距离保护的振荡闭锁
§3.5距离保护的振荡闭锁(Power Swing Blocking of Distance
Protection)
§3.5.1 振荡闭锁的概念(Concept of Power Swing Blocking)
并联运行的电力系统或发电厂失去同步的现象，称为电力系统的振荡(Power Swing)。电力系统振荡时，系统两侧等效电动势间的夹角「在0o~360o范围内作周期性变化，从而使系统中各点的电压、线路电流、功率方向以及距离保护的测量阻抗也都呈现周期性变化。这样，以上述这些量为测量对象的各种保护的测量元件，就有可能因系统振荡而动作。
电力系统的振荡是属于严重的不正常运行状态，而不是故障状态，大多数情况下能够通过自动装置的调节自行恢复同步。如果在振荡过程中继电保护动作，切除了重要的联络线，或断开了电源和负荷，不仅不利于振荡的自动恢复，而且还有可能使事故扩大，造成更为严重后果。所以在系统振荡时，要采取必要的措施，防止保护因测量元件动作而误动。这种用来防止系统振荡时保护误动的措施，就称为振荡闭锁。
因电流保护、电压保护和功率方向保护等一般都只应用在电压等级较低的中低压配电系统，这些系统出现振荡的可能性很小，振荡时保护误动产生的后果也不会太严重，所以一般不需要采取振荡闭锁措施。距离保护一般用在较高电压等级的电力系统，系统出现振荡的可能性大，保护误动造成的损失严重，所以
必须考虑振荡闭锁问题。在无特殊说明的情况下，本书所提及的振荡闭锁，都是指距离保护的振荡闭锁。
§3.5.2电力系统振荡对距离保护测量元件的影响(Effect of Power Swing to Measuring Unit of Distance
Protection)
1电力系统振荡时电流、电压的变化规律
现以图3-31所示的双侧电源的电力系统为例，分析系统振荡时电流、电压的变化规律。
E M
M KZ I N E N
图3-31双侧电源的电力系统
设系统两侧等效电动势E M和E N的幅值相等，相角差
(即功角)为&，等效电源之间的阻抗为Z厂Z M+Z I+Z N，其中Z M 为M侧系统的等值阻抗，Z N为N侧系统的等值阻抗，乙为联络线路的阻抗，则线路中的电流和母线M、N上的电压分别为：
,E M -E N E E M(1-e j)
(3-144)
7 Z i Z z
(a)相量图；(b)电流有效值变化曲线；(c )电压有效值变化曲线
U M = E M - I Z M (3-145)
U N 二 E N I Z N (3-146)
它们之间的相位关系如图
3-32(a)所示。以E M 为参考相量， 当S 在0。?360。范围内变化时，相当于E N 相量在0。?360。 范围内旋转。
图3-32
系统振荡时的电流和电压
(c)
由图可以看出电势差的有效值为
d
E = 2E M S in^ 所以线路电流的有效值为
电流有效值随S 变化的曲线如图(b)所示。电流的相位 滞后于」E=E M -E N 的角度为” d ，其相量末端的随S 变化的轨 迹如图(a)中的虚线圆周所示。
假设系统中各部分的阻抗角都相等，则线路上任意一 点的电压相量的末端，都必然落在由E M 和E N 的末端连接而 成的直线上(即也E 上)。M 、N 两母线处的电压相量U M 和U N 标在图(a)中。其有效值随&变化的曲线，如图(c)所示。
在图(a)中，由o 点向相量 E 作一垂线，并将该垂线代 表的电压相量记为U os ，显然，在「?为0以外的任意值时，电 压U os 都是全系统最低的，特别是当 -180o 时，该电压的有 效值变为0。电力系统振荡时，电压最低的这一点称为振荡 中心，在系统各部分的阻抗角都相等的情况下，振荡中心的 位置就位于阻抗中心处。由图(a)可见，振荡中心电压的 有效值可以表示为
U os 二E M cos? (3-149)
2 ?电力系统振荡时测量阻抗的变化规律
(3-147)
E 2E
sin — (3-148)
中心z 一段线路的阻抗，是不随
「?变化的。第二部分为 1 :
-j 2Z z ctg -，它垂直于Z]，随着的变化而变化。当「?由o 0变 化到360。时，测量阻抗Z m 的末端沿着一条经过阻抗中心点 [ZR 且垂直于Z 工的直线00，自右向左移动，如图3-33所示。 当；=0°()时，测量阻抗Z m 位于复平面的右侧，其值为无穷大； 当=180°时，第二部分阻抗等于o,总测量阻抗变成￡-5忆二； 当「? =360°
㈠时，测量阻抗的值也为无穷大，但位于复平面的 左侧。
系统振荡时，安装在M 点处的测量元件的测量阻抗为
U M _ E M _ 1 M Z ^ _ E M Z _ 1 Z Z
—厂 _Z|M =1 Z ^_Z M
1 I - e (3-150) 因为 2
1 -=1 -c 0 s js i n=-
o -j
ct 2g 1 1
d 1 Z m 佇-M )- j 2Z ? 訐2」 1 6
g )^-j 2Z " 2 t g
(3-151)
式中 ?M Z M
为M 侧系统阻抗占总串联阻抗的比例。
可见，
系统振荡时，M 处的测量阻抗由两大部分组成， 第一部分为
1 □「M )^，它对应于线路上从母线 M 到振荡
图3-33测量阻抗的变化轨迹 如果E M 和E N 的幅值不相等，则分析表明，系统振荡时 测量
阻抗末端的轨迹将不再是一条直线，而是一个圆弧。设 K 「E M 已“，当K e 1及K e 1时，测量阻抗末端的轨迹如图 中的虚线圆弧1和2所示。
由图可见，保护安装处 M 到振荡中心Z 一段线路的阻
1 1 抗为（2」M ）Z ］，它与比值:'M 的大小密切相关。当 时，
它与"同方向，振荡中心Z 点位于阻抗平面的第一象限，振 荡时测量阻抗末端轨迹的直线00 ?在第一象限内与Z 匚相交；
1
当M 石时，该阻抗等于0，振荡中心z 正好位于M 点，测 量阻抗末端轨迹的直线 oo 在坐标原点处与 相交；当
、 1
：M 三时，它与z 二方向相反，振荡中心z 点位于阻抗平面的 第三
象限，振荡时测量阻抗末端轨迹的直线 oo ?在第三象限
jX
N
o 1 K e =1
K e
M \ 1 （；-P M ）
Z’ o
o
内与Z工相交。
Z N
若令：N二〒，则当S和「N都小于1时，振荡中心就落在线路MN上，其它情况下，振荡中心将落在线路MN之外。
3?电力系统振荡对距离保护测量元件的影响
在图3-31所示的双侧电源系统中，假设M、N两处均装有距离保护，其测量元件均采用圆特性的方向阻抗元件，距离I段的整定阻抗为线路阻抗的80%,则两侧测量元件的动作特性如图3-34所示，实线圆为M侧I段的动作特性，虚线圆为N侧I段的动作特性。
根据前面的分析，若匚和:?N
都小于1，振荡中心就落在母线M、
N之间的线路上。当A变化时，
M、N两处的测量阻抗的末端，都将
沿图3-34中的直线oo，移动。由
图可见，当3
在3?3范围内时，N侧测量阻抗
落入动作范围之内，其测量元件动
图3-34振荡对测量元件的影响
作；当3在3?3范围内时，M侧测量阻抗也落入动作范围之内，其测量元件也动作。即在振荡中心落在本线路上的情况下，当6变至=1800 左右时，线路两侧保护I段的测量元件都可能动作。