【文章內(nèi)容簡介】 (214)123tancocotmmsetmRXR???????式中， ， ——測量電阻和測量電抗。mX朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 13 當微機型保護輸入回路取得所需電壓 、電流 的采樣值后，可通過某種mU?I?算法算出所測 和及 ，再用程序軟件實現(xiàn)上述方程的比較，滿足式(214)時，mXR微機型保護輸出回路輸出信號，去控制下一級，否則不輸出信號。阻抗元件的四邊形動作特性實際上是各種阻抗動作特性的組合，如上述所示的阻抗元件四邊形動作特性實際上是由電抗動作特性、電阻動作特性和折線動作特性等組合成的綜合阻抗動作特性。它可根據(jù)實際要求，比如根據(jù)躲過過渡電阻和躲過負荷能力的強弱等具體的特性要求進行設計。3 存在過渡電阻短路時對距離保護的影響南京工程學院電力工程學院畢業(yè)論文 14 電力系統(tǒng)中的短路一般都不是金屬性的，而是在短路點存在過渡電阻。此過渡電阻的存在，將使距離保護的測量阻抗發(fā)生變化，一般情況下是使保護范圍縮短，但有時候也能引起保護的越范圍動作或反方向誤動作?，F(xiàn)對過渡電阻的性質及其對距離保護工作的影響討淪如下。 短路點過渡電阻的性質短路點的過渡電阻 是指當相間短路或接地短路時短路電流從一相流到另一gR相或從相導線流入地的途徑中所通過的物質的電阻(包括電弧、中間物質的電阻、相導線與地之間的接觸電阻、金屬桿塔的接地電阻等)。實驗證明，當故障電流相當大時( 數(shù)百安以上) ，電弧上的電壓梯度幾乎與電流無關，大約可取為每米弧長上 ~(最大值)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可知電弧實際上呈現(xiàn)有效電阻，其值可按下式?jīng)Q定： ggl105RI?式中 —電弧電流有效值，A ；gI—電弧長度，m。l在一般情況下，短路初瞬間電弧電流 最大，弧長 最短，弧阻 最小。幾gIglgR個周期后，在風吹、空氣對流和電動力等作用下，電弧逐漸伸長．弧阻 有急速增大之勢，如圖 (a)所示。圖中弧阻較大的曲線屬于線路電壓較低的情況，弧阻較小的曲線則屬于線路電壓較高的情況。朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 15 （a） 電弧電阻隨時間的變化曲線；（b）經(jīng)電弧短路時電弧上電流、電壓的波形圖 架空輸電線路短路時產(chǎn)生的電弧在相間短路時，過渡電阻主要由電弧電阻構成，其值可按上述經(jīng)驗公式估計。在導線對鐵塔放電的接地短路時，鐵塔及其接地電阻構成過渡電阻的主要部分。鐵塔的接地電阻與大地導電率有關。對于跨越山區(qū)的高壓線路，鐵塔的接地電阻可達數(shù)十歐。此外、當導線通過樹木或其他物體對地短路時，過渡電阻更高，難以推確計算。目前我國對 500kV 線路接地短路的最大過渡電阻按 300 估計，對?于 220kV 線路，則按 100 估計。? 單側電源線路上過渡電阻的影響圖 單側電源線路經(jīng)過渡阻抗 短路的等效圖gR如圖 所示，短路點的過渡電阻 總是使繼電器的測量阻抗增大，使保護g范圍縮短。然而，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。例如，當線路 BC 的始端經(jīng) 短路，則保護gR1 的測量阻抗為 ，而保護 2 的測量阻抗為 ，由圖 可見，由r1g=ZR? r2g=+ABZ?南京工程學院電力工程學院畢業(yè)論文 16 于 是 與 的相量和，因此，其數(shù)值比無 時增大不多，也就是說測量阻r2Z?ABgRgR抗受 的影響較小。當 較大時，就可能出現(xiàn) 已超出保護 1 第 I 段整定的特gg r1Z?性圓范圍，而 仍位于保護 2 第 II 段整定的特性圓范圍以內(nèi)的情況。此時兩個r2?保護將同時以第 II 段的時限動作，從而失去了選擇性。圖 過渡電阻對不同安裝地點距離保護影響的分析 由以上分析可見，保護裝置距短路點越近時，受過渡電阻的影響越大；同時，保護裝置的整定值越小，受過渡電阻的影響也越大。因此，對短線路的距離保護應特別注意過渡電阻的影響。 雙側電源上過渡電阻的影響在如圖 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。如在線路 BC 的始端經(jīng)過渡電阻 三相短路時， 和 分別為gR39。KI兩側電源供給的短路電流，則流經(jīng) 的電流為 ，此時，變電所 A 和g39。KII??B 母線上的殘余電壓為： gBKUIRA朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 17 39。g+AKABUIRZ?則保護 1 和保護 2 的測量阻抗為 r139。 39。39。 jBKggUIZRe????r239。39。=jAKBgKIZReI?????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；?KI?39。KI?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 雙側電源通過 路的接線圖gR 過渡電阻對不同動作特性阻抗元件的影響在圖 (a)所示的網(wǎng)絡中．假定保護 2 的距離 I 段采用不同特性的阻抗元件，它們的整定值選擇得都一樣(為 )。如果在距離 I 段保護范圍內(nèi)阻抗為ABZ處經(jīng)過渡電阻 短路，則保護 2 的測量阻抗為 。由圖 (b)可見，KZgRr2=KgZR??當過渡電阻達 時，具有透鏡型特性的阻抗繼電器開始拒動；當達 時，方向1 g2阻抗繼電器開始拒動；而達 時，則全阻抗繼電器開始拒動。一般來說，阻抗g3南京工程學院電力工程學院畢業(yè)論文 18 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。gR(a) 網(wǎng)絡接線；(b)對影響的比較圖 過渡電阻對不動作特性阻抗元件影響的比較 防止過渡電阻影響的方法一種方法是根據(jù)圖 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。例如，對于過渡電阻只能使測量阻抗的電阻部分增大的單側電源線路，可采用不反映有效電阻的電抗型阻抗繼電器。在雙側電源線路上，可采用具有如圖 所示可減小過渡電阻影響的動作特性的阻抗繼電器。圖 (a)所示的多邊形動作特性的上邊 向下傾斜AX一個角度，以防止過渡電阻使測量電抗減小時阻抗繼電器的超越。右邊 可以在RR 軸方向獨立移動，以適應不同數(shù)值的過渡電阻。圖 (b)所示的動作特性既容許在接近保護范圍末端短路時有較大的過渡電阻，又能防止在正常運行情況下，負荷阻抗較小時阻抗繼電器誤動作。圖 (c)所示為圓與四邊形組合的動作持性。朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 19 在相間短路時，過渡電阻較小，應用圓特性；在接地短路時，過渡電阻可能很大，此時，利用接地短路出現(xiàn)的零序電流在圓特性上疊加一個四邊形特性，以防止阻抗繼電器拒動。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 可減小過渡電阻影響的動作特性1—保護裝置的啟動元件( 或第 III 段)；2—第 II 段阻抗元件3 一瞬時測量的中間繼電器；4—第 II 段時間元件圖 瞬時測量裝置的原理接線圖 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。相間短路時，過渡電阻主要是電弧電阻，從圖 (a)可知，其數(shù)值在短路瞬間最小，大約經(jīng)過— 后就迅速增大。根據(jù) 的上述特點，通常距離保護的第 II 段可采用瞬gR南京工程學院電力工程學院畢業(yè)論文 20 時測量裝置，以便將短路瞬間的測量阻抗值固定下來．使 的影響減至最小。裝gR置的原理接線如圖 所示，在發(fā)生短路瞬間，啟動元件 l 和距離 II 段阻抗元件2動作，因而啟動中間繼電器 3。3 啟動后即通過 I 的觸點自保持，而與 2 的觸點位置無關。當 II 段的整定時限到達，時間繼電器 4 動作，即通過 3 的常開觸點去跳閘。在此期間，即使由于電弧電阻增大而使第 II 段的阻抗元件返回，保護也能正確地動作。顯然，這種方法只能用于反映相間短路的阻抗繼電器。在接地短路情況下，電弧電阻只占過渡電阻的很小部分，這種方法不會起很大作用。朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 21 4 振蕩對距離保護的影響當電力系統(tǒng)中發(fā)生同步振蕩或異步運行時，各點的電壓、電流和功率的幅值和相應都將發(fā)生周期性地變化。電壓與電流之比所代表的阻抗繼電器的測量阻抗也將周期性地變化。當測量阻抗進入動作區(qū)域時，保護將發(fā)生誤動作。因此，對于距離保護必須考慮電力系統(tǒng)同步振蕩或異步運行(以下簡稱為系統(tǒng)振蕩)對其工作的影響。 電力系統(tǒng)振蕩對距離保護的影響如圖 所示，設距離保護安裝在變電所 M 的線路上。當系統(tǒng)振蕩時，振蕩電流為：圖 分析系統(tǒng)振蕩用的系統(tǒng)接線圖 MNMNLEEIZZ???????此處， 代表系統(tǒng)總的縱向正序阻抗Z? M 點的母線電壓為：南京工程學院電力工程學院畢業(yè)論文 22 ()MUEIZ???因此．安裝于 M 點阻抗繼電器的測量阻抗為： （）r==1MMjMNEIZUZI Zhe???????????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：?r 1(jcot)12MMMjZZZhe? ??????? ()()jt 將此繼電器測量阻抗隨 變化的關系，畫在以保護安裝地點 M 為原點的復?數(shù)阻抗平面上，當全系統(tǒng)所有阻抗角相同時，即可由圖 證明 將在 的垂rZ?直平分線 上移動。39。O??朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 23 圖 系統(tǒng)振蕩時測量阻抗的變化表 阻抗和 的變化關系??1cot21jcot2Z??0176。 ?j?90176。 1 12?180176。 0 0270176。 1 12jZ?360176。 ?j? 由此可見，當 =0 時， = ；當 =180 時． = ，即等于保護?rMZ?rMZ12??安裝地點到振蕩中心之間的阻抗。此分析結果表明．當 改變時，不僅測量阻抗?的數(shù)值在變化，而且阻抗角也在變化，其變化的范圍為 。(90)~()KK????南京工程學院電力工程學院畢業(yè)論文 24 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()中，可令 代替 ，并假定 m= ，m 為小于 1 的變數(shù)，則式()可XZM/XZ?改寫為： （）r1()jcot22???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39。O??圖 所示圖 系統(tǒng)振蕩時，不同安裝地點距離保護測量阻抗的變化當 m= 時，直線簇與 +jX 軸相交，相當于圖 所分析的情況，此時，振蕩中心位于保護范圍的正方向；而當 m 時，直線簇與+jX 軸相交，相當于圖 所分析的情況，此時，振蕩中心位于保護范圍的正方向；而當 m 時，直線簇則與jX 相交，振蕩中心將位于保護范圍的反方向。當兩側系統(tǒng)的電勢 時，即 時，繼電器測量阻抗的變化將具有更MNE?1h?復雜的形式。按照式()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 所示。當 h1 時，為位于 上面的圓周 1；而39。O?? 39。O??當 h1 時，則為下面的圓周 2。在這種情況下，當 ＝0176。 時，由于兩側電勢不相?等而產(chǎn)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。?朱俊杰：短路和系統(tǒng)振蕩對阻抗繼電器的影響的探究 25 圖 當 時測量阻抗的變化1h?引用以上推導結果，可以分析系統(tǒng)振蕩時距離保護所受到的影響。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 ，在圖 中以長LZ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 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(nèi)繼電器39。O?? 39。?的測量阻抗均位于動作特性圓內(nèi)，因此，繼電器就要啟動，也就是說，在這段范圍內(nèi)，距離保護受振蕩的影響可能誤動作。由圖中可見，在同樣整定位的條件下，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39。O??大。南京工程學院電力工程學院畢業(yè)論文 26 圖 系統(tǒng)振蕩時 M 變電所測量阻抗的變化圖此外，根據(jù)圖 分析可知，距離保護受振蕩影響還與保護的安裝地點有關。當保護安裝處安裝地點越靠近振蕩中心時，收到影響越大。而振蕩中心在保護范圍以外或者位于保護的反方向時，則在振蕩的影響下距離保護不會動作。當保護的動作帶有較大的延時(例如，延時大于 )時，如距離 III 段，可利用延時躲開振蕩的影響。 振蕩閉鎖對于在系統(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。當系統(tǒng)振蕩使兩側電源之間的角度擺到 ＝180176。時，保?護所受到的影響與在系統(tǒng)振蕩中心處三相短路時的效果是一樣的，因此，就必須要求振蕩閉鎖回路能夠有效地區(qū)分系統(tǒng)振蕩和發(fā)生三相短路這兩種不同情況。 電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩和短路時的主要區(qū)別電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩和短路時的主要區(qū)別如下：（1）振蕩時，電流和各點電壓的幅值均作周期性變化，只在 ＝180176。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