7 阻抗继电器

测量元件：测量短路点至保护安装处距离。 采用阻抗继电器。
时间元件：
根据预定的时限特性整定动作的时限，保证保护 动作的选择性，采用时间继电器。
（1）正常运行时：
起动元件1不起动，保护装置处于被闭锁状态。
（2）正方向发生故障：
起动元件1和方向元件2动作，距离保护投入工作。 如果故障点位于第1段保护范围内，则Z‘动作，直 接起动出口元件8，瞬时动作于跳闸。
(2)幅值比较原理：
jX
z set
Z r - 0.5Z set
Zr -
1 2
Z set
1 2
Z set
Zr
R
电压形式表示的动作方程为：
Ur.
1 2
.
I r Z set

1 2
.
I r Z set
(3)相位比较原理：
jX Zset Zr-Zset
Zr
R
270 arg
o
Zr
Z r - Z set 90
1. U r - I r Z set 2
.

1. I r Z set 2
Ur=0
1. - I r Z set 2
=
1. I r Z set 2
而实际上，机电式继电器具有弹簧反作用力 矩和摩擦力矩，执行元件动作需要一定的功 率，所以继电器不动。
(b)当动作方程用电压形式比相表示时， 其方程为：
270 arg
如果故障点位于距离I段之外的距离Ⅱ段保 护范围内，则Z‘不动作，而Z”动作，起动距 离Ⅱ段时间继电器5，经t”时限，出口元件8 动作，使断路器跳闸，切除故障。
如果故障点位于距离Ⅱ段之外的距离Ⅲ段保 护范围内，则Z’、Z”不动作，而Z”’动作，起 动距离Ⅲ段时间继电器7，经t’”时限，出口 元件8动作，使断路器跳闸，切除故障。
方向阻抗继电器
(2)相位比较原理
jX
Z set
Z r + aZ set o 90 270 arg Z r - Z set
o
Zr - Zset J Zr Zr+α Zset R
-α Z zd
270 arg
o
U r + a I r Z set U r - I r Z set
. .
.
.
90 o
保护区内短路故障时，电压降低，电 流增大，方程满足条件，保护起动。
(3)相位比较原理：
jX
Z set
Zset- Z r
Zr
Z r + Z set o 90 270 arg Z r - Z set
o
R
Zr+Zset
分子分母同乘以Ir，得 到电压形式的比相动 作方程。
270 arg
o
I r Z set + U r
. .
.
.
U r - I r Z set
90
o
2.方向阻抗继电器
既能作测量元件， 又能判别方向。
jX
z set
Z r - 0.5Z set
Zr
R
Ψr 等于 Zset 的阻抗角时， Zop.r 最大，即 以Zset为直径，通过坐标原点的圆。圆 保护范围最大，工作最灵敏。 Ψsen—最大灵敏角，它本身具有方向性。 内为动作区。 Zop.r随Ψr改变而改变.
. .
U1
r
.
Zr
=U
.
=
n PT
.
=
U1
.
´
nl n PT
=Z k
nl
n PT
Ir
I1
nl
I1
Zr=R+jX 可以在复平面上分析其动作特性
为了方便比较，通常将测量阻抗与整定阻抗画 在同一阻抗复数平面上。
c
B
A
1） 测量阻抗Zr：由加入继电器的电压
Ur与电流Ir的比值确定。
2） 整定阻抗Zset：一般取继电器安装点
第三章
输电线路距离保护
3.1 距离保护概述
1、距离保护的作用
2、距离保护的基本原理
3、距离保护时限特性
4、距离保护的构成
一、距离保护的基本概念
反应故障点至保护安装处之间的距离（或阻抗），并 根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。
二、距离保护的基本原理
正常运行时： 保护安装处测量到的线路阻抗为负荷阻抗Zfh
1. 1. U r - I r (1 - a )Z set I r (1 + a ) Z set 2 2
.
.
Z r - 0.5(1 - a ) Z set 0.5(1 + a ) Z set
当a = 1时 ，方程为；
Z r Z set 当a = 0时
全阻抗继电器
，方程为：
Z r - 0.5Z set 0.5Z set
总结三种阻抗的意义：
1） 测量阻抗Zr：
由加入继电器的电压Ur与电流Ir的比值确
定。测量阻抗角就是测量电压与测量电流 之间的相位差。
j r = arg
Ur
.
Ir
.
2）整定阻抗Zset：
一般取继电器安装点到保护范围末端的 线路阻抗,是一个定值。
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圆的直径
到保护范围末端的线路阻抗。 3) 起动阻抗（动作阻抗） Zop.r ：它表示 当继电器刚好动作时，加入继电器的电压 Ur 和电流Ir的比值。
3.3
圆特性阻抗继电器
1、全阻抗继电器
jX
Z set
Zr
R
(1)全阻抗继电器的特点：
(a)以保护安装点为圆心（坐标原点）;
jX
Z set
（b）圆的半径为整定阻抗； （c）圆内为动作区； （d）动作不具有方向性。
1）当短路点在故障范围内，即Zr
< Zset，
保护动作。
2）当短路点在保护范围外，即当Zr > Zset， 保护不动作
三、距离保护时限特性
距离保护的动作时间与保护安装地点至短路点之间 的距离的关系称为距离保护的时限特性。与电流保 护相对应，距离保护也具有三段式阶梯特性。
(1)距离保护1段
对应于电流速断，瞬时动作。为保证动作的 选择性，距离1段不可能保护线路全长。
起动元件：发生短路故障时瞬时起动保护装置。
采用过电流继电器、阻抗继电器、反应负序电流 或负序电流与零序电流的复合电流、或其增量的 元件作为起动元件。
方向元件：
保证保护动作的方向性，防止反方向故障时， 保护误动作。
方向元件可采用单独的方向继电器，但更多 的是采用方向元件和阻抗元件相结合而构成 的方向阻抗继电器。
偏移特性阻抗继电器： 在最大灵敏角方向上由原点到圆周的长度。
（3）起动阻抗（动作阻抗）Zop.r： 表示当继电器刚好动作时，加入继电器 的电压Ur 和电流Ir的比值。 除全阻抗继电器以外,其他继电器的 Zop.r随Ψr的不同而改变。 当Ψr=Ψsen时，Zop.r=Zset，此时最大。
3.2 阻抗继电器
阻抗继电器是距离保护的核心,其主要作用是测量短路 点到保护安装处的距离。
单相式阻抗继电器：
指加入继电器的只有一个电压Ur（相电压或线电压）和 一个电流Ir（相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。
测量阻抗
加入阻抗继电器的电压与电流的比值。
Zr U =
. . r
——测量阻抗
Ir
阻抗继电器接于互感器的二次侧， 其测量阻抗与系统一次侧阻抗关系：
90
o
电压形式表示的动 o 作方程为： 270 arg
.
Ur
. .
o
U r - I r Z set
(4)方向性继电器的死区:
在保护正方向出口发生相间短路时， Ur=0 ， 继电器不动作。发生这种情况的一定范围， 就称为“死区”。 实用的方向阻抗继电器必须解决保护动作死 区问题。
(a)电压形式表示的幅值动作方程为：
.
Ue = Zf . If
当发生线路故障时： 母线测量电压为Uk，线路上测量电流为Ik
这时的测量阻抗为保护安装处到短路点的 短路阻抗Zk .
Z 1lk
.
= Zk =
Uk Ik
. .
U e = Zf .
If
>
Z1lk
= Zk =
Uk
Ik
.
wenku.baidu.com
距离保护的实质：
用整定阻抗Zset去与被保护线路的测量阻抗 Zr 比较。
o
Ur
. .
.
90
o
U r - I r Z set
同理，当加入继电器电压Ur为零， 无法比相。即存在动作死区。
3、偏移特性阻抗继电器
jX
Z set
Z0
Zr - Z0
Zr
-αZset
R
正方向：整定阻抗Zset 反方向：偏移-αZset(α<1), 圆内动作。
圆心
1 Z 0 = ( Z set - aZ set ) 2 1 = (1 - a ) Z set 2
(2)距离保护2段
用以弥补第1段不足，尽快切除本线路末端15%-20%范围间 的故障，其保护范围必然延至下一段线路，故动作时间应 比下一条线路距离1段高出一个时限△t
(3)距离保护3段
是作为本线路主保护Ⅰ段、Ⅱ段及相邻线路的后 备保护，其动作时限比其它各保护最大动作时限 高出一个△t。
四、距离保护的构成
Zr
R
不论加入继电器电压与电流的相位差如何， 动作阻抗不变，即全阻抗继电器动作不具有 方向性。
(2)幅值比较原理：
jX
Z set
Zr
R
动作方程： Z 两边同乘 所以
U
. r
r
.
Z
set
Ir ，且
I r Z r = Ur
.
.
，

I
. r
Z
set
，
这也就是电压动作方程。
方程的物理意义：
正常运行时，由于电压为额定电压、电 流是负荷电流，方程不满足条件，即继电 器不动作；
(1)特点：
该继电器的整定阻抗
z set(对应其保护范
围)是个常数(相应地，其阻抗角Ψz也是
常数)，确定该段保护的阻抗圆。
（a）动作具有方向性；
（b）圆的直径为整定阻抗；
（c）圆内为动作区;
（d）当加入阻抗继电器的电压和电流之间的 相位为不同数值时，动作阻抗就不同。 （e）为使继电器工作在最灵敏状态，应选择 整定阻抗角等于线路短路阻抗角。 （f）反方向发生短路时，测量阻抗 Zr 位 于第三象限，继电器不动作，具有方向性。
jX
Z set
Z0
Zr -Z 0
Zr
-αZset
R
1 半径： (1 + a ) Z set 2
Zop.r随 Ψr变化而变化,但没有完全
的方向性。
jX
(1)幅值比较原理：
Z0
Z set
Zr - Z0
Zr
动作方程：
Z r - Z 0 Z set - Z 0
R
Z r - 0.5(1 - a ) Z set 0.5(1 + a ) Z set