距离保护的振荡闭锁方法综述

武莉莉

(广西大学电气工程学院，广西 南宁 530004)

距离保护的振荡闭锁方法综述

武莉莉

(广西大学电气工程学院，广西 南宁 530004)

论述了实现距离保护振荡闭锁的三种基本原理，采用这些原理能可靠地区分短路故障与振荡，使距离保护在振荡时候都具备快速切除区内故障的能力，克服电力系统振荡给继电保护动作带来的影响，并且指出了距离保护振荡闭锁研究的巨大潜力和实际应用价值。

振荡闭锁;不对称故障;阻抗变化率

1 引言

随着社会用电量的逐渐增加，电力系统的结构越来越复杂，系统的阻抗也相应的变得越来越小，阻尼也相应地变小，系统自身抵御干扰的能力变小，在大机组或变电站发生故障时，可能引起系统振荡，在振荡的过程中，电压和电流值可能达到很高，容易引起距离保护误动跳闸，造成系统大面积停电。另外，目前大量使用的非线性负载会产生高次谐波，也容易引起系统振荡而使距离保护跳闸，因此，分析振荡产生的原因并找出合理的方法避免保护跳闸显得极其重要。距离保护振荡闭锁措施应满足如下要求:

(1)系统全相或非全相振荡时，保护不应动作跳闸。

(2)系统全相或非全相振荡过程中再发生不对称短路，保护应能可靠跳闸。

(3)系统全相振荡过程中发生三相对称短路，保护能可靠动作，并允许带有延时。

2 目前距离保护的判断依据

目前距离保护中应用的故障判断元件主要有反映电压、电流中负序分量或零序分量的判断元件和反映电流突变量的判断元件两种。电力网络在正常运行时或者因静态稳定遭到破坏而引起振荡，电力系统三相处于对称状态，电压和电流不包括负序分量或零序分量;而当发生单相接地、两相短路和两相接地短路等三相不对称短路时，电压和电流中都会有较大的负序分量或零序分量出现。电力系统发生三相对称短路的概率较小，即使发生，大多也是由不对称短路发展而来，在不对称短路期间也会有负序或零序分量。因此，可以根据负序分量或零序分量的存在和大小，判断电力系统是否发生了不对称短路故障，如测出负序分量或零序分量的存在并且较大时，继电保护应作出相应的动作。电力系统在正常运行时电力变化很小，振荡过程中电流的变化也比较缓慢，但系统发生短路故障时电流会出现突变，因此也可以根据电流是否发生突变来判断系统是发生短路还是振荡。

3 距离保护振荡闭锁方法

3.1 利用负序、零序分量实现距离保护振荡闭锁

为了提高距离保护的可靠性，在系统正常运行或者振荡情况下，距离保护一般都处于保护闭锁状态，即故障判别元件不符合动作条件，保护闭锁。当系统发生不对称故障，短时间开放距离保护允许保护跳闸，在开放的这段时间内，阻抗继电器检测故障点是否在自身动作的范围之内，如果阻抗继电器动作，说明故障点在保护动作范围内，则距离保护跳开故障线路。如果在开放的时间内阻抗继电器没有动作，则故障点不在保护范围内，保护重新闭锁。

图1 利用故障时短时开放的方式实现振荡闭锁

在图1中，故障判别元件是实现距离保护振荡闭锁的关键部分，电力系统在正常运行或静态稳定遭到破坏时，故障判别部分和整组复归部分都不会启动，因此双稳态触发器SW和单稳态触发器DW都不会启动，即保护处于闭锁状态，无论I段距离继电器和II段距离继电器本身是否动作，保护都不会发生误动作跳闸。在电力系统发生故障时，故障判别部分立即启动，动作信号经双稳态触发器SW记忆起来，再输出信号到单稳态触发器DW，单稳态触发器的延时时间为TDW，在TDW这段时间间隔内，如果I段距离继电器动作，则允许I段距离保护立即跳闸;如果II段距离继电器动作，则允许II段距离保护延时跳闸。但如果故障点不在保护范围内，在TDW这段时间内如果I段和II段距离继电器不动作，保护将闭锁，直到满足复归条件，等待下一次开放保护。

电力系统在正常运行或者振荡时，故障判别元件检测不到负序或零序电流，故障判别部分不动作，保护不开放，此时无论阻抗继电器本身是否动作，保护I段和II都不会误动作，这样就能实现距离保护振荡闭锁。

在三相四线电路中，正常运行或振荡时三相电流的相量和等于零，即

如果在三相四线的中性线接入一个零序电流互感器，这时感应电流为零。当电路中发生不对称的短路故障时，中性线中有零序电流流过，这时穿过互感器的三相电流相量和不等零，这样互感器二次线圈中就有一个感应电压，此电压加于检测部分的电子放大电路，与保护区装置预定动作电流值相比较，如大于动作电流，即使灵敏继电器动作，作用于执行元件跳闸。三相电流的相量和不等于零，所产生的电流即为零序电流。

产生零序电流必须满足两个条件:一是无论纵向故障还是横向故障，或者正常时和异常时的不对称故障，有零序电压的产生;二是要构成零序电流通路。这两个条件缺一不可，零序电压和电流公式:

负序、零序分量的出现为距离保护振荡闭锁提供了判别依据。只要是三相系统，在对称运行的情况下就不会出现负序、零序分量，保护闭锁，而在发生不对称的短路故障时，就能分解出正序、负序和零序分量，利用负序和零序的检测元件就能检测出故障，从而动作于跳闸，特别在单相接地短路时系统严重不对称，零序电流较大，保护灵敏性更高，能可靠动作。

3.2 利用阻抗变化率的不同实现振荡闭锁

电力系统在正常运行时，距离保护的测量阻抗为负荷阻抗，在发生对称或者不对称短路故障时，测量阻抗由负荷阻抗突变为保护安装处到短路故障点之间的阻抗，而在振荡时，测量阻抗缓慢变为保护安装处到振荡中心点的线路阻抗。这三种情况下测量阻抗及其变化率是不同的，可以根据测量阻抗变化的快慢不同构成振荡闭锁。

基本原理如图2所示，距离保护有两个动作启动元件，KZ1为整定值较大的阻抗元件，KZ2为整定值较小的阻抗元件，实际上KZ2的整定阻抗等于距离保护范围的阻抗值。如果系统发生短路故障测量阻抗迅速进入动作圆Z1和Z2内，这个阻抗的变化率很快，KZ1动作之后紧接着KZ2动作，这个过程时间很短，小于时间继电器KT的延时Δt，因此保护开放，动作于跳闸。如果系统发生振荡，则阻抗元件测量到的阻抗为保护安装处到振荡中心点的线路阻抗，并不一定落入动作区，即使落入动作区，由于其阻抗变化率较慢，从Z1变化到Z2需要较长的时间，可以整定延时Δt来躲过振荡跳闸。测量阻抗进入大圆后KZ1首先动作并开始延时，延时达到后，测量阻抗没有进入小圆，KZ2并没有启动，KZ1返回将保护闭锁，不会造成系统振荡而误跳闸。这个过程可以简要地概括为在KZ1启动后开放一个时间Δt，在这个时间短内KZ2启动，保护就被开放，直到KZ2返回，如果在这个时间短内KZ2不动作，保护就不会被开放，它利用短路时阻抗的变化率较大，KZ1、KZ2的动作时间差小于Δt，短时开放从而实现跳闸，而振荡时阻抗的变化率较小，KZ1、KZ2的动作时间差大于Δt，保护不开放。测量阻抗每次进入KZ1动作去后，保护都会开放一定时间，而不是在整个故障过程只开放一次。

图2 利用电气量变化速度不同构成振荡闭锁

3.3 利用动作延时实现振荡闭锁

延时振荡闭锁利用了系统振荡时测量阻抗不断变化的特点，如图3所示。

图3 测量阻抗随功角变化图

电力系统振荡时测量阻抗随着功率角δ的变化而变化，即沿着直线OO'来回变化，当δ角变化到δ1、δ2的范围内时，测量阻抗就进入到阻抗继电器的动作区，此时δ角继续变化，当δ角不落入δ1、δ2范围内时，测量阻抗又移出阻抗继电器的动作区，测量元件返回。一般情况下，测量阻抗落入其动作区的时间小于1～1.5s，只要距离保护动作的延时时间大于1～1.5s，系统振荡时保护就不会误动作。按躲过最大负荷整定的III段距离保护，将其延时整定大于1.5s，就可以实现振荡闭锁。

4 结论

随着经济社会的发展，电力系统越来越复杂，发生振荡等不正常运行的情况越来越多，因此研究保护振荡闭锁的方法，保证电力系统可靠运行显得极其重要。本文介绍的三种距离保护振荡闭锁的方法都具有实际研究意义。利用负序、零序电流分量和利用阻抗变化率快慢这两种方法来区别系统是故障还是振荡，原理简单，易于实现，容易测量相应的变化量，具有巨大的发展前景和实际应用价值。利用延时来达到闭锁保护的目的，因其要延时较长的时间，适用于III段距离保护。随着电力系统复杂性的增加，处理振荡问题将会变得更加困难，在未来的数十年，继电保护振荡闭锁仍然是电力科学工作者研究的重点。

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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，汉族，硕士研究生，现在广西田东供电公司从事生产管理工作。