基于LabVIEW的电力系统距离保护研究.doc

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1、摘要基于LabVIEW的电力系统距离保护研究学院： 电气工程学院 系级教学单位： 电力工程系 学号学生姓名专 业班 级题目题目名称基于LabVIEW的电力系统距离保护研究题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）。2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）。题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容1、较全面地熟悉继电保护方面的相关知识，掌握三段式电流保护的工作原理。2、学习计算机编程语言LabVIEW，能够进行较复杂的编程。3、研究设计虚拟继电保护实

2、验系统的系统组成、功能结构、可视效果等。4、开发三段式距离保护软件模块。基本要求1遵守毕业设计期间的纪律，按时答疑；2独立完成设计任务，培养基本的科研能力； 3设计说明书一份（不少于2万字），A1图纸一张；英文资料翻译不少于5千字；说明书要求条理清晰、文笔通顺，符合毕业设计撰写规范的要求；论文、图纸中的文字符号符合国家现行标准；4. 完成相关的仿真，并反映在论文中，以附件的形式给出编写的程序清单。参考资料1、继电保护相关教材2、在校园期刊网上查阅有关文献10篇以上，外文文献1篇以上。周 次14周58周912周1316周1718周应完成的内容查阅文献，熟悉选题的相关知识，对所选题目建立总体认识。

3、学习与选题有关的必要知识；完成设计内容的前两部分任务。 完成设计任务的第三部分。 完成设计任务的第四部分。撰写毕业论文，准备答辩。指导教师：杨秋霞职称： 副教授 2012 年1月 20 日系级教学单位审批： 年 月 日摘要在目前，电力系统不断向高电压、远距离、大容量的方向发展，在系统的网架结构和运行方式日益复杂的情况下，对继电保护测试提出的更高要求。因此，在结构复杂的高压电网中，应采用性能较为完善的保护装置，距离保护就是其中的一种。目前微机保护在国内外的电力系统中得到了广泛的应用。但针对微机保护内部工作过程无法被用户直接观测的问题，设计出了利用虚拟仪器，采用LabVIEW开发平台进行微机距离保

4、护仿真的思想和方案，用虚拟仪器软件模拟在实际电网中运行的保护装置。虚拟仪器是基于计算机系统的数字化测量测试仪器，它充分利用现有计算机资源，把传统仪器的专业化功能和面板软件化，突破了传统仪器在数据处理、表达、传送以及存储方面的限制。虚拟仪器技术自诞生以来，得到了广泛的应用和发展，认为基于虚拟仪器的微机保护的研发有广泛的应用前景，是今后一段时间继电保护的发展方向。关键词：距离保护；微机保护；虚拟仪器；LabVIEW III 燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractAt present, the power system is continuously toward the direction

5、 of the high-voltage, long-distance, high-capacity. Under the situation of the increasing complexity of network structure and operation mode of the system, the increasing demand is made on the relay test. Therefore, in the complex structure of the high voltage grid, we should use more perfect perfor

6、mance of the protection devices. The distance protection is one of them.Microprocessor-based protection has been widely used in the power system at home and abroad. We design ideas and programs of the microcomputer distance protection simulation through Virtual instrument and LabVIEW development pla

7、tform, for the inner workings of the process of computer protection can not be directly observed. We use Virtual instrument software simulate the actual running grid protection device. Virtual instrument bases on the computer system of digital testing measurement instruments. It takes full advantage

8、 of existing computer resources, making the traditional instruments of specialized function and panel software-based, and it break through the traditional instuments constraints in data processing, expression, transmission and storage. Virtual instrument technology has been widely used and developme

9、nt since its birth. It is generally though that research and development of microcomputer protection based on virtual instrument has a broad application prospects, which is the development direction of rely protection in the future. Keyword: Distance protection; Microprocessor-based protection; Virt

10、ual instrument; LabVIEWII 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 微机距离保护的发展现状21.2.1 继电保护概述21.2.2 微机继电保护的发展21.3 虚拟仪器概述31.3.1 虚拟仪器的概念31.3.2 虚拟仪器在电力系统中的应用51.4 本文的主要内容5第2章 距离保护的原理72.1 距离保护的作用和基本工作原理72.2 距离保护的时限特性72.3 距离保护的组成72.4 阻抗继电器92.4.1 反应接地故障的阻抗继电器102.4.2 反应相间故障的阻抗继电器112.5 阻抗继电器的动作特性122.5.1 圆阻抗特性132.5.

11、2 测量式方向性四边形阻抗特性142.6 振荡闭锁对距离保护的影响及应对措施162.6.1 系统振荡时电气量变化特点162.6.2 系统振荡对距离保护的影响182.6.4 识别系统振荡的常用方法192.7 本章小结20第3章 LabVIEW基础知识213.1 LabVIEW概述213.2 LabVIEW编程环境213.3 基于LabVIEW的虚拟仪器设计方法243.5 本章小结24第4章 距离保护软件系统的实现254.1 系统流程图254.2 微机距离保护的算法264.2.1 半周积分算法264.2.1 傅氏级数算法264.2.2 序分量算法284.2.3 延时算法294.2 装置启动元件29

12、4.3 选相元件324.4 振荡闭锁元件344.5 TV断线失压闭锁元件364.6 阻抗继电器的实现374.7 跳闸逻辑的实现394.8 距离保护装置的前面板424.9 本章小结43结论44参考文献45致谢47附录48第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景目前，远距离、高电压、大容量是电力系统的未来的方向趋势，导致系统网络结构和运行方式日益复杂，对继电保护测试也提出了更高要求。继电保护装置是电力系统中重要的二次设备之一，保障了电力系统的安全运行。无数国内外的实例证明，涉及停电范围较广的大型系统事故，大都与继电保护装置不能正确动作有一定的关系。因此，合理的整定继电保护，提高运行继电保护的管理

13、水平，才能保障电网的安全运行。随着电子技术和计算机技术的发展，电力系统继电保护也突破了传统的继电保护形式，出现了以微处理器为核心的电力系统继电保护形式，我们称之为电力系统微机保护。目前，在许多高校实验室中，大量的实验设备仍然采用传统仪器，其优点是实验方式相对来说较简单，但同时存在很多缺点：需要的仪器繁多，连线复杂，占地面积大，更新仪器也需要大量资金。因此如果可以建立一个虚拟实验室，将极大程度提高实验效率，实验成本也会降低。虚拟实验室与传统实验室相比，在克服上述传统实验室的缺点的同时，还具有很多优势：易于实现技术更新和网络化；能充分利用现有软硬件资源；自动化、智能化程度较高；功能齐全；价格低廉。

14、这些特点在实践教学中发挥了极大的作用，弥补了传统实验室的不足。距离保护长期以来一直是输电线的重要保护，也是应用最广的保护方案。作为原理复杂且应用广泛的距离保护，如何加深对其原理的理解；如何提高对其动作行为的分析手段；如何利用现在技术提高系统性能和学习效率等是必须考虑的问题。本文对距离保护系统进行总体设计工作，采用“模块化”建模的思想，划分出个功能模块来模拟实现距离保护装置中各元件的功能，并研究各模块相应的算法及其在LabVIEW中的实现。1.2 微机距离保护的发展现状 1.2.1 继电保护概述电力系统继电保护(Power System Protection)一词泛指继电保护技术和由各种继电保护

15、装置组成的继电保护系统。电力系统如果没有配备完善的继电保护系统，难以想象会出现什么情景。当电力系统发生故障时，电源至故障点之间的电力设备中将流过很大的短路电流，若没有完善的继电保护系统将故障快速切除，则会引起故障元件和流过故障电流的其他电气设备的损坏；当电力系统发生故障时，发电机端电压降低造成发电机的输出机械功率和输出电磁功率的不平衡，可能引起电力系统稳定性的破坏，甚至引起电网的崩溃、造成人员身亡。同样，在电力系统出现不正常工作状态时，不能及时地发出信号通知值班人员进行合理的处理1。继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断和执行输出三个部分完成预定的保护功能。测量比较环节是测量被保护电器元件的物

16、理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”、“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，按照一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸。执行输出环节是根据逻辑部分传来的指令，发出跳闸断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性(安全性和信赖性)、选择性、速动性和灵敏性。四个之间，紧密联系，即矛盾又统一。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行的。1.2.2 微机继电保护的

17、发展材料、器件、制造、通信技术等相关学科的发展，为继电保护原理和技术的发展提供了良好的基础。从20世纪初到现在，继电保护装置经历了机电式保护装置(包括感应型、电磁型、整流型)、静态继电保护装置(包括晶体管型和集成电路型)和数字式继电保护装置三大发展阶段。自20世纪70-80年代微处理技术应用到继电保护领域以来，继电保护的实现原理和技术发生了革命性变化，以微处理器为核心的数字式保护已经成为继电保护的主流技术2。微机继电保护指的是以数字式计算机为基础而构成的继电保护。它起源于20世纪60年代，是在美国、英国和澳大利亚的一些学者的倡导下开始进行研究的。60年代的中期，有人提出了一个设想，用小型计算机

18、实现距离保护。但是限于当时的条件，没有得到实际应用，但由此开启了对计算机继电保护理论计算方法和程序结构研究的里程碑，奠定了微机保护发展的理论基础。70年代初中期大规模集成电路技术的飞速发展，使得计算机技术得到了飞速发展，使得微机继电保护的研究出现了高潮。在70年代后期，一个比较完善的微机保护样机出现了，并投入到电力系统中试运行。80年代，微机保护在硬件和软件两方面日益成熟，并推广应用到其他国家。90年代，电力系统继电保护技术进入到微机保护时代3。继电保护在电力系统中占有重要地位，我国的微机保护研究起步于20世纪70年代末期、80年代初期，尽管起步晚，但是由于我国继电保护工作者的努力，进展却很快

19、。1984年初，华北电力大学杨奇逊教授研制的第一套微机型线路保护样机试运行后通过鉴定。1984年，在华中科技大学召开了我国首次计算机继电保护学术会议，成为了我国微机保护工作进入了发展阶段的重要标志，之后更多的科研机构和高校进行了不懈探索4。目前，微机保护技术已趋于成熟，具有维护调试方便(几乎不用调试)、可靠性高、易于获得附加功能、灵活性大、在很大程度上改善保护性能的优点。这些优点，机电型和电子型距离保护是不具备的，因而微机型继电保护越来越广泛地被应用。1.3 虚拟仪器概述1.3.1 虚拟仪器的概念所谓虚拟仪器(Virtual Instrument，简称 VI)，就是用户在通用计算机平台上，根据

20、用户需求定义和设计仪器的测试功能，让使用者像是在操作自己的计算机一样操作这台仪器。虚拟仪器概念出现以后，过去由厂家定义传统仪器用户无法改变的工作模式被打破。根据自己的需求，用户可以自己定义和设计仪器系统，用软件代替硬件，依靠计算机来实现和补充传统测试系统和仪器的功能。“软件就是仪器”是虚拟仪器概念最直接、最本质的概述5。测试仪器种类和功能各异，但无论是哪一种仪器,均由信号的采集与控制单元、分析与处理单元和结果表达与输出单元三部分组成。传统仪器的这些功能大多数由硬件和固化软件构成，因此只有生产厂家可以定义、设计和制造。虚拟仪器则是把计算机技术、传感器技术、电子技术、软件技术、信号处理技术结合起来

21、，除拥有传统仪器的已有功能之外，还增加了许多以往传统仪器所不能实现的先进扩展功能。虚拟仪器最大的特点就是其灵活性，使用过程中用户可以根据个人需求来添加或删除仪器功能，以满足各种应用需要和环境，并且充分利用了计算机的软硬件资料，突破了传统仪器在数据处理、表达、存储和传送方面的限制。决定虚拟仪器具有传统仪器不可能具备的特点的根本原因在于“虚拟仪器的关键是软件”。表1-1给出了虚拟仪器与传统仪器的比较6。应当指出，虚拟仪器是根据不同的测试需要，由实际的物理系统构成且主要功能由软件实现的现实测控仪器。“虚拟”的真正含义并不在于“虚”，而是指软件的主体地位。表1-1 虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器传统

22、仪器降低开发维护费用开发维护开销高技术更新周期短技术更新周期长关键是软件关键是硬件价格低廉、可重复使用、可重配置性强价格昂贵用户定义仪器功能厂商定义仪器功能开放、灵活，可与计算机技术保持同步封闭、固定与网络及其他周边设备方便互联的面向应用的仪器系统功能单一、互联有限的独立设备1.3.2 虚拟仪器在电力系统中的应用电力系统是一个多角度、多层次、多点测量的复杂系统，对其量测的量不仅包括一些基本的电气量(如电压、电流、功率、相角、频率等)，还有许多非电气量(如压力、温度、振动等)。虚拟仪器技术以其丰富、强大、灵活的功能和性价比优势，在电力系统的测试、监控、仿真、教学实验等方面应用广泛。虚拟仪器在电力

23、系统中应用最多的是在测量领域7，比如相角测量，文献8介绍了采用LabVIEW软件设计的相角测量显示器，它与系统通信采用动态连接库的方式接口，可靠保证数据交换准确、不丢失，我们通过模拟表盘就可以看到各测量站在同一时刻的电压幅值和相角。在参数测量和分析方面，文献9讲解应用虚拟仪器技术可以对电力系统中的各种电气量与非电气量的测量；在设备校验与测试方面，文献10介绍了虚拟仪器在300MW，200MW发电机组联合启动调试的应用，它能记录试验过程中的生成各种参数，基于虚拟仪器可以快速提供的实时频谱图，可以清晰地辨认出在励磁电压的谐波中的800Hz的谐波分量。文献11-12介绍了虚拟仪器在距离保护中的应用的

24、原理及应用在继电保护系统的测试。采用虚拟仪器技术还可以开发变电站的在线监控系统13-14。在系统仿真和教学软件中，有些高校已经建成了虚拟仪器实验室，学生可以在计算机上模拟各种实验，这些仿真试验可以逼真地模拟很多试验，并且可以节省很多实验材料的消耗。目前虚拟仪器的发展朝着更加智能化，规范化的方向发展，智能化软件开发平台，加快制定虚拟仪器国家标准，保护虚拟仪器知识产权是虚拟仪器未来发展的主要任务15。1.4 本文的主要内容本文的主要内容包括以下几个方面。(1)研究基于LabVIEW距离保护的基本原理，分析距离保护的基本工作原理，以及三段式距离保护的整定和时限特性。分析距离保护的基本构成，并重点说明

25、距离保护的核心部分，阻抗继电器的工作原理。同时，对电力系统振荡的对电力系统距离保护的影响及应对措施作了详细介绍。(2)对虚拟仪器的软件开发平台LabVIEW的基础知识作了相关介绍，并由此设计基于LabVIEW的距离保护整体设计思路。(3)基于微机保护的相关算法，对距离保护的系统进行总体的设计，采用模块化的建模思想，划分出各个功能模块来模拟实现继电保护中个元件的功能，主要有启动模块、故障类型判别与选相模块，振荡闭锁模块、TV断线失压闭锁模块、阻抗继电器模块等。(4)本文以LabVIEW环境为开发平台，对距离保护软件系统进行设计，把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，构建了一个从外观到功能均与实

26、际装置相同的多功能虚拟微机距离保护系统。19 第2章 距离保护原理 第2章 距离保护的原理2.1 距离保护的作用和基本工作原理 距离保护就是反应保护线路始端电压和线路电流的比值而工作的一种保护,这个比值被称为测量阻抗。 （2-1）在距离保护中，阻抗继电器是一个核心元件，它可以测量出安装保护点到线路故障点之间间的阻抗(距离)，而方向阻抗继电器在测量出短路阻抗的同时还能测量出发生故障的方向。其输电线阻抗的大小反应了线路的长度，因此继电器测量到的阻抗也反应了故障点到保护安装点的距离。2.2 距离保护的时限特性距离保护的动作延时与故障点到保护安装处的距离之间的关系称为距离保护的延时特性。与电流保护一样

27、，目前距离保护广泛采用三段式的阶梯延时特性，如图2-1所示。距离保护段为无延时的速动段；段为固定延时的速动段，固定的延时一般为0.3-0.6s；段延时需与相邻下一级线路的段或段保护配合，在其延时的基础上再加上一个延时差。图2-1 阶梯型时限特性2.3 距离保护的组成在一般情况下距离保护由启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几部分组成。图2-2表明距离保护的原理(1)启动部分用来判断系统是否处于故障状态，当短路故障发生时，瞬时启动保护装置或启动距离保护程序。在微机型距离保护中，则有总启动元件动作后给上整套装置出口继电器电源。在有些距离保护中，启动部分还兼有后备保护的作用。启动

28、元件可采用阻抗继电器、对称分量滤过器、相电流差(或相电流)突变量、综合电流突变量以及负序电流和零序电流变化量构成的增量来实现。运行实践表明，带有浮动门槛的相电流差(或相电流)突变量和带有浮动门槛的综合电流突变量启动元件，具有系统振荡时可靠不启动而短路故障时可靠启动、灵敏度高的特点，因而有明显的优点。(2)测量部分用来进行对短路故障点的距离测量和判断故障点的方向。短路故障距离测量和故障方向判别有接地故障测量和相间故障测量之分，这部分将在下一节做详细介绍。方向性四边形阻抗继电器、圆以及直线所组合成的复合特性方向阻抗继电器使用最为普遍。(3)振荡闭锁部分用来防止系统振荡时距离保护可能会误动作。系统振

29、荡时，振荡闭锁绝对不开放，牢牢闭锁保护使其不发生误动作；当发生短路故障时，振荡闭锁快速、灵敏的开放，不影响保护的正确动作。同时为防止区外短路故障切除后紧随而来的系统振荡导致保护的误动作，振荡闭锁实行短时开放保护的措施，开放保护时间为160ms。虽然系统振荡时，牢牢闭锁保护，但是在振荡过程中若发生短路故障，仍可以迅速开放保护，以便快速切除保护区内的短路故障。这也是振荡闭锁部分的功能之一。因此振荡闭锁应能正确区分系统振荡和振荡过程中发生的短路故障(包括对称和不对称故障)。(4)电压回路断线失压闭锁部分电压互感器二次电压回路部分断线失压或全部断线失压均会使加于阻抗继电器上的电压严重降低或完全消失，造

30、成阻抗继电器误动作。但因正当闭锁不开放保护或启动元件不动作，所以不会引起保护误动作。而当区外发生短路故障时，则保护装置要发生误动作。为避免误动作，距离保护中设置了反应二次电压回路断线失压专用闭锁装置，并同时发出断线信号。而在微机型距离保护中，进入故障处理程序之前的自检过程中，就对电压互感器二次回路电压时否断线失压进行检测，一旦检测到二次电压回路断线失压就闭锁保护，并发出断线告警信号。(5)选相部分在超高压小路的距离保护装置中，因断路器可分相操作，所以线路发出单项短路故障时，通过选相部分正确选出故障相，实行单相跳闸，这对提高系统稳定性、供电可靠性是十分有益的；当线路发生相间故障时，通过选相部分，

31、实行三相跳闸。此外，通过选相，可对故障回路进行阻抗计算，这在微机保护中也是需要的。若断路器不能进行分相操作，比如110kV及以下电压等级的断路器，选相部分没有存在的不要。(6)逻辑和出口部分逻辑部分用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式距离保护中各段之间的时间配合；出口部分包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号16。图2-2 距离保护的原理框图2.4 阻抗继电器在单相系统中，测量电压取保护安装处的电压，测量电流取被保护元件的电流，系统金属性短路时两者的关系为 (2-2)即测量电压、测量电流之间满足式(2-2)时，测量阻抗能正确反映应故障的距离。在三相系统的情

32、况下，可能发生不同短路类型的故障。在各种不对称短路时，各项的电压、电流不再简单的满足式(2-2)，需要寻找满足式(2-2)的电压、电流接入保护装置，以构成三相系统中可以使用的距离保护。2.4.1 反应接地故障的阻抗继电器图2-3 求母线电压的网络图以图2-3所示的网络中K点发生短路故障时的情况为例，设距离M母线公里处的K点A相经发生了接地故障，按对称分量法可求的母线上A相电压为 (2-3a)同理得 (2-3b) (2-3c)式中：、分别为故障点K处的A、B、C三相电压；为零序电流补偿系数，,可以是复数；、分别为被保护线路单位长度的正序、负序、零序阻抗。因此如果正确反应故障距离，三个接地阻抗继电

33、器需按如下方式接线：A相接地阻抗继电器：接入电压、接入电流；B相接地阻抗继电器：接入电压、接入电流；C相接地阻抗继电器：接入电压、接入电流；则在图2-3中K点A相经接地时，线路侧安装的三个接地阻抗继电器的测量阻抗分别为 (2-4a) (2-4b) (2-4c)由式(2-4a)可见，只有=0为金属性的单相接地时，故障相的阻抗继电器才能正确测量阻抗()；而当为非金属性的单相接地时，则在测量阻抗中出现了附加阻抗，为 (2-5)因而的存在，破坏了测量阻抗与故障距离()之间的正比例关系。对于非故障相接地阻抗继电器的测量阻抗，因为故障点的非故障相电压(、)较高，而非故障相电流(、)较小，所以非故障相接地阻

34、抗继电器的测量结果偏大，不能正确测量故障点距离。这种接线的阻抗继电器，同样也适用于金属性两相接地短路和金属性三相短路。2.4.2 反应相间故障的阻抗继电器接地阻抗继电器是用来测量接地故障点到保护安装处的阻抗(距离)，反应的故障类型有单相接地、两相接地和三相短路。相间阻抗继电器用来测量相间故障点到保护安装处的阻抗(距离)，反应的故障类型是两相接地短路、两相相间短路和三相短路。如果是方向阻抗继电器，则同时应判断出故障的方向。相间阻抗继电器有接线、接线和接线。但是最常用的还是接线。本文采用的就是接线，因三相短路故障时，接入继电器的电压、电流间的相角差为，所以称为接线，原理如下。在图2-3中的K点发生

35、相间故障时，由式(2-3)得M母线上的线电压为 (2-6a) (2-6b) (2-6c)式中：、为K点的线电压。因此如果正确反应故障距离，三个相间阻抗继电器接线方式如下：AB相阻抗继电器：接入电压、接入电流；BC相阻抗继电器：接入电压、接入电路；CA相阻抗继电器：接入电压、接入电路。则在图2-3中发生相间短路故障时，三个相间阻抗继电器的测量阻抗分别为 (2-7a) (2-7b) (2-7c)由上可知，只有在点发生金属性的相间短路故障(两相接地短路、两相短路、三相短路)，点的故障相间电压才为零，故障相的相间阻抗继电器的测量阻抗和线路距离()成正比，准确测量出故障点到保护安装处之间的线路阻抗()。

36、若发生的是单相接地故障或短路点存在过相间过渡电阻，则故障点相间电压不为零，继电器九不能正确测量出故障点的阻抗(距离)。但是，相间故障的过渡电阻主要是电弧电阻，与接地故障过渡电阻相比值小很多，所以附加测量阻抗对保护的影响可以忽略不计17。2.5 阻抗继电器的动作特性假定电流的正方向规定是由母线指向线路，当正方向发生短路是，距离保护的测量阻抗为，它在图2-4所示的阻抗复数平面中位于第一象限并与OA相重合的方向上：当发生反方向短路时，测量阻抗位于第三象限。但在实际状况下，由于互感器误差、故障点过渡电阻等因素，继电器实际测量到的一般不能严格地落在与相同的直线上，而是落在该直线附近的一个区域中。为了保证

37、区内故障情况下阻抗继电器能可靠动作，在阻抗复平面上，其动作的范围应该是一个包括对应段在内，但在的方向上不超过的区域，决定了保护范围。当测量阻抗落在动作区域以内时，判断为区内故障，阻抗继电器给出动作信号；当测量阻抗落在该动作区域以外时，判断为区外故障，阻抗继电器不动作。这个区域的边界就是阻抗继电器的临界动作边界。一般有如下类型。图2-4 阻抗继电器动作特性说明2.5.1 圆阻抗特性阻抗继电器的动作特性有两种不同的表达形式：一种是比较两个量大小的绝对值；另一种是比较两个量相位。本文采用的是绝对值比较动作方程。其动作特性如图2-5，图中为圆心，为整定阻抗，为偏移阻抗，其中为偏移率，圆半径为。当位于圆

38、内时(图2-5(a)继电器动作；位于圆外时(图2-5(b)继电器不动作；位于圆周上时(图2-5(c)继电器处于动作边界。圆周（即刚能使继电器动作的测量阻抗，亦即继电器的动作阻抗的向量末端）的轨迹称为继电器的动作特性。图2-5 比幅式偏移特性阻抗继电器动作特特性只要位于圆内，则恒有 (2-8)而圆心坐标为 (2-9)则动作条件的表达式写为 (2-10)当时，即为方向阻抗继电器；当时，为全阻抗继电器；当时，为抛物线阻抗继电器。2.5.2 测量式方向性四边形阻抗特性四边形阻抗继电器可以分为两类：一类是带方向性的；另一类是不带方向性的。方向性四边形继电器与不带方向的继电器相比，加设了故障方向判别元件，

39、能够保证正向出口短路故障时可靠动作，反向短路故障时可靠不动作。带方向性的四边形阻抗继电器常用在距离保护的测量元件中。不带方向性的四边形阻抗继电器主要用于保护后备阻抗测量或启动元件中。因为四边形阻抗继电器阻抗特性具有反应故障点过度电阻能力强、躲负荷阻抗能力好，在微机保护中实现容易的特点，所以四边形阻抗继电器应用相当广泛。方向性四边形阻抗继电器的动作特性如图2-6所示，四边形以内为继电器的动作区，四边形以外为不动作区。在双电源线路上，考虑经过电阻短路时，始端故障时的附加阻抗比末端故障时小，所以小于线路阻抗角，一般取；为了保证正向出口经过渡电阻短路时的可靠动作，应有一定的大小，一般取值在之间；为保证

40、被保护线路发生金属性短路时可靠动作，可取之间；为防止保护区末端经过渡电阻短路时可能超过范围动作，可取之间18。由图2-6可以看出来在四边形阻抗特性中待定的是和(分别为两直线与坐标轴的交点)。其中，是阻抗继电器整定阻抗中的电抗部分。整定时要躲过系统的负荷阻抗，考虑0.7倍的可靠系数，其计算公式为 (2-11)式中：为系统电压，为系统有功功率。方向性四边形阻抗继电器可以实现距离测量、方向判别、躲负荷三种功能，如图2-6所示，其动作判据如下 (2-12a) (2-12b)当上式同时满足时，必在图2-6示出的方向性四边形抗特性内。图2-6 方向性四边形阻抗特性2.6 振荡闭锁对距离保护的影响及应对措施

41、2.6.1 系统振荡时电气量变化特点电力系统振荡时，电力变化的特点有：(1)系统振荡时电流做大幅值变化。系统振荡时，电流波形如图2-7所示，电流幅值以变化，见图2-7中的虚线。当时，振荡电流为零；当时，振荡电流幅值为，达到最大值。因此，振荡是电流的幅值在间做周期变化，与正常运行时幅值保持不变(负荷不变时)完全不同。图2-7 振荡电流的波形(2)完全振荡时，系统保持对称性，系统中不会出现负序、零序分量，只有正序分量。在短路故障时，一般会出现负序或零序分量。(3)系统振荡时电压作大幅度变化。图2-3系统发生振荡时，作出母线电压、两侧电动势和的相量如图2-8所示。当时，；又、，令，所以。于是 (2-

42、15)图2-8 振荡过程和两侧电动势、的相量当时，有，母线电压最高；当时，由，母线电压最低。若，则母线最低电压为零。由此可见，当变化时，母线电压也做大幅度变化，愈趋近，变化幅度愈大。为在保护安装处测得振荡中心电压，作出振荡电流相量如图2-8所示。侧测量的表达式为 (2-16)式中：；。(4)振荡过程中，系统各点电压和电流间的相角差是变化不定的。(5)振荡过程中电气量一边做周期性平滑变化，变化周期等于振荡周期。变化平滑指的是电气量变化速度与短路故障时不同，因振荡时角不可能发生突变，其电气量不是突然变化的，而短路故障时电气量是突然变化的。2.6.2 系统振荡对距离保护的影响在图2-3所示的双侧电源

43、系统中，假设M处装有距离保护，其测量元件采用方向圆特性的阻抗元件，距离段的征地阻抗为线路阻抗的80%，M侧段的动作特性如图2-9所示。当振荡中心(振荡过程中电压最低的一点称为振荡中心，振荡中心电压)落在母线M、N之间的线路上，变化时(在变化)，M处的测量阻抗末端，将沿图2-7中的直线移动。当在范围内时，M侧测量阻抗落入动作范围之内，其测量元件动作，其误动作的时间段自有功角开始至功角超过结束。当振荡中心落在本线路保护范围之外是，距离段将不受振荡的影响。段及段的整定阻抗一般比较大，振荡时的测量阻抗比较容易进入其动作区，所以段及段的测量元件比较容易进入其动作区，但是，他们都带有延时元件，如果振荡误动

44、作的时间小于延时元件的延时，则保护出口不会误动作。并不是安装在系统中的所有阻抗继电器都在振荡时都会误动作，但是，对阻抗继电器在出厂时都要求配备振荡闭锁，使之具有通用性。图2-9 振荡对测量元件的影响2.6.4 识别系统振荡的常用方法故障开始时160ms内无条件开放保护，以保证正常运行下突然发生故障时能快速开放。当系统振荡时，闭锁保护。若振荡过程中发生故障，这必须能识别故障并正确动作19-20。2.6.3.1 振荡过程中不对称短路故障的识别故障开始后160ms，若发生不对称故障，利用负序电流、零序电流绝对值之和与正序电流绝对值间比值关系(即元件)来识别。动作方程为 (2-18)式中：、分别为保护

45、安装处正序、负序和零序电流；常取0.66。这样，系统振荡时，元件不动作；正常运行时线路故障内部发生不对称短路故障时，元件处动作状态，开放保护，若正遇发生不对称短路故障，则元件不动作，不开放保护，但在角偏离向趋近过程中，元件动作，开放保护，保护开放实现延时。2.6.3.2 振荡过程中对称短路故障的识别故障开始160ms后，当系统发生三相短路故障时，保护安装处测得的振荡中心电压会一直在6%以下不变；当系统振荡时，会作周期性变化的。由此就可区分系统振荡或发生三相短路故障。在无故障情况下，按最长振荡周期3s计算，设定满足式(2-17)的时间大于150ms，即可判断为发生了三相短路故障(称为元件)。 (2-19)