荡闭锁
• ＴＤＷ称为振荡闭锁开放时间或允许时间。通常情况下， 取ＴＤＷ＝ 0.1 ～0.3Ｓ，现代数字保护中，开放时间一般 取 0.15ｓ左右。
• 功率角：攻角
系统两侧电动势之间的夹角。
• 振荡角的范围：0~360度 • 振荡性质：属于不正常运行状态。
• 振荡闭锁：用来防止系统振荡时保护误动的措施。
2. 电力系统振荡时电压电流的分布 假设条件：
• 将所分析的系统按其电气连接的特点简化为一个具有双侧 电源的开式网络。
• 系统发生全相振荡时，三相仍处于完全对称情况下，不考 虑振荡过程中又发生短路的情况，因此可以只取一相来进 行分析。
B
Z II
ZI
ZJ
A
O
R
如图所示振荡时，阻抗继电器测量阻抗ZJ的变化如OO’直线， 显然距离I段不受振荡影响，而距离II段则要受到影响。
4. 距离保护的振荡闭锁
既然电力系统振荡时可能引起距离保护的误动作，就需要进 一步分析比较电力系统振荡与短路时电气量变化特征，找出其 间的差异，用以构成振荡闭锁元件，实现振荡时闭锁距离保护。
思考题： 试比较如图所示三种特性阻抗继电器在整定阻抗相同情况下， 躲系统振荡、过渡电阻和负荷阻抗的能力有何不同？（设系统各 元件阻抗角相等）
jX
Z zd
3
2
1 R
O
答案： 躲系统振荡能力全阻抗继电器最小，方向阻抗继电器其 次，椭圆形阻抗继电器最大。 躲过渡电阻能力椭圆形阻抗继电器最小，方向阻抗继电 器其次，全阻抗继电器最大。
选择题： 当整定阻抗相同时，下列阻抗继电器测量阻抗受过渡电阻 影响最大的是（B）。 A.偏移特性阻抗继电器； B.方向阻抗继电器； C.全阻抗继电器。
思考题： “过渡电阻使测量阻抗大于实际阻抗，因此它总是使距离 保护误把近处故障当作远处故障，致使保护拒动”的说法对吗？ 为什么？
不对。 对于单侧电源输电线路的距离保护，靠近故障点的保护因过 渡电阻影响可能拒动，但远离故障点的保护如在II段范围内可 能误动。 对于双侧电源线路，由于两侧电流相位不同，所测量阻抗的 电抗部分可能增大，可能减小，可能引起保护的非选择性动作。
（2）对振荡闭锁的基本要求：
• • • • • • 系统振荡时，保护不能误动； 系统故障时，保护应可靠的、有选择的动作； 系统振荡过程又发生故障，保护应能够正确动作； 系统故障后又发生振荡，保护应保证选择性。 当保护范围以外发生故障引起系统振荡时，应可靠闭锁。 振荡平息后，振荡闭锁装臵应能自动返回，准备好下一次 的动作。
躲负荷阻抗能力全阻抗继电器最小，方向阻抗继电器其 次，椭圆形阻抗继电器最大。
分析题： 如图所示网络，当 E E ，全系统阻抗角相等时，若振荡中 心在B母线处，试作图分析线路L1A侧距离保护第I、II段方向阻抗 继电器受系统振荡影响的情况。
. . M N
.
EM
A
L1
B
L2
C
.
EN
ZJ
jX O’ C
分析系统振荡用的系统接线图
如图所示，设距离保护安装在变电所M的线路上。
由此可见， ，即等于保 护安装地点到振荡中心之间的阻抗。此分析结果表明，当δ 改变时，不仅测量阻抗的数值在变化，而且阻抗角也在变化， 其变化的范围为： 。 (k 90o ) ~ (k 90o )
当 0o时，ZJ.M ;当 180o时，ZJ.M
第五节 影响距离保护正确动作的因素及其对策
一、影响距离保护工作的因素 • 过渡电阻； • 电力系统振荡； • 线路串联补偿电容； • 短路电压、电流中的非工频量； • 电压互感器二次回路断线； • 其它因素；
二、短路点过渡电阻对距离保护的影响 1. 过渡电阻的性质
• 定义：当发生相间短路或接地短路时，短路电流从一相 流到另一相或从相导线流入大地所经过的物质的电阻 （包括电弧、中间物质的电阻、相导线与地之间的接触 电阻、金属杆塔的接地电阻等）。 • 性质：主要指电弧电阻、纯电阻 • 大小：实验证明，当故障电流相当大时（数百安以上）， 电弧上的电压梯度几乎与电流无关，大约每米弧长上 1.4-1.5KV。根据这些数据可知电弧实际上呈现有效电阻：
过渡电阻对距离保护的第I段影响较小，但是对于距离保护 的第II段，由于它的动作是带时限的（动作时限不小于0.5S）， 所以过渡电阻对距离II影响较大。为了克服这种影响，通常在 距离II段装设“瞬时测量装臵”。
“瞬时测量”就是将测量元件的初始动作状态，通过启动 元件的动作将其固定下来。此后，当距离元件因短路点过渡电 阻Rg增大使测量元件返回时，保护仍通过“瞬时测量”装臵按 原整定时间动作于跳闸。
当h≠1时，继电器测量阻抗的变化将具有复杂的形式，应是 位于直线OO‘某一侧的一个圆。在这种情况下，当σ=0度时，由 于两侧电势不相等而产生一个环流，因此，测量阻抗不等于∞， 而是一个位于圆周上的有限数值。
系统振荡时M变电所测量阻抗的变化图
• 由图可见，在同样整定值的条件下，全阻抗继电器受振荡的影响 最大，而椭圆形继电器所受的影响最小。一般而言，继电器的动 作特性在阻抗平面上沿OO’方向所占的面积越大，受振荡的影响 就越大。 • 距离保护受振荡的影响还与保护的安装地点有关。当保护安装地 点越靠近于振荡中心时，受到的影响就越大，而振荡中心在保护 范围以外或位于保护的反方向时，则在振荡的影响下距离保护不 会误动。 • 当保护的动作带有较大的延时（例如，延时大于1.5s）时，如距 离III段，可利用延时躲开振荡的影响。
KZ2 Z< KZ1 Z<
& & 开放保护
KT
Dt
利用电气量变化速度的不同构成振荡闭锁的原理框图
由于对测量阻抗变化率的判断是由两个大小不同的圆完成 的，所以这种振荡闭锁原理通常也称为“大圆套小圆”振荡闭 锁原理。
jX
Z1
Z2
Zd
ZJ
ZL
O R
利用电气量变化速度的不同构成振荡闭锁的原理示意图
（３）利用动作延时实现闭锁 • 系统振荡时，距离保护的测量阻抗是随着δ角的变化而变 化的，当δ变化到某一值时，测量阻抗进入到阻抗继电器 的动作区，而当δ角继续变化到另一角度时，测量阻抗又 从动作区移出，测量元件返回。 • 系统的振荡周期：１～1.5秒； • 距离III段的时间应大于系统的最大振荡周期，以保证其动 作的选择性，实现闭锁。
• 故障判断元件分为两种：反映电压、电流中负序或零序分 量的故障判断元件；反映电流突变量的故障判断元件。
２）利用阻抗变化率的不同实现闭锁 系统短路时，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点的线路阻抗， 这样，根据测量阻抗的变化速度的不同就可以振荡闭锁。
•此外，当导线通过树木或其它物体对地短路时，过渡电阻更 高，难以准确计算。 •目前，我国对500kV线路接地短路的最大过渡电阻按300Ω 估计，对于220kV线路，则按100 Ω估计。
2. 单侧电源线路上过渡电阻的影响
单侧电源线路经过渡电阻Rg短路的等效图
短路点的过渡电阻Rg总是使继电器的测量阻抗增大，使保 护范围缩短。
电力系统发生振荡的原因：
• 电网的建设规划不周，联系薄弱，线路输送功率超过稳定 极限； • 系统无功电源不足，引起系统电压降低，没有足够的稳定 储备； • 大型发电机励磁异常； • 短路故障切除过慢引起稳定破坏； • 继电保护及自动装臵的误动、拒动或性能不良； • 过负荷； • 防止稳定破坏或恢复稳定的措施不健全及运行管理不善等。
Rg 1050
lg Ig
• 在一般情况下，电力系统刚发生短路时，瞬间电弧电流最 大，弧长最短，弧阻最小。随着时间推移，在风吹、空气 对流和电动力等作用下，电弧逐渐伸长，弧阻有急速增大 趋势。
架空输电线路短路时产生的电弧
• 在相间短路时，过渡电阻主要是由电弧电阻构成的。
•在导线对铁塔放电的接地短路时，铁塔及其接地电阻构成过 渡电阻的主要部分。
思考题： 电力系统振荡对继电保护带来什么影响？应采取哪些措施？
振荡时对电流、电压和距离等保护都将造成误动。 可采取提高或降低整定值、延时和采用振荡闭锁回路等措施。
jX
Z 2II
jX
Z1I
C
Z 2I
Z AB
B
Rg Z J .1
R
Z J .2
A
R
过渡电阻对不同安装地点距离保护影响的分析
• 以上分析充分说明，过渡电阻的数值对阻抗元件 工作的影响较大，同时保护装臵的整定值越小， 则相对的受过渡电阻的影响越大。 • 在短线上的距离保护装臵应特别注意过渡电阻的 影响，在校验距离元件的灵敏度时，应该考虑过 渡电阻的影响因素。
• 两侧系统等值阻抗角、线路的等值阻抗角相等。
• 振荡过程中不考虑负荷电流的影响。
(a)系统接线
图 两侧电源系统中的振荡 (b)系统阻抗角和线路阻抗角相等时的向量图 (c)阻抗角不等时
• 系统振荡时，电压的最低点为振荡中心。 • 当系统阻抗角和线路阻抗角相等且两侧电势幅值相等时，振 荡中心不随δ的改变而移动，始终位于系统总阻抗的中心。 • 当δ=180度时，振荡中心的电压将降至零。从电压和电流的 数值看，这和此点发生三相短路现象类似。 • 因此，继电保护装臵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地工作。
图 电力系统振荡时电流电压的变化 • 图（a）为振荡电流幅值随δ的变化。当δ为π的偶数倍 时，IM最小。当δ为π的奇数倍时，IM最大。 • 对于系统各元件的阻抗角皆相同、振荡角δ=180度的特殊 情况，系统各点的电压值可用图（b）的图解法求出。 • 图（c）为M、N和Z点电压随δ变化的典型曲线。
3. 电力系统振荡对距离保护的影响
（1）振荡与短路的区别 • 序量：系统全相运行时发生振荡，无负序、无零序、三相 对称；短路时总要长时间或瞬间出现负序分量或零序分量。 • 变化速率：振荡时电压电流变化慢；系统故障时电压电流 变化快。 • 与功角的关系：振荡时电压电流随功角呈周期变化，若阻 抗测量元件误动作，则在一个周期内动作和返回各一次； 系统故障时电压电流的夹角与功角无关，阻抗测量元件可 能动作（区内短路），可能不动作（区外短路）。
3. 双侧电源线路上过渡电阻的影响
来自百度文库
A
2
B
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C
1
I
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.
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Id
双侧电源通过Ｒｇ短路的接线图
4. 过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响
结论： 阻抗继电器 的动作特性 在+R轴方向 所占面积越 大，则受过 渡电阻Rg的 影响也就越 小。
5. 防止过渡电阻影响的措施
（1）采用瞬时测量装臵 在电弧还没有来得及发展起来，过渡电阻很小时，0.1~0.15 秒内，完成测距，把测量阻抗确定下来。
瞬时测量装臵的原理接线图 1-保护装臵的起动元件；2-第Ⅱ段阻抗元件；3-第Ⅱ段时间元 件；4-瞬时测量的中间继电器
注意
这种方法只能用于反映相间短路的阻抗继电器。在接地短路 情况下，电弧电阻只占过渡电阻的很小部分，这种方法不会起 很大作用。
（2）采用阻抗特性圆偏移的方法
这种方法是根据前面过渡电阻对不同动作特性阻抗元件 的影响分析所得的结论，采用能允许较大的过渡电阻而不 致拒动的阻抗继电器，如电抗型继电器、四边形动作特性 的继电器、偏移特性阻抗继电器等，从而达到减少过渡电 阻的影响。