第3章电网的距离保护.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 电网的距离保护,第一节 距离保护的基本原理,基本工作原理,距离保护的时限特性,距离保护的主要组成元件,第二节 阻抗继电器,阻抗继电器的基本原则,利用复数平面分析圆或直线特性阻抗继电器,具有四边形特性的阻抗继电器,第三节 阻抗继电器的接线方式,对接线方式的基本要求,相间短路阻抗继电器的 接线方式,接地短路阻抗继电器的接线方式,第四节 距离保护的整定计算,距离保护的整定计算原则,对距离保护的评价,第五节 影响距离保护正确动作的因素及其对策,短路点过渡电阻对距离保护的影响,电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路,3.1.1,基本工作原理,3.1,距离保护的基本原理,电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但它们的灵敏性受系统运行方式变化的影响较大，特别是在重负荷、长距离、电压等级高的复杂网络中，很难满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求，为此，必须采用性能更加完善的保护装置，因而就引入了,“,距离保护,”,。,距离保护是反映故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置,。,该装置的主要元件为距离（阻抗）继电器，它可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为阻抗继电器的测量阻抗。其主要特点是：短路点距离保护安装点越近，其测量阻抗越小；相反地，短路点距离保护安装点越远，其测量阻抗越大，动作时间就越长。这样就可保证有选择地切除故障线路。,图,3.1,距离保护的基本原理,3.1.2,距离保护的时限特性,距离保护的动作时间与保护安装地点至短路点之间距离的关系 ，称为距离保护的时限特性。为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛应用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，如图,3.1(b),所示，并分别称为距离保护的,、,、,段。,距离保护的第,段是瞬时动作的，,t,1,是保护本身的固有动作时间。对保护,1,的第,段整定值应为：,启动回路启动回路主要由启动元件组成。启动元件可由过电流继电器、低阻抗继电器或反应于负序和零序电流的继电器构成。具体选用哪一种，应由被保护线路的情况确定。,测量回路测量回路的,段和,段由阻抗继电器 组成，而第,段由测量阻抗继电器 组成。测量回路是测量短路点到保护安装处的距离，用以判断故障处于哪一段保护范围。,逻辑回路逻辑回路主要由门电路和时间电路组成。门电路包括与门和或门，时间电路主要由 两个时间继电器构成。时间继电器的主要作用是按照故障点到保护安装地点的远近，根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保护动作的选择性。,其他部分辅助相电流元件：接于相电流，作为辅助启动元件之用。重合闸后加速回路：瞬时加速,段或,段。执行元件：出口、信号、切换等其他功能。,3.2,阻抗继电器,阻抗继电器可按以下不同方法分类：根据其构造原理的不同，分为电磁型、感应型、整流型、晶体管型、集成电路型和微机型等。根据其比较原理的不同，分为幅值比较式和相位比较式两大类。根据其输入量的不同，分为单相式和多相式两种。所谓单相式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电压（可以是相电压或线电压）和一个电流,(,可以是相电流或两相电流之差,),的阻抗继电器。电压和电流的比值称为继电器的测量阻抗,Z,。,多相补偿式阻抗继电器是一种多相式继电器，加入继电器的是几个相的电流和几个相的补偿后电压，它的主要优点是可反映不同相别组合的相间或接地短路，但由于加入继电器的不是单一的电压和电流，因此就不能利用测量阻抗的概念来分析它的特性，而必须结合给定的系统、给定的短路点和给定的故障类型对其动作特性进行具体分析。,阻抗复平面分析法是最常用、最简捷直观的方法，它需要经过以下步骤：阻抗继电器在阻抗复平面上的动作特性（可从动作条件判别式取等号求得）。继电器的测量阻抗,Z,r,沿一定的轨迹变化而使继电器始终处于临界动作状态时，这一轨迹便称为继电器的动作特性。求出阻抗继电器在各种运行情况下感受到的阻抗（测量阻抗,Z,r,）。按动作条件判别式在阻抗平面上分析它们是否满足该式，从而决定其是否动作。,对于单相式阻抗继电器，其动作特性可用单一变量即继电器的测量阻抗,Z,r,的函数来分析，并在复阻抗平面上用一定的曲线来表示。,图,3.3,在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性,(a,）网络接线；,(b,）被保护线路的测量阻抗及动作特性,由于阻抗继电器都是接于电流互感器和电压互感器的二次侧，其测量阻抗与系统一次侧的阻抗之间存在下列关系,；,如果保护装置的一次侧整定阻抗经计算以后为 ，继电器的整定阻抗应该为：,3.2.1,阻抗继电器的基本原则,3.2.2,利用复数平面分析圆或直线特性阻抗继电器,(1),全阻抗继电器,全阻抗继电器的特性是以,B,点（继电器安装点）为圆心，以整定阻抗为半径所作的一个圆，如图,3.4,所示。当测量阻抗,Z,r,位于圆内时继电器动作，即圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，对应此时的阻抗就是继电器的启动阻抗。由于这种特性是以原点为圆心而作的圆，因此，不论加入继电器的电压与电流之间的角度为多大，继电器的启动阻抗在数值上都等于整定阻抗。具有这种动作特性的继电器称为全阻抗继电器，它没有方向性。,幅值比较方式如图,3.4(a,）所示，当测量阻抗,Z,r,位于圆内时，继电器能够启动，其启动的条件可用阻抗的幅值来表示，即,式中：,Z,set,继电器整定阻抗。,上式两端乘以电流，变成为：,相位比较方式全阻抗继电器的动作特性如图,3.4(b),所示，当测量阻抗,Z,r,位于圆周上时，相量（,Z,r,+Z,set,）超前于（,Z,r,-Z,set,）的角度 ，而当,Z,r,位于圆内时，；,Z,r,位于圆外时，如图,3.5(a,）和（,b,）所示。因此，继电器的启动条件即可表示为：,将两个相量均以电流乘之，即可得到可比较其相位的两个电压，继电器的启动条件可表示为：,图,3.4,全阻抗继电器的动作特性,(a,）幅值比较式；,(b,）相位比较式,图,3.5,相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性,(a,）测量阻抗在圆内；,(b,）测量阻抗在圆外,一般称 为极化电压，为补偿电压。,上述动作条件也可表示为：,幅值比较方式与相位比较方式之间的关系，可以从图,3.4,和图,3.5,所示几种情况的分析得出。由平行四边形和菱形的定则可知，如用比较幅值的两个相量组成平行四边形，则相位比较的两个相量就是该平行四边形的两个对角线，三种情况下的关系如图,3.6,所示。,图,3.6,幅值比较与相位比较之间的关系,a.,当 时，如图,3.6(a),所示，由这两个相量组成的平行四边形是一个菱形，因此，其两个对角线互相垂直，正是继电器刚好启动的条件。,b.,当 时，如图,3.6(b),所示，之间的角度 ，继电器能够动作。,c.,当 时，如图,3.6(c),所示，之间的角度 ，继电器不动作。,一般而言，设以 表示比较幅值的两个电压，,且当 时，继电器启动；又以 表示比较,相位的两个电压，当 时，继电器启动，,则它们之间的关系符合下式：,必须注意：,它只适用于 为同一频率的正弦交流量；,只适用于相位比较方式动作范围为 和幅值比较方式，且动作条件为 的情况；,对短路暂态过程中出现的非周期分量和谐波分量，以上转换关系显然是不成立的。因此，不同比较方式构成的继电器受暂态过程的影响不同。,于是，已知 时，可以直接求出 ；反之，如已知 ，也可以利用上式求出 。,由此可见，幅值比较原理与相位比较原理之间具有互换性。,方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗,Z,set,为直径而通过坐标原点的一个圆，如图,3.7,所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。当加入继电器的电压和电流之间的相位差为不同数值时，此种继电器的启动阻抗也将随之改变。当,电压和电流之间的,相位差等于整定阻抗的阻抗角时，继电器的启动阻抗达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏。因此，这个角称为继电器的最大灵敏角，用 表示。当保护范围内部故障时，（为被保护线路的阻抗角），因此，应该调整继电器的最大灵敏角，使 ，以便继电器工作在最灵敏的条件下。,(2),方向阻抗继电器,图,3.7,方向阻抗继电器的动作特性,(a,）幅值比较式的分析；,(b,）相位比较式的分析,当反方向发生短路时，测量阻抗,Z,r,位于第三象限，继电器不能动作，因此，它本身就具有方向性，故称之为方向阻抗继电器。方向阻抗继电器也可由幅值比较或相位比较的方式构成，现分别讨论如下：,用幅值比较方式分析：,等式两端均以电流乘之，即变为两个电压的幅值的比较：,用相位比较方式分析，如图,3.7(b),所示，当,Z,r,位于圆周上时，阻抗,Z,r,与,(Z,r,Z,set,）之间的相位差为,90,度，类似于对全阻抗继电器的分析，同样可以证明，是继电器能够启动的条件。,将,Z,r,与（,Z,r,Z,set,）均以电流乘之，即可得到比较相位的两个电压分别为：,称为极化电压，称为补偿电压。,偏移特性阻抗继电器的特性是当正方向的整定阻抗为,Z,set,时，同时，向反方向偏移一个 ，继电器的动作特性如图,3.8,所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。圆的直径为 ，圆心的坐标为,，圆的半径为：,(3),偏移特性的阻抗继电器,图,3.8,具有偏移特性的阻抗继电器,(a,）幅值比较式的分析；,(b,）相位比较式的分析,用幅值比较方式分析，如图,3.8(a),所示，继电器能够启动的条件为：,或等式两端均以电流乘之，即变为如下两个电压的幅值的比较：,用相位比较方式的分析，如图,3.8(b),所示，当,Zr,位于圆周上时，相量 之间的相位差为 ，同样可以证明，也是继电器能够启动的条件。,将 均以电流乘之，即可得到用以比较其相位的两个电压为,Zr:,继电器的测量阻抗，由加入继电器中电压,Ur,与电流,Ir,的比值确定，,Zset:,继电器的整定阻抗，一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗。对全阻抗继电器而言，就是圆的半径；对方向阻抗继电器而言，就是在最大灵敏角方向上的圆的直径；而对偏移特性阻抗继电器，则是最大灵敏角方向上由原点到圆周上的长度。,Zop.r:,继电器的启动阻抗，它表示当继电器刚好动作时，加入继电器中电压,Ur,与电流,Ir,的比值，除全阻抗继电器以外，,Zop.r,是随着 的不同而改变的，,（,4,）功率方向继电器,继电器能够动作的条件可表示为：,两个电压的幅值的比较,相位比较方式来分析功率方向继电器的特性：只要,之间的角度位于 之间，就是它能够动作的条件。,为在最大灵敏角的方向上任取的两个相量。,相位比较的两个电压为：,图,3.9,功率方向继电器的动作特性,（,5,）具有直线特性的继电器,图,3.10,具有直线特性的继电器,幅值比较，继电器能够启动的条件为：,电压幅值比较为：,比较其相位的两个电压为,以上分析中均采用动作的角度范围为 ，在复数平面上获得的是圆或直线的特性。如果使动作范围小,于 ，例如采用 ，则圆特性,的方向阻抗继电器将变成透镜形特性的阻抗继电器，如图,3.11(a),所示。而直线特性的功率方向继电器的动作范围则变为一个小于 的折线，如图,3.11(b),所示。,（,6,）动作角度范围变化对继电器特性的影响,图,3.11,时的动作特性,(a,）方向阻抗继电器；,(b,）功率方向继电器,各种圆或直线特性的继电器均可用极化电压 与补偿电压 进行比相而构成。,当保护范围外部故障时，则 同相位；,当保护范围末端故障时，则 ，继电器应处于临界动作的条件；,当保护范围内部故障时，则 相位差 。,(7),继电器的极化电压和补偿电压,为了判别 相位的变化，必须有一个参考相量作为基准，这就是所采用的极化电压 ，可以认为不同特性的阻抗继电器的区别只是在于所选的极化电压 不同。,当以母线电压 作为极化量时，可得到具有方向性的圆特性（图,3.7,）阻抗继电器或直线特性的功率方向（图,3.9,）继电器。当保护安装处出口短路时，继电器将因失去极化电压而不能动作，从而出现电压死区；,当以电流 作为极化量时，可得到动作特性为包括原点在内的各种直线，如图,3.10,所示，这些直线特性的继电器没有方向性，在反方向短路时均能够动作；,当以 的复合电压（例如 ）作为极化量时，则得到偏移特性的阻抗继电器，而偏移的程度则取决于 ，即 所占的比重。,继电器的动作特性在复数阻抗平面上可以是各种形状的四边形，四边形以内为继电器的动作区，四边形以外为不动作区，如图,3.12,所示。图中折线,A-O-C,这段特性广泛采用动作范围小于,180,度的功率方向继电器来实现，如图,3.11,（,b,）所示。直线,AB,是一个电抗型继电器的特性曲线，通常使其特性曲线下倾 ，以防区外故障时出现超越，引起误动，如图,3.10(c,）所示。直线,BC,属电阻型继电器特性，它与,R,轴的夹角通常取为,70,度，可参照图,3.10(b,）的方法构成。将上述三个特性的继电器组成与门输出，即可获得图,3.12,的四边形特性。,3.2.3,具有四边形特性的阻抗继电器,图,3.12,四边形阻抗继电器,在上述三个电压中，当任何两个相邻电压之间的相位差均小于,180,度时动作，而大于,180,度则不动作，即可满足以上分析的要求。,图,3.13,对两个边折线的分析,(a,）折线的构成；,(b)Z,r,位于动作范围内；,(c)Z,r,位于动作范围外,图,3.14,连续式相位比较回路原理接线图,在无输入信号时，,V,1,导通，由,R,2,、,C,1,和稳压管,V,dz,组成的延时（,20ms,）回路不能启动，,V,2,截止，输出电压为,E,，表示继电器不动作，图中所绘三极管的工作状态即属这种情况。,当 之间的相位关系符合继电器应该启动的条件时，如图,3.15(a),所示，在工频一个周期的任何时间内三个电压的瞬时值中，至少总有一个是负的。因此，通过二极管,V,d1,-V,d3,所组成的或门，使,a,点电位始终为负，三极管,V,1,截止，,C,1,通过,R,2,充电，经,20ms,延时以后，稳压管,V,dz,击穿，,V,2,导通，输出电压变为,0V,，即表示继电器动作。,当 之间的相位关系属于继电器不应该动作的条件时，如图,3.15(b),所示，在工频一个周期的时间里，总有某一段时间,t,是三个电压的瞬时值同时为正，也就是电压波形为负的连续性出现了间断，在这个间断的时间里，,V,1,就要导通，,20ms,延时回路立即返回，,V,2,就不能导通。由于在每个工频周期中均将出现一次,V1,导通的情况，故,V2,也就永远不能导通。,将折线,A-O-C,的特性与折线,A-B-C,的特性组成与门，当测量阻抗同时位于两组折线以内时，与门有输出，即表示继电器动作。,图,3.15,连续式相位比较回路工作原理的分析,(a,）内部故障；,(b,）外部故障,3.3,阻抗继电器的接线方式,3.3.1,对接线方式的基本要求,继电器的测量阻抗正比于短路点到保护安装地点之间的距离；,继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化。,表,3,。,1,3.3.2,相间短路阻抗继电器的 接线方式,（,1,）三相短路,设短路点至保护安装地点之间的距离为,L km,，线路每千米的正序阻抗为,Z1,欧姆，则保护安装地点的电压应为：,图,3.16,三相短路时测量阻抗的分析,(2),两相短路,继电器,Z,r,的测量阻抗为,图,3.17 A,、,B,两相短路时测量阻抗的分析,（,3,）中性点直接接地电网中的两相接地短路,图,3.18 A,、,B,两相接地短路时测量阻抗的分析,设用,Z,1,表示输电线每千米的自感阻抗，,Z,m,表示每千米的互感阻抗，则保护安装地点的故障相电压应为：,继电器,r1,的测量阻抗为,在单相接地时，只有故障相的电压降低，电流增大，而任何相间电压都是很高的，因此，应该将故障相的电压和电流加入继电器中。将故障点的电压和电流分解为对称分量,保护安装地点母线上各对称分量的电压,3.3.3,接地短路阻抗继电器的接线方式,保护安装地点母线上的,A,相电压,继电器的测量阻抗为,继电器不能准确地测量从短路点到保护安装地点之间的阻抗，因此，不能采用。,为了使继电器的测量阻抗在单相接地时不受零序电流的影响，根据以上分析的结果，就应该给阻抗继电器加入如下的电压和电流：,一般可近似认为零序阻抗角和正序阻抗角相等，因而,k,是一个实数。继电器的测量阻抗即是：,（,1,）距离保护第,段的整定,一般按躲开下一条线路出口处短路的原则来确定，按式,(3.1,）和式（,3.2,）计算，在一般线路上，可靠系数取,0.8,。,（,2,）距离保护第,段的整定,如图,3.19,所示，应按以下两点原则来确定：与相邻线距离保护第,段相配合，参照式（,3.3,）的原则，并考虑分支系数的影响，可采用下式进行计算：,式中，可靠系数,K,rel,一般采用,0.8;K,b,应采用当保护,1,第,I,段末端短路时，可能出现的最小数值。,3.4,距离保护的整定计算,3.4.1,距离保护的整定计算原则,例如，在图,3.19,所示具有助增电流的影响时，在,K,点短路时变电所,A,距离保护,2,的测量阻抗为：,由于分支系数的存在，与无分支的情况相比，将使保护,2,处的测量阻抗变化,。,躲开线路末端变电所变压器低压侧出口处,(,图,3.19,中,K1,点）短路时的阻抗值，设变压器的阻抗为,ZT,，则启动阻抗应整定为：,式中，与变压器配合时的可靠系数，考虑到,ZT,的误差较大，一般采用,K,rel,=0.7,；分支系数则应采用当,K,点短路时可能出现的最小数值。计算后，应取以上两式中数值较小的一个。此时，距离,段的动作时限应与相邻线路的,段相配合，一般取为,0.5s,。校验距离,段在本线路末端短路时的灵敏系数。由于是反应于数值下降而动作，其灵敏系数为：,对于距离,段，在本线路末端短路时，灵敏系数为：,一般要求 。当校验灵敏系数不能满足要求时，应进一步延伸保护范围，使之与下一条线路的距离,段配合，时限整定为,1-1.2s,，考虑原则与限时电流速断保护相同。,图,3.19,选择整定阻抗的网络接线,当第,段采用阻抗继电器时，其启动阻抗一般按躲开最小负荷阻抗来整定，,式中，可靠系数,K,rel,、自启动系数,K,st,和返回系数,K,re,均为大于,1,的数值。继电器的启动阻抗为：,(3,）距离保护第,段的整定,当距离保护第,段采用全阻抗继电器时，由于它的启动阻抗与角度无关，因此，以式（,3.40,）的计算结果为半径作圆，此圆即为它的动作特性，如图,3.20,中的圆,1,所示。如果保护第,段采用方向阻抗继电器，在整定其动作特性圆时，尚需考虑其启动阻抗随角度变化关系，以及正常运行时负荷潮流和功率因数的变化，以确定适当的数值。例如，选择继电器的 ，则圆的直径即,段整定阻抗为：,图,3.20,第,段启动阻抗的整定,图,3.21,复合特性的阻抗继电器,距离,段作为远后备保护时，其灵敏系数应按相邻元件末端短路的条件来校验，并考虑分支系数为最大的运行方式；当作为近后备保护时，则按本线路末端短路的条件来校验。,近后备：,远后备：,(4,）阻抗继电器的精确工作电流的校验,所谓精确工作电流，,就是指当继电器的输入电流等于精确工作电流时，继电器的启动阻抗等于,0.9,倍的整定阻抗，即比整定阻抗值缩小了,10%,。,在距离保护的整定计算中，应分别按各段保护范围末端短路电流校验各段阻抗继电器的精确工作电流，按照要求，此最小短路电流与继电器精确工作电流之比应为,1.5,以上。,3.4.2,对距离保护的评价,根据距离保护的工作原理，它可以在多电源的复杂网络中保证动作的选择性。,距离,段是瞬时动作的，但是它只能保护线路全长,80,一,85%,，因此，两端合起来就使得在,30,一,40,的线路长度内的故障不能从两端瞬时切除，在一端须经,0.5s,的延时才能切除。在,220kV,及以上电压的网络中，有时候这不能满足电力系统稳定运行的要求，因而，不能作为主保护来应用。,由于阻抗继电器同时反应于电压的降低和电流的增大而动作，因此，距离保护较电流、电压保护具有较高的灵敏度。此外，距离,段的保护范围不受系统运行方式变化的影响，其他两段受到的影响也比较小，因此，保护范围比较稳定。,由于距离保护中采用了复杂的阻抗继电器和大量的辅助继电器，再加上各种必要的闭锁装置，因此，接线复杂，可靠性比电流保护低，这也是它的主要缺点。,3.5.1,短路点过渡电阻对距离保护的影响,（,1,）短路点过渡电阻的性质,电弧电阻,目前我国对,500kV,线路接地短路的最大过渡电阻按,300,欧估计，对于,220kV,线路，则按,100,欧估计。,3.5,影响距离保护正确动作的因素及其对策,图,3.22,架空输电线路短路时产生的电弧,(a,）电弧电阻随时间变化曲线；,(b,）经电弧短路时电弧上电流、电压的波形,(2,）单侧电源线路上过渡电阻的影响,如图,3.23,所示，短路点的过渡电阻,R,g,总是使继电器的测量阻抗增大，使保护范围缩短。由于过渡电阻对不同安装地点的保护影响不同，因而在某种情况下，可能导致保护无选择性动作。,图,3.23,单侧电源线路经过渡电阻,R,g,短路的等效图,图,3.24,过渡电阻对不同安装地点距离保护影响的分析,(3,）双侧电源线路上过渡电阻的影响,在如图,3.25,所示的双侧电源线路上，短路点的过渡电阻还可能使某些保护的测量阻抗减小。,则保护,1,和,2,的测量阻抗为：,此处，表示 超前于 的角度。当 为正时，测量阻抗的,电抗部分增大；而当 为负时，测量阻抗的电抗部分减小。在,后一种情况下，也可能引起某些保护的无选择性动作,。,图,3.25,双侧电源通过,Rg,的接线图,（,4,）过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响,一般来说，阻抗继电器的动作特性在,+R,轴方向所占的面积越大，则受过渡电阻的影响越小。,目前防止过渡电阻影响的方法有：,一种方法是根据图,3.26,分析所得的结论，采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，可防止过渡电阻对继电器工作的影响。见,图,3.27,。,另一种方法是利用所谓瞬时测量装置来固定阻抗继电器的动作。,见图,3.28,。,图,3.26,过渡电阻对不动作特性阻抗元件影响的比较,(a,）网络接线；,(b,）对影响的比较,图,3.27,可减小过渡电阻影响的动作特性,(a),多边形动作特性；,(b),既允许有较大过渡电阻又能防止负荷,阻抗较小时误动的动作特性；,(c),圆与四边形组合的动作特性,图,3.28,瞬时测量装置的原理接线图,1,一保护装置的启动元件（或第,段）,;,2,一第,段阻抗元件；,3,一瞬时测量的中间继电器；,4,一第,段时间元件,3.5.2,电力系统振荡对距离保护的影响及振荡闭锁回路,(1),电力系统振荡时电压电流的分布,电力系统中由于输电线路输送功率过大，超过静稳定极限，由于无功功率不足而引起系统电压降低，或由于短路故障切除缓慢，或由于非同期自动重合闸不成功，这些因素都可能引起系统振荡。,图,3.29,两侧电源系统中的振荡,图,3.29(a,）为一两机系统接线图，图上给出系统和线路的参数以及电压电流的假定正方向。如以电势 为参考，使其相位角为零，则 。在系统振荡时，可认为,N,侧系统等值电势,围 旋转或摆动，因而 落后于 之角度占在,0,360,之间变化。,由,M,侧流向,N,侧的电流 为：,此电流滞后于电势差 的角度为系统总阻抗角,:,在振荡时，系统中性点电位仍保持为零，故线路两侧母线的电压 和 为：,对于在系统振荡状态下的电流，仍以图,3.29(a,）的两机系统为例。式（,3.45,）为振荡电流随振荡角度 而变化的关系式。,令,表示两侧系统电势幅值之比，则,或,由此可知，振荡电流的幅值与相位都与振荡角度 有关。只有当 恒定不变时，和 为常数，振荡电流才是纯正弦函数。如图,3.30(a,）所示为振荡电流幅值随 的变化。当 为 的偶数倍时，,I,M,最小。当 为 的奇数倍时，,I,M,最大。,设以 为参考相量，则,图,3.30,电力系统振荡时电流电压的变化,对于系统各元件的阻抗角皆相同、振荡角度,=180,的特殊情况，系统各点的电压值可用图,3.30(b,）的图解法求出。因阻抗角都相同，任意两点间的电压降正比于两点间阻抗的大小 在图,3.30(b),中，使线段,OM,、,MN,和,NO,正比于,ZM,、,ZL,和,ZN,。垂直向上，垂直向下，两者相差,180,。连接 和 端点的直线即为系统各点的电压分布线。线段,Mm,和,Nn,的长度按电压标尺等于,M,和,N,点的电压 和 。,Z,为,=180,时系统的振荡中心，其电压等于零。其他各点的电压也可用同样方法求得。图,3.30(c,）为,M,、,N,和,Z,点电压幅值随 变化的典型曲线。对于系统各部分阻抗角不同的一般情况，也可用类似的图解法进行分析。,(2,）电力系统振荡对距离保护的影响,图,3.31,分析系统振荡用的系统接线图,此处，代表系统总的纵向正序阻抗。,M,点的母线电压为：,因此，安装于,M,点阻抗继电器的测量阻抗为：,当系统振荡时，按式（,3.45),，振荡电流为：,将此继电器测量阻抗随 变化的关系，画在保护安装地点上，当全系统所有阻抗角相同时，即可由图,3.32,证明,将在 的垂直平分线 上移动。,在近似计算中，假定,h=1,，系统和线路的阻抗角相同，则继电器测量阻抗随 的变化关系为：,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,3.2,所示。将后一相量的端点与,M,连接即得 。,图,3.32,系统振荡时测量阻抗的变化,表,3.2,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，如图,3.33,所示，当,m=1/2,时，直线簇与,+jX,轴相交，相当于图,3.33,所分析的情况，此时，振荡中心位于保护范围的正方向；而当,m,1/2,时，直线簇与,+jX,轴相交，相当于图,3.32,所分析的情况，此时，振荡中心位于保护范围的正方向；而当,m,1/2,时，直线簇则与,-jX,相交，振荡中心将位于保护范围的反方向。,在系统振荡时，为了求出不同安装地点距离保护测量阻抗变化的规律，在式（,3.57,）中，可令,Z,X,代替,Z,M,，并假定,m=Z,X,/Z,m,为小于,1,的变数，则式（,3.57,）可改写为：,图,3.33,系统振荡时，不同安装地点距离保护测量阻抗的变化,当两侧系统的电势,E,M,E,N,，即,h,1,时，继电器测量阻抗的变化将具有更复杂的形式。按照式（,3.56,）进行分析的结果表明，此复杂函数的轨迹应是位于直线 某一侧的一个圆，如图,3.34,所示。当,h,1,时，为位于 上面的圆周,l,；而当,h,l,时，则为下面的圆周,2,。在这种情况下，当,0,时，由于两侧电势不相等而产生一个环流，因此，测量阻抗不等于,而是一个位于圆周上的有限数值。,图,3.34,当,h,l,时测量阻抗的变化,系统振荡时距离保护所受到的影响分析,如仍以变电所,M,处的距离保护为例，其距离,I,段启动阻抗整定为,0.85Z,L,，在图,3.35,中以长度,MA,表示，由此可以绘出各种继电器的动作特性曲线，其中曲线,1,为方向透镜电器特性，曲线,2,为方向阻抗继电器特性，曲线,3,为全阻抗继电器特性。当系统振荡时，测量阻抗的变化如图,3.32,所示（采用,h=1,的情况），找出各种动作特性与直线 的交点，其所对应的角度为 和 ，则在这两个交点的范围以内继电器的测量阻抗均位于动作特性圆内，因此，继电器就要启动，也就是说，在这段范围内，距离保护受振荡的影响可能误动作。由图中可见，在同样整定值的条件下，全阻抗继电器受振荡的影响最大，而透镜型继电器所受的影响最小。一般而言，继电器的动作特性在阻抗平面上沿 方向所占的面积越大，受振荡的影响就越大。,图,3.35,系统振荡时,M,变电所测量阻抗的变化图,对于在系统振荡时可能误动作的保护装置，应该装设专门的振荡闭锁回路，以防止系统振荡时误动。,电力系统发生振荡和短路时的主要区别如下：,振荡时，电流和各点电压的幅值均作周期性变化，只在,=180,时才出现最严重的现象；而短路后，短路电流和各点电压的值，当不计其衰减时，是不变的。此外，振荡时电流和各点电压幅值的变化速度较慢，而短路时电流是突然增大，电压也突然降低，变化速度很快。,(3,）振荡闭锁回路,振荡时，任一点电流与电压之间的相位关系都随,的变化而改变；而短路时，电流和电压之间的相位是不变的。,振荡时，三相完全对称，电力系统中没有负序分量出现；而当短路时，总要长期（在不对称短路过程中）或瞬间（在三相短路开始时）出现负序分量。,振荡时，测量阻抗的电阻分量变化较大，变化速率取决于振荡周期；而短路时，测时阻抗的电阻分量虽然因弧光放电而略有变化，但分析计算表明其电弧电阻变化率远小于振荡所对应的电阻的变化率。,振荡闭锁回路从原理上可分为两种：,一种是利用负序分量（或增量）的出现与否来实现；,一种是利用电流、电压或测量阻抗变化速度的不同来实现。,构成振荡闭锁回路时应满足以下基本要求：,系统发生振荡而没有故障时，应可靠地将保护闭锁，且振荡不停息，闭锁不应解除。,系统发生各种类型的故障（包括转换性故障），保护应不被闭锁而能可靠地动作。,在振荡的过程中发生故障时，保护应能正确地动作。先故障而后又发生振荡时，保护不致无选择性的动作。,两种原理的振荡闭锁回路举例简介：,l,）利用负序（和零序）分量元件启动的振荡闭锁回路,负序电压过滤器：,用以从三相不对称电压中取出其负序分量的回路称为负序电压过滤器。由两个电阻一电容阻抗臂构成的负序电压过滤器的原理接线如图,3.36,所示。当在其输入为此就必须在考虑过滤器的接线时，使正序和零序电压没有输出。在三相电压中，零序电压大小相等相位相同，因此，在线电压中没有零序电压分量。在输入端采用线电压，就可以消除零序电压的影响，使它不可能在输出端出现。正序分量线电压 、是沿着顺时针的方向依次落后,120,。因此，如果能用一个移相电路，例如，使 向超前方向移动,30,，再使 向滞后方向移动,30,，然后将两者相加，则输出电压就等于零，也就是用此方法能消除正序电压的影响。,图,3.36,负序电压过滤器原理接线图,选择两臂参数的关系为：,则当输入端有正序电压加入时，其相量图如图,3.37(a,）所示，在,mn,端的输出电压为：,当输入端有负序电压加入时，其相量图如图,3.37(b,）所示，由于负序线电压的相位关系和正序电压相反，因此，在,mn,端的空载输出电压为：,当过滤器输入端加入三相正序电压时，实际上在输出端也会有一个不平衡电压 ，的输出，产生 的原因是由于各元件的实际阻抗值与计算值有所偏差，因而不能完全消掉正序电压的影响。,当系统中出现五次谐波分量的电压时，由于它的相位关系和负序分量相似，因此，也会在输出端有电压输出，可能引起保护装置的误动作。必要时可在输出端加装五次谐波滤波器以消除其影响。顺便指出，根据对称分量的基本原理，只要将引入负序电压过滤器的三相端子中的任意两个调换一下，即可得到正序电压过滤器。,图,3.37,负序电压过滤器相量图,(a,）加入正序电压；,(b,）加入负序电压,负序电流过滤器：,用以从三相对称电流中取出其负序分量的回路称为负序电流过滤器。构成负序电流过滤器时，应设法消除正序和零序电流的影响，只输出与负序电流成正比的电压。目前常用的一种负序电流过滤器的原理接线如图,3.38,所示，主要由电抗互感器,DKB,和中间变流器,LB,组成。,DKB,的原边有两个匝数相同的绕组，分别加入电流 和,，副边的开路电压与所加电流成正比，且相位超前电流,90,，可用 表示。,LB,的原边也有两个绕组，其中,W,1,加入电流 ，另一个,1/3W,1,中加入电流 。设,LB,的变比为,n,1,，,则其副边电流为 。根据图,3.37,的接线，在,mn,端子上的输出电压可表示为：,图,3.38,负序电流过滤器原理接线图,当输入端加入正序电流时，其相量图如图,3.39(a,）所示，输出电压为：,如果选取参数为 ，则 也就是可以消除正序电流的影响。,当只有零序电流输人时，因 ，因此，在,DKB,和,LB,原边的安匝互相抵消，即 。如果只输入负序电流时，如图,3.39(b,）所示，输出电压为：,图,3.39,负序电流过滤器的相量图,(a,）加入正序电流；,(b,）加入负序电流,如果在参数选择时，使 ，则当只有正序分量时，输出电压为 只有负序分量时，输出,电压为 。当同时存在有正序和负序分量时，则输出电压为：,就是一个 的复合电流过滤器，式中，,K,1,，,K,2,为比例常数。,集成电路型对称分量过滤器。,利用负序（或零序）电流增量元件启动的振荡闭锁回路：,可以利用短路时出现的负序或零序电流分量启动振荡闭锁回路，也可以利用这些分量的增量或突变量来完成这一任务。,图,3.40,产生负序和零序电流增量原理图,2,）反映测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路,在三段式距离保护中，当其,I,、,段采用方向阻抗继电器，其,段采用偏移特性阻抗继电器时，如图,3.41,所示，根据其定值的配合，必然存在着,Z,Z,Z,的关系可利用振荡时各段动作时间不同的特点构成振荡闭锁。,图,3.41,三段式距离保护的动作特性,实现振荡闭锁回路的基本原则：,当,Z,Z,。同时启动时，允许动作于,Z,Z,跳闸，而当,Z,先启动，经,t,。,延时后，,Z,、,Z,才启动时，则把,Z,和,Z,闭锁，不允许它们动作于跳闸。,图,3.42,反映测量阻抗变化速度的振荡闭锁回路结构框图,l,）启动元件动作,160ms,以内开放保护的条件,(4,）新型振荡闭锁工作原理,启动元件动作瞬间，若按躲过最大负荷整定的正序过电流元件不动作或动作时间不足,10ms,，则将保护开放,160ms,。,图,3.43,振荡闭锁逻辑框图,2,）系统振荡中不对称故障时开放条件,在系统振荡中发生不对称短路故障时，振荡闭锁分量元件开放保护的动作条件为：,系统振荡中，若又发生区外不对称故障，这时，相间、接地距离元件都将可能误动，但是，可以通过正确地设置制动系数,m,，使式（,3.65,）在此情况下可靠不成立，以确保振荡闭锁序分虽元件不开放保护。装置中的,m,值就是根据最不利情况下以振荡闭锁序分量元件不开放保护为原则，并有一定裕度。,3,）系统振荡中发生对称性故障时保护开放的条件,振荡中