继电保护-3.5-3.8距离保护的振荡闭锁

振荡中心位于本线路保护范
围内时：
jX
当在δ在δ1和δ2之间时，测量 阻抗落入动作范围内，其测
O
量元件会动作
2
N
N
振荡中心位于本线路范围外 时：
测量阻抗不会落入距离I段的 动作区，距离I段不受振荡的 影响，但由于距离II段和距 离III段整定阻抗较大，可能 会动作。
M
M
1 2
Z
ZM
1 ZM
R
b. 系统振荡对不同特性的阻抗继电器的影响
因此一般取0.1s~0.3s。
数字式保护中，一般取0.15s左右。
整组复归元件
整组复归元件在故障或振荡消失后再经过一个延时 动作，将SW复原，它与故障判断元件、SW配合， 保证在整个一次故障过程中，保护只开放一次。但 是对于先外部故障引起的振荡后再次故障，保护也 将被闭锁，尚需要有再故障判别元件。
常用的故障判别元件：
ii. 反映电流突变量的故障判断元件 依据：
在系统正常或振荡时电流变化比较缓慢，而在系 统故障时电流会出现突变。
（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。
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 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;
(3)系统振荡时，两侧系统的电势幅值相等，相角差以δ表示；
(4)系统中各元件的阻抗角相等；
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1～1.5s（振荡周期），只要III 段动作的延时时间大于1～1.5s，系统振荡时III段保护就不会 误动作。
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：
I&2 I&0 m I&1 I&2 , I&0 , I&1 分别为负序、零序、正序电流的幅值 m 比例系数，一般取0.5~0.7
本节重点分析短路点过渡电阻对距离保护的影 响。
3.7.1 短路点过渡电阻对距离保护的影响
1、过渡电阻的性质
过渡电阻：是指当接地短路或相间短路时，短路点电 流经由相导线流入大地流回中性点或由一相流到另一 相的路径中所通过物质的电阻。（数欧~数百欧）
相间短路 —— 电弧电阻 接地短路 —— 电弧电阻、杆塔电阻、接地电阻
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， 称为短时开放。
若在开放的时间内，阻抗继电器动作，说明故障点位 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， 则重新将保护闭锁。
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SW以及 单稳触发器DW都不会动作。保护装置的I段和II段被闭锁，无论 阻抗继电器本身是否动作，保护都不可能动作跳闸。
M侧采用方向阻抗继电器。假定E
M
=E
。
N
1)系统振荡时，距离保护I段是否误动？（可靠系数取0.8）
2)系统振荡，两电势相角差 157.4o时，距离I段是否误动？
3)系统振荡，两电势相角差 136.4o时，距离I段是否误动？
3.7 距离保护特殊问题的分析
短路点过渡电阻、线路串补电容、短路电压电 流中非工频分量都会对距离保护产生影响。
3.5.1 振荡闭锁的概念
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，称为电力系统 振荡。
振荡时，两侧等效电动势之间的夹角δ可能在0～ 360°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。
防止振荡时保护误动作的措施，称为振荡闭锁
3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件 的影响
“大圆套小圆”
Z1动作后先开放一个Δt的时间，若这段时间内Z2动作，则开 放保护，直到Z2返回；若Z2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，Z1 、Z2的动作时间差小于Δt，
短时开放。 注：测量阻抗每次进入Z1的动作区后，都会开放一定时间。
（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δ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δ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。
电力系统发生故障时：
故障判断元件立即动作 动作信号经双稳态触发器SW记忆下来 （直至整组复归），SW输出的信号 又经单稳态触发器DW，固 定输出时间宽度为TDW的短脉冲 在TDW时间内:(1)若阻抗判别元 件的I或II段动作，则允许保护无延时或有延时动作（距离II段被 自保持）；(2)若在TDW时间内阻抗判别元件的I或II段没有动作， 保护将闭锁直至满足整组复归条件，准备下次开放保护。
振荡中心位于本线路保护范
围内时：
O
当在δ在δ1和δ2之间时，测量 阻抗落入动作范围内，其测
量元件会动作
jX
2
N
N
1 2
Z
ZM
1 ZM
M
R
M
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。
jX
Oδ 4
N
N
受振荡影响时间：
M
M
1 2
Z
ZM
ZM
δ1
R
结论：
电力系统振荡时，阻抗继电器是否误动作、误动的时间 长短与保护安装位置、保护动作范围、动作特性的形状 状和振荡周期长短有关
3.5.3 距离保护的振荡闭锁措施
1、对振荡闭锁回路的要求
▪ 系统发生全相或非全相振荡时，保护装置不 应该误动。 ▪ 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。
▪ 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。
2、振荡闭锁措施
（1）短时开放保护，实现振荡闭锁
故障判断元件：又可称为启动元件，用来完 成系统是否发生短路的判断。
要求：灵敏度高、动作速度快，系统振荡时 不误动作。
常用的故障判别元件：
i. 反映电压、电流中负序或零序分量的故障判断元件
系统正常运行或因静稳定破坏而引发振荡时，系统均 处于三相对称状态，电压、电流中无负序或零序分量；
系统发生各种类型的不对称短路时，故障电压、电流 中都会出现较大的负序或零序分量；三相对称性短路时， 一般由不对称短路发展而来，短时也会有负序、零序分量 输出。
o
U&N E&N I&ZN
线路上任意一点的电压相量的末端， 落在△E直线上。
UM
d I&
S UosE&
UN
EN
母线M的电压：U&M E&M I&ZM
E&M
E&(1 e j Z
)
ZM
振荡时电压有效值变化曲线
=0, UM EM
90, UM
=180,
UM ,
UM
EM
2 E Z ZM
270, UM =360, UM , UM EM
(5)振荡过程中不考虑负荷电流的影响。
EM
M
1I
2N
EN
ZM
ZL
ZN
1、电力系统振荡时电流、电压的变化规律
EM
M1 I
2N
EN
ZM
ZL
ZN
振荡电流： I& E&M E&N E&M E&N E&(1 e j )
ZM ZL ZN
Z
Z
有效值：
E
2EM
sin
2
I E 2EM sin
Z Z
1 2
Z
ZM
j
1 2
Zctg
2
1 e j
1
2
jctg
1 2
M
Z
j
1 2
Zctg
2
2
M
ZM Z
为M侧系统阻抗占系统总 联系阻抗的比例
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。
TDW称为振荡闭锁的开放时间，或称允许动作时间，它的 选择要兼顾两个原则：
(1) 要保证在正向区内故障时，I段保护有足够的时间可靠跳闸， II段保护的测量元件能够可靠起动并实现自保持，因而时间不 能太短，一般不应小于0.1s；
(2) 要保证在区外故障引起振荡时，测量阻抗不会在故障后的 TDW时间内进入动作区，因而时间又不能太长，一般不应大于 0.3s。
振荡中心：电力系统振荡时，电流和电压都随δ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。
振荡中心电压：UOS
EM
cos
2
o
EM
各部分的阻抗角相等，
UM
两侧电动势相等的情况 下，振荡中心位于阻抗
EN
UN
S d
Uos I&
E&
中心1
2
Z处。
180o时，UOS 0
相当于振荡中心发生三相短路!
Zm
(1 2
Z
ZM
)
j
1 2
Zctg
2
结论：当δ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′）。