電網(wǎng)的距離保護.ppt

第3章 電網(wǎng)的距離保護,第一節(jié) 距離保護的基本原理 基本工作原理 距離保護的時限特性 距離保護的主要組成元件 第二節(jié) 阻抗繼電器 阻抗繼電器的基本原則 利用復數(shù)平面分析圓或直線特性阻抗繼電器 具有四邊形特性的阻抗繼電器,第三節(jié) 阻抗繼電器的接線方式 對接線方式的基本要求 相間短路阻抗繼電器的 接線方式 接地短路阻抗繼電器的接線方式 第四節(jié) 距離保護的整定計算 距離保護的整定計算原則 對距離保護的評價 第五節(jié) 影響距離保護正確動作的因素及其對策 短路點過渡電阻對距離保護的影響 電力系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響及振蕩閉鎖回路,3.1.1 基本工作原理,3. 1 距離保護的基本原理,電流、電壓保護的主要優(yōu)點是簡單、可靠、經(jīng)濟，但它們的靈敏性受系統(tǒng)運行方式變化的影響較大，特別是在重負荷、長距離、電壓等級高的復雜網(wǎng)絡中，很難滿足選擇性、靈敏性以及快速切除故障的要求，為此，必須采用性能更加完善的保護裝置，因而就引入了“距離保護”。距離保護是反映故障點至保護安裝地點之間的距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置。該裝置的主要元件為距離（阻抗）繼電器，它可根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測知保護安裝處至短路點間的阻抗值，此阻抗稱為阻抗繼電器的測量阻抗。其主要特點是：短路點距離保護安裝點越近，其測量阻抗越??；相反地，短路點距離保護安裝點越遠，其測量阻抗越大，動作時間就越長。這樣就可保證有選擇地切除故障線路。,圖3.1 距離保護的基本原理,3.1.2 距離保護的時限特性,距離保護的動作時間與保護安裝地點至短路點之間距離的關系 ，稱為距離保護的時限特性。為了滿足速動性、選擇性和靈敏性的要求，目前廣泛應用具有三段動作范圍的階梯型時限特性，如圖3.1(b)所示，并分別稱為距離保護的、段。 距離保護的第段是瞬時動作的，t1是保護本身的固有動作時間。對保護1的第段整定值應為：,距離段整定值的選擇是相似于限時電流速斷的，即應使其不超出下一條線路距離段的保護范圍，同時帶有高出一個t的時限，以保證選擇性。 距離段與段的聯(lián)合工作構成本線路的主保護。 為了作為相鄰線路保護裝置和斷路器拒絕動作的后備保護，同時也作為距離、段的后備保護，還應該裝設距離保護第段。,對于距離段整定值的考慮是與過電流保護相似的，其啟動阻抗要按躲開正常運行時的最小負荷阻抗來選擇，而動作時限則應根據(jù)前述電流保護的原則，使其比距離段保護范圍內其他各保護的最大動作時限高一個t。,3.1.3 距離保護的主要組成元件,圖3.2 三段式距離保護的原理框圖,啟動回路 啟動回路主要由啟動元件組成。啟動元件可由過電流繼電器、低阻抗繼電器或反應于負序和零序電流的繼電器構成。具體選用哪一種，應由被保護線路的情況確定。 測量回路 測量回路的段和段由阻抗繼電器 組成，而第段由測量阻抗繼電器 組成。測量回路是測量短路點到保護安裝處的距離，用以判斷故障處于哪一段保護范圍。 邏輯回路 邏輯回路主要由門電路和時間電路組成。門電路包括與門和或門，時間電路主要由 兩個時間繼電器構成。時間繼電器的主要作用是按照故障點到保護安裝地點的遠近，根據(jù)預定的時限特性確定動作的時限，以保證保護動作的選擇性。 其他部分 輔助相電流元件：接于相電流，作為輔助啟動元件之用。重合閘后加速回路：瞬時加速段或段。執(zhí)行元件：出口、信號、切換等其他功能。,3.2 阻抗繼電器,阻抗繼電器可按以下不同方法分類： 根據(jù)其構造原理的不同，分為電磁型、感應型、整流型、晶體管型、集成電路型和微機型等。根據(jù)其比較原理的不同，分為幅值比較式和相位比較式兩大類。 根據(jù)其輸入量的不同，分為單相式和多相式兩種。 所謂單相式阻抗繼電器是指加入繼電器的只有一個電壓 （可以是相電壓或線電壓）和一個電流(可以是相電流或兩相電流之差)的阻抗繼電器。電壓和電流的比值稱為繼電器的測量阻抗Z 。,多相補償式阻抗繼電器是一種多相式繼電器，加入繼電器的是幾個相的電流和幾個相的補償后電壓，它的主要優(yōu)點是可反映不同相別組合的相間或接地短路，但由于加入繼電器的不是單一的電壓和電流，因此就不能利用測量阻抗的概念來分析它的特性，而必須結合給定的系統(tǒng)、給定的短路點和給定的故障類型對其動作特性進行具體分析。,阻抗復平面分析法是最常用、最簡捷直觀的方法，它需要經(jīng)過以下步驟： 阻抗繼電器在阻抗復平面上的動作特性（可從動作條件判別式取等號求得）。繼電器的測量阻抗Zr沿一定的軌跡變化而使繼電器始終處于臨界動作狀態(tài)時，這一軌跡便稱為繼電器的動作特性。 求出阻抗繼電器在各種運行情況下感受到的阻抗（測量阻抗Zr）。 按動作條件判別式在阻抗平面上分析它們是否滿足該式，從而決定其是否動作。 對于單相式阻抗繼電器，其動作特性可用單一變量即繼電器的測量阻抗Zr的函數(shù)來分析，并在復阻抗平面上用一定的曲線來表示。,圖3.3 在阻抗復平面上分析阻抗繼電器特性 (a）網(wǎng)絡接線；(b）被保護線路的測量阻抗及動作特性,由于阻抗繼電器都是接于電流互感器和電壓互感器的二次側，其測量阻抗與系統(tǒng)一次側的阻抗之間存在下列關系； 如果保護裝置的一次側整定阻抗經(jīng)計算以后為 ，繼電器的整定阻抗應該為：,3.2.1 阻抗繼電器的基本原則,3.2.2 利用復數(shù)平面分析圓或直線特性阻抗繼電器,(1)全阻抗繼電器 全阻抗繼電器的特性是以B點（繼電器安裝點）為圓心，以整定阻抗為半徑所作的一個圓，如圖3.4所示。當測量阻抗Zr位于圓內時繼電器動作，即圓內為動作區(qū)，圓外為不動作區(qū)。當測量阻抗正好位于圓周上時，繼電器剛好動作，對應此時的阻抗就是繼電器的啟動阻抗。由于這種特性是以原點為圓心而作的圓，因此，不論加入繼電器的電壓與電流之間的角度為多大，繼電器的啟動阻抗在數(shù)值上都等于整定阻抗。具有這種動作特性的繼電器稱為全阻抗繼電器，它沒有方向性。, 幅值比較方式如圖3.4(a）所示，當測量阻抗Zr位于圓內時，繼電器能夠啟動，其啟動的條件可用阻抗的幅值來表示，即 式中：Zset 繼電器整定阻抗。 上式兩端乘以電流 ，變成為：, 相位比較方式全阻抗繼電器的動作特性如圖3.4(b)所示，當測量阻抗Zr 位于圓周上時，相量（Zr+Zset）超前于（Zr-Zset）的角度 ，而當Zr位于圓內時， ； Zr位于圓外時， ，如圖3.5(a）和（b）所示。因此，繼電器的啟動條件即可表示為： 將兩個相量均以電流乘之，即可得到可比較其相位的兩個電壓，繼電器的啟動條件可表示為：,圖3.4 全阻抗繼電器的動作特性 (a）幅值比較式；(b）相位比較式,圖3.5 相位比較方式分析全阻抗繼電器的動作特性 ( a ）測量阻抗在圓內；( b ）測量阻抗在圓外,一般稱 為極化電壓， 為補償電壓。 上述動作條件也可表示為： 幅值比較方式與相位比較方式之間的關系，可以從圖3.4和圖3.5所示幾種情況的分析得出。由平行四邊形和菱形的定則可知，如用比較幅值的兩個相量組成平行四邊形，則相位比較的兩個相量就是該平行四邊形的兩個對角線，三種情況下的關系如圖3.6所示。,圖3.6 幅值比較與相位比較之間的關系,a.當 時，如圖3.6(a)所示，由這兩個相量組成的平行四邊形是一個菱形，因此，其兩個對角線互相垂直， ，正是繼電器剛好啟動的條件。 b.當 時，如圖3.6(b)所示， 之間的角度 ，繼電器能夠動作。 c.當 時，如圖3.6(c)所示， 之間的角度 ，繼電器不動作。,一般而言，設以 表示比較幅值的兩個電壓， 且當 時，繼電器啟動；又以 表示比較 相位的兩個電壓，當 時，繼電器啟動， 則它們之間的關系符合下式：,必須注意： 它只適用于 為同一頻率的正弦交流量； 只適用于相位比較方式動作范圍為 和幅值比較方式，且動作條件為 的情況； 對短路暫態(tài)過程中出現(xiàn)的非周期分量和諧波分量，以上轉換關系顯然是不成立的。因此，不同比較方式構成的繼電器受暫態(tài)過程的影響不同。,于是，已知 時，可以直接求出 ；反之，如已知 ，也可以利用上式求出 。 由此可見，幅值比較原理與相位比較原理之間具有互換性。,方向阻抗繼電器的特性是以整定阻抗Zset為直徑而通過坐標原點的一個圓，如圖3.7所示，圓內為動作區(qū)，圓外為不動作區(qū)。當加入繼電器的電壓和電流之間的相位差為不同數(shù)值時，此種繼電器的啟動阻抗也將隨之改變。當電壓和電流之間的相位差等于整定阻抗的阻抗角時，繼電器的啟動阻抗達到最大，等于圓的直徑，此時，阻抗繼電器的保護范圍最大，工作最靈敏。因此，這個角稱為繼電器的最大靈敏角，用 表示。當保護范圍內部故障時， （為被保護線路的阻抗角），因此，應該調整繼電器的最大靈敏角，使 ，以便繼電器工作在最靈敏的條件下。,(2) 方向阻抗繼電器,圖3. 7 方向阻抗繼電器的動作特性 ( a ）幅值比較式的分析；( b ）相位比較式的分析,當反方向發(fā)生短路時，測量阻抗Zr 位于第三象限，繼電器不能動作，因此，它本身就具有方向性，故稱之為方向阻抗繼電器。方向阻抗繼電器也可由幅值比較或相位比較的方式構成，現(xiàn)分別討論如下： 用幅值比較方式分析： 等式兩端均以電流乘之，即變?yōu)閮蓚€電壓的幅值的比較：, 用相位比較方式分析，如圖3.7(b)所示，當Zr位于圓周上時，阻抗Zr與(ZrZset）之間的相位差為90度，類似于對全阻抗繼電器的分析，同樣可以證明， 是繼電器能夠啟動的條件。 將Zr 與（ZrZset）均以電流乘之，即可得到比較相位的兩個電壓分別為： 稱為極化電壓， 稱為補償電壓。,偏移特性阻抗繼電器的特性是當正方向的整定阻抗為Zset時，同時，向反方向偏移一個 ，繼電器的動作特性如圖3.8 所示，圓內為動作區(qū)，圓外為不動作區(qū)。圓的直徑為 ，圓心的坐標為 ，圓的半徑為：,(3) 偏移特性的阻抗繼電器,圖3.8 具有偏移特性的阻抗繼電器 (a）幅值比較式的分析；(b）相位比較式的分析, 用幅值比較方式分析，如圖3.8(a)所示，繼電器能夠啟動的條件為： 或等式兩端均以電流乘之，即變?yōu)槿缦聝蓚€電壓的幅值的比較： 用相位比較方式的分析，如圖3.8(b)所示，當Zr位于圓周上時，相量 之間的相位差為 ，同樣可以證明， 也是繼電器能夠啟動的條件。,將 均以電流乘之，即可得到用以比較其相位的兩個電壓為, Zr: 繼電器的測量阻抗，由加入繼電器中電壓Ur 與電流Ir 的比值確定， Zset: 繼電器的整定阻抗，一般取繼電器安裝點到保護范圍末端的線路阻抗作為整定阻抗。對全阻抗繼電器而言，就是圓的半徑；對方向阻抗繼電器而言，就是在最大靈敏角方向上的圓的直徑；而對偏移特性阻抗繼電器，則是最大靈敏角方向上由原點到圓周上的長度。 Zop.r: 繼電器的啟動阻抗，它表示當繼電器剛好動作時，加入繼電器中電壓Ur與電流Ir的比值，除全阻抗繼電器以外， Zop.r是隨著 的不同而改變的，,（4） 功率方向繼電器,繼電器能夠動作的條件可表示為： 兩個電壓的幅值的比較 相位比較方式來分析功率方向繼電器的特性：只要 之間的角度位于 之間，就是它能夠動作的條件。 為在最大靈敏角的方向上任取的兩個相量。,相位比較的兩個電壓為：,圖3.9 功率方向繼電器的動作特性,（5） 具有直線特性的繼電器,圖3.10 具有直線特性的繼電器,幅值比較，繼電器能夠啟動的條件為： 電壓幅值比較為 ： 比較其相位的兩個電壓為,以上分析中均采用動作的角度范圍為 ，在復數(shù)平面上獲得的是圓或直線的特性。如果使動作范圍小 于 ，例如采用 ，則圓特性 的方向阻抗繼電器將變成透鏡形特性的阻抗繼電器，如圖3.11 (a)所示。而直線特性的功率方向繼電器的動作范圍則變?yōu)橐粋€小于 的折線，如圖3.11(b)所示。,（6） 動作角度范圍變化對繼電器特性的影響,圖3.11 時的動作特性 ( a ）方向阻抗繼電器；( b ）功率方向繼電器,各種圓或直線特性的繼電器均可用極化電壓 與補償電壓 進行比相而構成。 當保護范圍外部故障時， ，則 同相位； 當保護范圍末端故障時， ，則 ，繼電器應處于臨界動作的條件； 當保護范圍內部故障時， ，則 相位差 。,(7) 繼電器的極化電壓和補償電壓,為了判別 相位的變化，必須有一個參考相量作為基準，這就是所采用的極化電壓 ，可以認為不同特性的阻抗繼電器的區(qū)別只是在于所選的極化電壓 不同。 當以母線電壓 作為極化量時，可得到具有方向性的圓特性（圖3.7）阻抗繼電器或直線特性的功率方向（圖3.9）繼電器。當保護安裝處出口短路時， ，繼電器將因失去極化電壓而不能動作，從而出現(xiàn)電壓死區(qū)；, 當以電流 作為極化量時，可得到動作特性為包括原點在內的各種直線，如圖3.10所示，這些直線特性的繼電器沒有方向性，在反方向短路時均能夠動作； 當以 的復合電壓（例如 ）作為極化量時，則得到偏移特性的阻抗繼電器，而偏移的程度則取決于 ，即 所占的比重。,繼電器的動作特性在復數(shù)阻抗平面上可以是各種形狀的四邊形，四邊形以內為繼電器的動作區(qū)，四邊形以外為不動作區(qū)，如圖3.12所示。圖中折線A-O-C這段特性廣泛采用動作范圍小于180度的功率方向繼電器來實現(xiàn)，如圖3.11（b）所示。直線AB是一個電抗型繼電器的特性曲線，通常使其特性曲線下傾 ，以防區(qū)外故障時出現(xiàn)超越，引起誤動，如圖3.10(c）所示。直線BC屬電阻型繼電器特性，它與R 軸的夾角通常取為70度，可參照圖3. 10(b）的方法構成。將上述三個特性的繼電器組成與門輸出，即可獲得圖3.12的四邊形特性。,3.2.3 具有四邊形特性的阻抗繼電器,圖3. 12 四邊形阻抗繼電器,在上述三個電壓中，當任何兩個相鄰電壓之間的相位差均小于180 度時動作，而大于180度則不動作，即可滿足以上分析的要求。,圖3.13 對兩個邊折線的分析 (a）折線的構成；(b) Zr 位于動作范圍內； (c) Zr 位于動作范圍外,圖3. 14 連續(xù)式相位比較回路原理接線圖, 在無輸入信號時，V1導通，由R2、C1和穩(wěn)壓管Vdz組成的延時（20ms）回路不能啟動，V2截止，輸出電壓為E，表示繼電器不動作，圖中所繪三極管的工作狀態(tài)即屬這種情況。 當 之間的相位關系符合繼電器應該啟動的條件時，如圖3.15(a)所示，在工頻一個周期的任何時間內三個電壓的瞬時值中，至少總有一個是負的。因此，通過二極管Vd1-Vd3 所組成的或門，使a點電位始終為負，三極管V1截止，C1通過R2充電，經(jīng)20ms 延時以后，穩(wěn)壓管Vdz 擊穿，V2導通，輸出電壓變?yōu)?V，即表示繼電器動作。, 當 之間的相位關系屬于繼電器不應該動作的條件時，如圖3.15(b)所示，在工頻一個周期的時間里，總有某一段時間t 是三個電壓的瞬時值同時為正，也就是電壓波形為負的連續(xù)性出現(xiàn)了間斷，在這個間斷的時間里，V1 就要導通，20ms延時回路立即返回，V2就不能導通。由于在每個工頻周期中均將出現(xiàn)一次V1導通的情況，故V2也就永遠不能導通。 將折線A-O-C的特性與折線A-B-C的特性組成與門，當測量阻抗同時位于兩組折線以內時，與門有輸出，即表示繼電器動作。,圖3.15 連續(xù)式相位比較回路工作原理的分析 (a）內部故障；(b）外部故障,3.3 阻抗繼電器的接線方式,3.3.1 對接線方式的基本要求, 繼電器的測量阻抗正比于短路點到保護安裝地點之間的距離； 繼電器的測量阻抗應與故障類型無關，也就是保護范圍不隨故障類型而變化。,表3。1,3.3.2 相間短路阻抗繼電器的 接線方式,（1） 三相短路,設短路點至保護安裝地點之間的距離為L km ，線路每千米的正序阻抗為Z1歐姆，則保護安裝地點的電壓應為：,圖3.16 三相短路時測量阻抗的分析,(2) 兩相短路 繼電器Zr的測量阻抗為,圖3.17 A 、B 兩相短路時測量阻抗的分析,（3） 中性點直接接地電網(wǎng)中的兩相接地短路,圖3.18 A 、B 兩相接地短路時測量阻抗的分析,設用Z1表示輸電線每千米的自感阻抗，Zm表示每千米的互感阻抗，則保護安裝地點的故障相電壓應為： 繼電器r1的測量阻抗為,在單相接地時，只有故障相的電壓降低，電流增大，而任何相間電壓都是很高的，因此，應該將故障相的電壓和電流加入繼電器中。將故障點的電壓和電流分解為對稱分量 保護安裝地點母線上各對稱分量的電壓,3.3.3 接地短路阻抗繼電器的接線方式,保護安裝地點母線上的A 相電壓 繼電器的測量阻抗為 繼電器不能準確地測量從短路點到保護安裝地點之間的阻抗，因此，不能采用。,為了使繼電器的測量阻抗在單相接地時不受零序電流的影響，根據(jù)以上分析的結果，就應該給阻抗繼電器加入如下的電壓和電流： 一般可近似認為零序阻抗角和正序阻抗角相等，因而k是一個實數(shù)。繼電器的測量阻抗即是：,（1） 距離保護第段的整定 一般按躲開下一條線路出口處短路的原則來確定，按式(3.1）和式（3.2 ）計算，在一般線路上，可靠系數(shù)取0.8。 （2） 距離保護第段的整定 如圖3. 19所示，應按以下兩點原則來確定： 與相鄰線距離保護第段相配合，參照式（3.3 ）的原則，并考慮分支系數(shù)的影響，可采用下式進行計算： 式中，可靠系數(shù)Krel一般采用0.8; Kb 應采用當保護1第I段末端短路時，可能出現(xiàn)的最小數(shù)值。,3.4 距離保護的整定計算,3.4.1 距離保護的整定計算原則,例如，在圖3. 19 所示具有助增電流的影響時，在K 點短路時變電所A 距離保護2 的測量阻抗為：,由于分支系數(shù)的存在，與無分支的情況相比，將使保護2處的測量阻抗變化。, 躲開線路末端變電所變壓器低壓側出口處(圖3.19中K1點）短路時的阻抗值，設變壓器的阻抗為ZT，則啟動阻抗應整定為： 式中，與變壓器配合時的可靠系數(shù)，考慮到ZT的誤差較大，一般采用Krel=0.7；分支系數(shù)則應采用當K點短路時可能出現(xiàn)的最小數(shù)值。計算后，應取以上兩式中數(shù)值較小的一個。此時，距離段的動作時限應與相鄰線路的段相配合，一般取為0.5s。 校驗距離段在本線路末端短路時的靈敏系數(shù)。由于是反應于數(shù)值下降而動作，其靈敏系數(shù)為：,對于距離段，在本線路末端短路時，靈敏系數(shù)為： 一般要求 。當校驗靈敏系數(shù)不能滿足要求時，應進一步延伸保護范圍，使之與下一條線路的距離段配合，時限整定為1-1.2s，考慮原則與限時電流速斷保護相同。,圖3.19 選擇整定阻抗的網(wǎng)絡接線,當?shù)诙尾捎米杩估^電器時，其啟動阻抗一般按躲開最小負荷阻抗來整定， 式中，可靠系數(shù)Krel、自啟動系數(shù)Kst和返回系數(shù)Kre均為大于1 的數(shù)值。繼電器的啟動阻抗為：,( 3 ）距離保護第段的整定,當距離保護第段采用全阻抗繼電器時，由于它的啟動阻抗與角度無關，因此，以式（3.40）的計算結果為半徑作圓，此圓即為它的動作特性，如圖3.20中的圓1所示。如果保護第段采用方向阻抗繼電器，在整定其動作特性圓時，尚需考慮其啟動阻抗隨角度變化關系，以及正常運行時負荷潮流和功率因數(shù)的變化，以確定適當?shù)臄?shù)值。例如，選擇繼電器的 ，則圓的直徑即段整定阻抗為：,圖3. 20 第段啟動阻抗的整定,圖3. 21 復合特性的阻抗繼電器,距離段作為遠后備保護時，其靈敏系數(shù)應按相鄰元件末端短路的條件來校驗，并考慮分支系數(shù)為最大的運行方式；當作為近后備保護時，則按本線路末端短路的條件來校驗。 近后備： 遠后備：,( 4 ）阻抗繼電器的精確工作電流的校驗,所謂精確工作電流，就是指當繼電器的輸入電流等于精確工作電流時，繼電器的啟動阻抗等于0.9倍的整定阻抗，即比整定阻抗值縮小了10%。在距離保護的整定計算中，應分別按各段保護范圍末端短路電流校驗各段阻抗繼電器的精確工作電流，按照要求，此最小短路電流與繼電器精確工作電流之比應為1.5以上。,3.4.2 對距離保護的評價, 根據(jù)距離保護的工作原理，它可以在多電源的復雜網(wǎng)絡中保證動作的選擇性。 距離段是瞬時動作的，但是它只能保護線路全長80一85%，因此，兩端合起來就使得在30一40的線路長度內的故障不能從兩端瞬時切除，在一端須經(jīng)0.5s的延時才能切除。在220kV及以上電壓的網(wǎng)絡中，有時候這不能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的要求，因而，不能作為主保護來應用。 由于阻抗繼電器同時反應于電壓的降低和電流的增大而動作，因此，距離保護較電流、電壓保護具有較高的靈敏度。此外，距離段的保護范圍不受系統(tǒng)運行方式變化的影響，其他兩段受到的影響也比較小，因此，保護范圍比較穩(wěn)定。 由于距離保護中采用了復雜的阻抗繼電器和大量的輔助繼電器，再加上各種必要的閉鎖裝置，因此，接線復雜，可靠性比電流保護低，這也是它的主要缺點。,3.5.1 短路點過渡電阻對距離保護的影響 （1） 短路點過渡電阻的性質 電弧電阻 目前我國對500kV線路接地短路的最大過渡電阻按300歐估計，對于220kV線路，則按100歐估計。,3.5影響距離保護正確動作的因素及其對策,圖3.22 架空輸電線路短路時產生的電弧 ( a ）電弧電阻隨時間變化曲線； ( b ）經(jīng)電弧短路時電弧上電流、電壓的波形,(2） 單側電源線路上過渡電阻的影響,如圖3.23所示，短路點的過渡電阻Rg總是使繼電器的測量阻抗增大，使保護范圍縮短。由于過渡電阻對不同安裝地點的保護影響不同，因而在某種情況下，可能導致保護無選擇性動作 。,圖3.23 單側電源線路經(jīng)過渡電阻Rg短路的等效圖,圖3.24 過渡電阻對不同安裝地點距離保護影響的分析,(3） 雙側電源線路上過渡電阻的影響 在如圖3.25所示的雙側電源線路上，短路點的過渡電阻還可能使某些保護的測量阻抗減小。,則保護1和2的測量阻抗為： 此處， 表示 超前于 的角度。當 為正時，測量阻抗的 電抗部分增大；而當 為負時，測量阻抗的電抗部分減小。在 后一種情況下，也可能引起某些保護的無選擇性動作。,圖3.25 雙側電源通過Rg的接線圖,（4） 過渡電阻對不同動作特性阻抗元件的影響,一般來說，阻抗繼電器的動作特性在+R軸方向所占的面積越大，則受過渡電阻的影響越小。 目前防止過渡電阻影響的方法有： 一種方法是根據(jù)圖3.26分析所得的結論，采用能容許較大的過渡電阻而不致拒動的阻抗繼電器，可防止過渡電阻對繼電器工作的影響。見圖3.27。 另一種方法是利用所謂瞬時測量裝置來固定阻抗繼電器的動作。見圖3.28。,圖3.26 過渡電阻對不動作特性阻抗元件影響的比較 ( a ）網(wǎng)絡接線；( b）對影響的比較,圖3.27 可減小過渡電阻影響的動作特性 ( a)多邊形動作特性； ( b)既允許有較大過渡電阻又能防止負荷 阻抗較小時誤動的動作特性； ( c)圓與四邊形組合的動作特性,圖3.28 瞬時測量裝置的原理接線圖 1 一保護裝置的啟動元件（或第段）; 2 一第段阻抗元件；3 一瞬時測量的中間繼電器； 4 一第段時間元件,3.5.2電力系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響及振蕩閉鎖回路,(1) 電力系統(tǒng)振蕩時電壓電流的分布 電力系統(tǒng)中由于輸電線路輸送功率過大，超過靜穩(wěn)定極限，由于無功功率不足而引起系統(tǒng)電壓降低，或由于短路故障切除緩慢，或由于非同期自動重合閘不成功，這些因素都可能引起系統(tǒng)振蕩。,圖3.29 兩側電源系統(tǒng)中的振蕩,圖3.29(a）為一兩機系統(tǒng)接線圖，圖上給出系統(tǒng)和線路的參數(shù)以及電壓電流的假定正方向。如以電勢 為參考，使其相位角為零，則 。在系統(tǒng)振蕩時，可認為N側系統(tǒng)等值電勢 圍 旋轉或擺動，因而 落后于 之角度占在0360之間變化。,由M側流向N側的電流 為：,此電流滯后于電勢差 的角度為系統(tǒng)總阻抗角 :,在振蕩時，系統(tǒng)中性點電位仍保持為零，故線路兩側母線的電壓 和 為：,對于在系統(tǒng)振蕩狀態(tài)下的電流，仍以圖3.29(a）的兩機系統(tǒng)為例。式（3.45）為振蕩電流隨振蕩角度 而變化的關系式。 令 表示兩側系統(tǒng)電勢幅值之比，則 或,由此可知，振蕩電流的幅值與相位都與振蕩角度 有關。只有當 恒定不變時， 和 為常數(shù)，振蕩電流才是純正弦函數(shù)。如圖3.30(a）所示為振蕩電流幅值隨 的變化。當 為 的偶數(shù)倍時，IM最小。當 為 的奇數(shù)倍時，IM最大。,設以 為參考相量， ，則,圖3.30 電力系統(tǒng)振蕩時電流電壓的變化,對于系統(tǒng)各元件的阻抗角皆相同、振蕩角度 =180的特殊情況，系統(tǒng)各點的電壓值可用圖3.30(b）的圖解法求出。因阻抗角都相同，任意兩點間的電壓降正比于兩點間阻抗的大小 在圖3.30(b)中，使線段OM、MN和NO正比于ZM、ZL和ZN。 垂直向上， 垂直向下，兩者相差180。連接 和 端點的直線即為系統(tǒng)各點的電壓分布線。線段Mm和Nn的長度按電壓標尺等于M和N點的電壓 和 。Z為 =180時系統(tǒng)的振蕩中心，其電壓等于零。其他各點的電壓也可用同樣方法求得。 圖3.30(c）為M、N和Z點電壓幅值隨 變化的典型曲線。對于系統(tǒng)各部分阻抗角不同的一般情況，也可用類似的圖解法進行分析。,(2）電力系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響,圖3.31 分析系統(tǒng)振蕩用的系統(tǒng)接線圖,此處， 代表系統(tǒng)總的縱向正序阻抗。 M點的母線電壓為： 因此，安裝于M點阻抗繼電器的測量阻抗為：,當系統(tǒng)振蕩時，按式（3.45) ，振蕩電流為：,將此繼電器測量阻抗隨 變化的關系，畫在保護安裝地點上，當全系統(tǒng)所有阻抗角相同時，即可由圖3.32證明 將在 的垂直平分線 上移動。,在近似計算中，假定h=1，系統(tǒng)和線路的阻抗角相同，則繼電器測量阻抗隨 的變化關系為：,繪制此軌跡的方法是：先從M點沿MN方向作出相量 ， 然后再從其端點作出相量 ，在不同的 角度時，此相量可能滯后或超前于相量 ，其計算結果如表3.2所示。將后一相量的端點與 M連接即得 。,圖3. 32 系統(tǒng)振蕩時測量阻抗的變化,表3.2,當m為不同數(shù)值時，測量阻抗變化的軌跡應是平行于 線的一直線簇，如圖3.33所示，當m=1/2時，直線簇與+jX軸相交，相當于圖3.33所分析的情況，此時，振蕩中心位于保護范圍的正方向；而當m1/2時，直線簇與+jX軸相交，相當于圖3.32所分析的情況，此時，振蕩中心位于保護范圍的正方向；而當m1/2時，直線簇則與-jX相交，振蕩中心將位于保護范圍的反方向。,在系統(tǒng)振蕩時，為了求出不同安裝地點距離保護測量阻抗變化的規(guī)律，在式（3.57）中，可令ZX代替ZM，并假定m= ZX/Z,m為小于1的變數(shù)，則式（3.57）可改寫為：,圖3.33 系統(tǒng)振蕩時，不同安裝地點距離保護測量阻抗的變化,當兩側系統(tǒng)的電勢EMEN，即h1時，繼電器測量阻抗的變化將具有更復雜的形式。按照式（3.56）進行分析的結果表明，此復雜函數(shù)的軌跡應是位于直線 某一側的一個圓，如圖3.34所示。當h1時，為位于 上面的圓周l；而當hl時，則為下面的圓周2。在這種情況下，當 0時，由于兩側電勢不相等而產生一個環(huán)流，因此，測量阻抗不等于,而是一個位于圓周上的有限數(shù)值。,圖3.34 當hl時測量阻抗的變化,系統(tǒng)振蕩時距離保護所受到的影響分析 如仍以變電所M 處的距離保護為例，其距離I段啟動阻抗整定為0.85ZL，在圖3.35中以長度MA表示，由此可以繪出各種繼電器的動作特性曲線，其中曲線1為方向透鏡電器特性，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。當系統(tǒng)振蕩時，測量阻抗的變化如圖3.32所示（采用h=1的情況），找出各種動作特性與直線 的交點，其所對應的角度為 和 ，則在這兩個交點的范圍以內繼電器的測量阻抗均位于動作特性圓內，因此，繼電器就要啟動，也就是說，在這段范圍內，距離保護受振蕩的影響可能誤動作。由圖中可見，在同樣整定值的條件下，全阻抗繼電器受振蕩的影響最大，而透鏡型繼電器所受的影響最小。一般而言，繼電器的動作特性在阻抗平面上沿 方向所占的面積越大，受振蕩的影響就越大。,圖3.35 系統(tǒng)振蕩時M變電所測量阻抗的變化圖,對于在系統(tǒng)振蕩時可能誤動作的保護裝置，應該裝設專門的振蕩閉鎖回路，以防止系統(tǒng)振蕩時誤動。 電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩和短路時的主要區(qū)別如下： 振蕩時，電流和各點電壓的幅值均作周期性變化，只在=180時才出現(xiàn)最嚴重的現(xiàn)象；而短路后，短路電流和各點電壓的值，當不計其衰減時，是不變的。此外，振蕩時電流和各點電壓幅值的變化速度較慢，而短路時電流是突然增大，電壓也突然降低，變化速度很快。,(3） 振蕩閉鎖回路, 振蕩時，任一點電流與電壓之間的相位關系都隨的變化而改變；而短路時，電流和電壓之間的相位是不變的。 振蕩時，三相完全對稱，電力系統(tǒng)中沒有負序分量出現(xiàn)；而當短路時，總要長期（在不對稱短路過程中）或瞬間（在三相短路開始時）出現(xiàn)負序分量。 振蕩時，測量阻抗的電阻分量變化較大，變化速率取決于振蕩周期；而短路時，測時阻抗的電阻分量雖然因弧光放電而略有變化，但分析計算表明其電弧電阻變化率遠小于振蕩所對應的電阻的變化率。,振蕩閉鎖回路從原理上可分為兩種： 一種是利用負序分量（或增量）的出現(xiàn)與否來實現(xiàn)； 一種是利用電流、電壓或測量阻抗變化速度的不同來實現(xiàn)。 構成振蕩閉鎖回路時應滿足以下基本要求： 系統(tǒng)發(fā)生振蕩而沒有故障時，應可靠地將保護閉鎖，且振蕩不停息，閉鎖不應解除。 系統(tǒng)發(fā)生各種類型的故障（包括轉換性故障），保護應不被閉鎖而能可靠地動作。 在振蕩的過程中發(fā)生故障時，保護應能正確地動作。 先故障而后又發(fā)生振蕩時，保護不致無選擇性的動作。,兩種原理的振蕩閉鎖回路舉例簡介： l）利用負序（和零序）分量元件啟動的振蕩閉鎖回路 負序電壓過濾器：用以從三相不對稱電壓中取出其負序分量的回路稱為負序電壓過濾器。由兩個電阻一電容阻抗臂構成的負序電壓過濾器的原理接線如圖3.36所示。當在其輸入為此就必須在考慮過濾器的接線時，使正序和零序電壓沒有輸出。 在三相電壓中，零序電壓大小相等相位相同，因此，在線電壓中沒有零序電壓分量。在輸入端采用線電壓，就可以消除零序電壓的影響，使它不可能在輸出端出現(xiàn)。 正序分量線電壓 、 、 是沿著順時針的方向依次落后120。因此，如果能用一個移相電路，例如，使 向超前方向移動30，再使 向滯后方向移動30，然后將兩者相加，則輸出電壓就等于零，也就是用此方法能消除正序電壓的影響。,圖3.36 負序電壓過濾器原理接線圖,選擇兩臂參數(shù)的關系為：,則當輸入端有正序電壓加入時，其相量圖如圖3.37(a）所示，在mn端的輸出電壓為：,當輸入端有負序電壓加入時，其相量圖如圖3.37 (b）所示，由于負序線電壓的相位關系和正序電壓相反，因此，在mn端的空載輸出電壓為：,當過濾器輸入端加入三相正序電壓時，實際上在輸出端也會有一個不平衡電壓 ，的輸出，產生 的原因是由于各元件的實際阻抗值與計算值有所偏差，因而不能完全消掉正序電壓的影響。 當系統(tǒng)中出現(xiàn)五次諧波分量的電壓時，由于它的相位關系和負序分量相似，因此，也會在輸出端有電壓輸出，可能引起保護裝置的誤動作。必要時可在輸出端加裝五次諧波濾波器以消除其影響。順便指出，根據(jù)對稱分量的基本原理，只要將引入負序電壓過濾器的三相端子中的任意兩個調換一下，即可得到正序電壓過濾器。,圖3.37 負序電壓過濾器相量圖 (a）加入正序電壓；(b）加入負序電壓, 負序電流過濾器： 用以從三相對稱電流中取出其負序分量的回路稱為負序電流過濾器。構成負序電流過濾器時，應設法消除正序和零序電流的影響，只輸出與負序電流成正比的電壓。目前常用的一種負序電流過濾器的原理接線如圖3.38所示，主要由電抗互感器DKB和中間變流器LB組成。,DKB的原邊有兩個匝數(shù)相同的繞組，分別加入電流 和 ，副邊的開路電壓與所加電流成正比，且相位超前電流90，可用 表示。LB的原邊也有兩個繞組，其中W1加入電流 ，另一個1/3W1中加入電流 。設LB的變比為n1，則其副邊電流為 。根據(jù)圖3.37的接線，在mn端子上的輸出電壓可表示為：,圖3.38 負序電流過濾器原理接線圖,當輸入端加入正序電流時，其相量圖如圖3.39(a）所示，輸出電壓為：,如果選取參數(shù)為 ，則 也就是可以消除正序電流的影響。,當只有零序電流輸人時，因 ，因此，在DKB和LB原邊的安匝互相抵消，即 。 如果只輸入負序電流時，如圖3.39(b）所示，輸出電壓為：,圖3.39 負序電流過濾器的相量圖 (a）加入正序電流；(b）加入負序電流,如果在參數(shù)選擇時，使 ，則當只有正序分量時，輸出電壓為 只有負序分量時，輸出 電壓為 。當同時存在有正序和負序分量時，則輸出電壓為： 就是一個 的復合電流過濾器，式中，K1，K2為比例常數(shù)。, 集成電路型對稱分量過濾器。 利用負序（或零序）電流增量元件啟動的振蕩閉鎖回路：可以利用短路時出現(xiàn)的負序或零序電流分量啟動振蕩閉鎖回路，也可以利用這些分量的增量或突變量來完成這一任務。,圖3.40 產生負序和零序電流增量原理圖,2）反映測量阻抗變化速度的振蕩閉鎖回路 在三段式距離保護中，當其I、段采用方向阻抗繼電器，其段采用偏移特性阻抗繼電器時，如圖3.41所示，根據(jù)其定值的配合，必然存在著ZZZ的關