距離保護3(2)全課件

3.5距離保護的振蕩閉鎖因電流保護、電壓保護和功率方向保護等一般都只用在電壓等級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，振蕩時保護誤動產(chǎn)生的后果也不會太嚴重，所以一般不需要采取振蕩閉鎖措施。距離保護一般用在較高電壓等級的電力系統(tǒng)，系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的可能性大，保護誤動造成的損失嚴重，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，兩側(cè)等效電動勢之間的夾角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)致測量阻抗進入動作區(qū)，出現(xiàn)誤動作。靜穩(wěn)破壞系統(tǒng)故障振蕩防止振蕩時保護誤動作的措施，稱為振蕩閉鎖并聯(lián)運行的電力系統(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)振蕩對距離保護測量元件的影響為了能對電力系統(tǒng)振蕩的物理過程進行明確而簡單的分析，同時又不影響結(jié)論的正確性，提出下列幾點假設(shè)：(1)將所研究系統(tǒng)按其電氣連接的特點簡化為一個具有雙側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)；(2)系統(tǒng)振蕩時，三相處于對稱狀態(tài)，因此可以只取一相進行分析;(3)系統(tǒng)振蕩時，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荷電流的影響。1、電力系統(tǒng)振蕩時電流、電壓的變化規(guī)律母線電壓：3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護測量元件的影響線路上任意一點的電壓相量的末端，落在△E直線上。3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護測量元件的影響1、電力系統(tǒng)振蕩時電流、電壓的變化規(guī)律振蕩時電流有效值變化曲線3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護測量元件的影響1、電力系統(tǒng)振蕩時電流、電壓的變化規(guī)律振蕩時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)振蕩對距離保護測量元件的影響1、電力系統(tǒng)振蕩時電流、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，電流和電壓都隨δ作周期變化，在系統(tǒng)中總有一點電壓最低，該點稱為振蕩中心相當(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)振蕩對距離保護測量元件的影響2、電力系統(tǒng)振蕩時測量阻抗的變化規(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)振蕩對距離保護測量元件的影響測量阻抗分成了兩部分：第一部分為保護安裝處到振蕩中心的線路阻抗，只與保護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)振蕩對距離保護測量元件的影響測量阻抗的變化軌跡δ=0°(+)時，測量阻抗位于復(fù)平面右側(cè)，值為無窮大；δ=180°時，測量阻抗最小，位于系統(tǒng)阻抗角方向上；δ=360°(-)時，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)振蕩對距離保護測量元件的影響當(dāng)兩側(cè)電動勢不相同時測量阻抗的變化軌跡保護安裝處M到振蕩中心的阻抗為。當(dāng)ρm

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

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

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

振蕩中心位于本線路范圍外時：測量阻抗不會落入距離I段的動作區(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，可能會動作。3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護測量元件的影響3、電力系統(tǒng)振蕩對距離保護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。動作特性曲線在與整定阻抗垂直方向的動作區(qū)越大時，受振蕩影響越大。3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護測量元件的影響3、電力系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響電力系統(tǒng)振蕩時，阻抗繼電器是否誤動作、誤動的時間長短與保護安裝位置、保護動作范圍、動作特性的形狀和振蕩周期長短有關(guān)保護安裝位置離振蕩中心越近、整定值越大、動作特性曲線在與整定阻抗垂直方向的動作區(qū)越大時，受振蕩影響越大。結(jié)論：3.5.3距離保護的振蕩閉鎖措施1、對振蕩閉鎖回路的要求系統(tǒng)振蕩而沒故障時，應(yīng)可靠將保護閉鎖。系統(tǒng)發(fā)生各種類型故障，保護不應(yīng)被閉鎖。在振蕩過程中發(fā)生故障時，保護應(yīng)能正確動作。先故障，且故障發(fā)生在保護范圍之外，而后振蕩，保護不能無選擇性動作。3.5.3距離保護的振蕩閉鎖措施2、振蕩閉鎖措施（1）短時開放保護，實現(xiàn)振蕩閉鎖系統(tǒng)沒有故障時：距離保護一直處于閉鎖狀態(tài)；系統(tǒng)發(fā)生故障時：短時開放距離保護允許保護出口跳閘，稱為短時開放。若在開放的時間內(nèi)，阻抗繼電器動作，說明故障點位于阻抗繼電器的動作范圍之內(nèi)，將故障線路跳開；若在開放的時間內(nèi)阻抗繼電器未動，則說明故障不在保護區(qū)內(nèi)，則重新將保護閉鎖。3.5.3距離保護的振蕩閉鎖措施系統(tǒng)正常運行或因靜態(tài)穩(wěn)定被破壞時：故障判斷元件和整組復(fù)歸元件都不動作，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器SW以及單穩(wěn)觸發(fā)器DW都不會動作。保護裝置的I段和II段被閉鎖，無論阻抗繼電器本身是否動作，保護都不可能動作跳閘。TDW稱為振蕩閉鎖的開放時間，或稱允許動作時間，它的選擇要兼顧兩個原則：(1)要保證在正向區(qū)內(nèi)故障時，I段保護有足夠的時間可靠跳閘，II段保護的測量元件能夠可靠起動并實現(xiàn)自保持，因而時間不能太短，一般不應(yīng)小于0.1s；(2)要保證在區(qū)外故障引起振蕩時，測量阻抗不會在故障后的TDW時間內(nèi)進入動作區(qū)，因而時間又不能太長，一般不應(yīng)大于0.3s。數(shù)字式保護中，一般取0.15s左右。3.5.3距離保護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)過一個延時動作，將SW復(fù)原，它與故障判斷元件、SW配合，保證在整個一次故障過程中，保護只開放一次。但是對于先振蕩后故障，保護也將被閉鎖，尚需要有再故障判別元件。

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

3.5.3距離保護的振蕩閉鎖措施ii.反映電流突變量的故障判斷元件依據(jù)：在系統(tǒng)正常或振蕩時電流變化比較緩慢，而在系統(tǒng)故障時電流會出現(xiàn)突變。3.5.3距離保護的振蕩閉鎖措施常用的故障判別元件：目前在微機保護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)量啟動元件判定為短路故障啟動機而進入故障處理程序后，可直接執(zhí)行距離保護動作判據(jù)的計算和處理，但此過程只短時開放一段時間（約150ms），在此期間允許在單獨滿足保護動作判據(jù)時（含延時）出口跳閘（如距離Ⅰ、Ⅱ段），短時開放時間到達后，無論起先判為內(nèi)部或外部故障均進入振蕩閉鎖模塊。而當(dāng)靜穩(wěn)失步啟動元件啟動后直接進入振蕩閉鎖模塊。進入振蕩閉鎖模塊后到整組復(fù)歸前，距離保護的行為一直受振蕩閉鎖邏輯的控制，此間必須同時滿足振蕩閉鎖開放條件和距離元件動作判據(jù)，才能允許出口跳閘3.5.3距離保護的振蕩閉鎖措施3.5.3距離保護的振蕩閉鎖措施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，測量阻抗由負荷阻抗突變?yōu)槎搪纷杩?；而在振蕩時，測量阻抗緩慢變?yōu)楸Ｗo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動作后先開放一個Δt的時間，若這段時間內(nèi)Z2動作，則開放保護，直到Z2返回；若Z2不動作，保護就不會被開放。它利用短路時阻抗的變化率較大，Z1、Z2的動作時間差小于Δt，短時開放。測量阻抗每次進入Z1的動作區(qū)后，都會開放一定時間。

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

3.5.3距離保護的振蕩閉鎖措施1、振蕩閉鎖措施（3）用動作的延時實現(xiàn)振蕩閉鎖電力系統(tǒng)振蕩時，距離保護的測量阻抗隨δ角的變化而不斷變化，當(dāng)變化到某個角度時，測量阻抗進入到阻抗繼電器的動作區(qū)，而當(dāng)δ角繼續(xù)變化到另個角度時，測量阻抗又從動作區(qū)移出，測量元件返回。對于按躲過最大負荷整定的III段阻抗繼電器，測量阻抗落入其動作區(qū)的時間一般不會超過1～1.5s，只要III段動作的延時時間大于1～1.5s，系統(tǒng)振蕩時III段保護就不會誤動作。3.5.3距離保護的振蕩閉鎖措施3、振蕩中再故障的判斷1）振蕩中又發(fā)生不對稱短路，重新開放保護的條件：3.5.3距離保護的振蕩閉鎖措施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，是一個標量。3.5.3距離保護的振蕩閉鎖措施

三相短路時：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)，基本不隨時間變化而變化。

系統(tǒng)振蕩時：

UcosФ近似為振蕩中心的電壓，當(dāng)δ在180°附近時，UcosФ很小，可能滿足判據(jù)；而δ為其他角度時，數(shù)值很大。即僅在較短時間內(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)配合小延時區(qū)分三相短路和振蕩！3.7距離保護特殊問題的分析短路點過渡電阻、線路串補電容、短路電壓電流中非工頻分量都會對距離保護產(chǎn)生影響。

本節(jié)重點分析短路點過渡電阻對距離保護的影響。3.7.1短路點過渡電阻對距離保護的影響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，短路點電流經(jīng)由相導(dǎo)線流入大地流回中性點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短路點過渡電阻對距離保護的影響2、單側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護的影響過渡電阻總是使測量阻抗變大，阻抗角變小，保護范圍縮短3.7.1短路點過渡電阻對距離保護的影響2、單側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護的影響設(shè)BC線路始端經(jīng)過渡電阻短路當(dāng)Rg較大時，可能出現(xiàn)Zm2已超出保護2第Ⅰ段整定的特性圓范圍，而Zm1仍位于保護1第Ⅱ段整定的特性圓范圍以內(nèi)。此時保護1和保護2將同時以第Ⅱ段的時限動作，因而失去了選擇性。

3.7.1短路點過渡電阻對距離保護的影響2、單側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護的影響結(jié)論:保護裝置距短路點越近時，受過渡電阻的影響越大，同時保護裝置的整定值越小(相當(dāng)于被保護線路越短），受過渡電阻的影響也越大3.7.1短路點過渡電阻對距離保護的影響3、雙側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護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短路點過渡電阻對距離保護的影響3、雙側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護的影響（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，保護不應(yīng)該動作，但由于測量阻抗的變小，使得保護誤動作的現(xiàn)象。3.7.1短路點過渡電阻對距離保護的影響3、雙側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護的影響（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短路點過渡電阻對距離保護的影響3、雙側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護的影響系統(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短路點過渡電阻對距離保護的影響3、雙側(cè)電源線路上過渡電阻對距離保護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短路點過渡電阻對距離保護的影響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的測量元件動作特性，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前面所講的電流、方向保護和距離保護等，都是以保護安裝處故障后的全電壓和全電流作為保護的測量電壓和電流。

以工頻故障分量距離保護為例，說明工頻分量在繼電保護中的應(yīng)用

3.8.1工頻故障分量的概念電力系統(tǒng)在k點發(fā)生金屬性短路，故障點電壓降為0，這時的系統(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的運行狀態(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，相當(dāng)于故障附加狀態(tài)突然接入，此時的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行方式和運行狀態(tài)下系統(tǒng)故障時，保護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算方法：即：從保護安裝處的全電壓、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。在微機保護中，用當(dāng)前采樣值減去幾個周波前的采樣值。

只能短時獲得故障分量！！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：(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)故障點的故障分量電壓最大，系統(tǒng)中性點的故障分量電壓為0；3.8.1工頻故障分量的概念故障分量的特點：(3)保護安裝處的故障分量電壓電流間位關(guān)系由保護安裝處到背側(cè)系統(tǒng)中性點間的阻抗決定，且不受系統(tǒng)電動勢和短路點過渡電阻的影響。3.8.1工頻故障分量的概念故障分量的特點：(4)故障分量獨立于非故障狀態(tài)，但仍受非故障狀態(tài)運行方式的影響。3.8.2工頻故障分量距離保護的工作原理保護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又稱為工頻變化量距離保護，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。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的工作原理(1)正向區(qū)內(nèi)k1點短