距離保護的振蕩閉鎖方法綜述

武莉莉

(廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西 南寧 530004)

距離保護的振蕩閉鎖方法綜述

武莉莉

(廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西 南寧 530004)

論述了實現(xiàn)距離保護振蕩閉鎖的三種基本原理，采用這些原理能可靠地區(qū)分短路故障與振蕩，使距離保護在振蕩時候都具備快速切除區(qū)內(nèi)故障的能力，克服電力系統(tǒng)振蕩給繼電保護動作帶來的影響，并且指出了距離保護振蕩閉鎖研究的巨大潛力和實際應(yīng)用價值。

振蕩閉鎖;不對稱故障;阻抗變化率

1 引言

隨著社會用電量的逐漸增加，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)的阻抗也相應(yīng)的變得越來越小，阻尼也相應(yīng)地變小，系統(tǒng)自身抵御干擾的能力變小，在大機組或變電站發(fā)生故障時，可能引起系統(tǒng)振蕩，在振蕩的過程中，電壓和電流值可能達到很高，容易引起距離保護誤動跳閘，造成系統(tǒng)大面積停電。另外，目前大量使用的非線性負載會產(chǎn)生高次諧波，也容易引起系統(tǒng)振蕩而使距離保護跳閘，因此，分析振蕩產(chǎn)生的原因并找出合理的方法避免保護跳閘顯得極其重要。距離保護振蕩閉鎖措施應(yīng)滿足如下要求:

(1)系統(tǒng)全相或非全相振蕩時，保護不應(yīng)動作跳閘。

(2)系統(tǒng)全相或非全相振蕩過程中再發(fā)生不對稱短路，保護應(yīng)能可靠跳閘。

(3)系統(tǒng)全相振蕩過程中發(fā)生三相對稱短路，保護能可靠動作，并允許帶有延時。

2 目前距離保護的判斷依據(jù)

目前距離保護中應(yīng)用的故障判斷元件主要有反映電壓、電流中負序分量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。電力網(wǎng)絡(luò)在正常運行時或者因靜態(tài)穩(wěn)定遭到破壞而引起振蕩，電力系統(tǒng)三相處于對稱狀態(tài)，電壓和電流不包括負序分量或零序分量;而當(dāng)發(fā)生單相接地、兩相短路和兩相接地短路等三相不對稱短路時，電壓和電流中都會有較大的負序分量或零序分量出現(xiàn)。電力系統(tǒng)發(fā)生三相對稱短路的概率較小，即使發(fā)生，大多也是由不對稱短路發(fā)展而來，在不對稱短路期間也會有負序或零序分量。因此，可以根據(jù)負序分量或零序分量的存在和大小，判斷電力系統(tǒng)是否發(fā)生了不對稱短路故障，如測出負序分量或零序分量的存在并且較大時，繼電保護應(yīng)作出相應(yīng)的動作。電力系統(tǒng)在正常運行時電力變化很小，振蕩過程中電流的變化也比較緩慢，但系統(tǒng)發(fā)生短路故障時電流會出現(xiàn)突變，因此也可以根據(jù)電流是否發(fā)生突變來判斷系統(tǒng)是發(fā)生短路還是振蕩。

3 距離保護振蕩閉鎖方法

3.1 利用負序、零序分量實現(xiàn)距離保護振蕩閉鎖

為了提高距離保護的可靠性，在系統(tǒng)正常運行或者振蕩情況下，距離保護一般都處于保護閉鎖狀態(tài)，即故障判別元件不符合動作條件，保護閉鎖。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障，短時間開放距離保護允許保護跳閘，在開放的這段時間內(nèi)，阻抗繼電器檢測故障點是否在自身動作的范圍之內(nèi)，如果阻抗繼電器動作，說明故障點在保護動作范圍內(nèi)，則距離保護跳開故障線路。如果在開放的時間內(nèi)阻抗繼電器沒有動作，則故障點不在保護范圍內(nèi)，保護重新閉鎖。

圖1 利用故障時短時開放的方式實現(xiàn)振蕩閉鎖

在圖1中，故障判別元件是實現(xiàn)距離保護振蕩閉鎖的關(guān)鍵部分，電力系統(tǒng)在正常運行或靜態(tài)穩(wěn)定遭到破壞時，故障判別部分和整組復(fù)歸部分都不會啟動，因此雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器SW和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DW都不會啟動，即保護處于閉鎖狀態(tài)，無論I段距離繼電器和II段距離繼電器本身是否動作，保護都不會發(fā)生誤動作跳閘。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障判別部分立即啟動，動作信號經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器SW記憶起來，再輸出信號到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DW，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時時間為TDW，在TDW這段時間間隔內(nèi)，如果I段距離繼電器動作，則允許I段距離保護立即跳閘;如果II段距離繼電器動作，則允許II段距離保護延時跳閘。但如果故障點不在保護范圍內(nèi)，在TDW這段時間內(nèi)如果I段和II段距離繼電器不動作，保護將閉鎖，直到滿足復(fù)歸條件，等待下一次開放保護。

電力系統(tǒng)在正常運行或者振蕩時，故障判別元件檢測不到負序或零序電流，故障判別部分不動作，保護不開放，此時無論阻抗繼電器本身是否動作，保護I段和II都不會誤動作，這樣就能實現(xiàn)距離保護振蕩閉鎖。

在三相四線電路中，正常運行或振蕩時三相電流的相量和等于零，即

如果在三相四線的中性線接入一個零序電流互感器，這時感應(yīng)電流為零。當(dāng)電路中發(fā)生不對稱的短路故障時，中性線中有零序電流流過，這時穿過互感器的三相電流相量和不等零，這樣互感器二次線圈中就有一個感應(yīng)電壓，此電壓加于檢測部分的電子放大電路，與保護區(qū)裝置預(yù)定動作電流值相比較，如大于動作電流，即使靈敏繼電器動作，作用于執(zhí)行元件跳閘。三相電流的相量和不等于零，所產(chǎn)生的電流即為零序電流。

產(chǎn)生零序電流必須滿足兩個條件:一是無論縱向故障還是橫向故障，或者正常時和異常時的不對稱故障，有零序電壓的產(chǎn)生;二是要構(gòu)成零序電流通路。這兩個條件缺一不可，零序電壓和電流公式:

負序、零序分量的出現(xiàn)為距離保護振蕩閉鎖提供了判別依據(jù)。只要是三相系統(tǒng)，在對稱運行的情況下就不會出現(xiàn)負序、零序分量，保護閉鎖，而在發(fā)生不對稱的短路故障時，就能分解出正序、負序和零序分量，利用負序和零序的檢測元件就能檢測出故障，從而動作于跳閘，特別在單相接地短路時系統(tǒng)嚴重不對稱，零序電流較大，保護靈敏性更高，能可靠動作。

3.2 利用阻抗變化率的不同實現(xiàn)振蕩閉鎖

電力系統(tǒng)在正常運行時，距離保護的測量阻抗為負荷阻抗，在發(fā)生對稱或者不對稱短路故障時，測量阻抗由負荷阻抗突變?yōu)楸Ｗo安裝處到短路故障點之間的阻抗，而在振蕩時，測量阻抗緩慢變?yōu)楸Ｗo安裝處到振蕩中心點的線路阻抗。這三種情況下測量阻抗及其變化率是不同的，可以根據(jù)測量阻抗變化的快慢不同構(gòu)成振蕩閉鎖。

基本原理如圖2所示，距離保護有兩個動作啟動元件，KZ1為整定值較大的阻抗元件，KZ2為整定值較小的阻抗元件，實際上KZ2的整定阻抗等于距離保護范圍的阻抗值。如果系統(tǒng)發(fā)生短路故障測量阻抗迅速進入動作圓Z1和Z2內(nèi)，這個阻抗的變化率很快，KZ1動作之后緊接著KZ2動作，這個過程時間很短，小于時間繼電器KT的延時Δt，因此保護開放，動作于跳閘。如果系統(tǒng)發(fā)生振蕩，則阻抗元件測量到的阻抗為保護安裝處到振蕩中心點的線路阻抗，并不一定落入動作區(qū)，即使落入動作區(qū)，由于其阻抗變化率較慢，從Z1變化到Z2需要較長的時間，可以整定延時Δt來躲過振蕩跳閘。測量阻抗進入大圓后KZ1首先動作并開始延時，延時達到后，測量阻抗沒有進入小圓，KZ2并沒有啟動，KZ1返回將保護閉鎖，不會造成系統(tǒng)振蕩而誤跳閘。這個過程可以簡要地概括為在KZ1啟動后開放一個時間Δt，在這個時間短內(nèi)KZ2啟動，保護就被開放，直到KZ2返回，如果在這個時間短內(nèi)KZ2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，KZ1、KZ2的動作時間差小于Δt，短時開放從而實現(xiàn)跳閘，而振蕩時阻抗的變化率較小，KZ1、KZ2的動作時間差大于Δt，保護不開放。測量阻抗每次進入KZ1動作去后，保護都會開放一定時間，而不是在整個故障過程只開放一次。

圖2 利用電氣量變化速度不同構(gòu)成振蕩閉鎖

3.3 利用動作延時實現(xiàn)振蕩閉鎖

延時振蕩閉鎖利用了系統(tǒng)振蕩時測量阻抗不斷變化的特點，如圖3所示。

圖3 測量阻抗隨功角變化圖

電力系統(tǒng)振蕩時測量阻抗隨著功率角δ的變化而變化，即沿著直線OO'來回變化，當(dāng)δ角變化到δ1、δ2的范圍內(nèi)時，測量阻抗就進入到阻抗繼電器的動作區(qū)，此時δ角繼續(xù)變化，當(dāng)δ角不落入δ1、δ2范圍內(nèi)時，測量阻抗又移出阻抗繼電器的動作區(qū)，測量元件返回。一般情況下，測量阻抗落入其動作區(qū)的時間小于1～1.5s，只要距離保護動作的延時時間大于1～1.5s，系統(tǒng)振蕩時保護就不會誤動作。按躲過最大負荷整定的III段距離保護，將其延時整定大于1.5s，就可以實現(xiàn)振蕩閉鎖。

4 結(jié)論

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，電力系統(tǒng)越來越復(fù)雜，發(fā)生振蕩等不正常運行的情況越來越多，因此研究保護振蕩閉鎖的方法，保證電力系統(tǒng)可靠運行顯得極其重要。本文介紹的三種距離保護振蕩閉鎖的方法都具有實際研究意義。利用負序、零序電流分量和利用阻抗變化率快慢這兩種方法來區(qū)別系統(tǒng)是故障還是振蕩，原理簡單，易于實現(xiàn)，容易測量相應(yīng)的變化量，具有巨大的發(fā)展前景和實際應(yīng)用價值。利用延時來達到閉鎖保護的目的，因其要延時較長的時間，適用于III段距離保護。隨著電力系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，處理振蕩問題將會變得更加困難，在未來的數(shù)十年，繼電保護振蕩閉鎖仍然是電力科學(xué)工作者研究的重點。

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Summarization of the Distance Protection Sw ing Blocking

WU Li-li
(College of Electrical Engineering，Guangxi University，Nanning 530004，China)

This article discusses three basic principles of the the distance protection swing blocking，these principles can be reliably distinguish short-circuit faultwith oscillation，so that the distance protection at the time of swing blockingwith the rapid removal of internal faults，to overcome the power system oscillations to the relaythe impactof the action，pointed out that the the distance protection oscillation lockout research has enormous potential and practical value．

swing blocking;unsymmetrical fault:impedance change rate

TM71

B

1004－289X(2013)03－0005－03

2013－04－08

武莉莉(1980－)，女，河南西平人，漢族，碩士研究生，現(xiàn)在廣西田東供電公司從事生產(chǎn)管理工作。