电力系统继电保护——3.1-3.2电网的距离保护-阻抗继电器原理和动作特性

Z m Z set
Zm
O
m
R
Z m Z set
R
(a)
(b)
| Zm | Zset
| U m | I m Z set
幅值比较方式
Z m Z set 270 arg 90o Z m Z set
o
相位比较方式
2. 全阻抗继电器—实际实现
jX
Z set
jX
Z m Z set
Z0 Zm Z0
jX
A
Z0
k
O
Zm
k
R
O

Zm Z0
Z0
(a)
Zm
A
R
A
Z0
(b)
| Zm Z0 | Zm Z0
Um 270 Arg 90 I m Z set
U P Um
U = I m Z0
6. 具有直线特性的继电器-电抗继电器
jX
jX set
o
相位比较方式
3. 方向阻抗继电器—实际实现
jX
Z set
jX
Z set
Zm
1 Z set 2
Z
m
1 2 Zset
Z set
Zm
O
Zm
O

R
(a)
(b)
Um 270 Arg 90 U m I m Z set
动作方程
U P Um
U =Um I m Zset
3. 方向阻抗继电器-几个概念的说明 起动阻抗随着测量阻抗 相角的变化而改变；
Zk (nTA / nTV )
动作特性扩大为一个圆
(a)
～
A
2
Zset 0.85 BC
B
1 TV
Um
C
TA
Im
Zm
jX
Zset
ZBC
C
(b)
B
k
R
A
不同特性的阻抗继电器
jX
C
0.85Z BC
1为全阻抗继电器的 动作特性
1
B O
k
2 3
2为方向阻抗继电器 的动作特性
R
3为偏移特性阻抗继 电器的动作特性 此外，还有透镜形、 四边形、苹果形等特 性的阻抗继电器
jX
Zset
1 Zset 2
Z
m
1 2 Zset
Zm
O
R
(a)
3. 方向阻抗继电器—动作特性
jX
Z set
jX
Z set
Zm
1 Z set 2
Z
m
1 2 Zset
Z set
Zm
O
Zm
O

Rቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(a)
(b)
1 1 | Z m Z set | Z set 2 2
幅值比较方式
Zm 270 arg 90o Z m Z set
Zset
jX
1 Zset 2
Z
m
1 2 Zset
当测量阻抗相角等于整 定阻抗的相角时，起动 阻抗最大，保护范围最 大，继电器最灵敏，称 为继电器的最大灵敏角
Zm
sen k
O
R
(a)
整定阻抗：最大灵敏角 方向上的圆的直径
方向阻抗继电器-评价
优点：有方向性，反方向故障时，继电器不会误 动
缺点：
• 加入继电器的电压和电流之比称为继电器的测量阻抗 m= Um / m = R + jX
多相式（第二类阻抗继电器）
• 由于加入继电器的不是单一的电压和电流，因此不能 利用测量阻抗的概念来分析它的动作特性
1. 单相式阻抗继电器
A
2
B
TA
C
TV
jX
Im Um
Zm
0.85ZBC
k
R
测量阻抗
Zm U m / I m
电力系统继电保护原理
主讲教师：范春菊
3 电网的距离保护 3.1 距离保护的作用原理 3.2 各种单相式阻抗继电器的动作特性 3.3 阻抗继电器的接线方式
3.4 方向阻抗继电器的死区和特性分析
3.5 距离保护的整定计算和评价
3.6 影响距离保护正确动作的因素及防止方法
3.7 距离保护装置框图举例
3.1 距离保护的作用原理
9. 极化电压和补偿电压
极化电压 全阻抗继电器
补偿电压
UP Um I m Zset U P Um
U =Um I m Zset
方向阻抗继电器
U =Um I m Zset
偏移特性阻抗继电器 U P
Um Im Zset U =Um I m Zset
补偿电压的物理意义
a) 正方向母线出口短路时，继电器有死区； b) 继电器的测量阻抗Zm与测量阻抗角 m 有关，
继电器的灵敏性有一定的影响
4. 偏移特性阻抗继电器-特点
jX
没有完全的方向性
Z set
起动阻抗与测量阻抗 的相角有关 正方向的整定阻抗为 Zset，反方向偏移一 个 Z set 动作特性圆偏移后， 把圆心包含在圆内， 可消除方向阻抗继电 器的死区
动 不 动 区
5. 功率方向继电器-与方向阻抗继电器的关系
jX
A
Z0 Zm Z0
jX
A
Z0
k
O
Zm
k
R
O

Zm Z0
Z0
(a)
Zm
A
R
A
Z0
(b)
从阻抗继电器的观点来理解功率方向继电器，可 把它看成方向阻抗继电器的特例，即整定阻抗为 无穷大
5. 功率方向继电器—动作特性
jX
A
2. 距离保护的时限特性
A 2 B 1 k C
Z AB Z k
(a) t
Zk
距离III段
t3 t2 t2 t1
I Z act .1
距离II段
距离I段
t1
Z
I act .2
Z
II act .2
Z
II act .1
L
(b)
3. 三段式距离保护 距离Ⅰ段：瞬时动作，保护范围为本线路全长的 80%~85% I I
Zm Z m Z set Z set

R
Z set 270 Arg 90 Z m Z set
相位比较
| Zm | Zm 2Zset
幅值比较
I m Z set 270 Arg 90 U m I m Z set
实现方式
7. 动作角度范围变化对继电器特性的影响
jX
A
2. 全阻抗继电器---特点
jX
Z set
k
O
Zm
没有方向性
不论加入继电器的电压 与电流之间的角度有多 大，继电器的起动阻抗 在数值上都等于整定阻 抗
m
R
| Zm | Zset
| U m | I m Z set
幅值比较方式
2. 全阻抗继电器-动作方程
jX
Z set
jX
Zm
Zset
k
O
U Um Im Zset I m (Zm Zset ) I m (nZk Zset )
电网的距离保护31距离保护的作用原理32各种单相式阻抗继电器的动作特性33阻抗继电器的接线方式34方向阻抗继电器的死区和特性分析35距离保护的整定计算和评价36影响距离保护正确动作的因素及防止方法37距离保护装置框图举例31问题的提出电流保护的优点和缺点电流保护的使用量电流只是反映了故障的一个特实际上线路故障时除了电流增大还有电压的降低可以考虑联合使用电压的降低和电流的增加构成的保护阻抗保护距离保护距离保护的基本概念距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置距离的远近是由输入继电器的电压和电流计算出的阻抗值的大小来反应的该阻抗称为继电器的测量阻抗iiactiiact距离保护的时限特性距离i段距离ii段距离iii段三段式距离保护距离段
Zset
UP 240 arg 120 U jX
Zm Zset
Z0
Zm
O
R
Z0
R
U P Um
U P Um
U =Um I m Zset
U = I m Z0
10. 具有四边形特性的阻抗继电器
jX
A
B
折线A-O-C可以由动作 范围小于1800的功率方 向继电器来实现
直线A-B可由一个电抗 型继电器实现
Zset jX set
jX set 270 Arg 90 Z m jX set
R
相位比较
| Zm | Zm j 2 X set
幅值比较
jI m X set 270 Arg 90 U m jI m X set
实现方式
6. 具有直线特性的继电器-电阻继电器
jX
Zset
Zm Z0
Zm
O
aZset
R
0.1~0.2
4. 偏移特性阻抗继电器-动作方程
jX
Z set
jX
Z set
Zm
Z set
O
Zm Zse
Z set
Zm
O
Zs
et
t
Zm
aZ set Zm
aZ set
(a)
R
aZ set
R
| Zm Z0 | Zset Z0 1 圆心：Z 0 ( Z set Z set ) 2 1 半径：Z ( Z + Z )
4. 距离保护的组成元件
过电流、低阻抗或反应于负序和零序电流的 继电器构成；目的是故障时瞬间起动
起动
方向阻抗继电器
Z
&
出口
跳闸
Z
t t
≥1
Z
偏移特性阻抗继电器
3.2 各种单相式阻抗继电器的动 作特性
阻抗继电器的基本分类
单相式（第一类阻抗继电器）
• 加入继电器的只有一个电压Um（可以是相电压或线电 压）和一个电流m（可以是相电流或线电流）
Z m Z set
对于全阻抗继电器，启动阻抗的幅值与整定阻抗 的幅值相同。
5. 功率方向继电器-特点
+j
sen
作
0
区 作
+1
输入继电器的电压、 电流为A相电压和A 相短路电流 正方向发生三相短 路时，输入继电器 的电压和电流间的 相位角为线路阻抗 角；按上述方式接 线，最大灵敏角为 线路阻抗角
(b)
Z m Z set 270 arg 90o Z m Z set
o
4. 偏移特性阻抗继电器-实际实现
jX
Z set
jX
Z set
Zm
Z set
O
Zm Zse
Z set
Zm
O
Zs
et
t
Zm
aZ set Zm
aZ set
(a)
R
aZ set
R
U m I m Z set 270 Arg 90 U m I m Z set
问题的提出
电流保护的优点和缺点
电流保护的使用量-电流只是反映了故障的一个特 征 实际上，线路故障时，除了电流增大，还有电压 的降低-可以考虑联合使用电压的降低和电流的增 加构成的保护-阻抗保护—距离保护
1. 距离保护的基本概念
A 2 B 1 Zk k C
ZABZk
距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距 离，并根据距离的远近而确定动作时间的一种保 护装置 距离的远近是由输入继电器的电压和电流计算出 的阻抗值的大小来反应的，该阻抗称为继电器的 测量阻抗
R
Zm
O
C
直线B-C可由一个电阻 型继电器实现
上述三个特性继电器组 成与门输出
折线A-B-C特性的实现方法
jX Z3 Z1 Z2
O R
jX
jX Z1 Zm
R
Z1 Zm
O
Z3 Zm
Z3 Zm
O O
Z2
R
Z2
折线方向由Z1和Z2表示 测量阻抗ZJ在阴影范围内时， Z1、Z2 和(Z3-Zm) 这三个相量中，任何两个相邻相量之间的夹角都 小于1800 测量阻抗ZJ在阴影范围外时，上述三个相量中， 总有一对相邻相量之间的夹角大于1800

Zset Z m Z set
Zm
O
ZJ
O

Z m Z set
R
Z m Z set
R
极化电压
补偿电压
U m I m Z set 270 arg 90 U m I m Z set
UP Um I m Zset
U =Um I m Zset
幅值比较和相位比较间的关系
Zact.2 Krel Z AB
距离Ⅱ段：动作时限和整定值要与下一条线路的 距离Ⅰ段或Ⅱ段配合；目的是保护本线路全长， 与距离Ⅰ段联合工作可构成本线路的主保护
Z
II act .2
K (Z AB Z
II rel
I act .1
)
距离Ⅲ段：作为相邻元件保护和断路器拒动的远 后备保护以及本线路距离Ⅰ段和Ⅱ段的近后备保 护，动作时限的整定原则与过电流保护相同；整 定值按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来整定
(b)
UP Um I mZset
U =Um I m Zset
偏移特性阻抗继电器-评价
优点：有一定的方向性，保护安装处出口短路时 ，没有死区。
缺点：在反方向出口短路时会失去方向性。 应用：一般用于III段距离保护，作为启动元件和 后备保护使用。
补充说明：几个阻抗的意义和区别 Zm是继电器测量阻抗，它等于加入继电器中电压 和电流的比值，其阻抗角就是电压和电流间的相 位差；测量阻抗可以是阻抗平面上的任意一点， 与系统的运行方式有关： A. 正常运行时，是负荷阻抗； B. 短路时，测量到的是短路阻抗，跟故障点到保护 安装处的距离有关； C. 系统振荡时，测量到的是振荡阻抗。
Zact是距离保护的一次侧的启动阻抗，跟输电线 路的实际阻抗有关。 Zact.m是继电器的起动阻抗，表示当继电器刚好动 作时，加入继电器的电压与电流之比
补充说明：几个阻抗的意义和区别 Zact.m是继电器的二次侧起动阻抗，表示当继电器 刚好动作时，加入继电器的电压与电流之比。 对于方向阻抗继电器，继电器的启动阻抗是随着 测量阻抗角 m 的不同而不同，当 m sen 时，
补充说明：几个阻抗的意义和区别 Zset是继电器的整定阻抗，一般取继电器安装点 到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗；不同 的阻抗继电器，整定阻抗是不同的。
• 全阻抗继电器：圆的半径； • 方向阻抗继电器：在最大灵敏角方向上的圆的直径； • 偏移特性阻抗继电器：在最大灵敏角方向上由原点到 圆周上的长度。
Z set
Zm Zs
et
Zset
90
90
Z m Z set
（a） Zset
Zm
（ b）
Zm
C B A D B A
A B
90
（ c）
Zm
C 270 arg 90o D
o
全阻抗继电器—评价
优点：构成简单
缺点：无方向性，反方向故障时，继电器会误动
3. 方向阻抗继电器-特点 正方向故障时，测量阻抗 在第一象限；反方向故障 时，在第三象限。本身具 有方向性