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1、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可能在0360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。,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
2、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
3、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。,各部分的阻抗角相等，两侧电动势相等的情况下，振荡中心位于阻抗中心 处。,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，电流和电压都随作周期变化，在系统中总有一点电压最低，该点称为振
4、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,结论：当由0变化到360时，测量阻抗终点的轨迹是Z的
5、垂直平分线。,测量阻抗的变化轨迹,绘制此轨迹的方法是：先从M点沿MN方向作出相量 ，然后再从其端点作出相量 ，在不同的 角度时，此相量可能滞后或超前于相量 ，其计算结果如表所示。将后一相量的端点与 M连接即得Zm 。,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,=0(+)时，测量阻抗位于复平面右侧，值为无穷大； =180时，测量阻抗最小，位于系统阻抗角方向上； =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m 1/2时，振荡中心位
6、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m 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m1/2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,当m为不同数值时，测量阻抗变化的轨迹应是平行于 线的一直线簇。,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： 当在在1和2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
7、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
8、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：,3.5.2 电力系统振荡对距离保护测量元件的影响,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；而短路时，总要长时或瞬时出现负序或零序分量； （2）振荡时，电气量呈周期性变化，其变化速度与系统功角的变化速度一致，比较慢；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、各点残压和测量阻抗不计及衰减时是不变的； （3）振荡时，电气量呈现周期变化，若阻抗测量元件误动作，则在一个振荡周期动作和返回各一次；而短路时阻抗元件可能动作，可能不动作。,3.5.3 距离保护的振荡闭锁措施
9、,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
10、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。,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。,
11、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
12、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,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、零序输出。,3.5.3 距离保护的振荡闭锁措施,常用的故障判别元件：,ii. 反映电流突变量的故障判断元件
13、 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、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，
14、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t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t，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。
15、,（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11.5s，只要III段动作的延时时间大于11.5s，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
16、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：,Ucos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， Ucos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： Ucos近似为振荡中心的电压，当在180附近时， Ucos很小，可能满足判据；而为其他角度时，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
