武莉莉

(廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西 南寧 530004)

距離保護(hù)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(shí)現(xiàn)距離保護(hù)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(hù)在振蕩時(shí)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(hù)動(dòng)作帶來(lái)的影響，并且指出了距離保護(hù)振蕩閉鎖研究的巨大潛力和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

振蕩閉鎖;不對(duì)稱故障;阻抗變化率

1 引言

隨著社會(huì)用電量的逐漸增加，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)的阻抗也相應(yīng)的變得越來(lái)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(jī)組或變電站發(fā)生故障時(shí)，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(dá)到很高，容易引起距離保護(hù)誤動(dòng)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(fù)載會(huì)產(chǎn)生高次諧波，也容易引起系統(tǒng)振蕩而使距離保護(hù)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(hù)跳閘顯得極其重要。距離保護(hù)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(shí)，保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作跳閘。

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

(3)系統(tǒng)全相振蕩過程中發(fā)生三相對(duì)稱短路，保護(hù)能可靠動(dòng)作，并允許帶有延時(shí)。

2 目前距離保護(hù)的判斷依據(jù)

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(yùn)行時(shí)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(duì)稱狀態(tài)，電壓和電流不包括負(fù)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(duì)稱短路時(shí)，電壓和電流中都會(huì)有較大的負(fù)序分量或零序分量出現(xiàn)。電力系統(tǒng)發(fā)生三相對(duì)稱短路的概率較小，即使發(fā)生，大多也是由不對(duì)稱短路發(fā)展而來(lái)，在不對(duì)稱短路期間也會(huì)有負(fù)序或零序分量。因此，可以根據(jù)負(fù)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(duì)稱短路故障，如測(cè)出負(fù)序分量或零序分量的存在并且較大時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)作出相應(yīng)的動(dòng)作。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)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(shí)電流會(huì)出現(xiàn)突變，因此也可以根據(jù)電流是否發(fā)生突變來(lái)判斷系統(tǒng)是發(fā)生短路還是振蕩。

3 距離保護(hù)振蕩閉鎖方法

3.1 利用負(fù)序、零序分量實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)振蕩閉鎖

為了提高距離保護(hù)的可靠性，在系統(tǒng)正常運(yùn)行或者振蕩情況下，距離保護(hù)一般都處于保護(hù)閉鎖狀態(tài)，即故障判別元件不符合動(dòng)作條件，保護(hù)閉鎖。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障，短時(shí)間開放距離保護(hù)允許保護(hù)跳閘，在開放的這段時(shí)間內(nèi)，阻抗繼電器檢測(cè)故障點(diǎn)是否在自身動(dòng)作的范圍之內(nèi)，如果阻抗繼電器動(dòng)作，說(shuō)明故障點(diǎn)在保護(hù)動(dòng)作范圍內(nèi)，則距離保護(hù)跳開故障線路。如果在開放的時(shí)間內(nèi)阻抗繼電器沒有動(dòng)作，則故障點(diǎn)不在保護(hù)范圍內(nèi)，保護(hù)重新閉鎖。

圖1 利用故障時(shí)短時(shí)開放的方式實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖

在圖1中，故障判別元件是實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)振蕩閉鎖的關(guān)鍵部分，電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行或靜態(tài)穩(wěn)定遭到破壞時(shí)，故障判別部分和整組復(fù)歸部分都不會(huì)啟動(dòng)，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(huì)啟動(dòng)，即保護(hù)處于閉鎖狀態(tài)，無(wú)論I段距離繼電器和II段距離繼電器本身是否動(dòng)作，保護(hù)都不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作跳閘。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障判別部分立即啟動(dòng)，動(dòng)作信號(hào)經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器SW記憶起來(lái)，再輸出信號(hào)到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器DW，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的延時(shí)時(shí)間為TDW，在TDW這段時(shí)間間隔內(nèi)，如果I段距離繼電器動(dòng)作，則允許I段距離保護(hù)立即跳閘;如果II段距離繼電器動(dòng)作，則允許II段距離保護(hù)延時(shí)跳閘。但如果故障點(diǎn)不在保護(hù)范圍內(nèi)，在TDW這段時(shí)間內(nèi)如果I段和II段距離繼電器不動(dòng)作，保護(hù)將閉鎖，直到滿足復(fù)歸條件，等待下一次開放保護(hù)。

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行或者振蕩時(shí)，故障判別元件檢測(cè)不到負(fù)序或零序電流，故障判別部分不動(dòng)作，保護(hù)不開放，此時(shí)無(wú)論阻抗繼電器本身是否動(dòng)作，保護(hù)I段和II都不會(huì)誤動(dòng)作，這樣就能實(shí)現(xiàn)距離保護(hù)振蕩閉鎖。

在三相四線電路中，正常運(yùn)行或振蕩時(shí)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(gè)零序電流互感器，這時(shí)感應(yīng)電流為零。當(dāng)電路中發(fā)生不對(duì)稱的短路故障時(shí)，中性線中有零序電流流過，這時(shí)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(gè)感應(yīng)電壓，此電壓加于檢測(cè)部分的電子放大電路，與保護(hù)區(qū)裝置預(yù)定動(dòng)作電流值相比較，如大于動(dòng)作電流，即使靈敏繼電器動(dòng)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(gè)條件:一是無(wú)論縱向故障還是橫向故障，或者正常時(shí)和異常時(shí)的不對(duì)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(gè)條件缺一不可，零序電壓和電流公式:

負(fù)序、零序分量的出現(xiàn)為距離保護(hù)振蕩閉鎖提供了判別依據(jù)。只要是三相系統(tǒng)，在對(duì)稱運(yùn)行的情況下就不會(huì)出現(xiàn)負(fù)序、零序分量，保護(hù)閉鎖，而在發(fā)生不對(duì)稱的短路故障時(shí)，就能分解出正序、負(fù)序和零序分量，利用負(fù)序和零序的檢測(cè)元件就能檢測(cè)出故障，從而動(dòng)作于跳閘，特別在單相接地短路時(shí)系統(tǒng)嚴(yán)重不對(duì)稱，零序電流較大，保護(hù)靈敏性更高，能可靠動(dòng)作。

3.2 利用阻抗變化率的不同實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖

電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，距離保護(hù)的測(cè)量阻抗為負(fù)荷阻抗，在發(fā)生對(duì)稱或者不對(duì)稱短路故障時(shí)，測(cè)量阻抗由負(fù)荷阻抗突變?yōu)楸Ｗo(hù)安裝處到短路故障點(diǎn)之間的阻抗，而在振蕩時(shí)，測(cè)量阻抗緩慢變?yōu)楸Ｗo(hù)安裝處到振蕩中心點(diǎn)的線路阻抗。這三種情況下測(cè)量阻抗及其變化率是不同的，可以根據(jù)測(cè)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(hù)有兩個(gè)動(dòng)作啟動(dòng)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(shí)際上KZ2的整定阻抗等于距離保護(hù)范圍的阻抗值。如果系統(tǒng)發(fā)生短路故障測(cè)量阻抗迅速進(jìn)入動(dòng)作圓Z1和Z2內(nèi)，這個(gè)阻抗的變化率很快，KZ1動(dòng)作之后緊接著KZ2動(dòng)作，這個(gè)過程時(shí)間很短，小于時(shí)間繼電器KT的延時(shí)Δt，因此保護(hù)開放，動(dòng)作于跳閘。如果系統(tǒng)發(fā)生振蕩，則阻抗元件測(cè)量到的阻抗為保護(hù)安裝處到振蕩中心點(diǎn)的線路阻抗，并不一定落入動(dòng)作區(qū)，即使落入動(dòng)作區(qū)，由于其阻抗變化率較慢，從Z1變化到Z2需要較長(zhǎng)的時(shí)間，可以整定延時(shí)Δt來(lái)躲過振蕩跳閘。測(cè)量阻抗進(jìn)入大圓后KZ1首先動(dòng)作并開始延時(shí)，延時(shí)達(dá)到后，測(cè)量阻抗沒有進(jìn)入小圓，KZ2并沒有啟動(dòng)，KZ1返回將保護(hù)閉鎖，不會(huì)造成系統(tǒng)振蕩而誤跳閘。這個(gè)過程可以簡(jiǎn)要地概括為在KZ1啟動(dòng)后開放一個(gè)時(shí)間Δt，在這個(gè)時(shí)間短內(nèi)KZ2啟動(dòng)，保護(hù)就被開放，直到KZ2返回，如果在這個(gè)時(shí)間短內(nèi)KZ2不動(dòng)作，保護(hù)就不會(huì)被開放，它利用短路時(shí)阻抗的變化率較大，KZ1、KZ2的動(dòng)作時(shí)間差小于Δt，短時(shí)開放從而實(shí)現(xiàn)跳閘，而振蕩時(shí)阻抗的變化率較小，KZ1、KZ2的動(dòng)作時(shí)間差大于Δt，保護(hù)不開放。測(cè)量阻抗每次進(jìn)入KZ1動(dòng)作去后，保護(hù)都會(huì)開放一定時(shí)間，而不是在整個(gè)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(dòng)作延時(shí)實(shí)現(xiàn)振蕩閉鎖

延時(shí)振蕩閉鎖利用了系統(tǒng)振蕩時(shí)測(cè)量阻抗不斷變化的特點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 測(cè)量阻抗隨功角變化圖

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

4 結(jié)論

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

［1］ 張保會(huì)，尹項(xiàng)根．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］．北京中國(guó)電力出版社，2010．

［2］ 賀家李，宋從矩．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］．北京．水利電力出版社，1991．

［3］ 沈國(guó)榮．區(qū)分振蕩與短路的新原理［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1990(14):1．

［4］ 孔繁朋，葛耀中，周秦武．一種區(qū)分振蕩和故障的新方法［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1995，19(4):34 －38．

［5］ 熊小伏，葉一麟，李小秋．在電力系統(tǒng)振蕩情況下提取故障分量的新方法［J］．重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，17(4):45 －52．

［6］ 郁惟鏞，范廣軍，遲忠君．基于模糊集合理論的電力系統(tǒng)振蕩與短路的識(shí)別．繼電器，2002，30(3):4 －7．

［7］ 焦振有，姜梅，焦燕莉，等．利用綜合負(fù)序矢量識(shí)別電力系統(tǒng)振蕩中接地故障［J］．東北電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，21(4):105 －109．

［8］ 林湘寧，劉沛，胡帆．面向繼電保護(hù)的全過程系統(tǒng)振蕩仿真［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2003，27(22):56 －59．

［9］ 金華烽，何奔騰．電力系統(tǒng)振蕩閉鎖判別方法的研究［J］．繼電器，1999，27(2):24 －25，31．

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。