距离-零序方向-振荡闭锁.doc

（二）零序方向继电器

对零序方向继电器的最基本要求是利用比较零序电压和零序电流的相位来区分正、反方向的接地短路。
㈠ 正、反方向接地短路时，零序电压和零序电流的夹角。

设零序方向继电器装在MN线路的M侧。在图3-2所示的零序序网图中，加在继电器的上的零序电压、电流按传统方式规定它的正方向。零序电压的正方向是母线电压为正、中性点电压为负，图中电压箭头表示电位升方向。零序电流以母线流向被保护线路方向为其正方向。
900系列线路保护中的零序方向继电器采用比较零序功率的方法实现。 　　　　　　 （3-1）
：为线路零序阻抗的阻抗角，取
：为超前于的夹角，。

（1）正方向故障时
根据图3-2（a）所示的正方向短路的零序序网图，按上述规定的电压、电流正方向可得：
　　　　　　　　　　　　　　　　　（3-2）　　
如果系统中各元件零序阻抗的阻抗角都为。正方向短路时根据（3-2）式，零序电压超前零序电流的角度为：
（3-3）
正方向短路时的相量图示于图3-2（c）中。
因此得

为负的最大值。故而正方向的零序方向继电器的动作方程可定为：
（3-4）
在正方向短路时正方向的零序方向继电器可以灵敏动作。
（2）反方向短路时
根据图3-2（b）所示的反方向短路的零序序网图，按上述规定的电压、电流正方向可得：
（3-5）
反方向短路时根据（3-5）式，零序电压超前零序电流的角度为
（3-6）
反方向短路时的相量图示于图3-2（d）中。
当反方向短路时得：

为正的最大值，故而反方向的零序方向继电器的动作方程为：
（3-7）
在反方向短路时，反方向的零序方向继电器可以灵敏动作。反方向的零序方向继电器的动作边界为，而正方向的零序方向继电器的动作边界定为(当电流互感器二次额定电流是5A时)，这是为了让反方向元件的灵敏度高于正方向的元件灵敏度，使它动作后闭锁优先。
在零序电流方向保护中使用的零序方向继电器无需正、反方向两个方向继电器，只需要正方向的零序方向继电器。

（三）振荡闭锁原理
正常运行时电力系统中各发电机都以同步转速运行，各发电机的电势都以同样的工频角频率旋转，各电势之间的相位差维持不变，电力系统处于同步稳定运行状态。如果电力系统受到某种干扰，各发电机的电势以不同的角频率旋转，各电势之间的相位差一直不断变化，这时称作电力系统失去稳定。或称作电力系统振荡。
电力系统的稳定分静态稳定、暂态稳定和动态稳定三种。所谓静态稳定是指电力系统受到小干扰时能自动恢复稳定运行的能力。当电力系统受到小干扰时不能恢复同步稳定运行并造成系统振荡时，就称为失去静态稳定。这种小干扰指的是电力系统中并没有发生短路或断线这类故障，一般是指负荷进行调节、发生波动，或者发电机励磁回路的故障引起失磁。在这些小干扰下，如果两侧电势的夹角大于时，就将失去静态稳定而造成振荡。是保持静态稳定的极限角。所谓暂态稳定是指电力系统受到大干扰时能自动恢复稳定运行的能力。当电力系统受到大干扰时不能恢复同步稳定运行并造成系统振荡时，就称为失去暂态稳定。这种大干扰指的是电力系统中发生短路或断线这类故障。
当电力系统发生振荡时，两侧电势之间的夹角将在间不断变化。在间变化一周所需要的时间称做振荡周期。工程中最长的振荡周期常按1.5秒考虑。
　　在主系统发生稳定破坏后，关键问题在于如何能合理而快速的平息振荡和最快地使系统恢复正常，因而正确处理系统振荡的有效方法是坚持保持整个系统的完整性，不允许手动或由继电保护自动地任意解列线路(预定的解列点除外)，而由手动或自动装置减少送端系统侧水电机组的出力及受端切负荷。用这种方式可以迅速平息系统振荡，因此在电力系统振荡时，继电保护不应动作，对受振荡影响可能要误动作的保护(主要是距离保护)要实现振荡闭锁。
因此我们提出了具有特色的振荡闭锁新原理。首先我们保留了我国传统的正常运行保护被闭锁，系统故障瞬时开放保护的特点，且只允许开放160ms。因为在此时间内，即使系统产生了振荡，也不会使非故障线的保护误动，因为系统失稳后，两侧电势由正常功角摆至180°，即t180°都比较长，远大于200ms，可允许开放160ms后将保护闭锁。假如振荡中再故障，重新寻找开放保护条件，这对保证系统的稳定运行是极其有利的。这也是我们与西方不同之处。
装置的振荡闭锁分四个部分，任意一个动作开放保护。
（1） 在起动元件动作，按躲过最大负荷整定的正序过流元件不动作或动作时间尚不到10ms，起动元件可以瞬间开放保护，振荡闭锁开放保护时间固定为160ms。
因此，该元件在正常运行中，突然发生故障时可瞬间开放保护160ms；当系统先振荡时，正序过流元件动作其后再有故障时，该元件不会开放；另外当区外故障或有操作160ms后再有区内故障时保护也被闭锁。为此我们必须要设置后两种情况下，开放保护的条件，以保证故障可快速切除。
（2） 160ms后发生区内不对称故障开放元件：
160ms后发生区内不对称故障时，振荡闭锁回路还可由对称分量元件再开放，该元件的动作判据为：
|I0|+|I2|＞m|I１|
（3） 对称故障开放元件：
在起动元件开放160ms以后或系统振荡过程中，如发生三相故障，则上述二项开放措施均不能开放保护，本装置中另设置了专门的振荡判别元件，它测量振荡中心电压：
Uos=Ucosφ
φ是正序电流电压的夹角，U为正序电压。
在图3.3.4.2c中假定系统联系阻抗的阻抗角为90°，则电流向量垂直于EM，EN连线，与振荡中心电压同相。

图3.3.4.2c 系统电压向量图
在系统正常运行或系统振荡时，Ucosφ，恰好反应振荡中心的正序电压。
在三相短路时，设线路阻抗角为90°时，则Ucosφ是弧光电阻上的压降，三相短路时过渡电阻是弧光电阻，弧光电阻上压降小于5% Un。

本装置采用的动作判据分二部分：
1） -0.03Un＜Uos＜0.08Un，延时150ms开放。
实际系统中，三相短路时故障电阻仅为弧光电阻，弧光电阻上压降的幅值不大于5% Un，因此，三相短路时，该幅值判据满足，为了保证振荡时不误开放，其延时应保证躲过振荡中心电压在该范围内的最长时间。振荡中心电压为0.08时，系统角为171°，振荡中心电压为-0.03时，系统角为183.5°，按最大振荡周期3″计，振荡中心在该区间停留时间为104ms。
装置中取延时150ms已有足够的裕度。
2） -0.1Un＜Uos＜0.25Un，延时500ms开放。
该判据作为判据a的后备，以保证任何三相故障情况下保护不可能拒动。
0.25Un时，系统角为151°，-0.1Un时，系统角为191.5°，按最大振荡周期3″计，振荡中心在该区间停留时间为373ms，装置中取500ms已有足够的裕度。
实际系统线路阻抗角不为90°因而可进行角度补偿，如图3.3.4.2d所示。图中OD为测量电压，Ucosφ=0B，因而OB反应当线路阻抗角为90°时弧光电阻压降，实际上线路阻抗角不为90°，弧光压降为OA，与线路压降AD相加得到测量电压U。本装置引入补偿角θ=90°-φL（即OC⊥DC），得到φ1=φ+θ，式（21）变为Uos=Ucosφ1，三相短路时，Uos=OC≤OA，可见Ucosφ可反应弧光压降。
（4） 非全相运行时的振荡闭锁判据
非全相振荡时，距离继电器可能动作，但选相区为跳开相。非全相再单相故障时，距离继电器动作的同时选相区进入故障相，因此，可以以选相区不在跳开相作为开放条件。
另外，非全相运行时，测量非故障二相电流之差的工频变化量，当该电流突然增大达一定幅值时开放非全相运行振荡闭锁。因而非全相运行发生相间故障时能快速开放。
以上二种情况均不能开放时，由对称故障开放元件作为后备。

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