1、毕业设计说明书(论文)短路和系统振荡对阻抗继电器的影响Undergraduate Design(Thesis)SHORT CIRCUIT AND OSCILLATION OF THE INFLUENCE OF POWER IMPEDANCE RELAYSupervised byLECTURER GU YanSchool of Electric Power EngineeringNanjing Institute of TechnologyJune 2011南京工程学院电力工程学院毕业论文II摘 要在现代电网中，随着超高压、大容量、远距离输电线路的不断增多，对电力系统的继电保护装置提出了更高、更
2、严格的要求。短路伴随振荡条件下距离继电器动作行为的分析是一项十分重要的工作，振荡是电力系统中一种较为多见的异常运行状态。引起振荡的原因有很多，电力系统振荡会引起距离保护的误动，如何防止振荡引起距离保护的误动一直是继电保护工作者的重要课题。本文介绍了距离保护在高压电路中的必要性，以及我国传统和目前几种阻抗继电器的原理,介绍了几种常见的阻抗圆特性并给出了动作方程和动作区域的图形；分析了对距离保护的影响；振荡对距离保护的影响。经过分析表明：短路时，电流和电压量突变。而振荡时，电气量呈现周期性变化，可能造成保护误动作。关键词 距离保护，短路，振荡，阻抗动作特性朱俊杰：短路和系统振荡对阻抗继电器的影响的
3、探究IIIAbstractIn the modern grid, along with the ultrahigh pressure, high capacity, long distance transmission lines of power system, increasing the relay protection device put forward higher, more stringent requirements. Short circuit with oscillation condition distance relay action behavior analysi
4、s is a very important work, is a kind of electric power system oscillation less than seen abnormal operating condition. Cause oscillation of electric power system, there are many reasons caused the oscillations distance protection maloperation causes, how to prevent the oscillation maloperation dist
5、ance protection has been an important subject of relay protection workers.This paper introduces in high voltage circuit distance protection, and the necessity of traditional Chinese and at present the principle of several impedance relay, introduces several common impedance circle characters and giv
6、es the movement equation and action area graphics; Analyses the influence of distance protection; The influence of distance protection oscillations. After analysis shows that the voltages and currents short-circuit, quantity mutations. But oscillates, present cyclical change electric parameters, may
7、 cause the protection misoperation.Key Words distance protection，short-circuit，power swing，operating characteristics南京工程学院电力工程学院毕业论文IV目 录摘 要 .IAbstract.II1 绪论 .11.1 引言 .11.2 我国阻抗继电器研究现状 .11.3 距离保护构成 .32 几种常见的阻抗继电器动作特性 和动作方程 .52.1 圆特性阻抗继电器 .52.2 四边形特性阻抗元件 .103 存在过渡电阻短路时对距离保护的 影响 .133.1 短路点过渡电阻的性质 .13
8、3.2 单侧电源线路上过渡电阻的影响 .143.3 双侧电源上过渡电阻的影响 .153.4 过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响 .163.5 防止过渡电阻影响的方法 .174 振荡对距离保护的影响 .204.1 电力系统振荡对距离保护的影响 .204.2 振荡闭锁 .255 MATLAB 的仿真 .315.1 MATLAB 软件概述 .315.2 仿真模型的建立与分析 .325.3 仿真结果分析 .336 总 结 .39谢 词 .40参考文献 .41附录 1 外文资料翻译 .42A1.1 分布式发电系统中燃料电池和蓄电池组的控制算法 .42A1.2 Control Algorithm of
9、Fuel Cell and Batteries for Distributed Generation System- 54朱俊杰：短路和系统振荡对阻抗继电器的影响的探究- 1 -1 绪 论1.1 引言随着我国的国民经济高速发展，用电负荷的要求越来越高，用户对于电能的质量要求越来越高，对于电能的可靠性提出了更高的要求，所以对于继电保护装置的可靠性，选择性，速动性和灵敏性都有着很高的要求。在110kV以上的输电线路中，距离保护占了大多数。距离保护在保护 110kV输电线路可靠输送电起到重要的作用。距离保护的核心元件就是阻抗继电器，它的作用是测量保护安装处到输电线路故障点之间的阻抗，这个阻抗也就反映
10、了故障点离保护安装处的距离。因为输电线路的阻抗不会随着电网运行方式的变化而变化。同时也与短路故障的类型没有关系，所以距离保护相比于电流保护而言更加稳定可靠；距离保护也不会因为重负荷情况下短路时造成灵敏度不足的情况；同时距离保护对于各种复杂的电网结构更好的适应性。总之，距离保护的性能更为完善。距离保护中的阻抗继电器是反映距离保护性能的一个硬指标，阻抗继电器测量距离越准确，距离保护装置的性能越好。本文主要研究输电线路短路与振荡时对阻抗继电器的影响。1.2 我国阻抗继电器研究现状1.2.1 传统距离保护原理1.2.1.1 直线特性阻抗继电器直线特性阻抗继电器主要有电阻型继电器，电抗型继电器，限相继电
11、器 1。其阻抗特性 2在阻抗复平面中分别为一直线。电阻继电器动作与否，只取决于测量阻抗的电阻值，电抗继电器动作与否，只取决于测量阻抗的电抗分量。直线特性虽然判据简单，但无方向性而且不能准确反映实际测量的阻抗变化情况，因此单纯利用电阻、电抗值作判别误差很大，在实际应用中效果并不理想。南京工程学院电力工程学院毕业论文- 2 -1.2.1.2 圆特性阻抗继电器圆特性阻抗继电器 3，有全阻抗圆、方向阻抗圆、偏移阻抗圆，是传统继电保护中应用最为广泛的阻抗继电器。它实际是把阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆，以便继电器的制造和调试，简化继电器的接线。其中全阻抗圆特性无方向性，方向阻抗圆存在电压死区，偏移阻抗
12、圆特性是前两者的综合。特性较好，应用较多。1.2.1.3 四边形特性阻抗继电器四边形特性阻抗继电器 45是综合了电阻电抗型直线特性，并考虑了阻抗的方向性，是一种较为精确反映故障测量阻抗边界的阻抗继电器，并且具有良好的抗过渡电阻的能力。在传统继电保护中，因实现因难而很少使用，但随着微机保护的出现。四边形阻抗特性继电器得到了广泛的应用。1.2.2 现有阻抗继电器新原理简介现有一些较新的距离保护原理主要是同时利用电流电压量的变化情况，来鉴别故障，进行线路保护。主要有电流自适应保护、工频变化量距离保护、以及利用行波来鉴别故障的距离保护原理等。1.2.2.1 电流自适应保护原理自适应电流速断保护 67是
13、利用在线测得到的电流电压值，由微机保护装置在线实时计算电流定值，可以免去麻烦的人工整定工作且能使保护范围显著扩大。因此在理论上其速断定值不是常数，是由当前的系统运行方式和故障状态决定。 7即根据电力系统当前实际运行方式和故障状态实时、自动整定计算，无需人工参与，能使速断定值和保护范围能保持最佳状态。但实际上，计算电流整定值的过程，引入了电压量，并要求输入被保护线路的阻抗值，即利用在线电压，实时算得的系统综合阻抗值，得到实时电流整定值，而后与在线电流相比较，以判别故障情况。可以看出其本质上还是距离保护，它同样受到PT断线，过渡电阻等因素的影响，而且对系统阻抗的计算算法也较复杂 8。1.2.2.2
14、 工频变化量距离保护原理工频变化量距离保护原理 9，是由我国继电保护专家在80年代率先提出的，主要是利用故障前后电流电压的工频分量的变化量和线路阻抗值的信息来求得补偿电压，并与故障前的电压记忆量进行比较，来实现对故障的判别，对线路进行保朱俊杰：短路和系统振荡对阻抗继电器的影响的探究- 3 -护。从其动作判据上讲，它可以看作是一种本质为距离保护的电压自适应保护，其在双侧电源系统中能严格区分区内外故障，且不受系统振荡的影响，具有自适应能力强，判据简单便于微机实现等优良特性，并且此保护原理在220kV 以上高压，超高压电网微机线路保护中已成功运用 10。1.2.2.3 行波距离保护原理行波距离保护原
15、理 11在20世纪50年代就己被提出，最初主要是利用行波进行故障测距 12。1983年，PACrossly等人提出了利用相关算法计算行波传播时间进而求得故障距离，通过对故障距离和被保护线路长度的比较决定保护是否动作的行波距离保护方案。即所谓行波测距式距离保护 13；1989年，我国学者根据输电线路故障行波的特征，提出了行波特征鉴别式距离保护，该保护首先利用行波的特征，判断出故障发生的区间。若判断为正方向区内故障，再进一步计算出故障距离 14。早期行波测距式距离保护的主要不足之处在于：1)没有考虑正方向区外故障时保护误动的问题；2)采用相关算法提取与初始正向行波对应的反向行波误差较大，距离计算精
16、度不高；3)由于相关算法的实质是比较两波形的相似性，因而受线路参数的影响较大，当线路为有损或接地电阻较大时，v-、v+波形的相关性降低；4)灵敏度不高，要求v- 和v+的信号有足够的能量，以保证能被正确检测。其后的研究者对行波测距式距离保护方案存在的问题提出了解决的方法，并对这一原理的实现做了进一步的补充，但因其结果不能满足实际要求，最终没有在实际系统中得到应用。近年来，国内学者将现代电子技术和新兴数学工具用于行波测距，使得测距精度大大提高。行波测距装置的成功应用无疑为进一步研制行波测距式距离保护打下了良好的基础，为保护的计算精度提供了保证。目前，已有学者提出了方向行波测践式距离保护，但是依然
17、存在无法区分正方向区内区外故障的问题。1.3 距离保护构成1.启动元件 启动元件的作用是反应系统故障参数或故障分量，判别系统是否已经发生故障。被保护线路正常运行时，该元件不启动，因此整套保护不投入工南京工程学院电力工程学院毕业论文- 4 -作。当系统发生故障时，它立即启动，使整套保护投入工作。早期的距离保护，启动元件采用电流继电器或者阻抗继电器，后来采用了灵敏度更高的负序电流元件、负序电流与零序电流复合元件、增量元件等。2测量元件 测量元件的作用是反应故障点到保护安装处的阻抗(或者距离)，它是距离保护中的核心元件。测量元件一般是有方向性的。早期的距离保护装置中的测量元件一般由阻抗继电器来担任，
18、例如，有整流型阻抗继电器、晶体管型阻抗继电器、集成电路型阻抗继电器等。在微机型距离保护装置中，阻抗测量元件是由软件实现的。不管是早期的距离保护装置，还是现代的微机距离保护装置，其测量元件测量的都是阻抗，所以它会受系统振荡的影响。所以，在距离保护中还必须设置振荡闭锁装置，以防止距离保护中的测量元件在系统振荡时动作致使保护误动。3振荡闭锁部分 在系统发生振荡时，因为不是短路，距离保护部应该动作。但是振荡时的电压、电流幅值周期性变化，有可能导致距离保护误动。为了防止距离保护误动，要求该元件精确判断系统振荡，并将保护闭锁。4电压回路断线部分 电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，从而可能使距离保
19、护的测量部分出现误判断，这种情况下要求该部分应该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。5. 配合逻辑部分 该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限配合。6. 出口部分 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。朱俊杰：短路和系统振荡对阻抗继电器的影响的探究- 5 -2 几种常见的阻抗继电器动作特性和动作方程阻抗继电器动作区域的形状称为动作特性。例如动作区域为圆形时，称为圆特性；动作区域为四边形时，称为四边形特性。动作特性既可以用阻抗复平面上的集合图形来描述，也可以用复数的数学方程来描述，这种方程称为动作特性的方程。下面介绍几种常见的阻抗继电器的动作特性和动作方程。2.1 圆特性阻抗继电器2.1.1 偏移圆特性偏移圆特性的动作区域如图 2.1 所示，它有两个整定阻抗，即正方向整定阻抗 和反方向阻抗 ，两整定阻抗对应矢量末端的连线就是特性圆的直径。set1Zset2Z特性圆包含坐标原点，圆心位于 处，半径为 。圆内为set1t2+Z（ ） set1t2|+|Z（ ）动作区，圆外为非动作区。当测量阻抗正好在圆周上时，阻抗继电器临界动作。
