距離保護(hù)3(2)全課件

3.5距離保護(hù)的振蕩閉鎖因電流保護(hù)、電壓保護(hù)和功率方向保護(hù)等一般都只用在電壓等級(jí)較低的中低壓配電系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的可能性很小，振蕩時(shí)保護(hù)誤動(dòng)產(chǎn)生的后果也不會(huì)太嚴(yán)重，所以一般不需要采取振蕩閉鎖措施。距離保護(hù)一般用在較高電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)，系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的可能性大，保護(hù)誤動(dòng)造成的損失嚴(yán)重，所以必須考慮振蕩閉鎖問題。3.5.1振蕩閉鎖的概念振蕩時(shí)，兩側(cè)等效電動(dòng)勢之間的夾角δ可能在0～360°范圍內(nèi)周期變化，測量電壓和測量電流的變化可能導(dǎo)致測量阻抗進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，出現(xiàn)誤動(dòng)作。靜穩(wěn)破壞系統(tǒng)故障振蕩防止振蕩時(shí)保護(hù)誤動(dòng)作的措施，稱為振蕩閉鎖并聯(lián)運(yùn)行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠之間出現(xiàn)功率角大范圍周期性變化的現(xiàn)象，稱為電力系統(tǒng)振蕩。3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響為了能對電力系統(tǒng)振蕩的物理過程進(jìn)行明確而簡單的分析，同時(shí)又不影響結(jié)論的正確性，提出下列幾點(diǎn)假設(shè)：(1)將所研究系統(tǒng)按其電氣連接的特點(diǎn)簡化為一個(gè)具有雙側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)；(2)系統(tǒng)振蕩時(shí)，三相處于對稱狀態(tài)，因此可以只取一相進(jìn)行分析;(3)系統(tǒng)振蕩時(shí)，兩側(cè)系統(tǒng)的電勢幅值相等，相角差以δ表示；(4)系統(tǒng)中各元件的阻抗角相等；(5)振蕩過程中不考慮負(fù)荷電流的影響。1、電力系統(tǒng)振蕩時(shí)電流、電壓的變化規(guī)律母線電壓：3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響線路上任意一點(diǎn)的電壓相量的末端，落在△E直線上。3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響1、電力系統(tǒng)振蕩時(shí)電流、電壓的變化規(guī)律振蕩時(shí)電流有效值變化曲線3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響1、電力系統(tǒng)振蕩時(shí)電流、電壓的變化規(guī)律振蕩時(shí)電壓有效值變化曲線母線M的電壓：=0,90,=180,270,=360,3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響1、電力系統(tǒng)振蕩時(shí)電流、電壓的變化規(guī)律振蕩中心電壓：振蕩中心：電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，電流和電壓都隨δ作周期變化，在系統(tǒng)中總有一點(diǎn)電壓最低，該點(diǎn)稱為振蕩中心相當(dāng)于振蕩中心發(fā)生三相短路!因此，繼電保護(hù)裝置必須具備區(qū)別三相短路和系統(tǒng)振蕩的能力，才能保證在系統(tǒng)振蕩狀態(tài)下的正確工作。3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響2、電力系統(tǒng)振蕩時(shí)測量阻抗的變化規(guī)律應(yīng)用歐拉公式及三角公式，有為M側(cè)系統(tǒng)阻抗占系統(tǒng)總聯(lián)系阻抗的比例3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響測量阻抗分成了兩部分：第一部分為保護(hù)安裝處到振蕩中心的線路阻抗，只與保護(hù)安裝處到振蕩中心的相對位置有關(guān)，與功角無關(guān);第二部分垂直于，并隨功角的變化而變化3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響測量阻抗的變化軌跡δ=0°(+)時(shí)，測量阻抗位于復(fù)平面右側(cè)，值為無窮大；δ=180°時(shí)，測量阻抗最小，位于系統(tǒng)阻抗角方向上；δ=360°(-)時(shí)，測量阻抗位于復(fù)平面左側(cè)，值也為無窮大。3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響當(dāng)兩側(cè)電動(dòng)勢不相同時(shí)測量阻抗的變化軌跡保護(hù)安裝處M到振蕩中心的阻抗為。當(dāng)ρm

＜1/2時(shí)，振蕩中心位于保護(hù)范圍的正方向，測量阻抗可能會(huì)穿過保護(hù)區(qū)而引起誤動(dòng)；而當(dāng)ρm

＞1/2時(shí)，振蕩中心將位于保護(hù)范圍的反方向，軌跡是否穿過保護(hù)區(qū)而引起誤動(dòng)與保護(hù)特性有關(guān)。3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響當(dāng)ρm＝1/2時(shí)，振蕩中心位于保護(hù)安裝處，測量阻抗肯定穿過保護(hù)區(qū)。3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響3、電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)的影響

振蕩中心位于本線路保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)：當(dāng)在δ在δ1和δ2之間時(shí)，測量阻抗落入動(dòng)作范圍內(nèi)，其測量元件會(huì)動(dòng)作

振蕩中心位于本線路范圍外時(shí)：測量阻抗不會(huì)落入距離I段的動(dòng)作區(qū)，距離I段不受振蕩的影響，但由于距離II段和距離III段整定阻抗較大，可能會(huì)動(dòng)作。3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響3、電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)的影響在同樣整定值的條件下，全阻抗繼電器受振蕩的影響最大，而橄欖特性阻抗元件所受的影響最小。動(dòng)作特性曲線在與整定阻抗垂直方向的動(dòng)作區(qū)越大時(shí)，受振蕩影響越大。3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)測量元件的影響3、電力系統(tǒng)振蕩對距離保護(hù)的影響電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，阻抗繼電器是否誤動(dòng)作、誤動(dòng)的時(shí)間長短與保護(hù)安裝位置、保護(hù)動(dòng)作范圍、動(dòng)作特性的形狀和振蕩周期長短有關(guān)保護(hù)安裝位置離振蕩中心越近、整定值越大、動(dòng)作特性曲線在與整定阻抗垂直方向的動(dòng)作區(qū)越大時(shí)，受振蕩影響越大。結(jié)論：3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施1、對振蕩閉鎖回路的要求系統(tǒng)振蕩而沒故障時(shí)，應(yīng)可靠將保護(hù)閉鎖。系統(tǒng)發(fā)生各種類型故障，保護(hù)不應(yīng)被閉鎖。在振蕩過程中發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)應(yīng)能正確動(dòng)作。先故障，且故障發(fā)生在保護(hù)范圍之外，而后振蕩，保護(hù)不能無選擇性動(dòng)作。3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施2、振蕩閉鎖措施（1）短時(shí)開放保護(hù)，實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖系統(tǒng)沒有故障時(shí)：距離保護(hù)一直處于閉鎖狀態(tài)；系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)：短時(shí)開放距離保護(hù)允許保護(hù)出口跳閘，稱為短時(shí)開放。若在開放的時(shí)間內(nèi)，阻抗繼電器動(dòng)作，說明故障點(diǎn)位于阻抗繼電器的動(dòng)作范圍之內(nèi)，將故障線路跳開；若在開放的時(shí)間內(nèi)阻抗繼電器未動(dòng)，則說明故障不在保護(hù)區(qū)內(nèi)，則重新將保護(hù)閉鎖。3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施系統(tǒng)正常運(yùn)行或因靜態(tài)穩(wěn)定被破壞時(shí)：故障判斷元件和整組復(fù)歸元件都不動(dòng)作，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器SW以及單穩(wěn)觸發(fā)器DW都不會(huì)動(dòng)作。保護(hù)裝置的I段和II段被閉鎖，無論阻抗繼電器本身是否動(dòng)作，保護(hù)都不可能動(dòng)作跳閘。TDW稱為振蕩閉鎖的開放時(shí)間，或稱允許動(dòng)作時(shí)間，它的選擇要兼顧兩個(gè)原則：(1)要保證在正向區(qū)內(nèi)故障時(shí)，I段保護(hù)有足夠的時(shí)間可靠跳閘，II段保護(hù)的測量元件能夠可靠起動(dòng)并實(shí)現(xiàn)自保持，因而時(shí)間不能太短，一般不應(yīng)小于0.1s；(2)要保證在區(qū)外故障引起振蕩時(shí)，測量阻抗不會(huì)在故障后的TDW時(shí)間內(nèi)進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，因而時(shí)間又不能太長，一般不應(yīng)大于0.3s。數(shù)字式保護(hù)中，一般取0.15s左右。3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施整組復(fù)歸元件在故障或振蕩消失后再經(jīng)過一個(gè)延時(shí)動(dòng)作，將SW復(fù)原，它與故障判斷元件、SW配合，保證在整個(gè)一次故障過程中，保護(hù)只開放一次。但是對于先振蕩后故障，保護(hù)也將被閉鎖，尚需要有再故障判別元件。

3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施故障判斷元件：又可稱為啟動(dòng)元件，用來完成系統(tǒng)是否發(fā)生短路的判斷。要求：靈敏度高、動(dòng)作速度快，系統(tǒng)振蕩時(shí)不誤動(dòng)作。

3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施ii.反映電流突變量的故障判斷元件依據(jù)：在系統(tǒng)正?；蛘袷帟r(shí)電流變化比較緩慢，而在系統(tǒng)故障時(shí)電流會(huì)出現(xiàn)突變。3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施常用的故障判別元件：目前在微機(jī)保護(hù)中振蕩閉鎖的基本流程可以簡單概括為：當(dāng)由突變量元件或穩(wěn)態(tài)量啟動(dòng)元件判定為短路故障啟動(dòng)機(jī)而進(jìn)入故障處理程序后，可直接執(zhí)行距離保護(hù)動(dòng)作判據(jù)的計(jì)算和處理，但此過程只短時(shí)開放一段時(shí)間（約150ms），在此期間允許在單獨(dú)滿足保護(hù)動(dòng)作判據(jù)時(shí)（含延時(shí)）出口跳閘（如距離Ⅰ、Ⅱ段），短時(shí)開放時(shí)間到達(dá)后，無論起先判為內(nèi)部或外部故障均進(jìn)入振蕩閉鎖模塊。而當(dāng)靜穩(wěn)失步啟動(dòng)元件啟動(dòng)后直接進(jìn)入振蕩閉鎖模塊。進(jìn)入振蕩閉鎖模塊后到整組復(fù)歸前，距離保護(hù)的行為一直受振蕩閉鎖邏輯的控制，此間必須同時(shí)滿足振蕩閉鎖開放條件和距離元件動(dòng)作判據(jù)，才能允許出口跳閘3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施1、振蕩閉鎖措施（2）利用阻抗變化率的不同來構(gòu)成振蕩閉鎖原理：在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，測量阻抗由負(fù)荷阻抗突變?yōu)槎搪纷杩梗欢谡袷帟r(shí)，測量阻抗緩慢變?yōu)楸Ｗo(hù)安裝處到中心的線路阻抗，根據(jù)兩種情況下阻抗變化速度不同構(gòu)成振蕩閉鎖。Z1動(dòng)作后先開放一個(gè)Δt的時(shí)間，若這段時(shí)間內(nèi)Z2動(dòng)作，則開放保護(hù)，直到Z2返回；若Z2不動(dòng)作，保護(hù)就不會(huì)被開放。它利用短路時(shí)阻抗的變化率較大，Z1、Z2的動(dòng)作時(shí)間差小于Δt，短時(shí)開放。測量阻抗每次進(jìn)入Z1的動(dòng)作區(qū)后，都會(huì)開放一定時(shí)間。

（2）利用阻抗變化率的不同來構(gòu)成振蕩閉鎖3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施“大圓套小圓”

3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施1、振蕩閉鎖措施（3）用動(dòng)作的延時(shí)實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，距離保護(hù)的測量阻抗隨δ角的變化而不斷變化，當(dāng)變化到某個(gè)角度時(shí)，測量阻抗進(jìn)入到阻抗繼電器的動(dòng)作區(qū)，而當(dāng)δ角繼續(xù)變化到另個(gè)角度時(shí)，測量阻抗又從動(dòng)作區(qū)移出，測量元件返回。對于按躲過最大負(fù)荷整定的III段阻抗繼電器，測量阻抗落入其動(dòng)作區(qū)的時(shí)間一般不會(huì)超過1～1.5s，只要III段動(dòng)作的延時(shí)時(shí)間大于1～1.5s，系統(tǒng)振蕩時(shí)III段保護(hù)就不會(huì)誤動(dòng)作。3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施3、振蕩中再故障的判斷1）振蕩中又發(fā)生不對稱短路，重新開放保護(hù)的條件：3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施3、振蕩中再故障的判斷2）振蕩中又發(fā)生三相對稱性短路的故障判別元件：UcosФ為電壓相量在電流相量方向上的投影，是一個(gè)標(biāo)量。3.5.3距離保護(hù)的振蕩閉鎖措施

三相短路時(shí)：忽略系統(tǒng)阻抗和線路阻抗中的電阻分量，UcosФ近似為故障點(diǎn)的弧光電壓Uarc，一般不超過額定電壓的6%，且與故障距離無關(guān)，基本不隨時(shí)間變化而變化。

系統(tǒng)振蕩時(shí)：

UcosФ近似為振蕩中心的電壓，當(dāng)δ在180°附近時(shí)，UcosФ很小，可能滿足判據(jù)；而δ為其他角度時(shí)，數(shù)值很大。即僅在較短時(shí)間內(nèi)滿足判據(jù)。

系統(tǒng)振蕩中發(fā)生三相故障：判據(jù)一直滿足。解決方法：判據(jù)配合小延時(shí)區(qū)分三相短路和振蕩！3.7距離保護(hù)特殊問題的分析短路點(diǎn)過渡電阻、線路串補(bǔ)電容、短路電壓電流中非工頻分量都會(huì)對距離保護(hù)產(chǎn)生影響。

本節(jié)重點(diǎn)分析短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響。3.7.1短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響1、過渡電阻的性質(zhì)

相間短路——電弧電阻接地短路——電弧電阻、桿塔電阻、接地電阻電弧電阻：過渡電阻：是指當(dāng)接地短路或相間短路時(shí)，短路點(diǎn)電流經(jīng)由相導(dǎo)線流入大地流回中性點(diǎn)或由一相流到另一相的路徑中所通過物質(zhì)的電阻。3.7.1短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響2、單側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護(hù)的影響過渡電阻總是使測量阻抗變大，阻抗角變小，保護(hù)范圍縮短3.7.1短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響2、單側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護(hù)的影響設(shè)BC線路始端經(jīng)過渡電阻短路當(dāng)Rg較大時(shí)，可能出現(xiàn)Zm2已超出保護(hù)2第Ⅰ段整定的特性圓范圍，而Zm1仍位于保護(hù)1第Ⅱ段整定的特性圓范圍以內(nèi)。此時(shí)保護(hù)1和保護(hù)2將同時(shí)以第Ⅱ段的時(shí)限動(dòng)作，因而失去了選擇性。

3.7.1短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響2、單側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護(hù)的影響結(jié)論:保護(hù)裝置距短路點(diǎn)越近時(shí)，受過渡電阻的影響越大，同時(shí)保護(hù)裝置的整定值越小(相當(dāng)于被保護(hù)線路越短），受過渡電阻的影響也越大3.7.1短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響3、雙側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護(hù)的影響過渡電阻的存在，有可能使測量阻抗變大，也有可能使測量阻抗變小，與和的相位有關(guān)3.7.1短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響3、雙側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護(hù)的影響（1）若M端為送電端，N側(cè)為受電側(cè)相位超前，具有負(fù)的阻抗角，表現(xiàn)為容性阻抗，它的存在可能使測量阻抗變小。穩(wěn)態(tài)超越：區(qū)外短路，保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作，但由于測量阻抗的變小，使得保護(hù)誤動(dòng)作的現(xiàn)象。3.7.1短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響3、雙側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護(hù)的影響（2）若N端為送電端，M側(cè)為受電側(cè)相位滯后，具有正的阻抗角，表現(xiàn)為感性阻抗，它的存在總是使測量阻抗變大。3.7.1短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響3、雙側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護(hù)的影響系統(tǒng)振蕩加故障情況下，和可能在0~360范圍內(nèi)變化，A處的測量阻抗落在以的末端為圓心，以為半徑的虛線圓上。3.7.1短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響3、雙側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護(hù)的影響在整定值相同的條件下，全阻抗繼電器受過渡電阻影響最小，橄欖形阻抗繼電器受影響最大。結(jié)論：在整定值相同的條件下，動(dòng)作特性在＋R軸方向所占的面積越大，受過渡電阻的影響就越小。3.7.1短路點(diǎn)過渡電阻對距離保護(hù)的影響4、克服過渡電阻影響的措施采用能容許較大過渡電阻而不至于拒動(dòng)的測量元件動(dòng)作特性，是克服過渡電阻影響的主要措施。3.8工頻故障分量距離保護(hù)前面所講的電流、方向保護(hù)和距離保護(hù)等，都是以保護(hù)安裝處故障后的全電壓和全電流作為保護(hù)的測量電壓和電流。

以工頻故障分量距離保護(hù)為例，說明工頻分量在繼電保護(hù)中的應(yīng)用

3.8.1工頻故障分量的概念電力系統(tǒng)在k點(diǎn)發(fā)生金屬性短路，故障點(diǎn)電壓降為0，這時(shí)的系統(tǒng)可用下圖等值：兩附加電壓源大小相等，

方向相反。3.8.1工頻故障分量的概念此時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)又可分解為：故障前電力系統(tǒng)故障附加狀態(tài)系統(tǒng)故障時(shí)，相當(dāng)于故障附加狀態(tài)突然接入，此時(shí)的Δu和Δi都不為零，出現(xiàn)故障分量，也稱為突變量。3.8.1工頻故障分量的概念在任何運(yùn)行方式和運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)故障時(shí)，保護(hù)安裝處測量到的全電壓和全電流都可看做故障前非故障分量電壓電流和故障分量電壓電流的疊加。由此可以導(dǎo)出故障分量的求取計(jì)算方法：即：從保護(hù)安裝處的全電壓、全電流中減去故障前狀態(tài)下的電壓和電流值就可以得到故障分量電壓、電流。在微機(jī)保護(hù)中，用當(dāng)前采樣值減去幾個(gè)周波前的采樣值。

只能短時(shí)獲得故障分量！！3.8.1工頻故障分量的概念在Δu和Δi中，既包含了系統(tǒng)短路引起的工頻電壓電流變化，還包含短路引起的暫態(tài)分量：——分別為電壓電流故障分量中的工頻穩(wěn)態(tài)成分，稱為工頻故障分量或工頻變化量和突變量——分別為電壓電流故障分量中的暫態(tài)成分故障分量中包含的工頻故障分量和暫態(tài)故障分量，兩者都可以用來作為繼電保護(hù)測量量。工頻故障電壓分量和工頻故障電流分量可表示為：3.8.1工頻故障分量的概念故障分量的特點(diǎn)：(1)故障分量只存在于故障后，非故障狀態(tài)不存在故障分量；(2)故障點(diǎn)的故障分量電壓最大，系統(tǒng)中性點(diǎn)的故障分量電壓為0；3.8.1工頻故障分量的概念故障分量的特點(diǎn)：(3)保護(hù)安裝處的故障分量電壓電流間位關(guān)系由保護(hù)安裝處到背側(cè)系統(tǒng)中性點(diǎn)間的阻抗決定，且不受系統(tǒng)電動(dòng)勢和短路點(diǎn)過渡電阻的影響。3.8.1工頻故障分量的概念故障分量的特點(diǎn)：(4)故障分量獨(dú)立于非故障狀態(tài)，但仍受非故障狀態(tài)運(yùn)行方式的影響。3.8.2工頻故障分量距離保護(hù)的工作原理保護(hù)安裝處的工頻故障分量電壓、電流分別為：工頻故障分量距離保護(hù)又稱為工頻變化量距離保護(hù)，是一種通過反應(yīng)工頻故障分量電壓、電流而工作的距離保護(hù)。取工頻故障分量距離元件的工作電壓為：3.8.2工頻故障分量距離保護(hù)的工作原理(1)正向區(qū)內(nèi)k1點(diǎn)短