系统振荡特点及常用防保护误动措施

[摘 要]通过对电力系统发生振荡时特点的分析、找出系统振荡和发生短路时的区别，针对问题提出防范措施，并对系统采用比较多的利用电气量的变化速度不同原理所构成的振荡闭锁装置进行阐述。

[关键词]电力系统振荡；短路；区别；措施；闭锁

中图分类号：TM773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0123-01

0 引言

电力系统振荡，主要是由于短路切除故障较慢而引起系统的动态稳定破坏而造成的。当输变电设备传输功率超过静稳定极限、或是当系统因严重的无功功率而引起电压降低、以及当系统发生短路故障时切除过慢或者运用非同期方式检定重合闸时，运行方式为并列的发电机间可能会发生失步的现象，从而使系统发生振荡。而在振荡持续过程中，发电机的电势之间或是电力系统不同部分等值的电源电势间相角将随着时间而作出周期性变化，致使系统中的线路电流、各节点电压及距离保护配合的测量阻抗会呈现出周期性变化，这就会导致系统配置的距离保护等动作，对应开关会跳闸，可能引起重要线路跳闸、甩负荷、解列电厂等事故发生。所以研究电力系统发生振荡时对各类型保护造成的影响，从而采取措施避免继电保护的误动，对系统的稳定运行有积极的作用。

1 电力系统振荡的特点

1.1 保护的安装处流过数值特别大的、呈现周期性变化的振荡电流。

一般其最大值可能会大于发生三相短路时的电流，则保护装置配置的电流测量元件就会误动作。

1.2 被保护的线路母线上流过的电流，也会呈现出周期性变化。

如果该母线位于振荡的中心附近时，系统两侧电势的幅值如果相等，并且其中各电气元件阻抗角如果相同，那么保护安装处的电压可能会降低接近零电位，则保护装置配置的低电压元件就会误动作。

1.3 距离保护的测量阻抗也将发生周期性的变化。

当测量阻抗小于预先规定的整定阻抗时，将造成保护误动作。

1.4 三相对称，因此不会出现负序和零序分量。

所以利用负序和零序分量而构成的保护装置就不会误动作。

1.5 据资料统计，当系统失去稳定后，其两侧的电势夹角会由正常各种角度摆到180度经历时间一般均不短于0.4秒。

系统发生振荡过程时周期最短一般是0.1～0.15秒，恢复同步前系统振荡的最后一个周期一般是3秒。因此，我们可以判断电力系统产生振荡的周期一般为0.1～0.3秒。大量运行的经验可以证明，如果保护整定时间大于1.5秒，可以避免大部分的保护误动事件发生。

2 电力系统中发生短路和振荡时的区别

2.1 振荡发生时，系统的各点电压和电流产生的幅值均会有周期性的变化；而短路时各点的电压数值、短路电流值不计衰减时不会发生变化，此外振荡时各点电压幅值和电流变化速度放缓，而当短路故障时电压突降，电流突增，变化的速度是很快的。

2.2 振发生时，电压与电流在任意一点二者之间的相位关系都会发生变化，而短路时电压与电流二者之间不会产生相位变化。

2.3 振荡发生时三相是完全对称的，系统中不会出现负序分量；而当短路故障时不对称过程中或者三相短路开始时候总是会有负序分量出现。

3 避免发生振荡时保护装置误动作的措施

综上所述，当电力系统中发生振荡，则保护装置有下述几种避免误动作的措施：

3.1 利用保护装置动作整定值来躲开系统发生振荡时对保护的影响。

例如，电流速断的无时限保护动作电流值超出振荡电流最大值，不会因为系统振荡而引起此类保护误动作。

3.2 利用保护装置动作延时来躲开系统发生振荡时对保护的影响。

例如，电压电流第三段保护的延时均一般超过1.5秒，不会因为系统振荡而引起此类保护误动作。

3.3 利用保护作用原理来躲开系统发生振荡时对保护的影响。

例如，负序电流护、零序电流电压保护、纵差保护等等，不会因为系统振荡而引起此类保护误动作。

3.4 而有一些保护（例如距离保护的第一段、第二段、高频闭锁方向保护、高频闭锁距离保护等等）在系统振荡时会引起保护误动作。如何解决这类型保护系统振荡时的误动作可能，通常方法是采用振荡闭锁装置。

所谓振荡闭锁装置就是在系统振荡时闭锁启动，将保护装置短时退出工作，防止保护误动作。想要实现振荡闭锁就必须先区别短路与振荡的不同，一类方法是利用电气量变化速度的不同来区分；另一类方法是利用有无负序分量及其增量来区分。

4 利用电气量的变化速度不同原理构成振荡闭锁装置

系统如果发生振荡，它的电气量一般是逐渐的变化；但当短路故障发生时的电气量是没有预兆突变性的。

图1所示曲线1是短路过程中电流的曲线变化，曲线2是振荡过程中电流的曲线变化。如果用不同灵敏度的两个电流继电器，系统发生短路故障的时候，因为电气量是突变的，两个不同灵敏度的电流继电器同时动作从而保护开放；但是当发生系统振荡时，电气量是周期性渐变的，两个不同灵敏度的电流继电器产生一个动作时间差Δt，就会将保护闭锁。在这类闭锁装置中，电流继电器动作电流是必须大与线路最大的负荷电流，则灵敏度不容易保证。若是采用两个阻抗继电器，来替代上述的电流继电器，灵敏度就容易保证。

图2中采用两个阻抗继电器的动作特性分别为Z1和Z2。当系统发生振荡的时候，Z1先动；而当系统中发生短路故障时，两个继电器就几乎无差别同时动作。

图3是按照此原理而构成的振荡闭锁装置逻辑框图。当Z1和Z2同时动作，则与门Y2动作保护开放，与此同时Z1被闭锁，来维持与门Y2持续的输出。而当Z1先动、Z2后动，同时之间时间差如果超过时间元件T整定的时限时，与门Y2会在Z2动作前就被Z1闭锁，从而切断保护的开放回路。

另外配置保护时还可以利用是否产生负序分量和其增量区分短路和振荡，因为篇幅的关系就不阐述了。

5 结束语

电力系统振荡会造成保护误动作，因此在电力系统输变电设备配置继电保护时必须考虑电力系统的振荡对其工作影响并采取适当的措施来避免，从而为一流配电网稳定运行奠定基础。

参考文献

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