继电保护09阻抗保护课件

电力系统继电保护广东工业大学华立学院机电工程学部第九讲多媒体电子教案阻抗继电器二零一一年二-七月主讲：周展怀授课日期：2012.05.15/16第13周周二/三5-6/3-4节§6.1§6.2距离保护的原理及组成元件阻抗继电器第6章电网的距离保护6.1距离保护的原理及组成元件6.1.1距离保护的基本概念电流保护对于容量大、电压高和结构复杂的网络，难于满足电网对保护的要求。一般只适用于35kv及以下电压等级的配电网。对于110kv及以上电压等级的复杂电网，必须采用性能更加完善的保护装置，距离保护就是适应这种要求的一种保护原理。距离保护：反应保护安装地点至故障点之间阻抗的大小（即距离距离的远近），以判断故障是否发生在被保护区内为原则的一种保护装置。主要元件为距离继电器，可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至故障点间的阻抗值。距离保护保护范围通常用整定阻抗的大小来实现。正常运行时保护安装处测量到的阻抗为负荷阻抗，即——被保护线路母线的相电压，测量电压；——被保护线路的电流，测量电流；——测量电压与测量电流之比，测量阻抗。在被保护线路任一点发生故障时，保护安装处的测量电压为，测量电流为故障电流，这时的测量阻抗为保护安装处到短路点的短路阻抗，P116~1176.1距离保护的原理及组成元件6.1.1距离保护的基本概念主要元件为距离继电器，可根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至故障点间的阻抗值。距离保护保护范围通常用整定阻抗的大小来实现。正常运行时保护安装处测量到的阻抗为负荷阻抗，即——被保护线路母线的相电压，测量电压；——被保护线路的电流，测量电流；——测量电压与测量电流之比，测量阻抗。在被保护线路任一点发生故障时，保护安装处的测量电压为，测量电流为故障电流，这时的测量阻抗为保护安装处到短路点的短路阻抗，当短路点在保护范围内，，即<时,继电器动作。当保护范围内发生短路故障时，母线电压降低，母线残压远小于额定电压，同时线路电流大大增加，短路电流远大于负荷电流。故短路阻抗远小于继电器动作阻抗，阻抗继电器动作。P116~117当短路点在保护范围以外时，，即>时,继电器不动作。6.1.2距离保护的时限特性6.1距离保护的原理及组成元件距离保护的动作时间t与保护安装处到故障点之间的距离l

的关系称为距离保护的时限特性。距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的，是保护本身的固有动作时间。以保护1为例，其起动阻抗必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗，即:。考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，需引入可靠系数

Krel，取(0.8~0.85)：目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性，称为距离保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段。ABCP116~1176.1.2距离保护的时限特性6.1距离保护的原理及组成元件距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的，是保护本身的固有动作时间。以保护1为例，其起动阻抗必须躲开这一点短路时所测量到的阻抗，即。考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，需引入可靠系数Krel，取(0.8~0.85)：为了切除本线路末端15%~20%范围以内的故障，需要设置距离保护第Ⅱ段。距离Ⅱ段整定值的选择不超过下一条线路距离Ⅰ段的保护范围，同时高出一个的时限，以保证选择性。引入可靠系数，则保护1的II段起动阻抗为：距离Ⅰ段和Ⅱ段的联合工作构成本线路的主保护。距离Ⅲ段作后备保护。P116~117ABC6.1.3距离保护的主要组成元件6.1距离保护的原理及组成元件跳闸7645ZⅠZⅡZⅢtⅡtⅢ起动元件方向元件出口元件12381.起动元件:2.方向元件:3.距离元件：4.时间元件：其主要作用是在发生故障的瞬间起动整套保护。采用的是过电流继电器或者阻抗继电器。——作用是测量短路点到保护安装处的距离（即测量阻抗），采用阻抗继电器。——作用是保证保护动作的方向性。采用单独的方向继电器，或方向元件和阻抗元件相结合。作用是根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保护动作的选择性，一般采用时间继电器。方向元件5.出口执行元件：P116~1176.2阻抗继电器6.2.1阻抗继电器的动作特性阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装处之间的距离，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。阻抗继电器按其构成方式可分为单相式和多相补偿式。单相式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电压(可以是相电压或线电压)和一个电流（可以是相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。和的比值称为继电器的测量阻抗。由于=，所以可以利用复数平面来分析这种继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。85%K当正方向K处短路：I段保护起动阻抗：I段保护整定阻抗：全阻抗继电器方向阻抗继电器偏移特性阻抗继电器P117~1286.2阻抗继电器6.2.1阻抗继电器的动作特性单相式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电压(可以是相电压或线电压)和一个电流（可以是相电流或两相电流之差）的阻抗继电器。和的比值称为继电器的测量阻抗。由于=，所以可以利用复数平面来分析这种继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出来。85%K当正方向K处短路：I段保护起动阻抗：I段保护整定阻抗：正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗Zm与R轴的夹角为线路的阻抗角L；L反方向短路时：测量阻抗将在第三象限。如果测量阻抗落在相量以内，则阻抗继电器动作；反之，不动作。

——为一个圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。全阻抗特性圆方向阻抗特性圆偏移特性阻抗圆P1186.2阻抗继电器6.2.2阻抗继电器的构成方法1、全阻抗继电器比幅式全阻抗继电器的动作条件为：（1）比幅式全阻抗继电器或圆内动作区圆外非动作区起动阻抗：两个电压幅值比较比幅式全阻抗继电器交流回路的原理接线TV二次值可利用电抗变压器获得调节T的二次电压，比幅式全阻抗继电器均压式幅值比较回路执行元件可改变阻抗继电器的整定值。P124图6-9(a)P125图6-11P119全阻抗继电器方向阻抗继电器偏移特性阻抗继电器P1191、全阻抗继电器圆内动作区圆外非动作区起动阻抗：（2）比相式全阻抗继电器比幅式全阻抗继电器的起动条件为：即比较阻抗相量(Zm+Zset)和(Zm-Zset)的相位关系：对应于Zm超前Zset，此时θ为负值上式亦可写成：P119P124图6-9(b)比相式交流回路三极管相位比较回路或3VONON00OFF充电P126图6-12P126图6-13P1206.2.2阻抗继电器的构成方法2、方向阻抗继电器P120（1）比幅式方向阻抗继电器当正方向短路时，测量阻抗Zm在第I象限，如故障在保护范围内，Zm落在园内，继电器动作。反向短路，测量阻抗在第三象限，继电器不动作。保护动作具有方向性。其阻抗动作方程为：圆内动作区圆外非动作区P125图6-10(a)比幅式交流回路均压式幅值比较回路执行元件P125图6-1108(3,4)2、方向阻抗继电器（2）比相式方向阻抗继电器比相式方向阻抗继电器动作方程为P120圆内动作区圆外非动作区P125图6-10(b)比相式交流回路三极管相位比较回路ONON00OFF充电P126图6-126.2阻抗继电器6.2.2阻抗继电器的构成方法3、偏移特性阻抗继电器（1）比幅式偏移特性阻抗继电器整定阻抗偏移阻抗圆内动作区圆外非动作区动作特性，圆的直径为与之差。动作条件：得比幅表达式：6.2阻抗继电器6.2.2阻抗继电器的构成方法3、偏移特性阻抗继电器（2）比相式偏移特性阻抗继电器整定阻抗偏移阻抗圆内动作区圆外非动作区动作条件：得比相表达式：4、具有直线特性阻抗继电器（1）比幅式直线特性阻抗继电器阻抗圆的半径为无穷大时，圆特性变为直线特性，整定阻抗动作区非动作区测量阻抗等腰三角形起动条件为4、具有直线特性阻抗继电器（1）比幅式直线特性阻抗继电器整定阻抗动作区非动作区测量阻抗阻抗圆的半径为无穷大时，圆特性变为直线特性，起动条件为两边同乘以测量电流得等腰三角形（2）比相式直线特性阻抗继电器整定阻抗动作区非动作区测量阻抗起动条件为得比相表达式：6.2阻抗继电器6.2.2阻抗继电器的构成方法5、偏移特性阻抗继电器3、偏移特性阻抗继电器4、具有直线特性阻抗继电器2、方向抗继电器1、全阻抗继电器整定阻抗动作区非动作区测量阻抗整定阻抗动作区非动作区6.2阻抗继电器6.2.2阻抗继电器的构成方法6.2.3阻抗继电器交流回路的原理接线6.2.4阻抗继电器幅值比较回路1、均压式2、环流式1、全阻抗继电器的比较电压回路2、方向阻抗继电器的比较电压回路比幅式比相式比幅式6.2.5阻抗继电器相位比较回路1、三极管相位比较回路2、异或门比相回路比相式三极管相位比较回路6.2.5阻抗继电器相位比较回路1、三极管相位比较回路2、异或门比相回路6.3方向阻抗继电器的特殊问题6.3.1方向阻抗继电器的死区及其消除措施对于相位比较的方向阻抗继电器，其动作条件为，亦无法进行比相，因而继电器也不动作。

上式变为，此时被比较的两个电压变为相等，理论上处于动作边界，实际上，由于继电器的执行元件动作需要消耗一定的功率，因此，在这样情况下继电器不动作。当保护出口处短路时：故障线路母线上的残余电压将降低到零，即对幅值比较的方向阻抗继电器，其动作条件为

这种不动作的范围，称为保护装置的“死区”。可利用记忆回路和引入第三相电压减小和消除死区。1、方向阻抗继电器的死区a

（1）记忆回路对瞬时动作的距离I段方向阻抗继电器，在电压的回路中广泛采用“记忆回路”的接线，即将电压回路看作是一个对50HZ工频交流的串联谐振回路，其原理接线图如图6-16a所示，图中，C、L、R是在原幅值比较的测量电压回路中接入一个串联谐振回路。取，则谐振回路中的电流与外加测量电压同相位，所以在电阻R上的压降也与外加电压同相位，记忆电压通过记忆变压器T与同相位。2、消除方向阻抗继电器的死区的措施引入记忆电压以后，幅值比较的动边条件为：图6-16b在出口短路时，=0，由于谐振回路的储能作用，记忆电压在衰减到零之前存在，且与故障前同相位。由于继电器记录了故障前的电压，故方向阻抗继电器消除了死区。记忆回路记忆变压器中间变压器电抗变压器TVTA引入记忆电压以后，幅值比较的动边条件为：(3-41)

在出口短路时，=0，由于谐振回路的储能作用，记忆电压在衰减到零之前存在，且与故障前同相位。由于继电器记录了故障前的电压，故方向阻抗继电器消除了死区。2．引入第三相电压记忆回路只能保证方向阻抗继电器在暂态过程中正确动作，但它的作用时间有限。为了克服这一缺点，再引入非故障相电压。图3-19（a）所示为在方向阻抗继电器中引入第三相电压，并将第三相电压和记忆回路并用的方案。由图3-19（a）可见，第三相电压为C相，它通过高阻值的电阻R接到记忆回路中和的连接点上。正常时，由于电压较高且、处于工频谐振状态，而R值又很大，使作用在上的电流主要来自且是电阻性的，第三相电压基本上不起作用。当系统中AB相发生突然短路时，突然为零,此时记忆回路发挥了作用，使继电器得到一个和故障前相位相同的极化电压，但它将逐渐衰减到零，这时第三相电压的作用表现出来，图3-19（b）为图3-19(a)在保护出口AB两相短路时,记忆电压消失后的等值电路。电阻R中的电流与同相位,因为电阻R的数值远大于的值,而在、支路中的分流为在电阻上的压降

从向量图3-19（c）中可以看出，超前近，电阻上电压降超前，即极化电压与故障前电压同相位。因此，当出口两相短路时，第三相电压可以在继电器中产生和故障前电压（即）同相的而且不衰减的极化电压，以保证方向阻抗继电器正确动作，即能消除死区。3．记忆电压对方向阻抗继电器特性的影响方向阻抗继电器的稳态特性：

(2)方向阻抗继电器的初态特性相位比较的方向阻抗继电器在引入记忆电压以后，其动作与边界条件已变为：

①保护正方向短路此处为和短路点过渡阻抗之和，从而有继电器动作条件为