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1、继电保护的一些问题距离保护的测量阻抗正向故障时测量阻抗正向故障时的系统图参见图所示的双端电源系统，保护装设在线路的M侧。设两侧电源电势分别为Em和En，为系统功角。设在正方向F点发生故障，过渡电阻为 ；故障点电压为；为F点与保护安装处之间线路的阻抗；为F点向M看入的等效系统阻抗；为F点向N看入的等效阻抗。Im、In分别为M侧和N侧流入故障点的电流，电流方向如图所示。为了方便分析起见，忽略系统阻抗和线路阻抗的电阻分量，并且假设两侧电源电势幅值相同，即有。由图可得到以下方程：(11)(12) (13)(14)解式(11)(14)可以得到流入故障点F的电流：(15)(16)根据式(13)式(16)可
2、得距离保护的测量阻抗为： (17)其中:(18) Zfh0即为在F点观察到的负荷阻抗，对于保护测量到的负荷阻抗，显然有。(19)(20)反向故障时测量阻抗反向故障时系统图参见图，当故障点F位于保护背后时，式(11)(13)中电压、电流的关系仍然成立，根据图7可得：(21)根据式(11)(13)以及式(21)可得反向故障时保护的测量阻抗为： (22)式中：(23) (24)测量阻抗变化轨迹影响测量阻抗的因素为过渡电阻、功角、负荷阻抗Zfh0。在上述简化模型中，负荷阻抗实际上是由功角(以及系统阻抗参数)引起的。根据圆的反演的知识可知，若其它参数不变，当Rf 从0到变化时，正向故障和反向故障时测量阻
3、抗随着Rf的变化轨迹均为一段圆弧，下称“测量阻抗轨迹”。正向故障时测量阻抗轨迹圆弧的圆心和半径分别为(25)(26)反向故障时测量阻抗轨迹圆弧的圆心和半径分别为(27)(28)观察式(17)、(22)可知，正向故障和反向故障时，保护的测量阻抗都是故障线路阻抗的实际值与一个附加阻抗之和。为了方便讨论，设故障发生在出口处，即Zd =0，对于非出口故障的情况，容易从出口故障的结论中引出。如图10、11所示，当Rf很小的时候，测量阻抗靠近原点，随着Rf的增大，测量阻抗沿着测量阻抗轨迹圆弧逐渐接近负荷阻抗，当Rf 时测量阻抗就等于负荷阻抗。测量阻抗轨迹圆弧的所对应的弦是连接原点与负荷阻抗Zfh的直线。根
4、据第5节中圆的反演的相关知识可知，正、反向故障时测量阻抗轨迹圆弧与弦的关系分别由和决定。图10正向故障时保护的测量阻抗轨迹图11反向故障时保护的测量阻抗轨迹测量阻抗轨迹的要点：测量阻抗轨迹为一段圆弧，该圆弧两个端点分别为金属性故障()和负荷阻抗()。 系统运行方式：振荡中心电压的估算公式(假设线路为纯电抗) ，时称为送端，反之称为受端。送端时负荷阻抗在第I或者第IV象限(典型为第I象限)。受端时负荷阻抗在第III或者第II象限(典型为第III象限)。，变化时，就是系统振荡时的测量阻抗轨迹，振荡中心就是上面的F点。园的半径无穷大，退化为直线。若过渡电阻不是无穷大，则为系统振荡下故障的轨迹。正常运
5、行时的各点电压电流相量。送端正向故障时，造成距离保护超越的情况。运行方式在第IV象限(送端)，出口附近故障时，方向判别会受影响(影响小)受端反向(出口附近)故障时，容易造成故障方向的误判。运行方式在第II象限时影响更大。系统振荡时，距离保护要误动。系统振荡下故障时，故障的选择性判别根据困难。距离继电器防止正向故障距离保护超越的方法送端，距离保护要超越。不能直接测量。若找到与相位相同的能够测量的电气量A，就能够消除超越的影响。设，因此，故障(线路段)阻抗能够测量，故能够防止超越。实际继电器(电抗继电器)的动作方程：采用电抗线测量电抗：动作方程：参考电压(极化电压)、工作电压(补偿电压)、临界点、
6、补偿点的概念。零序电抗继电器对于接地故障，零序电流与故障点电流相位接近。为了防止故障点两侧等效零序阻抗角不相等产生的误差：实用继电器取的下倾角：故障分量电抗继电器对于不接地故障，可取：对于高阻故障，动模试验发现，故障分量电抗继电器误差较大。对于感受到的过渡电阻，需要注意对侧的助增影响。对于弱系统，感受的过渡电阻会很大。防止反向故障距离保护误动的方法以方向园阻抗继电器(西方称为：姆欧继电器)为例要点：寻找与电源电势相位相同的电气量。具体的，对于正向故障，理想的是采用本侧电源电势作为参考电压。反向故障，则为对侧电源电压。相当于将保护装设在电源出口。采用正序电压比较好。正序方向元件由于引入了健全相电
7、压，出口不对称故障时没有死区，但出口三相故障时由于正序电压为零，有死区。因此在正序电压小于15V时采用故障前的记忆电压进行比相，并在方向判定后将判别结果固定，直到电压恢复。参考逻辑如图1.6所示。图中U1(0)为故障前的正序电压(记忆电压)。对于记忆时间的选取，有两种方案。方案一为考虑反向出口三相故障转为正向出口三相故障时能够正确判别故障的方向，记忆时间要长。但在振荡时若记忆时间长，记忆电压的相移很大，会影响方向的判别。因此在短时开放期间记忆电压取160毫秒(8周波)前的电压，振荡闭锁期间记忆电压取20毫秒(1周波)前的电压。方案二为不考虑三相转三相故障，记忆电压一直取20毫秒前的电压。从图中
8、看到，但正序电压大于15V时，通过Y1开放不带记忆的正序方向，并通过Y3闭锁记忆电压构成的方向；否则，开放记忆电压的方向，并且在故障方向判定后通过H1、Y3和T1、Y2将方向判别结果固定，直到电压恢复。方向元件中还分别设置了电压和电流门槛。电流小于0.05In(In为额定电流) 时，将方向元件闭锁。正序方向元件四边形特性的距离继电器实用的四边形特性距离继电器有偏移多边形阻抗继电器、方向元件、电抗元件构成与门输出。距离继电器的特性图10正向故障时保护的测量阻抗轨迹图11反向故障时保护的测量阻抗轨迹振荡闭锁振荡闭锁一直是距离保护的重要问题。国内传统的方法是在短路发生后利用故障检测元件迅速短时开放保
9、护，过后(经过150ms200m)就实现闭锁直到各种保护元件返回，并确认振荡已结束为止，于是振荡闭锁装置整组复归，准备下一次再动作。这种逻辑可以有效地在暂态稳定破坏时实现对保护的闭锁，但在振荡闭锁期间发生区内故障时保护将拒动。系统振荡是发生金属性故障，故障回路是能够正确反应故障距离的，但是若发生过渡电阻故障，也可能存在误动或超越的可能。所以振荡闭锁的重点是解决振荡系统故障时怎样有效的开放区内故障的保护，同时有能够有效的闭锁会引起保护误动故障。振荡闭锁元件在发现发生线路内部故障时要将保护重新开放，其基本要求是：a) 系统纯振荡时不开放；b) 系统振荡又发生区内故障时能够可靠、快速开放；c) 系统
10、振荡又发生区外故障时，在距离保护会误动期间不开放。振荡与故障的特征差异周期性，振荡是周期变化的，故障则不是。所以可以通过延时躲避振荡(距离III段)。对称性，振荡是三相对称的，不对称故障时系统是不对称的。电气量变化率。振荡时电流、电压以及它们的综合电气量变化时缓慢的；故障时故障回路电气量有突变，故障后则不变。延时性，系统稳定破坏是需要一定时间的，在扰动发生后经过数百毫秒才会发生振荡。这就是短时开放振荡闭锁的依据。振荡闭锁技术的核心是区分振荡和故障电气量的不同特征。需要注意的是，有些情况上面的一些特征会消失，例如非全相振荡时系统的对称性被破坏，功角达到180o时振荡中心故障，有些电气量可能没有突
11、变，经过渡电阻故障时故障后电气量是变化的。所以振荡闭锁方法需要解决这些问题。另外需要注意的是，实际系统振荡的概率并不大，因此保护在振荡闭锁期间绝大多数系统都不是振荡的，所以寻找判别系统是否振荡的方法，在系统不振荡时退出振荡闭锁，是很有实际意义的。目前还没有完善的振荡闭锁方法，实际装置中往往采用不同原理的综合。基于系统对称性的振荡闭锁原理I0+I2mI1方法这是沈国荣提出并首先采用的方法。满足下面的判据时开放距离保护I0+I2mI1其中系数m0.5。分析，可以证明当取m0.5后，区外故障时不会误动。问题：只能开放不对称故障功角为180o附近故障时开放速度慢。本线路非全相允许时要误开放，必须退出。
12、邻线非全相运行时一般情况下不会开放(需要进一步分析)，但是对于1000kV的单回路的开关站，邻线非全相时肯定要误开放。振荡解列和合闸于振荡系统时，考虑三相开关操作的不同时，会短暂的误开放。高阻接地时，可能要拒动。阻抗不对称开放法阻抗不对称法是根据振荡时三相电气量相同，而不对称故障时不相同这一特征来区别振荡和故障的。关键是振荡与外部故障且会引起距离保护误动时要可靠不开放。开放条件为 (以A相为例) 式中，为BC相间测量阻抗，为距离III段的整定值。也就是说，当BC相间阻抗处于距离III段范围以外时，就开放A相的接地距离保护。系统振荡时，各个回路的测量阻抗是一致的，在进入距离II段范围内以前，早已
13、进入距离III段范围而将闭锁；若振荡与相故障同时发生，两侧电势相位差(功角)是周期性变化的，在功角比较小时，肯定在距离III段范围外，因而能够开放。阻抗不对称法的优点是灵敏度不受过渡电阻的影响，这是其它反应系统不对称的方法如所不具备的。反应系统不对称的方法只能开放不对称故障，同时振荡与内部故障同时发生，开放速度会比较慢。利用故障时电气量突变的方法这是国外保护产品常用的方法。例如大园套小圆方法振荡中心电压Ucosj的变化率检测法利用故障后电气量不变的方法Ucosj不变法UcosjUdz，加上延时。参见南瑞产品说明书。阻抗轨迹半径检测法图5 所示系统是振荡与反方向故障同时发生的情况。ZnZmnmE
14、m.ZLIm. ZmUm.Rf图5 振荡系统图 由于系统在振荡，两侧电势的相位差(功角)是变化的，即测量阻抗的可求得式中在变化的一个振荡周期内，的变化轨迹为一个园，如图5(a)所示。圆心向量处在坐标系的第相像，具体为轨迹园的半径为(3-3)轨迹园的半径与过渡电阻成正比，在金属性故障时，半径趋向于零，轨迹园则退化为一个点；系统纯振荡时，半径趋向于无穷大，轨迹园则退化为与线路阻抗垂直的直线。若振荡中心处于反方向，轨迹园不会进入第相像，距离保护不会误动；若振荡中心处于正方向，当过渡电阻比较大时，轨迹园可能会接入第相像而导致距离保护的误动，必须采取相应的措施。由于圆心在第相像，故测量阻抗接入第相像时，必然小于轨迹园的半径，即。同理，正方向故障时测量阻抗的变化轨迹也是一个园，如图图32(b)所示，具体计算式略。若是正方向外部故障，则满足。RmjXZmZnZLZ
