2016届高三物理大一轮复习--课时提升练(18)

3.5距离保护的闭锁振荡——振荡闭锁的概念——振荡对测量元件的影响——距离保护的振荡闭锁措施——振荡过程中再故障的判断3.5.1振荡闭锁的概念并联运行的电力系统或发电厂之间出现功率角大范围周期性变化的情况，称为电力系统的振荡。电力系统振荡时，系统两侧的等效电动势间的夹角δ可能在0°~360°范围内作周期变化，系统中个点的电压、线路电流、功率大小和方向以及保护的测量阻抗也都呈周期性变化。电力系统的振荡属于严重的不正常工作状态，但可以通过控制手段恢复正常。但由于测量阻抗的周期性变化保护可能误动作而造成事故的扩大。3.5.1振荡闭锁的概念当系统出现振荡的时候，应采用必要的措施，防止在振荡恢复期间保护动作。这种措施就称为振荡闭锁。对中低压电网，系统振荡的可能性小，另外振荡时造成的危害也小；对于高压电网，振荡的可能性大，对整个系统的危害也大，必须考虑振荡闭锁的问题。因为在高压电网中，多采用距离保护，今后若无特殊说明，振荡闭锁均指距离保护的振荡闭锁。3.5.2电力系统振荡对测量元件的影响1.电力系统振荡时电流、电压的变化规律INE~~MEMNMZNZ12LZ设和的幅值相等，相角差为。MENE设NLMZZZZ由图可得：INE~~MEMNMZNZ12LZZeEZEZEEIjMNM)1(NNNMMMZIEUZIEU，NEMEEMENEMUNUOSUEZeEZEZEEIjMNM)1(NNNMMMZIEUZIEU，以上两式可用有图所示的向量表示，若以为参考，当δ在0°~360°之间变化时，相当于向量在0°~360°范围内旋转。MENE沿线任意电压向量末端落在向量上，如图所示。NMEEMENEMUNUOSUdI由向量图可知两端电势差的有效值为：2sin2MEE线路电流的有效值：2sin2ZEZEIM可见，当等于180°时，首末端的电压差最大，线路电流也达到最大，振荡中心的电压达到最小，等于零。电力系统振荡时，全系统电压最低的一点称为振荡中心，由于可见，振荡中心出现在处Z212cosMOSEUEIOSUE3.5.2电力系统振荡对测量元件的影响2.电力系统振荡时测量阻抗的变化规律MjMMMMMMMMMmZZeZIEIZIEIUZ11因为：)21/(2)sin(cos11jctgjej所以：其中：ZZMM221)21(ctgZjZZMm3.5.2电力系统振荡对测量元件的影响ZZMM221)21(ctgZjZZMm系统振荡时，保护安装处M的测量阻抗由两部分组成；分析：第一部分：对应于从保护安装处M到振荡中心点OS的线路阻抗，只与保护安装处到振荡中心的相对位置有关，与功角δ无关。第二部分：垂直与Z，随功角δ的变化而变化。当δ由0°~360°变化时，测量阻抗Zm的末端沿着一条经过阻抗中心点OS，且垂直于Z的直线自右向左移动。RjX增大ZM)21(mZ221ctgZjZZMMmZ随的变化情况分析当δ=0°（+）时，测量阻抗Zm位于复平面右侧，其值无穷大；当δ=360°（-）时，测量阻抗Zm位于复平面左侧，其值也为无穷大；当δ=180°时，测量阻抗Zm值最小，位于系统阻抗角的方向上，相当于在振荡中心处发生三相短路，可能引起保护误动作；保护安装处到振荡中心OS的阻抗与ρM的大小有密切关系。~~MENEMNNZ12ILZ2/ZMZZM)21(ZZMM，下面分析ρM不同时，对保护动作情况的影响。，保护安装在送电端且振荡中心位于保护的正方向时，最小测量阻抗位于第一象限，可能落入保护动作区；2/1ZZMM，保护安装正好就是振荡中心，测量阻抗为0，肯定会穿越保护动作区；2/1ZZMM，振荡中心在保护的反方向上，测量阻抗是否穿越保护动作区，视保护的动作特性而异；2/1M可见，距离保护安装在系统的位置不同，受振荡的影响是不同的。MNRjX增大ZM)21(mZ221ctgZjmZ随的变化情况向量图分析2/1M时可见：在这种情况下测量阻抗有可能穿越动作区。MNRjX增大ZM)21(mZ221ctgZjmZ随的变化情况向量图分析2/1M时可见：在这种情况下测量阻抗肯定会穿越动作区。MNRjX增大ZM)21(mZ221ctgZjmZ随的变化情况向量图分析2/1M时可见，测量阻抗是否会穿越动作区取决于保护的动作特性。3.5.2电力系统振荡对测量元件的影响3.电力系统振荡对距离测量元件特性的影响综上所述，电力系统发生振荡时，保护是否会误动作，取决于以下几个因素：（1）保护安装位置距离振荡中心的距离。安装位置越靠近振荡中心，保护越容易误动作。（2）整定值越大，测量阻抗越容易落入动作区，产生误动。（3）测量阻抗将周期性产生变化，只可能在部分时间内位于动作区，所以保护的延时越大，保护误动的可能性就越小。阻抗继电器在出厂时，一般都配备闭锁振荡，使之具有通用性。3.5.2电力系统振荡对测量元件的影响4.电力系统振荡与短路时电气量的差异（1）振荡时，三相完全对称，没有负序分量和零序分量出现；而短路时，总要长时间（不对称短路）或瞬时（三相对称短路）出现负序和零序分量。（2）振荡时，电气量呈周期性变化，变化速度较慢（相对于短路），所以测量阻抗的变化值也较慢；短路时，测量阻抗很快由短路前的负荷阻抗变成短路阻抗，变化速度快。（3）振荡时，若某保护要误动作，则在一个周期内，测量元件要动作和返回各一次；但短路时，若保护动作了（区内故障），则会一直动作，直到故障切除。LZkZ3.5.3距离保护的振荡闭锁措施距离保护振荡闭锁措施的基本要求：（1）系统发生全相或非全相振荡时，保护装置不应该误动作或跳闸；（2）系统发生全相或非全相振荡过程中，被保护线路发生各种类型的不对称故障，距离保护装置应有选择性地动作跳闸；（3）系统发生全相振荡过程中再发生三相短路时，保护装置应可靠动作跳闸，并允许带小延时。根据对振荡闭锁的要求，利用短路与振荡时电气量变化的特征，一般可采取以下三种闭锁措施。1.利用负序、零序分量或突变量，实现振荡闭锁基本原理：在系统没有故障时，距离保护一直处于闭锁状态，当系统发生故障时，短时开放距离保护允许保护出口跳闸。若开放时间内保护动作，说明故障在保护范围内，将故障线路跳开；若在开放时间内保护未动作，说明故障不在保护区内，重新将保护闭锁。利用故障时短时开放保护方式的实现原理图：I段距离继电器II段距离继电器启动元件整组复归SRTDW&&10.15sTDWSWDW3.5.3距离保护的振荡闭锁措施2.利用测量阻抗的变化率不同构成振荡闭锁1Z2ZLZMZkZ发生短路时，测量阻抗Zm由负荷阻抗ZL突变为短路阻抗Zk；系统振荡时，测量阻抗由负荷阻抗缓慢变为保护安装处到振荡中心点的线路阻抗；根据阻抗变化的速度不同就可以构成振荡闭锁，俗称“大圆套小圆”原理。3.5.3距离保护的振荡闭锁措施利用测量阻抗的变化率不同构成振荡闭锁实现原理图：&&t0ZZKZ1KZ2D1D2DT开放保护3.5.3距离保护的振荡闭锁措施3.利用动作的延时构成振荡闭锁电力系统振荡时，测量阻抗的值随的变化而不断变化的，即使振荡时测量阻抗要落入动作区，但只能持续一段时间。当测量阻抗离开动作区，保护继电器就要返回。所以，只要保护的动作时间大于测量阻抗落在动作区的时间，保护就可以避免误动作。3.5.3距离保护的振荡闭锁措施实践证明，即使对于保护范围最大的III段保护而言，振荡时阻抗落入动作区的时间约为1-1.5s。当距离III段的动作延时大于这一时间，就可以不受振荡的影响。