距离保护3(2)全课件

3.5距离保护的振荡闭锁因电流保护、电压保护和功率方向保护等一般都只用在电压等级较低的中低压配电系统，而这些系统出现振荡的可能性很小，振荡时保护误动产生的后果也不会太严重，所以一般不需要采取振荡闭锁措施。距离保护一般用在较高电压等级的电力系统，系统出现振荡的可能性大，保护误动造成的损失严重，所以必须考虑振荡闭锁问题。3.5.1振荡闭锁的概念振荡时，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。静稳破坏系统故障振荡防止振荡时保护误动作的措施，称为振荡闭锁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。3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响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；(5)振荡过程中不考虑负荷电流的影响。1、电力系统振荡时电流、电压的变化规律母线电压：3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响线路上任意一点的电压相量的末端，落在△E直线上。3.5.2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、电压的变化规律振荡时电流有效值变化曲线3.5.2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、电压的变化规律振荡时电压有效值变化曲线母线M的电压：=0,90,=180,270,=360,3.5.2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、电压的变化规律振荡中心电压：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，该点称为振荡中心相当于振荡中心发生三相短路!因此，继电保护装置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工作。3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响2、电力系统振荡时测量阻抗的变化规律应用欧拉公式及三角公式，有为M侧系统阻抗占系统总联系阻抗的比例3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响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，并随功角的变化而变化3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响测量阻抗的变化轨迹δ=0°(+)时，测量阻抗位于复平面右侧，值为无穷大；δ=180°时，测量阻抗最小，位于系统阻抗角方向上；δ=360°(-)时，测量阻抗位于复平面左侧，值也为无穷大。3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响当两侧电动势不相同时测量阻抗的变化轨迹保护安装处M到振荡中心的阻抗为。当ρm

＜1/2时，振荡中心位于保护范围的正方向，测量阻抗可能会穿过保护区而引起误动；而当ρm

＞1/2时，振荡中心将位于保护范围的反方向，轨迹是否穿过保护区而引起误动与保护特性有关。3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响当ρm＝1/2时，振荡中心位于保护安装处，测量阻抗肯定穿过保护区。3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响3、电力系统振荡对距离保护的影响

振荡中心位于本线路保护范围内时：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

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。3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响3、电力系统振荡对距离保护的影响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。动作特性曲线在与整定阻抗垂直方向的动作区越大时，受振荡影响越大。3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响3、电力系统振荡对距离保护的影响电力系统振荡时，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、动作特性的形状和振荡周期长短有关保护安装位置离振荡中心越近、整定值越大、动作特性曲线在与整定阻抗垂直方向的动作区越大时，受振荡影响越大。结论：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振荡而没故障时，应可靠将保护闭锁。系统发生各种类型故障，保护不应被闭锁。在振荡过程中发生故障时，保护应能正确动作。先故障，且故障发生在保护范围之外，而后振荡，保护不能无选择性动作。3.5.3距离保护的振荡闭锁措施2、振荡闭锁措施（1）短时开放保护，实现振荡闭锁系统没有故障时：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。3.5.3距离保护的振荡闭锁措施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。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。数字式保护中，一般取0.15s左右。3.5.3距离保护的振荡闭锁措施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。但是对于先振荡后故障，保护也将被闭锁，尚需要有再故障判别元件。

3.5.3距离保护的振荡闭锁措施故障判断元件：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。

3.5.3距离保护的振荡闭锁措施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。3.5.3距离保护的振荡闭锁措施常用的故障判别元件：目前在微机保护中振荡闭锁的基本流程可以简单概括为：当由突变量元件或稳态量启动元件判定为短路故障启动机而进入故障处理程序后，可直接执行距离保护动作判据的计算和处理，但此过程只短时开放一段时间（约150ms），在此期间允许在单独满足保护动作判据时（含延时）出口跳闸（如距离Ⅰ、Ⅱ段），短时开放时间到达后，无论起先判为内部或外部故障均进入振荡闭锁模块。而当静稳失步启动元件启动后直接进入振荡闭锁模块。进入振荡闭锁模块后到整组复归前，距离保护的行为一直受振荡闭锁逻辑的控制，此间必须同时满足振荡闭锁开放条件和距离元件动作判据，才能允许出口跳闸3.5.3距离保护的振荡闭锁措施3.5.3距离保护的振荡闭锁措施1、振荡闭锁措施（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中心的线路阻抗，根据两种情况下阻抗变化速度不同构成振荡闭锁。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。测量阻抗每次进入Z1的动作区后，都会开放一定时间。

（2）利用阻抗变化率的不同来构成振荡闭锁3.5.3距离保护的振荡闭锁措施“大圆套小圆”

3.5.3距离保护的振荡闭锁措施1、振荡闭锁措施（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。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，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。3.5.3距离保护的振荡闭锁措施3、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：3.5.3距离保护的振荡闭锁措施3、振荡中再故障的判断2）振荡中又发生三相对称性短路的故障判别元件：UcosФ为电压相量在电流相量方向上的投影，是一个标量。3.5.3距离保护的振荡闭锁措施

三相短路时：忽略系统阻抗和线路阻抗中的电阻分量，UcosФ近似为故障点的弧光电压Uarc，一般不超过额定电压的6%，且与故障距离无关，基本不随时间变化而变化。

系统振荡时：

UcosФ近似为振荡中心的电压，当δ在180°附近时，UcosФ很小，可能满足判据；而δ为其他角度时，数值很大。即仅在较短时间内满足判据。

系统振荡中发生三相故障：判据一直满足。解决方法：判据配合小延时区分三相短路和振荡！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。

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

相间短路——电弧电阻接地短路——电弧电阻、杆塔电阻、接地电阻电弧电阻：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。3.7.1短路点过渡电阻对距离保护的影响2、单侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响过渡电阻总是使测量阻抗变大，阻抗角变小，保护范围缩短3.7.1短路点过渡电阻对距离保护的影响2、单侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响设BC线路始端经过渡电阻短路当Rg较大时，可能出现Zm2已超出保护2第Ⅰ段整定的特性圆范围，而Zm1仍位于保护1第Ⅱ段整定的特性圆范围以内。此时保护1和保护2将同时以第Ⅱ段的时限动作，因而失去了选择性。

3.7.1短路点过渡电阻对距离保护的影响2、单侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响结论:保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大，同时保护装置的整定值越小(相当于被保护线路越短），受过渡电阻的影响也越大3.7.1短路点过渡电阻对距离保护的影响3、双侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响过渡电阻的存在，有可能使测量阻抗变大，也有可能使测量阻抗变小，与和的相位有关3.7.1短路点过渡电阻对距离保护的影响3、双侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响（1）若M端为送电端，N侧为受电侧相位超前，具有负的阻抗角，表现为容性阻抗，它的存在可能使测量阻抗变小。稳态超越：区外短路，保护不应该动作，但由于测量阻抗的变小，使得保护误动作的现象。3.7.1短路点过渡电阻对距离保护的影响3、双侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响（2）若N端为送电端，M侧为受电侧相位滞后，具有正的阻抗角，表现为感性阻抗，它的存在总是使测量阻抗变大。3.7.1短路点过渡电阻对距离保护的影响3、双侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响系统振荡加故障情况下，和可能在0~360范围内变化，A处的测量阻抗落在以的末端为圆心，以为半径的虚线圆上。3.7.1短路点过渡电阻对距离保护的影响3、双侧电源线路上过渡电阻对距离保护的影响在整定值相同的条件下，全阻抗继电器受过渡电阻影响最小，橄榄形阻抗继电器受影响最大。结论：在整定值相同的条件下，动作特性在＋R轴方向所占的面积越大，受过渡电阻的影响就越小。3.7.1短路点过渡电阻对距离保护的影响4、克服过渡电阻影响的措施采用能容许较大过渡电阻而不至于拒动的测量元件动作特性，是克服过渡电阻影响的主要措施。3.8工频故障分量距离保护前面所讲的电流、方向保护和距离保护等，都是以保护安装处故障后的全电压和全电流作为保护的测量电压和电流。

以工频故障分量距离保护为例，说明工频分量在继电保护中的应用

3.8.1工频故障分量的概念电力系统在k点发生金属性短路，故障点电压降为0，这时的系统可用下图等值：两附加电压源大小相等，

方向相反。3.8.1工频故障分量的概念此时的运行状态又可分解为：故障前电力系统故障附加状态系统故障时，相当于故障附加状态突然接入，此时的Δu和Δi都不为零，出现故障分量，也称为突变量。3.8.1工频故障分量的概念在任何运行方式和运行状态下系统故障时，保护安装处测量到的全电压和全电流都可看做故障前非故障分量电压电流和故障分量电压电流的叠加。由此可以导出故障分量的求取计算方法：即：从保护安装处的全电压、全电流中减去故障前状态下的电压和电流值就可以得到故障分量电压、电流。在微机保护中，用当前采样值减去几个周波前的采样值。

只能短时获得故障分量！！3.8.1工频故障分量的概念在Δu和Δi中，既包含了系统短路引起的工频电压电流变化，还包含短路引起的暂态分量：——分别为电压电流故障分量中的工频稳态成分，称为工频故障分量或工频变化量和突变量——分别为电压电流故障分量中的暂态成分故障分量中包含的工频故障分量和暂态故障分量，两者都可以用来作为继电保护测量量。工频故障电压分量和工频故障电流分量可表示为：3.8.1工频故障分量的概念故障分量的特点：(1)故障分量只存在于故障后，非故障状态不存在故障分量；(2)故障点的故障分量电压最大，系统中性点的故障分量电压为0；3.8.1工频故障分量的概念故障分量的特点：(3)保护安装处的故障分量电压电流间位关系由保护安装处到背侧系统中性点间的阻抗决定，且不受系统电动势和短路点过渡电阻的影响。3.8.1工频故障分量的概念故障分量的特点：(4)故障分量独立于非故障状态，但仍受非故障状态运行方式的影响。3.8.2工频故障分量距离保护的工作原理保护安装处的工频故障分量电压、电流分别为：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。取工频故障分量距离元件的工作电压为：3.8.2工频故障分量距离保护的工作原理(1)正向区内k1点短