距離保護(hù)地振蕩閉鎖

1、巨離保護(hù)的振蕩閉鎖Power Swing Blocking of DistanceProtection3.5.1 振蕩閉鎖的概念Concept of Power Swing Blocking并聯(lián)運(yùn)行的電力系統(tǒng)或發(fā)電廠失去同步的現(xiàn)象，稱為 電力系統(tǒng)的振蕩Power Swing。電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，系統(tǒng)兩 側(cè)等效電動(dòng)勢(shì)間的夾角在0o360oX圍內(nèi)作周期性變化，從而使系統(tǒng)中各點(diǎn)的電壓、線路電流、功率方向以與距離保 護(hù)的測(cè)量阻抗也都呈現(xiàn)周期性變化。這樣，以上述這些量為 測(cè)量對(duì)象的各種保護(hù)的測(cè)量元件，就有可能因系統(tǒng)振蕩而動(dòng) 作。電力系統(tǒng)的振蕩是屬于嚴(yán)重的不正常運(yùn)行狀態(tài)，而不是 故障狀態(tài)，大多數(shù)情況下能夠通過(guò)

2、自動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)自行恢復(fù) 同步。如果在振蕩過(guò)程中繼電保護(hù)動(dòng)作，切除了重要的聯(lián)絡(luò) 線，或斷開(kāi)了電源和負(fù)荷，不僅不利于振蕩的自動(dòng)恢復(fù)，而 且還有可能使事故擴(kuò)大，造成更為嚴(yán)重后果。所以在系統(tǒng)振 蕩時(shí)，要采取必要的措施，防止保護(hù)因測(cè)量元件動(dòng)作而誤動(dòng)。 這種用來(lái)防止系統(tǒng)振蕩時(shí)保護(hù)誤動(dòng)的措施，就稱為振蕩閉 鎖。因電流保護(hù)、電壓保護(hù)和功率方向保護(hù)等一般都只應(yīng)用 在電壓等級(jí)較低的中低壓配電系統(tǒng)，這些系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的可 能性很小，振蕩時(shí)保護(hù)誤動(dòng)產(chǎn)生的后果也不會(huì)太嚴(yán)重，所以一般不需要采取振蕩閉鎖措施。距離保護(hù)一般用在較高電壓 等級(jí)的電力系統(tǒng)，系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的可能性大，保護(hù)誤動(dòng)造成 的損失嚴(yán)重，所以必須考慮振蕩閉鎖問(wèn)題。

3、在無(wú)特殊說(shuō)明的 情況下，本書(shū)所提與的振蕩閉鎖，都是指距離保護(hù)的振蕩閉 鎖。電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)測(cè)量元件的影響Effectof Power Swing to Measuring Unit of Distanee Protectio n1電力系統(tǒng)振蕩時(shí)電流、電壓的變化規(guī)律現(xiàn)以圖3-31所示的雙側(cè)電源的電力系統(tǒng)為例，分析系 統(tǒng)振蕩時(shí)電流、電壓的變化規(guī)律。Emm KZ IN EnE之1U圖3-31雙側(cè)電源的電力系統(tǒng)設(shè)系統(tǒng)兩側(cè)等效電動(dòng)勢(shì) Em和En的幅值相等，相角差即功角為，等效電源之間的阻抗為z Zm Zi Zn， 其中Zm為M側(cè)系統(tǒng)的等值阻抗，Zn為N側(cè)系統(tǒng)的等值阻 抗，乙為聯(lián)絡(luò)線路的阻抗，如此線

4、路中的電流和母線 M、N上的電壓分別為:EmEn E Em (1 e )(3-144)(3-145)U M EM I ZMU N EN I Z N它們之間的相位關(guān)系如圖(3-146)3-32(a)所示。以em為參考相量，(c)當(dāng)S在0。3600X圍內(nèi)變化時(shí)，相當(dāng)于En相量在0。3600X 圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)圖3-32系統(tǒng)振蕩時(shí)的電流和電壓(a)相量圖；(b)電流有效值變化曲線；(c )電壓有效值變化曲線由圖可以看出電勢(shì)差的有效值為E 2EMsin5(3-147)所以線路電流的有效值為2Emsin (3-148)電流有效值隨S變化的曲線如圖(b)所示。電流的相位 滯后于E Em En的角度為d，其相量末端

5、的隨&變化的軌 跡如圖(a)中的虛線圓周所示。假設(shè)系統(tǒng)中各局部的阻抗角都相等，如此線路上任意 一點(diǎn)的電壓相量的末端，都必然落在由Em和En的末端連接 而成的直線上即E上M、N兩母線處的電壓相量Um和 Un標(biāo)在圖(a)中。其有效值隨&變化的曲線，如圖(C)所示。在圖(a)中，由o點(diǎn)向相量 E作一垂線，并將該垂線代 表的電壓相量記為Uos,顯然，在 為0以外的任意值時(shí)，電 壓Uos都是全系統(tǒng)最低的，特別是當(dāng)180。時(shí)，該電壓的有(3-149)效值變?yōu)?。電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，電壓最低的這一點(diǎn)稱為振蕩 中心，在系統(tǒng)各局部的阻抗角都相等的情況下，振蕩中心的 位置就位于阻抗中心處。由圖(a)可見(jiàn)，振蕩中心電壓

6、的 有效值可以表示為Uos Em CoS22 電力系統(tǒng)振蕩時(shí)測(cè)量阻抗的變化規(guī)律系統(tǒng)振蕩時(shí)，安裝在Z U M EM I M ZM EMmI MI M點(diǎn)處的測(cè)量元件的測(cè)量阻抗為M m iMZM1re廠Z ZM(3-150)因?yàn)閏osjsinZm QZZm) jlz1 jctg?i ctg (2 21M)Z j2Z ctg 2(3-151)式中 MZMZ為M側(cè)系統(tǒng)阻抗占總串聯(lián)阻抗的比例?？梢?jiàn)，系統(tǒng)振蕩時(shí)，M處的測(cè)量阻抗由兩大局部組成，、 1第一局部為(2 M )Z ，它對(duì)應(yīng)于線路上從母線 M到振蕩中心z 一段線路的阻抗，是不隨變化的。第二局部為1j2Z ctg3，它垂直于Z，隨著 的變化而變化。當(dāng)由

7、0o變化到360。時(shí)，測(cè)量阻抗Zm的末端沿著一條經(jīng)過(guò)阻抗中心點(diǎn) 2z，且垂直于z的直線oo自右向左移動(dòng)，如圖3-33所示。 當(dāng)0)時(shí)，測(cè)量阻抗Zm位于復(fù)平面的右側(cè)，其值為無(wú)窮大； 當(dāng)180。時(shí)，第二局部阻抗等于o,總測(cè)量阻抗變成e m)z ； 當(dāng)360o()時(shí)，測(cè)量阻抗的值也為無(wú)窮大，但位于復(fù)平面的 左側(cè)。jX1 一Ke 1一.Ke 1o2M)ZKe 1R圖3-33測(cè)量阻抗的變化軌跡如果Em和En的幅值不相等，如此分析明確，系統(tǒng)振蕩 時(shí)測(cè)量阻抗末端的軌跡將不再是一條直線，而是一個(gè)圓弧。 設(shè)心Em En，當(dāng)Ke 1與心1時(shí)，測(cè)量阻抗末端的軌跡如 圖中的虛線圓弧1和2所示。由圖可見(jiàn)，保護(hù)安裝處 M

8、到振蕩中心Z一段線路的阻1 1 抗為（1 M）Z，它與比值M的大小密切相關(guān)。當(dāng) M -時(shí)， 它與z同方向，振蕩中心Z點(diǎn)位于阻抗平面的第一象限，振 蕩時(shí)測(cè)量阻抗末端軌跡的直線oo在第一象限內(nèi)與Z相交；1當(dāng)m -時(shí)，該阻抗等于0，振蕩中心z正好位于M點(diǎn)，測(cè) 量阻抗末端軌跡的直線 oo在坐標(biāo)原點(diǎn)處與 Z相交；當(dāng)1M 2時(shí)，它與Z方向相反，振蕩中心z點(diǎn)位于阻抗平面的 第三象限，振蕩時(shí)測(cè)量阻抗末端軌跡的直線 oo在第三象限內(nèi)與Z相交。Zn假如令N ，如此當(dāng)M和N都小于1時(shí)，振蕩中心 就落在線路MN上，其它情況下，振蕩中心將落在線路MN 之外。3電力系統(tǒng)振蕩對(duì)距離保護(hù)測(cè)量元件的影響在圖3-31所示的雙側(cè)電

9、源系統(tǒng)中，假設(shè) M、N兩處均 裝有距離保護(hù)，其測(cè)量元件均采用圓特性的方向阻抗元件， 距離I段的整定阻抗為線路阻抗的80%,如此兩側(cè)測(cè)量元件 的動(dòng)作特性如圖3-34所示，實(shí)線圓為M側(cè)I段的動(dòng)作特性， 虛線圓為N側(cè)I段的動(dòng)作特性。圖3-34振蕩對(duì)測(cè)量元件的影響根據(jù)前面的分析，假如M 和N都小于寸，振蕩中心就落 在母線M、N之間的線路上。 當(dāng)S變化時(shí)，M、N兩處的測(cè) 量阻抗的末端，都將沿圖3-34 中的直線oo移動(dòng)。由圖可見(jiàn)， 當(dāng)S在合冰圍內(nèi)時(shí)，N側(cè)測(cè) 量阻抗落入動(dòng)作X圍之內(nèi)，其 測(cè)量元件動(dòng)作；當(dāng)S在倉(cāng)&X 圍內(nèi)時(shí)，M側(cè)測(cè)量阻抗也落入 動(dòng)作X圍之內(nèi)，其測(cè)量元件也 動(dòng)作。即在振蕩中心落在本線 路上的情

10、況下，當(dāng)6變至1800 左右時(shí)，線路兩側(cè)保護(hù)I段的 測(cè)量元件都可能動(dòng)作。當(dāng)M和N任意一個(gè)不小于1時(shí)，振蕩中心都將落在本線 路之外，這時(shí)兩側(cè)保護(hù)的測(cè)量阻抗都不會(huì)進(jìn)入I段的動(dòng)作區(qū)，本線路的距離I段將不受振蕩的影響。但由于II段與 III段的整定阻抗一般較大，振蕩時(shí)的測(cè)量阻抗比擬容易進(jìn) 入其動(dòng)作區(qū)，所以II段與III段的測(cè)量元件可能會(huì)動(dòng)作?？傊?，電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，阻抗繼電器有可能因測(cè)量阻 抗進(jìn)入其動(dòng)作區(qū)而動(dòng)作，并且整定值越大的阻抗繼電器越容 易受振蕩的影響。在整定值一樣的情況下，動(dòng)作特性曲線在 與整定阻抗垂直方向的動(dòng)作區(qū)越大時(shí)，越容易受振蕩的影 響。比如，與方向圓阻抗特性相比，全阻抗特性在與整定阻 抗

11、垂直方向的動(dòng)作區(qū)較大，所以它受振蕩的影響就較大；而 方向阻抗特性在整定阻抗垂直方向的動(dòng)作區(qū)較橄欖形特性 大，所以它受振蕩的影響要比橄欖特性大。4引發(fā)電力系統(tǒng)振蕩的原因弓I起電力系統(tǒng)振蕩的原因主要有兩種，一種如此是因 為聯(lián)絡(luò)線中傳輸?shù)墓β蔬^(guò)大而導(dǎo)致靜穩(wěn)定破壞，另一種是因 電力系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)如短路、大機(jī)組或重要聯(lián)絡(luò)線的誤 切除等而導(dǎo)致暫態(tài)穩(wěn)定破壞。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中各點(diǎn)的電壓均接近額定 電壓，線路中的電流為負(fù)荷電流，傳輸?shù)墓β蕿樨?fù)荷功率， 此時(shí)兩側(cè)電源之間的功角 &小于900。當(dāng)線路中傳輸?shù)墓β?逐漸增加時(shí)，功角A將逐漸增大，一旦6超過(guò)900，系統(tǒng)就 有可能發(fā)生振蕩。由于負(fù)荷變化的過(guò)程并

12、不是突發(fā)的，所以 系統(tǒng)從正常狀態(tài)變到振蕩狀態(tài)的過(guò)程中，電氣量不會(huì)發(fā)生突 然的變化。進(jìn)入振蕩狀態(tài)后，電壓、電流、功率和測(cè)量阻抗 等電氣量都將隨著6的變化而不斷的變化，阻抗繼電器可能 因測(cè)量阻抗進(jìn)入其動(dòng)作X圍而誤動(dòng)作。此外，在靜穩(wěn)定破壞引發(fā)振蕩的情況下，系統(tǒng)的三相 仍然是完全對(duì)稱的，不會(huì)出現(xiàn)負(fù)序量和零序量。電力系統(tǒng)發(fā)生短路、斷線等較大沖擊的情況下，功率 可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的不平衡，假如處置不當(dāng)，很容易引發(fā)系統(tǒng) 振蕩。這種振蕩是由于電氣量的突然劇變引起的， 所以系統(tǒng) 從正常狀態(tài)變?yōu)檎袷帬顟B(tài)的過(guò)程中，電氣量會(huì)發(fā)生突變，系 統(tǒng)也可能出現(xiàn)三相不對(duì)稱。進(jìn)入振蕩狀態(tài)后，電氣量將隨著 6的變化而不斷的變化，阻抗繼電

13、器也可能因測(cè)量阻抗進(jìn)入 其動(dòng)作X圍而誤動(dòng)作。由此可見(jiàn)，雖然由靜穩(wěn)定破壞引發(fā)的系統(tǒng)振蕩和由暫 態(tài)穩(wěn)定破壞引發(fā)的系統(tǒng)振蕩的電氣量變化過(guò)程有所不同， 但 在進(jìn)入振蕩狀態(tài)后，阻抗繼電器都有可能誤動(dòng)作，為防止距 離保護(hù)誤動(dòng)作，在兩種情況下，都應(yīng)將保護(hù)閉鎖。距離保護(hù)振蕩閉鎖的措施Measures of Power Swing Blocking距離保護(hù)的振蕩閉鎖，應(yīng)能夠準(zhǔn)確地區(qū)分振蕩與短路， 并應(yīng)滿足以下的根本要求：（1）系統(tǒng)發(fā)生振蕩而沒(méi)有故障時(shí)，應(yīng)可靠地將保護(hù)閉 鎖，且振蕩不平息，閉鎖不解除。（2）系統(tǒng)發(fā)生各種類型的故障時(shí)，保護(hù)不應(yīng)被閉鎖， 以保證保護(hù)正確動(dòng)作。（3）振蕩過(guò)程中再發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)應(yīng)能夠正確

14、地動(dòng) 作即保護(hù)區(qū)內(nèi)故障可靠動(dòng)作，區(qū)外故障可靠不動(dòng)。（4）假如振蕩的中心不在本保護(hù)的保護(hù)區(qū)內(nèi)， 如此阻 抗繼電器就不可能因振蕩而誤動(dòng)，這種情況下保護(hù)可不采用 振蕩閉鎖。如上所述，電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，阻抗繼電器感受到的 測(cè)量阻抗為阻抗值根本不變的負(fù)荷阻抗， 其阻抗值較大、阻 抗角較小，一般均落在阻抗繼電器的動(dòng)作區(qū)域之外，阻抗繼 電器不會(huì)動(dòng)作；電力系統(tǒng)因靜穩(wěn)定破壞而引發(fā)振蕩時(shí)，電壓、 電流和測(cè)量阻抗等電氣量將隨著功角3的變化而不斷的緩慢變化，經(jīng)一定時(shí)間后，阻抗繼電器可能因測(cè)量阻抗進(jìn)入其 動(dòng)作區(qū)而動(dòng)作；電力系統(tǒng)因暫態(tài)穩(wěn)定破壞而引發(fā)振蕩時(shí)，在 大擾動(dòng)發(fā)生的瞬間，電壓、電流和測(cè)量阻抗等電氣量有一個(gè) 突變的

15、過(guò)程，擾動(dòng)過(guò)后的振蕩過(guò)程中，電氣量也將隨著功角A的變化而不斷的緩慢變化，一定時(shí)間后阻抗繼電器也可能 誤動(dòng)作；保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)，故障電壓、電流都會(huì)發(fā) 生突變，測(cè)量阻抗也將從負(fù)荷阻抗突變?yōu)槎搪纷杩?，并根?維持短路阻抗不變，測(cè)量元件立即動(dòng)作，并在故障切除前一 直處于動(dòng)作狀態(tài)。根據(jù)上述的特點(diǎn)和要求，距離保護(hù)一般采用以下幾種 振蕩閉鎖措施：1 利用系統(tǒng)故障時(shí)短時(shí)開(kāi)放的措施實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖所謂系統(tǒng)故障時(shí)短時(shí)開(kāi)放，就是在系統(tǒng)沒(méi)有故障時(shí)，距 離保護(hù)一直處于閉鎖狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，短時(shí)開(kāi)放距 離保護(hù)。假如在開(kāi)放的時(shí)間內(nèi)，阻抗繼電器動(dòng)作，說(shuō)明故障 點(diǎn)位于阻抗繼電器的動(dòng)作X圍之內(nèi)，如此保護(hù)繼續(xù)維持開(kāi) 放狀態(tài)

16、，直至保護(hù)動(dòng)作，將故障線路跳開(kāi)；假如在開(kāi)放的時(shí) 間內(nèi)阻抗繼電器未動(dòng)，如此說(shuō)明故障不在保護(hù)區(qū)內(nèi)，如此重 新將保護(hù)閉鎖。這種振蕩閉鎖方式的原理框圖如圖3-35所示。II段延時(shí)圖3-35利用故障時(shí)短時(shí)開(kāi)放的方式實(shí)2現(xiàn)振蕩閉鎖系統(tǒng)正常運(yùn)行或因靜穩(wěn)定失去而出現(xiàn)振蕩時(shí)，故障判 斷元件和整組復(fù)歸元件都不會(huì)動(dòng)作，這時(shí)雙穩(wěn)觸發(fā)器SW以 與單穩(wěn)觸發(fā)器DW都不會(huì)動(dòng)作，保護(hù)裝置的I段和II段被 閉鎖，無(wú)論阻抗繼電器本身是否動(dòng)作，保護(hù)都不可能動(dòng)作跳 閘，即不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障判斷元件 立即動(dòng)作，動(dòng)作信號(hào)經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 SW記憶下來(lái)，直至整 組復(fù)歸，SW輸出的信號(hào)，又送至一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 DW，固 定輸出

17、時(shí)間寬度為Tdw的短脈沖，在Tdw時(shí)間內(nèi)允許保護(hù) 動(dòng)作。假如故障發(fā)生在保護(hù)的I段X圍之內(nèi)，如此I段的阻抗 繼電器KZ1立即動(dòng)作，因保護(hù)處于開(kāi)放狀態(tài)，動(dòng)作后立即 跳閘。假如故障發(fā)生在保護(hù)的II段X圍之內(nèi)區(qū)內(nèi)時(shí)，如此 II段的阻抗繼電器KZ2立即動(dòng)作，II段動(dòng)作后實(shí)現(xiàn)自保持， 直至故障被切除。由于一般情況下距離保護(hù)的第III段大都通過(guò)動(dòng)作延時(shí)來(lái)躲避振蕩，所以III段無(wú)須用短時(shí)開(kāi)放的方 法來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖。假如故障發(fā)生在保護(hù)的動(dòng)作區(qū)域之外，故障判斷元件 也也可能動(dòng)作，并且振蕩閉鎖局部也會(huì)開(kāi)放Tdw時(shí)間。如果區(qū)外故障沒(méi)有引起系統(tǒng)振蕩，如此各段的阻抗繼電器都不會(huì)動(dòng)作，所以保護(hù)也不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)；假如區(qū)外故障引

18、起了系 統(tǒng)振蕩，因在剛發(fā)生故障后的一定時(shí)間Tdw內(nèi)角較小，I、II段的阻抗繼電器不會(huì)動(dòng)作，所以在振蕩閉鎖開(kāi)放的時(shí) 間段內(nèi)，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)，Tdw時(shí)間后，I、II段阻抗繼電器 可能會(huì)因 變大而動(dòng)作，但這時(shí)開(kāi)放時(shí)間已過(guò)，保護(hù)也不會(huì) 誤動(dòng)作。Tdw稱為振蕩閉鎖的開(kāi)放時(shí)間，或稱允許動(dòng)作時(shí)間，它 的選擇要兼顧兩個(gè)原如此，一是要保證在正向區(qū)內(nèi)故障時(shí)， I段保護(hù)有足夠的時(shí)間可靠跳閘，II段保護(hù)的測(cè)量元件能夠 可靠起動(dòng)并實(shí)現(xiàn)自保持，因而時(shí)間不能太短，一般不應(yīng)小于 0.1s；二是要保證在區(qū)外故障引起振蕩時(shí)，測(cè)量阻抗不會(huì)在 故障后的Tdw時(shí)間內(nèi)進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，因而時(shí)間又不能太長(zhǎng)， 一般不應(yīng)大于0.3s。所以，通常情況下

19、取Tdw=0.10.3s,現(xiàn) 代數(shù)字保護(hù)中，開(kāi)放時(shí)間一般取 0.15s左右。整組復(fù)歸元件在故障或振蕩消失后再經(jīng)過(guò)一個(gè)延時(shí)動(dòng) 作，將SW復(fù)原，它與故障判斷元件、SW配合，保證在整 個(gè)一次故障過(guò)程中，保護(hù)只開(kāi)放一次?？梢?jiàn)，電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障的判斷，是短時(shí)開(kāi)放式 振蕩閉鎖方式的核心。故障判斷元件，又可稱為起動(dòng)元件， 用來(lái)完成系統(tǒng)是否發(fā)生故障的判斷，它僅需要判斷系統(tǒng)是否 發(fā)生了故障，而不需要判出故障的遠(yuǎn)近與方向，對(duì)它的要求 是靈敏度高、動(dòng)作速度快，系統(tǒng)振蕩時(shí)不誤動(dòng)作。目前距離 保護(hù)中應(yīng)用的故障判斷元件，主要有反映電壓、電流中負(fù)序 或零序分量的判斷元件和反映電流突變量的判斷元件兩種， 現(xiàn)分別討論如下：

20、1反映電壓、電流中負(fù)序或零序分量的故障判斷元件 電力系統(tǒng)系統(tǒng)正常運(yùn)行或因靜穩(wěn)定破壞而引發(fā)振蕩 時(shí)，系統(tǒng)均處于三相對(duì)稱狀態(tài)，電壓、電流中不存在負(fù)序或 零序分量。電力系統(tǒng)發(fā)生各種類型的不對(duì)稱短路時(shí)，故障電 壓、電流中都會(huì)出現(xiàn)較大的負(fù)序或零序分量， 即使在發(fā)生三 相對(duì)稱性短路時(shí)，也會(huì)因三相短路的不同時(shí)或負(fù)序、零序?yàn)V 序器的不平衡輸出，在短路瞬間也會(huì)有較大的負(fù)序或零序分 量存在。這樣，就可以利用負(fù)序或零序分量是否存在， 作為 系統(tǒng)是否發(fā)生故障的判斷。電壓、電流中不存在負(fù)序或零序 分量時(shí)，故障判斷元件不動(dòng)作，從而將保護(hù)閉鎖；電壓、電 流中存在較大負(fù)序或零序分量時(shí)，故障判斷元件立即動(dòng)作， 短時(shí)開(kāi)放保護(hù)。2

21、反映電流突變量的故障判斷元件反映電流突變量的故障判斷元件是根據(jù)在系統(tǒng)正?；?振蕩時(shí)電流變化比擬緩慢，而在系統(tǒng)故障時(shí)電流會(huì)出現(xiàn)突變 這一特點(diǎn)來(lái)進(jìn)展故障判斷的。電流突變的檢測(cè)，既可以用模 擬的方法實(shí)現(xiàn)，也可以用數(shù)字的方法實(shí)現(xiàn)，此處僅討論數(shù)字 的方法。設(shè)每個(gè)工頻周期采樣的點(diǎn)數(shù)為 N，如此電流的突變量可由下述二式給出i(k)心)i(k y)(3-152)i(k) i(k) i(k N)(3-153)式中 i(k)當(dāng)前k時(shí)刻電流的采樣值；i(k N-)半個(gè)工頻周期前(k號(hào))時(shí)刻電流的采樣值；i(k N) 一個(gè)工頻周期前k N時(shí)刻電流的采樣 值。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行或發(fā)生振蕩時(shí)，電氣量的變化是比 擬緩慢的，用

22、上述兩式算出的i(k)的量值都很?。浑娏ο到y(tǒng)短路時(shí)，短路電流發(fā)生突變，由式(3-152)可以算出故障后 的半個(gè)工頻周期內(nèi)電流的突變量，由式(3-153)可以算出故障 后的一個(gè)工頻周期內(nèi)電流的突變量，兩式算出的i(k)的量 值都很大。因而根據(jù)i(k)的大小，就能夠判斷出系統(tǒng)是否 發(fā)生故障。i(k)的量值較小時(shí)，明確系統(tǒng)沒(méi)有故障，此時(shí)保護(hù)僅 執(zhí)行正常運(yùn)行程序，測(cè)量阻抗的計(jì)算與比擬等各種保護(hù)功能 算法程序根本不執(zhí)行，這樣也就不可能發(fā)生誤動(dòng)作。當(dāng)i(k)的量值較大時(shí)，明確系統(tǒng)發(fā)生故障，這時(shí)保護(hù)停止正 常程序的執(zhí)行，開(kāi)始執(zhí)行包括故障距離計(jì)算、比擬和邏輯判 斷等程序在內(nèi)的故障處理程序。如果在故障后的一段開(kāi)

23、放時(shí) 間內(nèi)，故障處理程序判斷為區(qū)內(nèi)故障，如此繼續(xù)進(jìn)展故障處理計(jì)算，直至保護(hù)動(dòng)作，故障消失。假如在開(kāi)放的時(shí)間內(nèi)故 障處理程序未判出有區(qū)內(nèi)的故障，保護(hù)將不再執(zhí)行故障距離 的計(jì)算、比擬、判斷等故障處理程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行振蕩閉鎖程 序，將保護(hù)閉鎖。故障消失或振蕩平息后，再經(jīng)過(guò)一個(gè)延時(shí) 時(shí)間，保護(hù)整組復(fù)歸，重新執(zhí)行正常運(yùn)行程序。當(dāng)系統(tǒng)振蕩頻率較快，或振蕩幅度較大，或振蕩引起 的電網(wǎng)頻率偏差較大時(shí)，用式3-152、3-153算出i(k) 的量值可能會(huì)較大，直接用它進(jìn)展判斷時(shí)，有可能造成保護(hù) 的誤開(kāi)放，從而可能造成保護(hù)誤動(dòng)作。為防止這種情況發(fā)生，可米取以下兩種措施。一種措施是將式3-152、 3-153改為如下

24、形式i(k) i(k) i(k J) i(kN2)i(kN)(3-154)i(k) i(k) i(k N) i(k N) i(k 2N)(3-155)式中 i(k 2N)二個(gè)工頻周期前k-2N時(shí)刻電流 的采樣值。在系統(tǒng)短路的情況下，用式3-154、3-155計(jì)算得 到的i(k)與用式3-152、3-153計(jì)算根本一樣；而在系 統(tǒng)振蕩時(shí)，i(k) i(k ?)、i(k j) i(k N)和|i(k) i(k N)、 i(k N) i(k 2N)雖都可能不為0,但它們的差值都很小，所以由該兩式算出的i(k)的量值仍然很小，用它進(jìn)展判斷，就不會(huì)出現(xiàn)誤開(kāi)放的情況。另一種措施是先利用式3-152或3-1

25、53算出突變 電流的離散值，然后利用半波積分算法求出突變電流的半波 積分值半波積分算法詳見(jiàn)第九章，并利用下式進(jìn)展判斷I max 1.25 It 2n(3-156)式中 I max 三相突變電流半波積分值中的最大值；1 T浮動(dòng)門檻電流；.2I n 為固定門檻。采用浮動(dòng)門檻后，突變電流的動(dòng)作值將隨著突變量算 法的不平衡輸出的增大而自動(dòng)提高，可保證系統(tǒng)振蕩時(shí)不誤 開(kāi)放保護(hù)。2. 利用阻抗變化率的不同來(lái)構(gòu)成振蕩閉鎖如上所述，在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，測(cè)量阻抗從 負(fù)荷阻抗Zl突變?yōu)槎搪纷杩筞k，而在系統(tǒng)振蕩時(shí)，測(cè)量阻 抗變化比擬緩慢，這樣，就可以根據(jù)測(cè)量阻抗的變化速度不 同構(gòu)成振蕩閉鎖。利用測(cè)量阻抗的變

26、化速度不同構(gòu)成振蕩閉鎖的原理可 以用圖3-36來(lái)說(shuō)明。圖a為原理示意圖，圖b為邏 輯框圖，圖中 乙為高靈敏度的阻抗元件，Z2為低靈敏度的 阻抗元件。KZ22開(kāi)放保護(hù)KZ11KTL(b)圖3-36利用電氣量變化速度不同構(gòu)成振蕩閉鎖(a)原理示意圖；(b)邏輯框圖系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)阻抗兀件 乙和Z2都不會(huì)動(dòng)作， 所以保護(hù)不可能開(kāi)放。系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，測(cè)量阻抗緩慢變化， 首先進(jìn)入動(dòng)作特性Z1，測(cè)量元件乙先動(dòng)作，“與門T動(dòng)作 使KT開(kāi)始計(jì)時(shí)，假如KT的延時(shí)時(shí)間H小于系統(tǒng)振蕩情 況下測(cè)量阻抗從進(jìn)入Zi到進(jìn)入Z2的時(shí)間，如此KT在Z2動(dòng) 作之前動(dòng)作，將“與門2閉鎖，使保護(hù)不能開(kāi)放。而當(dāng)系 統(tǒng)內(nèi)部短路故障時(shí)

27、，測(cè)量阻抗從負(fù)荷阻抗 Zl突變至短路阻 抗Zk,這時(shí)Zi、Z2兩個(gè)測(cè)量元件將同時(shí)動(dòng)作，Z2動(dòng)作后T 動(dòng)作前，通過(guò)“與門2開(kāi)放保護(hù)，并將“與門 T閉鎖， 使T返回，這樣，“與門2將維持開(kāi)放狀態(tài)，直到Z2返回。這相當(dāng)于在Zi動(dòng)作后將先開(kāi)放一個(gè)At的時(shí)間，如果在 這段時(shí)間內(nèi)Z2動(dòng)作，就去開(kāi)放保護(hù)，直到Z2返回，如果在 A的時(shí)間內(nèi)Z2不動(dòng)作，保護(hù)就不會(huì)被開(kāi)放，從這個(gè)意義上 講，這種振蕩閉鎖也是一種短時(shí)開(kāi)放，但與前面短時(shí)開(kāi)放不 同的是，測(cè)量阻抗每次進(jìn)入 Zi的動(dòng)作區(qū)后，都會(huì)開(kāi)放一定時(shí)間，而不是在整個(gè)故障過(guò)程中只開(kāi)放一次。由于對(duì)測(cè)量阻抗變化率的判斷是由兩個(gè)不同大小的阻 抗園完成的，所以這種振蕩閉鎖通常俗稱

28、為“大園套小園 振蕩閉鎖原理。3. 利用動(dòng)作的延時(shí)實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖如前所述，電力系統(tǒng)振蕩時(shí)，距離保護(hù)的測(cè)量阻抗是隨角的變化而不斷變化的，當(dāng)角變化到某個(gè)角度時(shí)，測(cè)量阻抗進(jìn)入到阻抗繼電器的動(dòng)作區(qū)，而當(dāng)角繼續(xù)變化到另個(gè)角度時(shí)，測(cè)量阻抗又從動(dòng)作區(qū)移出。分析明確，對(duì)于按躲過(guò) 最大負(fù)荷整定的III段阻抗繼電器來(lái)說(shuō)，測(cè)量阻抗落入其動(dòng) 作區(qū)的時(shí)間一般不會(huì)超過(guò)11.5s,即系統(tǒng)振蕩時(shí)III段阻抗 繼電器動(dòng)作持續(xù)的時(shí)間不會(huì)超過(guò)11.5s。這樣，只要III段動(dòng)作的延時(shí)時(shí)間不小于11.5s,系統(tǒng)振蕩時(shí)III段保護(hù)就 不會(huì)誤動(dòng)作。系統(tǒng)故障時(shí)，假如I、II段保護(hù)拒動(dòng)，測(cè)量阻 抗會(huì)一直落在III段動(dòng)作區(qū)內(nèi)，經(jīng)過(guò)預(yù)定的延時(shí)后，I

29、II段動(dòng) 作跳閘。目前國(guó)內(nèi)各廠家生產(chǎn)的距離保護(hù)中，一般都是利用上述 的短時(shí)開(kāi)放原理在振蕩過(guò)程中閉鎖I、II段保護(hù)，但I(xiàn)II段保 護(hù)一直處于開(kāi)放狀態(tài)，它依靠動(dòng)作延時(shí)來(lái)免受振蕩的影響。 國(guó)外廠家生產(chǎn)的距離保護(hù)大多都采用大園套小園的振蕩閉 鎖原理。4. 靜穩(wěn)定破壞引起的振蕩的閉鎖在采取了上述故障時(shí)短時(shí)開(kāi)放保護(hù)地措施后，系統(tǒng)正 常運(yùn)行或因靜穩(wěn)定破壞而發(fā)生振蕩時(shí)，由于故障判斷元件不 動(dòng)作，所以保護(hù)不會(huì)被開(kāi)放，即使測(cè)量元件因振蕩而動(dòng)作， 保護(hù)也不會(huì)誤動(dòng)跳閘。在故障情況下，啟動(dòng)元件動(dòng)作，短時(shí) 開(kāi)放保護(hù)，既能夠保證區(qū)內(nèi)故障可靠動(dòng)作，又能夠保證在區(qū) 外故障引發(fā)系統(tǒng)振蕩時(shí)可靠閉鎖。但是，如果在靜穩(wěn)定破壞后的振蕩過(guò)程中，又發(fā)生了 區(qū)外故障，或故障判斷元件因系統(tǒng)操作、振蕩嚴(yán)重等情況發(fā) 生誤動(dòng)，保護(hù)將會(huì)被開(kāi)放，可能會(huì)因測(cè)量阻抗正好位于動(dòng)作 區(qū)內(nèi)而造成保護(hù)誤動(dòng)作。為解決此問(wèn)題，距離保護(hù)中還應(yīng)設(shè) 置靜穩(wěn)定破壞檢測(cè)局部，在檢出靜穩(wěn)定破壞引發(fā)的振蕩后， 閉鎖故障判斷元件，使其不再動(dòng)作。靜穩(wěn)定破壞的檢測(cè)可以用按第III段定值整定的阻抗元 件或按躲最大負(fù)荷電流整定的過(guò)電流元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)III段阻