继电保护课件-第3章5678节可用

第五节

距离保护的振荡闭锁一、振荡闭锁的概念2

NIEM

M

1NEU振荡：并联运行系统间功角大范围周期性变化的现象。振荡原因：输送功率超过静稳极限；故障切除缓慢；无功不足电压降低；非同期自动重合闸振荡对距离保护的影响：

U

,

I

,

Z

可能误动m

m

m误动的 ：

可能扩大事故范围振荡闭锁：防止系统振荡时保护误动的措施。二、电力系统振荡对距离保护测量元件的影响1、电力系统振荡时电流、电压的变化规律几点假设：①.全相振荡时，系统三相对称，故可只取一相分析；②.设系统两侧等效电动势和

幅值相等，相角差（即功角）为等效电源之间的阻抗为③.系统中各元件阻抗角均相等，以φd表示④.不考虑负荷电流的影响，不考虑振荡同时发生短路。.EM.EN

(0

360

)Z

ZM

ZL

ZN则线路中的电流和母线M、N上的电压分别为振荡电流为振荡电流有效值为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）振荡保护测量电流为振荡电流有效值为sin

2EM

(1

e

j

) 2

EMZ

ZI

EM

ENZM

ZL

ZN

EMZM

ZL

ZNI

EMZ

2EM

sin

Z

2可见，振荡时保护测量电流有效值（或幅值）在做周期性变化，变化周期等于振荡周期。电流有效值最小时为0（2）振荡时保护安装处测量电压U

M

EM

I

ZMU

N

EN

I

ZNI

EM

EN

EMZM

ZL

ZN

ZM

ZL

ZN振荡周期：在系统发生振荡时，电压的幅值由一个最大值到下一个最大值之间的时间。一个振荡周期最长，一般可按1.5～2S考虑。振荡时的电流电压相量图（假设系统的阻抗角均相同）U

M

EM

I

ZM线任意一点的电压相量的末端，都必须在由EM

和E

N的末端连接而成的直线上，即

EM

上I

EM

EN

ZM

ZL

ZN

ZM

ZLU

N

EN

I

ZN2

NM

1IEMNEUz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，沿线路电压最低的一点称为振荡中心由O向相量

所做的垂线的长度，并将该垂线代表的电压相量记为

。当系统中各元件阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系U

OSEM

EN统纵向阻抗的中点（即

Z

处）振荡中心电压的有效值：22OSMU

E

cos

系统阻抗角=线路阻抗角，EM=EN时，Z位置固定，ZΣ

/2;

δ=180º时，UOS=0，相当于三相短路。其它情况：垂线，Z位置随δ

变化。2

NIEM

M

1NEUz相当于路z点发生三相短路。在时，I=0，振荡中心点电压达到最大值，等于Em当δ在0～360°范围内变化时，振荡电流和系统各点电压的大小和相位都会发生变化。当Em=En且全系统阻抗角相等时，振荡中心的位置在全系统纵向阻抗的中点（即Z∑/2处）当

180时

U

OS

I最大，振荡中心点电压等于0，

0

3602.振荡时测量阻抗的变化规律变化规律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假设EM=EN

,则z22

2

212

2mMMMMZZZ

2M

Z

Z

(1jctg

)

Z2

(

Z

Z

)

j

Z

ctg

M

(

)Z

j

ctg式中

＝为M

侧系统阻抗占系统总联系阻抗的比例。21

e

j

21

jctg系统振荡时，安装在M处的测量元件的测量阻抗RjXMNZmKe=121

Z12(

m)ZO

02ctg

2 2m

MZ

(

Z

Z

)

j

Z

.

1802ctg

02mMZ

Z

Z

3602ctg

22ZZZm

(

ZM

)

j

.当ρM＝1/2,保护安装处M正好就是振荡中心，该阻抗等于0，测量阻抗末端轨迹的直线在坐标原点处与Z∑相交，肯定穿越保护区。当ρM小于1/2，即保护安装在送电端且振荡中心位于保护的正方向时，振荡时测量阻抗末端轨迹的直线在第一象限内与Z∑相交RjXMNOeK

=112Z12m

(

)ZZm222MMZZZ

Z

2M

Zm

(

ZM

)

j

ctg

(

1

)Z

j

Z

ctg

2

2式中

＝ 为M

侧系统阻抗占系统总联系阻抗的比例。当ρM

〉1/2,即振荡中心在保护的反方向上，，测量阻抗末端轨迹的直线在第三象限内与Z∑相交，是否会引起保护误动，视保护的动作特性而异。RjXMNOZmKe=112Z12(

m)Z22

22

2

2mMZMM

Z

(

Z

Z

)

j

Z

ctg

(

1

)Z

j

Z

ctg

式中M＝

Z

为M

侧系统阻抗占系统总联系阻抗的比例。2

NIEM

M

1NEU11m

ZM

)

j

2Z

ctg

2Z

(

2

Z令

ZM

Z2

1

：振荡中心在保护正方向上2

1

：振荡中心在保护反方向上2

1

：振荡中心在保护安装位置上3、系统振荡时距离保护的影响假设每条线路的两侧均装有距离保护，每个距离保护均采用相同的方向性阻抗继电器。现分析1、2距离保护Ⅰ段在系统振荡时的动作行为。当测量阻抗进入特性圆内，阻抗继电器就要误动。M侧阻抗继电器误动的相角δ1～δ4

，N侧方向阻抗继电器误动的相角δ2～

δ3

。ORjX小结：当保护安装点越靠近振荡中心，受影响越大措施：①.延长保护装置的动作时间（如距离Ⅲ段）②.把整定值压低，使振荡中心位于特性圆外③.增设振荡闭锁装置或闭锁回路。3.振荡对距离保护的影响2

NIEM

M

1NEUz阻抗继电器是否误动、误动时间长短取决于：阻抗继电器安装位置（与振荡中心的相对位置）；动作范围（整定值、动作特性形状）；请比较:苹果形、圆形、透镜形（定值相同）I、II、III段4、电力系统振荡与短路时电气量的差异（1）振荡时，三相完全对称，没有负序分量和零序

分量出现，而当短路时，总要长时间（不对称短路时）或瞬间（三相短路时）出现负序分量和零序分量。（2）振荡时，电气量呈现周期性变化，其变化速度与系统功角的变化速度一致，比较慢，当两侧功角摆开至180度时相当于在振荡中心发生三相短路，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、各点的残余电压和测量阻抗在不计衰减时是不变的。(3）振荡时，电气量呈现周期性变化，若阻抗测量元件误动作，则在一个振荡周期内动作和返回各一次，而短路时阻抗测量元件可能动作（区内短路），可能不动作（区外短路）。三、振荡闭锁回路1、基本要求：

①.当系统只发生振荡而无故障时，应可靠闭锁保护；②.区外故障而引起系统振荡时，应可靠闭锁保护③.区内故障，不论系统是否振荡，都不应闭锁保护。根据上述基本要求，振荡闭锁回路目前主要采用两种原理：①.利用短路时出现负序分量而振荡时无负序分量的原理②.利用振荡和短路时电气量变化速度不同的原理2、利用负序（和零序）分量元件起动的振荡闭锁回路为了提高保护动作的可靠性，在系统没有故障时，一般距离保护一直处于闭锁状态。当系统发生故障时，短时开放距离保护允许保护出口跳闸称为短时开放。故障判断元件和整组复归元件在系统正常或因静态稳定被破坏时都不会动作，这时双稳态触发器SW以及单稳态触发器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，即不会发生误动。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

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

阻抗判别元件的Ⅰ段和Ⅱ段动作，则允许保护无延时或有延时动作。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：一是要保证在正向区内故障时，保护Ⅰ段有足够的时间可靠跳闸，保护Ⅱ段的测量元件能够可靠启动并实现自保持，因而时间不能太短，一般不应小于0.1S二是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。起动元件可以利用短路时出现的负序或零序分量起动，也可以利用这些分量的增量或突变量来起动①.当系统只振荡，起动元件不动作，保护不会开放；②.

短路时，起动元件立即动作，然后自保持，短时开放保护(在此期间允许保护跳闸)③.外部短路引起系统振荡时，短路瞬间出现负序分量，保护也将短时开放一段时间，但在阻抗继电器误动前，短时开放时间已过，已将保护跳闸回路闭锁，保证外部短路引起振荡时保护不误动。3、反应阻抗变化速度的不同来构成振荡闭锁回路不动作时Z1、Z2、&2输出低电平。短路时输出高电平，时间差小于Δt开放保护出口。振荡时Z1、Z2动作时间大于Δt

，则闭锁保护出口。利用振荡时各段动作时间不同实现的振荡闭锁图中KZ1为整定值较高的阻抗元件；KZ2为整定值较低的阻抗元件。3、利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是随δ角的变化而不断变化的。对于按躲过最大负荷整定的距离保护Ⅲ段阻抗元件，测量阻抗落入其动作时间的时间小于一个振荡周期（1～1.5S），只要距离保护Ⅲ段动作的延时时间大于1～1.5S

，系统振荡时保护Ⅲ段就不会动作。3.振荡闭锁措施利用负序（零序）分量或电流突然变化，短时开放保护无故障时，保护一直处于闭锁状态短时开放时间内，阻抗继电器动作，说明故障点位于保护区内，跳闸；短时开放时间内，阻抗继电器不动作，说明故障点不位于保护区内，跳闸；利用阻抗变化率的不同利用动作的延时(III段>1.5s)四、振荡过程中再故障的判断1.不对称故障开放元件当振荡过程中又发生不对称短路时，会出现负序分量和零序分量，可用下列判据作为重新开放保护的条件，即m－比例系数，一般取0.5～0.7振荡过程中又发生三相短路时，由于不存在负序分量和零序分量，上式得不到满足，保护不会开放。为此，必须设置专门的对称故障判别元件。I

2

I

0

m

I12.对称故障开放元件对称故障判别元件的动作判据为0.03

p.u

U

cos

0.08

p.u在系统振荡时，Ucosφ近似为振荡中心的电压，当δ在180度附近时，该电压值很小，可能会满足上式，但当δ为其他角度时，该电压值就比较高，就不会满足上式。Ucosφ在三相短路时等于故障电弧电阻上的压降。也就是说，振荡过程中又发生三相故障时，上式一直被满足，而在仅有系统振荡时，上式仅在较短的时间满足，其余时间都不满足。因此利用上式可以配合一个延时时间就能区分出三相故障和振荡。第六节

故障类型判别及故障选相2

NIEM

M

1NEU找出故障环路（故障类型，故障相）判断故障距离单相重合闸电流突变量的概念：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]相电流差突变量[0][0][0]BAAAI

I

IC C CI

I

II

I

IB

B相电流突变量零序分量有负序分量无无：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最大者为故障相CABC、IIAB

、IBCAC

m

I

Im

ICAB

I

m

I

Im

IACBAB

I

ABBCCA

I

m

I

Im

I第七节

短路点过渡电阻对距离保护的影响一、短路点过渡电阻的性质电弧电阻、中间物质电阻、导线与地的接触电阻、金属杆塔的接地电阻等。相间短路：电弧电阻为主，短路初，电阻最小。Rg≈1050

lg/Ig

(几欧至十几欧)导线对杆塔放电的接地短路：杆塔的接地电阻为主500KV

:

300Ω330KV

:200Ω220KV

:100Ω1、单侧电源线路过渡电阻的影响Zm1

RgZm

2

ZAB

RgABRjXCZ

I1Z

II2Z

I2Rg

Zm使测量阻抗增大，保护范围缩短；保护装置距离短路点越近，受到的影响越大，可能导致保护无选择性动作（2动，1不动）；线路越短，整定值越小，所受影响越大。影响：2、双侧电源线路过渡电阻的影响m2kkm1gk

kZI

'II

''UZI

'

I

'

UB

A

ZAB

Rg

k

RARjXCZ

I1BZ

II2IZ2α>0时，测量阻抗电抗部分增大。α<0时，测量阻抗电抗部分减小,保护可能失去选择性。－稳态Rg对测量阻抗的影响，取决于对侧电源提供的的短路电流大小及它们之间的相位关系，有可能使测量阻抗的实部增大，也有可能减小。若在故障前M端为送端，N侧为受端，则M侧电动势的它的存在有可能使总的测量阻抗减小。因过渡电阻的存在而导致保护测量阻抗变小，进一步引起保护误动作的现象。称为距离保护的

。/

相位超前N/侧/

两端系统阻抗的阻抗角相同的情况下，kI

k相位超前I

，。在///g

将具有负的阻抗角，Ik

RI

kABRjXCZ

I1Z

IIIZ2

2M侧为受电侧，N侧为送端，则将具有正使测量阻抗变大。为半径的虚线圆周上。///gI

kR的阻抗角，即表现为感性的阻抗，I

k

它的存在总是/

//在系统振荡加故障的情况下，I

k

、I

k

之间的相位差可能在0°～360°的范围内变化，此时A处/g的测量阻抗落在以Zk

＋Rg的末端为圆心、以

I

k

R//I

k3、克服过渡电阻影响的措施过渡电阻的影响与下列因素有关：短路点的位置（始、末影响大）；阻抗继电器特性（＋R轴方向所占面积）；偏转圆、

四边形接地距离保护受影响大。二、线路串连补偿电容对距离保护的影响。在远距离的高压或压输电系统中，为了增大线路的传输能力和提高系统的稳定性，可以采用线路串连补偿电容的方法来减小系统间的联络阻抗。串连补偿电容后发生短路时，短路阻抗将发生变化,破坏了线路测量阻抗和故障距离之间的线性关系。comLKX

XC1.串补电容安装于线路出口，导致方向阻抗特性正向拒动。保护3感受到的是测量阻抗就等于补偿电容的容抗，则测量阻抗将落在其动作区之外保护3拒动。2.串补电容安装于线路反向出口，导致反向误动保护2的阻抗继电器感受的测量阻抗为反向补偿电容的容抗，呈正向纯电感性质，落在其动作区域之内，所以保护2可能误动作。3.正向超范围动作。保护1感受的测量阻抗将是线路AB的阻抗与电容容抗之和，总阻抗值减小，也可能落入动作区，导致保护1误动作。4.串补电容对保护的影响与电容安装位置及补偿度有关。保护4的测量阻抗不受串联电容的影响，所以保护4的动作不受影响。减少串连补偿电容影响的措施：重点在防止保护误动（1）采用直线型动作特性克服反方向误动当补偿容抗较线路AB的感抗较小时，如误动的保护2的阻抗继电器，可以采用如图的动作特性，即采用方向圆和直线特性组合躲开反向串补电容的容抗值，在直线以上部分动作。但将会造成线路AB在靠近B侧短路时保护2的阻抗继电器拒动，这可以附加电流速断保护来切除故障（2）用负序功率方向元件闭锁误动的距离保护。系统发生不对称短路后，负序电源在故障点处，负序电流由故障点经线路等流向系统中性点，因为全系统呈感性阻抗，此电流亦为感性电流。保护安装处的负序电压为流过的电流与背侧阻抗的乘积，负序功率方向与零序功率方向的特点一样，可以采用负序功率方向元件闭锁区外故障靠近故障侧误动的保护2。这种闭锁方式的缺点是三相对称故障时不能闭锁。电压为参考电压来克服（3）选取故障前的串连补偿电容的影响（4）通过整定计算来减小串连补偿电容的影响保护1的整定值应按下式进行确定。近年来，补偿度可调的可控串补（TCSC）在系统中逐渐得到应用，它对距离保护的影响更复杂。Zset

Krel

(

AB第八节

工频故障分量距离保护一、工频故障分量的概念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工频故障分量U、I二、故障分量的特点仅在故障后存在故障分量。保护引入故障分量作为测量量，可使保护不受负荷状态、系统振

荡等因素的影响；保护安装处的故障电压、电流之间的相位关系仅与保护背后的阻抗有关，不受系统电动势及

过渡电阻的影响；2

NM

1iuk[0]kU三、工频故障分量距离保护的工作原理工频故障分量距离保护又称为工频变化量距离保护，是一种通过反应工频故障分量电压、电流而工作的距离保护保护安装处的工频故障分量电流、电压可以分别表示为kI

ZS

Zk取工频故障分量距离元件的工作电压为UOP

UEkI

ZS

ZkU

IZSUOP

I

(ZS

Zset在保护区内k1点短路时，UOP在0与Ek

连UOP

Ek线的延长线上，这时有正向区外k2点短路UOP