繼電保護(hù)講義-電力系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)距離保護(hù)的影響和防止方法

電力系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)距離保護(hù)的影響和防止方法

一、短路點(diǎn)過渡電阻對(duì)距離保護(hù)的影響

前面對(duì)阻抗繼電器測(cè)量阻抗的分析，都是按金屬性短路來考慮的，實(shí)際上，在短路點(diǎn)

往往存在過渡電阻用過渡電阻島將使距離保護(hù)因阻抗繼電器的測(cè)晟阻抗增大而產(chǎn)生無選

擇性的動(dòng)作。

過渡電阻品是指當(dāng)相間短路和接地短路時(shí)，短路電流從一相到另一相或從相導(dǎo)線流入

大地的途徑中所經(jīng)過的物質(zhì)的電阻。相間短路時(shí)的心主要由電弧電阻構(gòu)成；在接地短路時(shí)，

構(gòu)成島的主要部分是鐵塔接地電阻。電弧電阻值的特點(diǎn)是隨時(shí)間而增大，而鐵塔接地電阻

值則是與接地體的構(gòu)成材料、表面積、布置方式和大地電導(dǎo)率等因素有關(guān)，數(shù)值較大，對(duì)于

跨越山區(qū)的高壓線路甚至高達(dá)幾十至幾百歐姆。

1.單側(cè)電源線路上過渡電陽凡「的影響

單側(cè)電源系統(tǒng)及線路48、5。距離保護(hù)第I、II段的動(dòng)作特性如圖5-31所示。當(dāng)在線

路8C出口經(jīng)島短路時(shí)，保護(hù)2的測(cè)量阻抗Zm2=Rtr，若品值較大，旦整定值較小，Zm2則

會(huì)超出保護(hù)2笫I段的保護(hù)范圍而進(jìn)入其第II段保護(hù)范圍內(nèi)；對(duì)于保護(hù)1而言，測(cè)量阻抗

Zm尸ZAB+R「落在了自己的第II保護(hù)范圍內(nèi)。這樣，保護(hù)1、2將以相同的第II段時(shí)限無選

擇性地動(dòng)作。

圖5-31單側(cè)電源線路上過渡電阻及圖5-32雙側(cè)電源線路上過渡電阻R’

對(duì)測(cè)量阻抗的影響對(duì)測(cè)量阻抗的影響

根據(jù)圖5-31所示，并與金屬性短路時(shí)比較，Znd在經(jīng)過渡電阻島短路時(shí)，其值由零增

1

加為Rtr，增幅較大，也就是Zm2受舟的影響大；而Zm是ZAB與Ru■的相量和，其數(shù)值較

金屬性短路時(shí)增加不多，即的影響也較小。因此，越靠近短路點(diǎn)的保護(hù)，受過渡電阻的影

響越大：整定值越小的保護(hù)，則相對(duì)地受過渡電阻的影響也越大。

2.雙側(cè)電源線路上過渡電阻島的影響

在圖5-32所示線路8c出LJ經(jīng)過渡電阻島短路時(shí)，保護(hù)1、2的測(cè)后阻抗為

Zi'ZAR+/人&-z十LR

聞一T'~r~ABrlrC

:kk?(5-89)

ZQ="=LRe，a

式中。一乙.超前〃的角度；

A母線殘余電壓;

B母線殘余電壓。

因?yàn)椤?。+疥加*所以，當(dāng)保護(hù)遠(yuǎn)離對(duì)側(cè)電源且保護(hù)背后電源為電廠時(shí)，。＞0,

測(cè)量阻抗Zm增大；而當(dāng)保護(hù)靠近對(duì)側(cè)電源且電源為電廠時(shí)，府側(cè)電源電流助增下，avo,

測(cè)量阻抗Zm的電抗部分減小，如圖5-32所示。在后一種情況下，將可能引起保護(hù)的無選擇

性動(dòng)作。

如圖5-33所示，在具有相同保護(hù)整定值的前提下，過渡電阻卻對(duì)不同動(dòng)作特性的阻抗

繼電器有著不同的影響。由于過渡電阻島的純電阻性，因此，阻抗繼電器的動(dòng)作特性在+〃

軸方向所占的面積越大，則受過渡電阻島的影響越小。

根據(jù)以上分析，可以采用允許較大

過渡電阻的阻抗繼電器，如曲線①零序

電抗特性阻抗繼電器，曲線②四邊形特

性阻抗繼電器，以及曲線③蘋果型特性

阻抗繼電器等來防止過渡電阻品的影

響。④對(duì)于雙側(cè)電源系統(tǒng)的接地故障，

極化電壓U7p=-。不變，交叉極化方

向阻抗繼電器的動(dòng)作區(qū)擴(kuò)大為偏移特性,

以此可以提高躲過渡電阻的能力，同時(shí)圖5-33過渡電阻&對(duì)不同特性阻抗繼電器的影響

采用零序電抗繼電器來增強(qiáng)躲過渡電阻的能力并防止對(duì)側(cè)電源電流助增下，保護(hù)超越動(dòng)作。

2

當(dāng)力相接地短路時(shí)，如故障點(diǎn)存在較大過渡電阻R“，則短路點(diǎn)電壓

U%\="川++UkA。=31k0Rlr(5-90)

不為零，采用零序電流補(bǔ)償0°接線的阻抗繼電器不能正確測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離,

而對(duì)于零序電抗繼電器的動(dòng)作特性不受過渡電阻的影響，理想情況下，極化電壓U7P取故障

點(diǎn)電壓-Us，故障相補(bǔ)償電壓口：認(rèn)，繼電器的動(dòng)作方程

180。？A吆*20。(5-91)

UTP

由于故障點(diǎn)電壓3晨必與300同相位，保護(hù)安裝處零序分量人防與故障點(diǎn)零序電流

乙。有Arg坦=—#關(guān)系，可知/。/--"與3乙oR,r同柜位，因此實(shí)際零序電抗繼電器故障

[01>

相補(bǔ)償電壓為

*力-(小。3的

(5-92)

in=A,B,C

取極化電壓Uk=—iob/2，動(dòng)作方程

1

uw

180°>A/^._y(y>0°(5-93)

一/()心

U1

90°>Arg-^90°

一jXIo/

戶九“可由通入零序電流

(a)邏輯關(guān)系

K5?“序電找特性用紈。電推

圖5-37零序電抗特性阻抗繼電器和交叉極化阻抗繼電器“與”關(guān)系

的電抗器二次獲得o抗繼電器的

動(dòng)作特性在復(fù)平面上為一條通過Zse,頂點(diǎn)與H軸向右下傾斜5角的直線,動(dòng)作區(qū)為直線下方,

3

器50凡由于保護(hù)I的距離H段在50/未斷開之前經(jīng)瞬時(shí)測(cè)量裝置加以固定，因此在5。尸

斷開以后，保護(hù)1將不能返回，并與保護(hù)6以相同的第H段時(shí)限動(dòng)作于跳閘，斷開1、60戶，

從而造成保護(hù)1的無選擇性動(dòng)作。

二、電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響

電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，各并列運(yùn)行的電源間都處于同步狀態(tài)。當(dāng)輸電線路傳輸功率超

過靜穩(wěn)極限；或者由「無功功率嚴(yán)重不足等原因引起系統(tǒng)電壓下降，使靜穩(wěn)定遭到破壞；或

者由于短路時(shí)故障切除緩慢而使發(fā)電機(jī)加速面積大于減速面積及采取非同期重合閘等操作

導(dǎo)致動(dòng)穩(wěn)定破壞時(shí)，都有可能引起系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)間失去同步而產(chǎn)生振蕩。在振蕩過程中，兩

個(gè)系統(tǒng)間等值電源電勢(shì)或兩個(gè)發(fā)電機(jī)電勢(shì)之間的相位角將隨時(shí)間作周期性的變化，從而使系

統(tǒng)中的電流和各點(diǎn)電壓以及阻抗繼電器測(cè)量阻抗的幅值和相位也都呈現(xiàn)周期性的變化，運(yùn)行

經(jīng)驗(yàn)表明，運(yùn)行中電功率為夕=一上5抽3（E為發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)，U為系統(tǒng)電壓，的為系統(tǒng)

縱向阻抗，5為發(fā)電機(jī)功角）的發(fā)電機(jī)，在與系統(tǒng)振蕩后，考慮以下因素，在異步運(yùn)行中經(jīng)

過幾次擺動(dòng)，系統(tǒng)振蕩若干個(gè)周期后，多數(shù)情況下仍然可以自行恢復(fù)同步。即振蕩開始時(shí)，

振幅大，周期短，經(jīng)過一段異步運(yùn)行和擺動(dòng)之后，振幅逐漸減小，周期逐漸增長，形成衰減

性質(zhì)的振蕩，最后又拉入同步。此時(shí)，如果距離保護(hù)或其它保護(hù)誤動(dòng)作，斷開了系統(tǒng)重要聯(lián)

絡(luò)線或?qū)⒇?fù)荷切除，將使系統(tǒng)解裂或擴(kuò)大事故范圍，嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)瓜到y(tǒng)崩潰、瓦解。

（1）發(fā)電機(jī)異步運(yùn)行，其軸上存在同步功率和異步功率兩部分制動(dòng)功率，其中同步功率

P的大小和方向在振蕩中以時(shí)間軸交變，

變化量的平均值很小，因此以異步功率

Pas為主。如圖5-35.5所示，異步功率

Pas與轉(zhuǎn)差率S的絕對(duì)值近似成正比，因

此異步功率Pas隨發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增大而

增大，轉(zhuǎn)差率S越大，制動(dòng)作用越大，

由此阻止發(fā)電機(jī)加速。

用9355發(fā)電機(jī)的動(dòng)角特性及振藹時(shí)壇行狀態(tài)

（2）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增大，其原動(dòng)機(jī)的

調(diào)速器將起調(diào)節(jié)作用，減少進(jìn)汽（進(jìn)水）量，使原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率P降低，減少發(fā)電機(jī)的動(dòng)

力。

（3）異步運(yùn)行中發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)使勵(lì)磁電流增加，則同步功率的振蕩幅度增加，

從而使轉(zhuǎn)差率振蕩幅度增加，當(dāng)轉(zhuǎn)差率振幅轉(zhuǎn)差率平均值時(shí)，則轉(zhuǎn)差率可能過零，發(fā)電機(jī)可

5

能進(jìn)入同步運(yùn)行。

（4）對(duì)于與大系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的容量較小的發(fā)電機(jī)或地區(qū)電廠，聯(lián)絡(luò)線采用采用非同期合

閘時(shí)，如果同步功率較大、電氣聯(lián)系緊密，則在非同期合閘時(shí)，即使角差很大，但合同后仍

能被大系統(tǒng)強(qiáng)行拉入同步°

對(duì)于如圖5-36所示，電氣聯(lián)系不是太緊密的重負(fù)荷、長線路連接的兩個(gè)區(qū)域系統(tǒng)，發(fā)

生振蕩時(shí)，由于在上述情況下功率很不平衡，用側(cè)功率過剩，N側(cè)功率不足，系統(tǒng)振著時(shí)兩

側(cè)轉(zhuǎn)速可能相差很大，轉(zhuǎn)差率的平均值較高，可能超過轉(zhuǎn)差率的的振幅；或電氣聯(lián)系較弱,

同步功率小，轉(zhuǎn)差率的振嗝變化小，難于過零。轉(zhuǎn)差率不能過零或接近零，就不具備再拉入

同步的條件，振蕩為非同期性質(zhì)，自行平息比較困難，將持續(xù)下去，5值由正常運(yùn)行角度增

大到360。、720°,以至很大，如圖5-37所示。此時(shí)，應(yīng)采用振蕩解列裝置或人為處理進(jìn)

行解列、停機(jī)。

圖5-36兩側(cè)電源重負(fù)荷長距離送電系統(tǒng)圖5-37非同期振蕩功角6與時(shí)間，的關(guān)系

為此，必須分析距離保護(hù)的測(cè)量阻抗在振蕩時(shí)的變化特點(diǎn)，并采取措施來防止電力系

統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)的影響“

（一）振蕩時(shí)電流、電壓的變化規(guī)律

電力系統(tǒng)振蕩是一個(gè)復(fù)雜的過程。工程上的計(jì)算，一般不要求十分精確，在不影響結(jié)

論的有效性、正確性的前提下，可以對(duì)電力系統(tǒng)振蕩時(shí)的分析中提出?些必要的假設(shè)，使分

析過程更加簡(jiǎn)單、明確。

當(dāng)系統(tǒng)在全相運(yùn)行狀態(tài)下，由于上述原因而引起系統(tǒng)振蕩時(shí)，假設(shè)系統(tǒng)三相是對(duì)稱的，

因此，可以按單相系統(tǒng)進(jìn)行分析。如圖5-38（a）所示為由M側(cè)向N側(cè)送電的兩側(cè)電源簡(jiǎn)

化

6

05-380000D0

DaD0D0D0bOD00D0000D0000D0000DcO000000000

系統(tǒng)，設(shè)由于某種原因引起系統(tǒng)振蕩，其中ZM、ZL為M側(cè)和N側(cè)電源阻抗，ZL為線路阻

抗，系統(tǒng)總的縱向阻抗為ZLZM+ZL+ZL;A,和以分別為兩側(cè)甩源電勢(shì)。若以鼠為參

考相量，則有E”二E,w，紈=""芹或Ev=Ei-"，6為2'滯后樂|的相位角,

EMEM

在0°到360°的范圍內(nèi)變化。因此，兩個(gè)電源之間通過的振蕩電流為

與。崇"%

j_E,w-EN

(5-95)

Z.M+Z/.+ZNZE

振蕩電流/滯后于電勢(shì)差△巨=EM-EN的角度為系統(tǒng)總阻抗角

X

(P=A4rg--s(5-96)

振蕩角芥由0°?360。的變化時(shí)，振蕩電流/沿圓4變化，如圖5?38(b)所示。

振蕩電流/還可表示為

7

j=E*「EN-'EM

迎e-jB)*

+Z[+ZNZf

=I^J(1-//COSCJ+/〃sinb)e，"

(5-97)

=y](\-hcos6)2+(//sin6)2ej0e~J<P

=皿Jl+〃2-2〃cos22"i

....,E'八/?sinb

其中"=瓦?'=從4戲F而

故振蕩電流/的有效值、相位角/為

+/?2-2/?cos2J

(5-98)

y=-(/)+3

當(dāng)〃=1,即EM=EN時(shí),振蕩電流的有效值為

譽(yù)sf(5-99)

㈤2

可知，振蕩電流I的有效值與振蕩角6有關(guān)。如圖5-39(a)所示，振蕩電流有效值I

隨

D5-39000DD0DDD0000

0aO00I00000D0DD00bQ00D0]0000000D

0cO00000000D

著5變化，并設(shè)兩側(cè)電勢(shì)的有效值耳w=￡,v，線路阻抗角與兩側(cè)系統(tǒng)阻抗角均相等，則當(dāng)

萬為彳的偶數(shù)倍時(shí)，有效值/等于零；當(dāng)5為刀的奇數(shù)倍時(shí)，有效值/為最大。若EMa,

則5為刀的偶數(shù)倍時(shí)，有效值/最小；當(dāng)￡為"的奇數(shù)倍時(shí)，有效值/為最大，如圖5-39(b)

所示。

如圖5-39所示，若保護(hù)中使用電流繼電器，當(dāng)振薄電流大于繼電器的動(dòng)作電流/OP時(shí),

8

繼電器起動(dòng)，當(dāng)振蕩電流小于繼電器的返回電流4時(shí)，繼電器返回。振蕩電流周期性變化,

則電流繼電器周期性動(dòng)作與返回。

振蕩時(shí)，系統(tǒng)中性點(diǎn)電位仍保持為零，故線路兩側(cè)母線電壓U"和。N為

UY=E-iz

.,MMK1(5-100)

UN=EN+IZN

由于EM為參考相量，如以EM為實(shí)軸，則EN落后于EM的角度為5,如圖5-38(b)

所示。連接EM和EN相量端點(diǎn)得到電勢(shì)差EM-EN,電流/落后電勢(shì)差EM-EN的角度

為他若線路阻抗角與系統(tǒng)阻抗角及總阻抗角相同，均為3，則根據(jù)=E“-〃的和

(JN=EN+iZN,可在圖中畫出相量U,w、UN，其端點(diǎn)連線(UM-UN)必然與直線

(立時(shí)-2川)重合，而此連線表示了線路上的電壓降，由原點(diǎn)O與直線(U”-U,v)上任一點(diǎn)

所構(gòu)成的相量表示了該點(diǎn)的電壓，從原點(diǎn)作直線(U“-Dv)的垂線所得的相量幅值最短，

其垂足z表示在振蕩角5下系統(tǒng)的最低電壓點(diǎn)，該點(diǎn)稱為在6下的系統(tǒng)振蕩中心。當(dāng)線路阻

抗角和系統(tǒng)阻抗角相同且兩側(cè)電源電勢(shì)幅值相等時(shí)，振蕩中心不隨少的變化而移動(dòng)，始終位

于縱向總阻抗Z工的中點(diǎn)，也即位于系統(tǒng)的電氣中心，隨著振蕩角6從)?360。變化，系統(tǒng)

各點(diǎn)電壓瓦沿圓1、沿圓2、U”沿圓3變化，如圖5-38(b)；當(dāng)^=[80。時(shí)，振蕩中

心電壓有效值〃.=上"。6；金為零，振蕩電流/二汽sin色最大，其特點(diǎn)無異于該點(diǎn)發(fā)

2|ZS|2

生三相短路，但系統(tǒng)振蕩時(shí)距離保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作于跳閘,圖5-38(c)所示為系統(tǒng)阻抗角與

線路

阻抗角不等而兩側(cè)電勢(shì)幅值相等時(shí)的相量關(guān)系。在此情況卜代表線路電壓降的直(6^)

不會(huì)與直線(￡“一￡.)重合。從原點(diǎn)。作(U『Ue的垂線，即可找出振蕩用在萬時(shí)

的振蕩中心及振蕩中心的電壓。顯然，此時(shí)的振蕩中心位置隨5角的變化而沿著直線(U”

-UN)移動(dòng)。假設(shè)：當(dāng)小尸瓦，且兩側(cè)的系統(tǒng)阻抗角不等時(shí)，隨著振蕩角。'的變化，系統(tǒng)

各點(diǎn)電壓的有效值變化如圖5-39(c)所示。

以瞬時(shí)值表示振蕩電流時(shí)

9

i=/maxsin2姬-它Nmax$仙2聯(lián)f⑸埼1)

Zf

式中Ewmax、Evmax—“、一兩側(cè)電勢(shì)的幅值;

/、及一M、N兩側(cè)電勢(shì)的頻率。

心以標(biāo)幺值表示，假設(shè)同n/=|￡vmJ=l，則振蕩電流

i

.oz..d2cos2萬?十為fsin27r—----t

sm2.f-sm2s=---------------2--------------」(5-102)

<Aic77

式(5-62)中的余弦函數(shù)表明，振蕩電流的頻率為止幺，正弦函數(shù)部分的瞬時(shí)值則

2

以頻率力一當(dāng)周期性變化,周期為廠=2,振蕩電流瓜波形如圖54)(c)所示。

2J\~f2

可見振蕩周期T二」一為振蕩電流由一個(gè)最小值(最大值)變化到下一個(gè)最小值(最大

J\-fz

值)所經(jīng)歷的時(shí)間，即非周期振蕩時(shí)￡、，繞EM旋轉(zhuǎn)一周(振蕩角5=360°)所經(jīng)歷的時(shí)間。

如圖5-38所示，設(shè)振蕩中心為Z點(diǎn)，則系統(tǒng)中任一點(diǎn)P的電壓為

乙y乙

(5-103)

iZ21Zp二

=EM(-+)+/(5-)

ZfZx

io

05-400000000000D0

0aO00D0000000bO000]000D

0cdD000000D000000

以瞬時(shí)值表示，且取同屈=同屈=1及兩側(cè)頻率為力和力時(shí)，則有

Up=(1+矢)sin+(1-^)sin2加

(5-104)

N￡-tyN乙￡

當(dāng)p點(diǎn)為振蕩中心時(shí)，Zpz=O,則振蕩中心電壓瞬時(shí)值〃z為

=—sin2用t+sin2*[

2

(5-105)

=sin1.71'+'fcos2%————t

22

其頻率為土上，式中余弦函數(shù)則使電壓包絡(luò)線的幅值呈周期性變化，振蕩電壓由一

2

個(gè)最小值（最大值）變化到下一個(gè)最小值（最大值）所經(jīng)歷的時(shí)間，即振蕩周期與振薄電流

相同，均為T=」■—。其振蕩中心電壓以波形如圖5-4（）（a）所示。

fx-fi

當(dāng)圖5-38中"點(diǎn)移到電源戶”時(shí)，ZQ=ZMZ=—Z]￡,式（5-64）為

14P=sin

此時(shí)，〃點(diǎn)的電壓和頻率為電源2M的電勢(shì)和頻率。

11

1

當(dāng)〃點(diǎn)移到電源4時(shí)，ZR=ZNZ=-]Z工，式(5-64)為

%=sin275f2/

此時(shí)，〃點(diǎn)的電壓和頻率為電源Ev的電勢(shì)和頻率。

可見，振蕩時(shí)，系統(tǒng)各點(diǎn)的電壓和頻率均不相同，任意點(diǎn)〃越靠近某側(cè)電源，則越接近

某側(cè)電源的電勢(shì)和頻率，振蕩中心電壓的頻率為兩側(cè)電源電勢(shì)頻率的平均值。

當(dāng)P點(diǎn)離開振蕩中心時(shí)的電壓波形如圖5-40(b)所示。

振蕩過程中，振蕩周期及電壓、電流頻率一般不是常數(shù)，對(duì)于兩側(cè)系統(tǒng)可在同步檢同期

振蕩，其振蕩周期逐漸增長，頻率變化趨于穩(wěn)定直到恢復(fù)同步運(yùn)行;對(duì)于兩側(cè)功率很不平衡、

頻差較大的非同期振蕩，振蕩周期將逐漸減小，振蕩加快，有可能失步，直到系統(tǒng)解列。

(-)振蕩時(shí)對(duì)距離俁護(hù)的影響

1.振蕩時(shí)測(cè)最阻抗的變化規(guī)律

在如圖5-38(a)所示兩側(cè)電源開式系統(tǒng)，設(shè)兩側(cè)電源電勢(shì)相等，變電所M的線路上裝

設(shè)距離保護(hù)，其測(cè)量元件為阻抗繼電器。當(dāng)系統(tǒng)振蕩時(shí)，電流、電壓隨振蕩角b變化，因此，

安裝在M處的阻抗繼電器測(cè)量阻抗為

Z”土三己考"』一(5-.06)

因?yàn)?/p>

1-百評(píng)=1-cosb+sinJ=2sin:—+2sin-cos

2sin-(l+

2

將繼電器測(cè)量阻抗ZmN隨5變化的關(guān)

系畫在以保護(hù)安裝處M為原點(diǎn)的阻抗復(fù)平

面上，如圖5-41所示。從保護(hù)安裝處M點(diǎn)

圖＞41系統(tǒng)振藩時(shí)漓量阻抗的變化

沿系統(tǒng)總阻抗Zz直線"N方向作出相量（gzf-ZM），再從其端點(diǎn)作出相量T/Ztclgg,6角

不同時(shí)，該相量將會(huì)超前或滯后于相量ZE90°,該相量與M的連線即為Zm.M。當(dāng)5=0°時(shí)，

Zm.M=8;當(dāng)6=-360°時(shí)，Zm.M=-8；當(dāng)6=180°時(shí)，ZmM=^Z,-ZM,即保護(hù)安裝處到振

2

蕩中心的阻抗。

系統(tǒng)振蕩時(shí)，為了找出距離保護(hù)在不同安裝處測(cè)量阻抗的變化規(guī)律，設(shè)系統(tǒng)阻抗ZM為

7

變量，并設(shè)變數(shù)"7二」~，加VI。則有

(5-108)

當(dāng)變數(shù)加為不同值時(shí)，保護(hù)安裝處的位置也隨之改變，其測(cè)量阻抗的變化軌跡如圖5-42所

示，為平行于Z線的?簇直線。當(dāng)〃2=L時(shí)，該直線所代表的測(cè)量阻抗的變化軌跡通過

2

坐標(biāo)原點(diǎn)，即保護(hù)裝設(shè)在振蕩中心：當(dāng)時(shí)，振蕩中心處在保護(hù)范圍的正方向；當(dāng)〃

22

時(shí)，振蕩中心處

于保護(hù)范圍的反

方向&

當(dāng)兩側(cè)電源

電勢(shì)幅值￡MW

心時(shí)，測(cè)量阻抗

Zm隨振蕩角5

曲-U和及臨濟(jì)砰?不同右關(guān)依即下保護(hù)啊43二兩側(cè)電卦*值不等H

變化的軌跡分析

割■困狀的變化優(yōu)呸小■陽次的變化,畸

較為復(fù)雜，其軌

跡是位于直線OO'兩側(cè)的一簇圓，如圖S43所示。

2.振蕩時(shí)對(duì)距離保護(hù)的影響

由上述分析可知，系統(tǒng)振蕩時(shí)將對(duì)

距離保護(hù)的測(cè)量阻抗產(chǎn)生影響，從而影

響距離保護(hù)的正確工作。以圖5-44所示

變電所M處的距離保護(hù)為例進(jìn)行分析。

設(shè)：M側(cè)與N側(cè)的電源電勢(shì)幅值相等，

圖5-的系統(tǒng)振蕩時(shí)對(duì)各種阻抗

繼電器測(cè)量阻抗的影響

兩側(cè)系統(tǒng)阻抗角與線路阻抗角相同，距離I段的整定值為乙ct，則當(dāng)距離保護(hù)采用不同的阻

抗繼電器時(shí)，其動(dòng)作特性曲線如圖5-44所示。其中1為橄欖形阻抗繼電器特性曲線，2為

方向阻抗繼電器特性曲線，3為全阻抗繼電器特性曲線，4為蘋果形阻抗繼電器特性曲線。

當(dāng)系統(tǒng)振蕩時(shí)，測(cè)量阻抗的變化軌跡為直線。。'，與各阻抗繼電器特性曲線分別相交于區(qū)、

時(shí)，6、%，三、又，0、%，此時(shí)，若測(cè)量阻抗的變化軌跡處于繼電器的動(dòng)作

區(qū)內(nèi)，將引起該繼電器誤動(dòng)作。可見，振蕩角從叫擺動(dòng)到外（即△方=力?，兀）時(shí)，變化

幅度最大，誤動(dòng)作區(qū)域也最大，即蘋果形特性的阻抗繼電器受振蕩的影響最大；對(duì)于橄欖

形阻抗特性而言，45=58-%,變化最小，因而繼電器受到的的影響也最小。一般來說，

系統(tǒng)振蕩時(shí)，在復(fù)平面上反應(yīng)測(cè)量阻抗變化的直。。'進(jìn)入繼電器動(dòng)作區(qū)域的范圍越大，則該

繼電器受的影響就越大。

有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，振蕩開始的第一個(gè)周期，約為1?25；振蕩過程中，振蕩周期約為0.17）.3s,

個(gè)別情況可能小于0.1s；拉入同步前一個(gè)周期，約為1s左右。振蕩持續(xù)時(shí)間和恢復(fù)稔定的

措施有關(guān)，當(dāng)功率過剩端采取切機(jī)或短時(shí)投入電氣制動(dòng)，功率不足端采取切負(fù)荷或水電機(jī)組

低頻快速投入時(shí)，可縮短強(qiáng)蕩持續(xù)時(shí)間。否則，振蕩時(shí)間可長達(dá)數(shù)分鐘。例如，西北電網(wǎng)在

1987年6月27口的一次UOkV?220kV電磁大環(huán)網(wǎng)中，220kV線路距離保護(hù)誤動(dòng)解環(huán)，引

起UOkV系統(tǒng)振蕩長達(dá)4?5min,直到振蕩電流將雙回聯(lián)絡(luò)線相繼燒斷為止。由非同期重合

閘引起系統(tǒng)振蕩時(shí)間，據(jù)西北電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，一般在5?6個(gè)周期，約6?7s振蕩即可停息。

若系統(tǒng)的振蕩周期為八（0.1?2s）,振蕩角6作勻速變化，各阻抗繼電器測(cè)量阻抗進(jìn)入

特性圓內(nèi)的時(shí)間

t=-----(5-109)

360°

當(dāng)距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限如W/時(shí)，保護(hù)將誤動(dòng)；如果雖然阻抗繼電器動(dòng)作，但保護(hù)

并不會(huì)發(fā)出跳閘命令。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，只要保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限大于、等于1.5s時(shí)，如距離【H

段動(dòng)作時(shí)限取JN1.5s,就可以舞過振蕩的影響。

此外，距離保護(hù)受振蕩的影響還與其安裝處所處的位置有關(guān)。從圖5-33所示可知，保

護(hù)安裝處越靠近振蕩中心，所受的影響越大，而當(dāng)振蕩中心位于保護(hù)的反方向或在保拼范圍

以外時(shí)，則系統(tǒng)振蕩不會(huì)影響距離保護(hù)的正確工作。

（三）振蕩時(shí)防止距離保護(hù)誤動(dòng)作的措施

由于距離保護(hù)第I、II段的動(dòng)作時(shí)限較短，振蕩時(shí)容易引起保護(hù)的誤動(dòng)作，故應(yīng)將其閉

鎖；另外，還可考慮減小整定阻抗和增大保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限米防止振蕩的影響，但這兩種辦法

14

只局限于靈敏系數(shù)有相當(dāng)余量的距離保護(hù)II段和動(dòng)作時(shí)限較長的距離保護(hù)HI段。因此，系統(tǒng)

振蕩時(shí)，對(duì)于可能誤動(dòng)作的距離保護(hù)第I、I【段，所采取的主要措施就是增設(shè)振蕩閉鎖裝置

或振蕩閉鎖回路。

（四）振蕩閉鎖裝置

振蕩閉鎖回路的構(gòu)成原理

當(dāng)系統(tǒng)振蕩使兩側(cè)電源之間的角度擺到3=180°時(shí)，保護(hù)感受到的測(cè)量阻抗值和振蕩

中心處發(fā)生三相短路時(shí)完全相同，因此，距離保護(hù)的振薄閉鎖I可路應(yīng)具有區(qū)分系統(tǒng)振殘和短

路的能力。

由前面的分析可知，系統(tǒng)振蕩和三相短路的主要區(qū)別是：

（1）振蕩時(shí)，電流和各點(diǎn)電壓的幅值均作周期性變化；而短路后的電氣量幅值在稔態(tài)下

保持不變。此外，振蕩時(shí)電流和各點(diǎn)電壓及測(cè)量阻抗的嗝值變化緩慢，而短路時(shí)則是突變,

速度很快。

（2）振蕩時(shí)，測(cè)量阻抗Zm隨5的不同而改變；而短路時(shí)則Zm保持不變。

（3）振蕩時(shí)，如果三相完全對(duì)稱，系統(tǒng)中不會(huì)出現(xiàn)負(fù)序分量；而短路（包括三相短路的

初瞬）時(shí)則總會(huì)出現(xiàn)負(fù)序分量。

目前，振蕩閉鎖回路用以區(qū)分系統(tǒng)振蕩與短路的判別元件，主要采用兩種原理構(gòu)成。一

種為利用系統(tǒng)是否出現(xiàn)負(fù)序分量判別振蕩與短路的原理；另一種為利用電氣量的變化速度或

利用其在一定條件卜.大小的不同來判別振蕩弓短路的原理。

振蕩閉鎖回路的使用不能影響距離保護(hù)的正確工作，必須保證:振蕩時(shí)，可靠將距離I、

II段閉鎖;保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時(shí),開放距離I、II段的閉鎖.

1、利用負(fù)序（零序）電流增量實(shí)現(xiàn)的振蕩閉鎖回路

如圖S45所示為利用負(fù)序（零序）電流

增量實(shí)現(xiàn)的振蕩閉鎖回路原理方框圖。該回

路的起動(dòng)可以利用系統(tǒng)短路時(shí)出現(xiàn)的負(fù)序

（零序）電流用（3,0）或其增量A/2（A3j。）

來實(shí)現(xiàn)。由于采用負(fù)序（零序）電流增量

△八SB/。）構(gòu)成的起動(dòng)元件可以較好地躲過

圖5-45負(fù)序、零序電流增量起動(dòng)、振蕩停息復(fù)歸

非全相運(yùn)行中出現(xiàn)的穩(wěn)態(tài)負(fù)序電流，還能可

的振蕩閉鎖回路原理方框圖

靠地防止因系統(tǒng)振蕩使負(fù)序（零序）電流濾

15

過器不平衡輸出增大所引起的距離保護(hù)誤動(dòng)作，且具有較高的靈敏度和較快的動(dòng)作速度，因

此，應(yīng)重點(diǎn)分析。

采用負(fù)序、零序電流增量作為起動(dòng)元件的交流回路原理接線如圖5-46所示。它由中間

變流器"a、以b、等元件組成三相式負(fù)序電流濾過器，將負(fù)序電流接入三相整流橋UE2；

經(jīng)中間變流器以o將零序電流引入整流橋UE-再將g、UE2并聯(lián)后的輸出經(jīng)微分電路接

入起動(dòng)繼電器KS幾構(gòu)成距離保護(hù)的負(fù)

序（序）電流增量起動(dòng)元件。正常運(yùn)行

0寸，負(fù)序或零序電流濾過器只平穩(wěn)輸出

很小的不平衡電流八或3小，因此,UE?、

UEi兩端的輸出電壓保持不變，微分電

路無輸出，KS7不動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短

路使八或3A）突然增加時(shí)，整流后的輸

出電壓也隨之突變，并經(jīng)過KS7的繞組

對(duì)電容C4充電，在充電電流的作用下，

圖5-46負(fù)序、零序電流增量起動(dòng)元件交流回路原理接線

KST動(dòng)作，當(dāng)C4充電結(jié)束以后，雖然

KST中的電流消失，但它仍然可以通過直流回路中的另一個(gè)自保持繞組保持在動(dòng)作狀態(tài)。當(dāng)

系統(tǒng)靜穩(wěn)定破壞引起振蕩使八或3/。緩慢增大時(shí)，整流后的電壓輸出也隨之平穩(wěn)增大，則

C4的充電電流很小，不足以使KS7動(dòng)作?？梢?，該回路只反應(yīng)?；?/。的突變而使人或3/（）

動(dòng)作。

負(fù)序、零序電流增量起動(dòng)、振蕩停息復(fù)歸的振蕩閉鎖直流回路原理接線如圖5-47所示,

16

竽加設(shè)電忖何

后加速鞋電器

a肘佚克

?.IIQ

到制u歸時(shí)間

用怏白保持

動(dòng)歷定閉憒撮

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整姐GUI時(shí)間

圖5-47負(fù)序、零序電流增量起動(dòng)、振蕩停息復(fù)歸的

振蕩閉鎖直流問路原理接線

其中各元件的名稱和作用為

KST：負(fù)序、零序電流增量起動(dòng)繼電器，其動(dòng)作繞組在圖5-45的交流回路中，保持繞

組在直流回路中。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，K5T的保持繞組被其常閉觸點(diǎn)和二極管2以)短接。二

極管的正向管壓降約為0.7V,故有助磁電流通過保持繞組，是起動(dòng)值的50?60%,以提高

其靈敏度和加快動(dòng)作速度。若發(fā)生短路，KST動(dòng)作，一方面斷開保持繞組的短接回路，同時(shí)

將其接入直流回并路自保持，開放整套保護(hù)裝置，并使重動(dòng)繼電器KCE動(dòng)作，增大觸點(diǎn)容

量。

KC”：切換繼電器，正常工作時(shí)處于勵(lì)磁狀態(tài)。其失磁后的延時(shí)復(fù)歸時(shí)間為0.12UM5S,

失磁復(fù)歸后將1、2K/由I段切換到H段。

KLM：振蕩閉鎖中間繼電器，正常時(shí)不勵(lì)磁，其常閉觸點(diǎn)控制距離保護(hù)I、II段跳閘

回路及高頻閉鎖停信繼電器起動(dòng)回路。

KA：6相電流繼電器，在靜穩(wěn)定遭破壞時(shí)超動(dòng)

KBL：斷線閉鎖繼電器，電壓互感器7V二次回路斷線時(shí)閉鎖保護(hù)。

KL：總閉鎖繼電器，正常時(shí)處于勵(lì)磁狀態(tài)。KBL動(dòng)作或距離測(cè)量元件誤動(dòng)作時(shí)，勵(lì)磁

繞組被短接，其常開接點(diǎn)新開跳閘出口回路，閉鎖整套保護(hù)。

1K7：使振蕩閉鎖裝置整組復(fù)歸的時(shí)間繼電器，正常時(shí)不動(dòng)作。

KLO：控制振蕩閉鎖回路對(duì)距離保護(hù)I、H段開放時(shí)間的繼電器，正常時(shí)處于勵(lì)磁狀態(tài)，

具延時(shí)復(fù):歸時(shí)間(0.08?0.12s)即為閉鎖開放時(shí)間。

17

IKCE、2KCE：距離I、II段共用測(cè)量阻抗繼電器1、2A7的重動(dòng)繼電器，用于增加觸

點(diǎn)數(shù)量。

3KCE、4KCE：距離HI段測(cè)量阻抗繼電器3Kl的重動(dòng)繼電器，用于增加觸點(diǎn)容量及數(shù)量。

振蕩閉鎖回路工作原理說明如下。

當(dāng)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定遭到破壞而引起振蕩時(shí)，在沒有故障和操作的情況下，由于負(fù)序（零

序）電流不會(huì)突變，故心7不動(dòng)作，但在振蕩的第一個(gè)周期開始時(shí)，相電流繼電器K力或第

IH段阻抗繼電器3Kl以及其重動(dòng)繼電器4KCE動(dòng)作，通過KA和4KCE的常開觸點(diǎn)起動(dòng)閉鎖

執(zhí)行繼電器KSL使其常用觸點(diǎn)斷開，將距離保護(hù)的第I、II段閉鎖。

當(dāng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定被破壞而引起系統(tǒng)振蕩時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)負(fù)序或零序電流（或其組合）增量，

使KST動(dòng)作，并通過它在直流回路中的繞組自保持。KST動(dòng)作時(shí)，它的常閉觸點(diǎn)斷開KC”

的回路，此時(shí)2KCE因1、2K/處于【段定值而不動(dòng)作，KC〃的失磁使其常閉觸點(diǎn)（2）延

時(shí)復(fù)歸將K"）將接。KLO失磁后,其常閉觸點(diǎn)（7）延時(shí)返回，延時(shí)到送?后起動(dòng)KLM

的常閉觸點(diǎn)（15）斷開距離1、II段的跳閘出口回路。KC”和KLO常閉觸點(diǎn)的延時(shí)復(fù)歸時(shí)

間之和，即為振蕩閉鎖回路對(duì)距離I、H段的開放時(shí)間。如果在開放時(shí)間內(nèi)1、2K/不動(dòng)作，

說明短路發(fā)生在保護(hù)范圍之外，開放時(shí)間到達(dá)時(shí)，KLW起動(dòng)并閉鎖距離I、II段，見系統(tǒng)

振蕩將不會(huì)使其誤動(dòng)作。如果短路發(fā)生在距離I、H段保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，1、2K/使2KCE動(dòng)

作，其常閉觸點(diǎn)不能短接KLO,由于KLO保持勵(lì)磁而使KLW無法起動(dòng)，故不論振蕩與否，

距離I、II段跳閘出口回珞一直開放，直到保護(hù)動(dòng)作于跳閘。

系統(tǒng)振蕩使KLM動(dòng)作后自保持，它的常開觸點(diǎn)接通IK7繞組回路。振蕩閉鎖的整組復(fù)

歸時(shí)間按照大于線路重合閘周期加上重合閘后保護(hù)動(dòng)作的最長時(shí)間來考慮。如果此時(shí)振蕩停

息，4KCE、K/1的常閉觸點(diǎn)將接通1K7回路，1K7勵(lì)磁，其觸點(diǎn)延時(shí)后短接KLW,振蕩閉

鎖回路即整組復(fù)歸，準(zhǔn)備好下一次再動(dòng)作。如果振蕩依然存在，則由于4KC〃和心在一個(gè)

振蕩周期內(nèi)均要?jiǎng)幼饕淮?，?KT在此期間循環(huán)起動(dòng)，而系統(tǒng)最大振蕩周期又遠(yuǎn)小于閉鎖

回路的整組狂歸時(shí)間，故1KT總也不能完成其動(dòng)作。只有振蕩停息，4KCE.返回，1KT

完成動(dòng)作，才能使振蕩閉鎖回路恢復(fù)原狀。

這種振蕩閉鎖I可路的不足之處是：在發(fā)生轉(zhuǎn)換性短路時(shí)，距離第I、II段拒動(dòng)，只能由

第W段動(dòng)作于跳閘，延長了故障切除時(shí)間。對(duì)于保護(hù)范圍外三相短路，由于負(fù)序分量出現(xiàn)的

時(shí)間很短，振蕩閉鎖回路可能來不及起動(dòng)，若短路發(fā)生在保護(hù)范圍內(nèi)，將導(dǎo)致距離保護(hù)拒動(dòng)。

2、反應(yīng)測(cè)量阻抗變化速度的振蕩閉鎖回路

18

在三段式距離保護(hù)中，當(dāng)?shù)贗、II段采用方向阻抗繼電器，第in段采用偏移特性阻抗

繼電器時(shí)，如圖5-48所示，各段的整定值應(yīng)按保護(hù)范圍配合，其關(guān)系為

圖5-48三段式距離保護(hù)的動(dòng)作特性

圖5-49反應(yīng)測(cè)敵阻抗變化速度的振蕩閉鎖回路方框結(jié)構(gòu)

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩且振蕩中心位于保

護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，測(cè)量阻抗Z”將隨振蕩角5的逐漸改變而進(jìn)入各段的保護(hù)范圍，因此Z"晨先起

動(dòng)，其次Z,t起動(dòng)，Z1田最后起動(dòng)。而在保護(hù)范圍內(nèi)短路時(shí)，測(cè)量阻抗0的減小是突變的，

n

因此zL、z"Sct>2set將同時(shí)起動(dòng)，兩種情況下，保護(hù)的起動(dòng)方式明顯不同。依此，可實(shí)

1nn

現(xiàn)振蕩閉鎖：當(dāng)zl、z%、7set同時(shí)起動(dòng)時(shí)，允許z】、z晨t動(dòng)作于跳閘；而當(dāng)2set

先起動(dòng)，經(jīng)M延時(shí)后，Z'l、Znsei再起動(dòng)時(shí)，則將、2nss閉鎖，不允許其動(dòng)作于跳閘。

按此原則構(gòu)成的振蕩閉鎖回路方框結(jié)構(gòu)如圖5-49所示。這種振蕩閉鎖回路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，工作

可靠,但不能用于系統(tǒng)中采用非同期重合閘的情況以及、7晨定值相差很小的保擰中。

此外，在發(fā)生轉(zhuǎn)換性短路時(shí),同樣zL、zL可能拒動(dòng),只能延時(shí)或由zLt動(dòng)作于跳閘。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)的微機(jī)距離保護(hù)，在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)換性短路時(shí)，采用振蕩閉鎖開

放回路來開放距離I、II段的閉鎖，力求加快保護(hù)的動(dòng)作速度。

3、以I十|/。|>也網(wǎng)UcoM<K為判據(jù)的振蕩閉鎖開放回路

該閉鎖裝置在系統(tǒng)振蕩時(shí)不會(huì)開放距離保護(hù)，振蕩過程中發(fā)生內(nèi)部故障能快速開放保

護(hù)距離I、H段。開放保護(hù)距離I、II段的判據(jù)有不對(duì)稱短路判據(jù)和對(duì)稱短路判據(jù)。

（1）不對(duì)稱短路判據(jù)

/2+70>m?!(5-110)

稱為七判據(jù)。作為系統(tǒng)振蕩過程乂發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)開放保護(hù)的條件。

其中八、,°、A一分別為負(fù)序、零序、正序電流的幅值;

一比例系數(shù),通常取066.

19

1)系統(tǒng)振蕩時(shí)，/2=/。=0,濾過器不平衡輸出很小，人0判據(jù)不滿足，距離保護(hù)不開放。

2)保護(hù)范圍外短路，振蕩角5=18(尸、振蕩中心處于保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，如圖5-50所示，z

=0,

點(diǎn)為振蕩中心，Uz振蕩電流

E、,=EZ0°MNEA.=EZI800

p

為/=—,短路點(diǎn)〃短珞前振蕩

Z二

7

電壓上心。由疊加原理，

Z

即故障狀態(tài)為故障前負(fù)荷狀態(tài)與圖5-50振蕩角5=180。發(fā)生外部短路時(shí)的系統(tǒng)圖

短路引起附加狀態(tài)的疊加，兩相接地短路犬2。)時(shí)，根據(jù)對(duì)稱分量法可知:

短路點(diǎn)故障分量正序電流為

：二U”乙

(5-111)

V3(ZZJ(Z-ZJ-3(ZZJ(Z-ZJ

X----z--+----------z-Xz+2

22Z:22Z:

M母線保護(hù)安裝處故障分量正序電流為

(5-112)

婦2Zz內(nèi)

M母線保護(hù)安裝處正序電流為

(5-113)

為了便于分析，假設(shè)正序、負(fù)序、零序綜合等值阻抗均相等，則

“母線保護(hù)安裝處負(fù)序、零序電流為

z「ZkiZ.—Zk.1Z.—Zk-

07I&O=j'X"(5-114)

2乙N乙_乙N乙7

M母線保護(hù)安裝處有

(2.0)

囚+悶'

%=—<0.5(vZA<Z.)(5-115)

3ZUZ*]+34

IAinax

Zk

即聞+|小0第(5-116)

20

同理，對(duì)于單相接地短路K⑴和兩相短路K⑵可得出

2Z,2

片。抬",)(5-117)

3Z:+2Z42+3

max