距离保护的振荡闭锁

定义：并列运行的系统或发电厂失去同步的现象称为振荡。

特点：电力系统振荡时两侧等效电动势的夹角δ在00到3600之间作周期性变化。

原因：切除短路故障时间过长、误操作、发电厂失磁或故障跳闸、断开某一线路或设备等造成系统振荡。

产生的影响：电力系统振荡时，将引起电压、电流大幅度变化，对用户产生严重影响。

要求：a.系统发生短路故障时，应当快速开放保护；

b.系统静稳定破坏引起的振荡时，应可靠闭锁保护；

c.外部故障切除后紧跟着发生振荡，保护不应误动；

d.振荡过程中发生故障，保护应当可靠动作；

e.振荡闭锁在振荡平息后应该自行复归，即振荡不平息振荡闭锁不复归。

1．振荡对距离保护的影响

假设系统的模型如下图a所示,假设所有的阻抗角相等，振荡中心在电气中心O点，两侧电源电势相等且M侧电势超前N侧δ角，M侧为送电侧（M侧频率fM>fN）。

（1）系统振荡时电压电流的变化

由上图b振荡时的电流为：

振荡电流的最大值相当于在振荡中心发生三相短路，其电流很大。M母线的电压为：

可见，电压也作周期性变化，其最小幅值在δ=1800 时，如图c所示。

（2）系统振荡时测量阻抗的变化

由于振荡时，电压电流均作周期性变化，测量阻抗的也作周期性变化。

测量阻抗的计算：

当EM=EN时，阻抗继电器的测量阻抗为：

由上式可见，测量阻抗随δ周期性变化而周期性变化。当EM=EN时测量阻抗的轨迹如上图e中的直线AB，其与阻抗Z∑的交点为振荡中心O，此时δ=1800 。而δ=00 时测量阻抗接近于无穷大。

(2)测量阻抗的轨迹

上图b为振荡时的电压电流图，将其中的所有电压除以电流，就得到阻抗图d。在阻抗图中MO即为M侧测量阻抗的大小，O点轨迹就是测量阻抗。

当M侧为送电侧（EM＞EN）且振荡中心在正方向时，其轨迹如上图中的圆1所示，如功角δ由0～180°～360°变化时，测量阻抗在圆1上顺时针变化，如圆1上箭头所示；反之，当M侧为受电侧（EM＞EN）且振荡中心在正方向时，测量阻抗在圆2上逆时针变化，如圆2上箭头所示。功角变化时，其轨迹如图中的圆2所示。

（3）振荡对距离保护的影响

通过上面的分析，测量阻抗（圆1）在δ接近于180°时进入到阻抗继电器的动作区，进入点为a，随着δ逐渐增大，测量阻抗退出阻抗继电器的动作区，退出点为b。这样就造成阻抗继电器的周期性动作与返回。

测量阻抗进入阻抗继电器的动作区的时间为ta-tb（小于1s），因此对阻抗继电器来说，III段最容易动作，但是距离变化III段的动作时间最长（超过1s），若动作时间为1.5S以上则距离保护III段不受振荡的影响。可能受振荡影响的是距离变化I、II段，需要加装振荡闭锁。

2．振荡闭锁原理

根据对振荡闭锁的要求，振荡闭锁需要区分振荡与短路。

（1）振荡与短路的区别：

(a)振荡时，电压、电流及测量阻抗幅值均作周期性的变化，变化缓慢；而短路时电流突然增大，电压突然减小，变化速度快。

(b)振荡时，三相完全对称，无负序或零序分量；短路时，总要长期（不对称短路）或瞬间（对称短路）出现负序电流（接地故障时还有零序电流）。

（2）振荡闭锁的构成原理

利用振荡与短路的区别以及振荡的特点可以构成如下原理的振荡闭锁。

①振荡闭锁的起动元件

起动元件的作用是在振荡时闭锁保护，在故障时开放保护。根据振荡与短路的区别，起动元件一般采用负序电流I2加零序电流I0（即 I2 I0）起动；也可以采用突变量元件起动，如负序零序增量△（I2 I0），或相电流差突变量△IΦ 。

②振荡中不对称短路开放保护的判据

在振荡中，距离保护Ⅰ、Ⅱ段被闭锁，如果此时有不对称故障，应当开放保护。开放的方法有如下两种：

a.由于振荡时无负序、零序分量，利用负序与零序分量来开放保护判据：

一般m为0.66，判为发生故障。如果故障点就在振荡中心且在δ=1800时短路，判据可能无法立刻满足，当δ>1800后， 上式逐渐满足，因此开放保护带延时。

b.振荡中发生不对称短路，三相电流应不相等且可能出现零序电流（接地故障）。利用此特点开放保护的判据可为：

③振荡中对称短路开放保护的判据

对称短路时没有负序及零序分量，开放保护方法有两种，一种是利用振荡中心电压的变化，一种是利用阻抗的变化率。

a.由振荡中心电压Uos开放保护

由上图b知道电力系统振荡时，振荡中心电压Uos是周期性变化的。当发生三相短路时，Uos为故障点的弧光电压（当弧光电流大于100A时，弧光电压与流过的电流无关，小于额定电压的6%）。

保护开放的动作判据为：

注：以上延时按照最长振荡周期不误动来考虑。

b.利用测量阻抗变化率大小开放保护

测量阻抗变化率 较大时为振荡, 较小时不是振荡，可以开放保护。

④非全相振荡中开放保护的判据

在非全相振荡中保护被闭锁后，继续进行选相，若选出相为健全相，则开放对应相保护；若选出相为跳闸相，则不开放保护。

⑤振荡闭锁原理一（短时开放距离Ⅰ、Ⅱ段）

利用振荡时各电气量变化速度慢的特点，在振荡时闭锁保护，在短路伴随振荡时短时开放距离保护160ms。振荡闭锁逻辑如图（其中的时间元件无单位标注时单位为ms）。

静稳破坏引起系统振荡时，振荡中开放保护元件不动作，或门D1无输出。过流元件动作，起动元件不动作，经过T1的10ms延时后关闭禁止门D3，保护不开放。

故障伴随短路时，过流元件与起动元件竞争，但过流元件需经过T1延时才关闭D3，而起动元件不经延时，因此D3开放。T2是一个固定宽度的时间元件，只要D3开放就固定输出160ms宽度的脉冲。经D2后开放保护160ms。

⑥闭锁原理二（基于阻抗变化率）

振荡时测量阻抗变化缓慢，可以设置两个动作区不同的四边形阻抗继电器KR1、KR2（图中的四边形1与2）。振荡闭锁原理基于测量阻抗通过内外阻抗区域所花的时间，当所花时间长于整定值时认为系统出现振荡，从而闭锁保护。

在上图中，如果两个继电器相继动作，动作时间差 大于整定值（一般40ms）判为振荡，闭锁保护；如果两个继电器动作时间差 小于整定值，判为短路，开放保护。