电力系统继电保护第6章 输电线路距离保护分析

6.2 阻抗继电器
教学要求 ：掌握各种阻抗继电器特点及应用范 围，整定阻抗、测量阻抗及动作阻抗意义；比 幅与比相间的转换。
阻抗继电器作用 ：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。
加入阻抗继电器的电压与电流的比值称为
测量阻抗 。
Z m ? U?m / I?m
6.2 阻抗继电器
K1
I?m?
Zm
Z set
Zm
U?op
U?op
Uop ? Um ? Im Zset
U?op U?op ? 0
特点：1）正向保护区外短路时，工作电压大于 0。
6.1 距离保护概述
2）正向保护区内短路时，工作电压小于 0。
3）反向短路，工作电压大于 0。
结论：检测工作电压的相位变化，不仅能测量出 阻抗的大小，而且还能检测出短路故障的方向。
6.2 阻抗继电器
比幅特性与比相特性间的转换：
jX
Zm ?
Z set Z set ? Zm ?
Zm R
动作方程为： ? 90? ? arg Zm ? 90? Zset ? Zm
2、插入电压 U in
令
U1 ? Uin ? Uop
U 2 ? U in ? Uop
6.1 距离保护概述
U1
U in
U2
U op
U op
U2 Uin
U1
区内短路，U1 大于 U2 。
区外短路，U1 小于 U2 。
插入电压一般与 测量电压同相 。
6.1 距离保护概述
3、距离保护时限特性
距离保护的动作时限与保护安装处到短路点间距 离的关系，即 top ? f (Zm ) 的关系称为时限特性。与 三段式电流保护类似，具有阶梯时限特性的距离 保护获得了广泛的应用。
K?uvU?m
?
1 2
K?ur I?m
?
1 2
K?ur
I?m
特点： 1）动作具有方向性；
2）圆的直径为整定阻抗； 3）圆内为动作区。
缺点：当加入继电器的电压等于零 Zm ? 0.5Zset ? 0.5Z set 时，保护存在动作死区。
6.2 阻抗继电器
由于在保护安装 出口处发生三相短路 时，加入 继电器的电压为零，存在动作死区 。实用的方 向元件必须解决保护动作死区问题。
6.1 距离保护概述
在高电压、结构复杂的电网中，自适应电流保护的 优点还不能得到充分发挥。
2、距离保护的基本原理 工作原理 ：距离保护是反应故障点至保护安装处 之间的距离，并根据该距离的大小确定动作时限 的一种继电保护装置。
特点：故障点距保护安装处越近时，保护的动作 时限就越短；反之，故障点距保护安装处越远时， 保护的动作时限就越长。
6.2 阻抗继电器
动作方程两边同乘以测量电流 ,则方程为
U?m ? I?m Zset
若令整定阻抗为：Zset ? K?ur / K?uv
2、方向阻抗继电器
6.2 阻抗继电器
jX
z set
Zm ? 0.5Zset
Zm
R
动作方程：zm ?
1 2
Z set
?
1 2
Z
set
6.2 阻抗继电器
方向阻抗继电器以电压形式表示的动作方程为：
原理：测量故障点至保护安装处的阻抗，实际上 是测量故障点至保护安装处的线路距离。
假设：电压、电流互感器变比等于 1。加入继电 器电压、电流为 U?m 、 I?m 。
测量阻抗
Zm
?
Um Im
工作电压：Uop ? Um ? ImZset
6.1 距离保护概述
设阻抗继电器安装在线路 M侧：
K3
I?m
Z K2
特点:1)圆的半径为整定阻抗； 2)圆内为动作区； 3)动作不具有方向性 。
jX
Z set
Zm
Rห้องสมุดไป่ตู้
6.2 阻抗继电器
方程两边乘以电流 ,则方程为
U?m ? I?mZset
若令整定阻抗为：Zset ? K?ur / K?uv
圆的动作方程为： K?uvU?m ? K?ur I?m
物理意义 ：正常运行时，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；当 在保护区内发生短路故障时，电压降低，电流增大， 方程满足条件，保护起动。
或
? 90 ? arg U op ? 90 ?U pol
极化电压作用 ：1）极化电压是按相位比较原理工作 的方向阻抗继电器工作所必须。数值过大或过小都是 不适宜的。
6.1 距离保护概述
2）可保证方向阻抗继电器正、反向出口短路故障 时有明确的方向性 。
3）根据比相原理的阻抗继电器性能特点的要求， 极化电压有不同的构成方式，可获得阻抗继电器的 不同功能，改善阻抗继电器性能。
6.1 距离保护概述
故障点总是由 离故障点近的保护 首先动作切除， 从而保证了在任何形状的电网中，故障线路都能 有选择性的被切除。 距离保护 核心元件 ：阻抗继电器。
阻抗继电器：测量故障点至保护安装处的距离。
方向阻抗继电器 不仅能测量阻抗的大小，而且还应 能测量出故障点的方向。
6.1 距离保护概述
1、极化电压 设极化电压 U?pol 与测量电压 U?m 同相位，以极化 电压作为参考相量。
6.1 距离保护概述
U pol
90 ?
270 ?
U op
U op
U pol
90 ?
270 ?
注意：极化电压只作相位参考量，不参与阻抗 测量，任何时候其值不能为零。
6.1 距离保护概述
动作方程
90 ? arg Uop ? 270 U pol
第六章 输电线路距离保护
6.1 距离保护概述
1、距离保护的作用
原因 ：电流保护区随系统运行方式而变化，有时 电流速断保护或限时电流速断保护的保护范围将 变得很小，甚至没有保护区。
对长距离、重负荷线路，线路的最大负荷电 流可能与线路末端短路时的短路电流相差甚微， 采用过电流保护，其灵敏性也常常不能满足要求。
动作阻抗：使阻抗继电器启 动的最大测量阻抗 。 整定阻抗：指保护安装处 至保护区末端阻抗。
6.2 阻抗继电器
特点：当加入继电器电压与电流 之间的相位差为不同数值时， 动 作阻抗 也随之而变。
当测量阻抗角等于整定阻抗角 时，此时动作阻抗具有最大值， 将此角度称为灵敏角。
处于 灵敏角 状态下动作阻抗具有最大值，保护 区最长，即最灵敏。
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。
6.2 阻抗继电器
Z
I set
所表示的直线段为继电器动作区，直
线以外的区域为非动作区。
由于互感器的误
差，直线形动作特性不 能采用的，必须扩大保 护区。
6.2 阻抗继电器
一、圆特性阻抗继电器
1、全阻抗继电器 动作方程：Zm ? Zset