振荡闭锁过程中的故障检测优化方案

目前，距离保护多数包括接地距离和相间距离保护，甚至不再装设零序电流保护，且主保护可能采取距离纵联保护。在这种情况下，若沿用传统的振荡闭锁方式，在振荡过程中发生故障就不能快速切除故障。若系统中各条线路保护都只剩下距离保护第Ⅲ段，在发生故障时可能有多条线路同时跳闸。此外，在电气化铁道（单相负荷）成为重要负荷的系统中，这种振荡闭锁装置将频繁的启动，也就频繁的闭锁保护。近年来，在我国不少地区都出现过雾闪，即多处几乎同时发生故障。又如，线路广泛采用单相自动重合闸，重合闸周期处于振荡闭锁尚未复归期间，两相运行再故障时如何开放也是需要解决的问题。再者，规程规定，自动重合于完好线路，在振荡闭锁未复归前，原故障相或非故障相又发生故障，保护要快速动作切除故障，传统振荡闭锁是不适应的。运行实践证明，由于振荡闭锁不适应复杂故障，扩大了系统事故，次数虽少，但损失是惨重的。

改进的目标是，在振荡过程中发生故障时应能有选择性的较快的切除故障。振荡闭锁装置要能够做到在振荡中再故障时开放保护，就必须能区分振荡与故障。

所谓在振荡中再故障时开放保护，实际上是要求振荡闭锁装置永远能够在故障时开放保护，但开放保护要有条件的，并带有一定的小延时。

1.不对称故障检测

不对称故障时，振荡闭锁回路还可以由不对称分量元件开放，该元件的动作判据为

以上判据成立的依据是：

（1）系统振荡或振荡又区外故障时不开放。

1）系统振荡时，接近于零，式（4130）不成立，不开放保护是容易实现的。

2）振荡又同时区外故障时，相间和接地阻抗继电器都会动作，这时式（4130）不应开放。这种情况考虑的前提是系统振荡中心位于装置的保护范围内。

对于短线路，必须在系统摆角180°时距离继电器才可能动作，这时保护线路附近电压很低，短路时的故障分量很小，而振荡电流（正序电流）很大，因此，容易取m值以满足式（4130）不开放的条件。

对于长线路，区外故障时，故障点故障前电压较高，有较大的故障分量，因此式（4130）的不利条件是长线路，在电源附近故障时不利。

不过这时（故障加振荡）线路上零序电流分配系数较低，短路电流小于振荡电流，因此，仍很容易以最不利的系统方式验算m的取值。

m的取值时可根据最不利的系统条件下，振荡又区外故障时，振荡闭锁不开放为条件验算，并留有相当的裕度，用户不需验算。

注意：振荡加区外故障，当系统电势角摆回来，由于分配系数的变化，振荡闭锁可能开放，但此时保护已有选择性，也不会误动作。

（2）区内不对称故障时振荡闭锁开放。

当系统正常发生区内不对称故障时，在故障中各序电流之间的关系为

它们能满足判据的动作条件。故障处的过渡电阻不改变上述关系。保护中判别元件的动作情况取决于各序电流分配系数。显然，若各序电流分配系数相等则两侧判别元件都动作。如果不相等，也必有一侧动作，这一侧动作跳闸后，另一侧就可相继动作。

注意：正常时是由起动元件同时开放两侧保护的。

当系统振荡伴随区内振荡时，如果短路时刻发生在系统电势角未摆开时，振荡闭锁立即开放。

如果短路时刻发生在系统电势角摆开状态时，则振荡闭锁将在系统电势角逐步减小时开放，也可能由一侧瞬时跳开，跳闸后另一侧相继速跳。(www.xing528.com)

因此，采用对称分量元件开放振荡闭锁，保证了在任何情况下，甚至系统已经发生振荡的情况下，发生区内故障时瞬时开放振荡闭锁以切除故障，振荡或振荡加区外故障时则可靠闭锁保护。

2.对称故障检测

在起动元件开放160ms以后，或在系统振荡过程中，如发生三相短路，则上述两项开放措施均不能开放保护，此时设置了对称故障开放元件。它的测量振荡中心电压

式中　——正序电压；

φ1——正序电压电流的夹角。

如图450（a）所示，假设系统联系阻抗的阻抗角为90°，则振荡电流（正序）的向量垂直于和连线，与振荡中心电压同相。

图450　振荡中心电压

当系统振荡时，恰好反应振荡中心的正序电压，但它是变化的，随系统电势角摆开而变小，摆角180°时，，大于180°变为负，如图450（b）所示。

当三相短路时，设线路阻抗角为90°，则，而且恒定不变。如果经弧光电阻短路，是弧光电阻上的压降，小于5%Un，这样，振荡和对称短路就区分开了。

实际系统线路阻抗角不是90°，因而进行了角度补偿，如图451所示。

图451　短路电流电压相量图

Od＝U1为保护安装处测量电压，，它反应短路阻抗角不是90°时的电阻压降，包含线路电阻和弧光电阻两部分的压降，实际的弧光电阻压降为Oa，线路电阻压降为ab。装置引入补偿角θ1＝90°-φL（φL线路阻抗角），得到Φ＝φ1＋θ1，则式（4132）变为，以消除线路电阻压降那部分，三相短路时，可见只反应弧光压降。

综上所述，采用的动作判据为两部分，如下所述。

（1）-0.03Un＜U 0S＜0.8Un延时150ms开放振荡闭锁。

在实际系统中，三相短路时，过渡电阻仅为弧光电阻，弧光电阻上压降的幅值不大于5%Un，因此，三相短路时，该幅值判据满足，为了保证振荡时不误开放，其延时应保证躲过振荡中心电压在该范围内的最长时间。振荡中心电压为0.08Un时，系统角为171°，振荡中心电压为-0.03Un时，系统角为183.5°，按最大振荡周期3″计算，振荡中心在该区间停留时间为104ms。装置中取延时150ms已有足够的裕度。

（2）-0.1Un＜U0S＜0.25Un，延时500ms开放振荡闭锁。

此判据作为判据a的后备，以保证任何三相故障情况下保护不可能拒动。

0.25Un时，系统角为151°，-0.1Un时，系统角为191.5°，按最大振荡周期3″计，振荡中心电压在该区间停留时间为337ms，装置中取500ms已有足够的裕度。