繼電保護(hù)09阻抗保護(hù)課件

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院機(jī)電工程學(xué)部第九講多媒體電子教案阻抗繼電器二零一一年二-七月主講：周展懷授課日期：2012.05.15/16第13周周二/三5-6/3-4節(jié)§6.1§6.2距離保護(hù)的原理及組成元件阻抗繼電器第6章電網(wǎng)的距離保護(hù)6.1距離保護(hù)的原理及組成元件6.1.1距離保護(hù)的基本概念電流保護(hù)對(duì)于容量大、電壓高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，難于滿足電網(wǎng)對(duì)保護(hù)的要求。一般只適用于35kv及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)。對(duì)于110kv及以上電壓等級(jí)的復(fù)雜電網(wǎng)，必須采用性能更加完善的保護(hù)裝置，距離保護(hù)就是適應(yīng)這種要求的一種保護(hù)原理。距離保護(hù)：反應(yīng)保護(hù)安裝地點(diǎn)至故障點(diǎn)之間阻抗的大小（即距離距離的遠(yuǎn)近），以判斷故障是否發(fā)生在被保護(hù)區(qū)內(nèi)為原則的一種保護(hù)裝置。主要元件為距離繼電器，可根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測(cè)知保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)間的阻抗值。距離保護(hù)保護(hù)范圍通常用整定阻抗的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)安裝處測(cè)量到的阻抗為負(fù)荷阻抗，即——被保護(hù)線路母線的相電壓，測(cè)量電壓；——被保護(hù)線路的電流，測(cè)量電流；——測(cè)量電壓與測(cè)量電流之比，測(cè)量阻抗。在被保護(hù)線路任一點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)安裝處的測(cè)量電壓為，測(cè)量電流為故障電流，這時(shí)的測(cè)量阻抗為保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)的短路阻抗，P116~1176.1距離保護(hù)的原理及組成元件6.1.1距離保護(hù)的基本概念主要元件為距離繼電器，可根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測(cè)知保護(hù)安裝處至故障點(diǎn)間的阻抗值。距離保護(hù)保護(hù)范圍通常用整定阻抗的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)安裝處測(cè)量到的阻抗為負(fù)荷阻抗，即——被保護(hù)線路母線的相電壓，測(cè)量電壓；——被保護(hù)線路的電流，測(cè)量電流；——測(cè)量電壓與測(cè)量電流之比，測(cè)量阻抗。在被保護(hù)線路任一點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)安裝處的測(cè)量電壓為，測(cè)量電流為故障電流，這時(shí)的測(cè)量阻抗為保護(hù)安裝處到短路點(diǎn)的短路阻抗，當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍內(nèi)，，即<時(shí),繼電器動(dòng)作。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障時(shí)，母線電壓降低，母線殘壓遠(yuǎn)小于額定電壓，同時(shí)線路電流大大增加，短路電流遠(yuǎn)大于負(fù)荷電流。故短路阻抗遠(yuǎn)小于繼電器動(dòng)作阻抗，阻抗繼電器動(dòng)作。P116~117當(dāng)短路點(diǎn)在保護(hù)范圍以外時(shí)，，即>時(shí),繼電器不動(dòng)作。6.1.2距離保護(hù)的時(shí)限特性6.1距離保護(hù)的原理及組成元件距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間t與保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)之間的距離l

的關(guān)系稱為距離保護(hù)的時(shí)限特性。距離保護(hù)的第Ⅰ段是瞬時(shí)動(dòng)作的，是保護(hù)本身的固有動(dòng)作時(shí)間。以保護(hù)1為例，其起動(dòng)阻抗必須躲開這一點(diǎn)短路時(shí)所測(cè)量到的阻抗，即:?？紤]到阻抗繼電器和電流、電壓互感器的誤差，需引入可靠系數(shù)

Krel，取(0.8~0.85)：目前獲得廣泛應(yīng)用的是階梯型時(shí)限特性，稱為距離保護(hù)的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段。ABCP116~1176.1.2距離保護(hù)的時(shí)限特性6.1距離保護(hù)的原理及組成元件距離保護(hù)的第Ⅰ段是瞬時(shí)動(dòng)作的，是保護(hù)本身的固有動(dòng)作時(shí)間。以保護(hù)1為例，其起動(dòng)阻抗必須躲開這一點(diǎn)短路時(shí)所測(cè)量到的阻抗，即?？紤]到阻抗繼電器和電流、電壓互感器的誤差，需引入可靠系數(shù)Krel，取(0.8~0.85)：為了切除本線路末端15%~20%范圍以內(nèi)的故障，需要設(shè)置距離保護(hù)第Ⅱ段。距離Ⅱ段整定值的選擇不超過(guò)下一條線路距離Ⅰ段的保護(hù)范圍，同時(shí)高出一個(gè)的時(shí)限，以保證選擇性。引入可靠系數(shù)，則保護(hù)1的II段起動(dòng)阻抗為：距離Ⅰ段和Ⅱ段的聯(lián)合工作構(gòu)成本線路的主保護(hù)。距離Ⅲ段作后備保護(hù)。P116~117ABC6.1.3距離保護(hù)的主要組成元件6.1距離保護(hù)的原理及組成元件跳閘7645ZⅠZⅡZⅢtⅡtⅢ起動(dòng)元件方向元件出口元件12381.起動(dòng)元件:2.方向元件:3.距離元件：4.時(shí)間元件：其主要作用是在發(fā)生故障的瞬間起動(dòng)整套保護(hù)。采用的是過(guò)電流繼電器或者阻抗繼電器。——作用是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離（即測(cè)量阻抗），采用阻抗繼電器?！饔檬潜ＷC保護(hù)動(dòng)作的方向性。采用單獨(dú)的方向繼電器，或方向元件和阻抗元件相結(jié)合。作用是根據(jù)預(yù)定的時(shí)限特性確定動(dòng)作的時(shí)限，以保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，一般采用時(shí)間繼電器。方向元件5.出口執(zhí)行元件：P116~1176.2阻抗繼電器6.2.1阻抗繼電器的動(dòng)作特性阻抗繼電器是距離保護(hù)裝置的核心元件，其主要作用是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的距離，并與整定阻抗值進(jìn)行比較，以確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。阻抗繼電器按其構(gòu)成方式可分為單相式和多相補(bǔ)償式。單相式阻抗繼電器是指加入繼電器的只有一個(gè)電壓(可以是相電壓或線電壓)和一個(gè)電流（可以是相電流或兩相電流之差）的阻抗繼電器。和的比值稱為繼電器的測(cè)量阻抗。由于=，所以可以利用復(fù)數(shù)平面來(lái)分析這種繼電器的動(dòng)作特性，并用一定的幾何圖形把它表示出來(lái)。85%K當(dāng)正方向K處短路：I段保護(hù)起動(dòng)阻抗：I段保護(hù)整定阻抗：全阻抗繼電器方向阻抗繼電器偏移特性阻抗繼電器P117~1286.2阻抗繼電器6.2.1阻抗繼電器的動(dòng)作特性單相式阻抗繼電器是指加入繼電器的只有一個(gè)電壓(可以是相電壓或線電壓)和一個(gè)電流（可以是相電流或兩相電流之差）的阻抗繼電器。和的比值稱為繼電器的測(cè)量阻抗。由于=，所以可以利用復(fù)數(shù)平面來(lái)分析這種繼電器的動(dòng)作特性，并用一定的幾何圖形把它表示出來(lái)。85%K當(dāng)正方向K處短路：I段保護(hù)起動(dòng)阻抗：I段保護(hù)整定阻抗：正方向短路時(shí)：測(cè)量阻抗在第一象限，正向測(cè)量阻抗Zm與R軸的夾角為線路的阻抗角L；L反方向短路時(shí)：測(cè)量阻抗將在第三象限。如果測(cè)量阻抗落在相量以內(nèi)，則阻抗繼電器動(dòng)作；反之，不動(dòng)作。

——為一個(gè)圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。全阻抗特性圓方向阻抗特性圓偏移特性阻抗圓P1186.2阻抗繼電器6.2.2阻抗繼電器的構(gòu)成方法1、全阻抗繼電器比幅式全阻抗繼電器的動(dòng)作條件為：（1）比幅式全阻抗繼電器或圓內(nèi)動(dòng)作區(qū)圓外非動(dòng)作區(qū)起動(dòng)阻抗：兩個(gè)電壓幅值比較比幅式全阻抗繼電器交流回路的原理接線TV二次值可利用電抗變壓器獲得調(diào)節(jié)T的二次電壓，比幅式全阻抗繼電器均壓式幅值比較回路執(zhí)行元件可改變阻抗繼電器的整定值。P124圖6-9(a)P125圖6-11P119全阻抗繼電器方向阻抗繼電器偏移特性阻抗繼電器P1191、全阻抗繼電器圓內(nèi)動(dòng)作區(qū)圓外非動(dòng)作區(qū)起動(dòng)阻抗：（2）比相式全阻抗繼電器比幅式全阻抗繼電器的起動(dòng)條件為：即比較阻抗相量(Zm+Zset)和(Zm-Zset)的相位關(guān)系：對(duì)應(yīng)于Zm超前Zset，此時(shí)θ為負(fù)值上式亦可寫成：P119P124圖6-9(b)比相式交流回路三極管相位比較回路或3VONON00OFF充電P126圖6-12P126圖6-13P1206.2.2阻抗繼電器的構(gòu)成方法2、方向阻抗繼電器P120（1）比幅式方向阻抗繼電器當(dāng)正方向短路時(shí)，測(cè)量阻抗Zm在第I象限，如故障在保護(hù)范圍內(nèi)，Zm落在園內(nèi)，繼電器動(dòng)作。反向短路，測(cè)量阻抗在第三象限，繼電器不動(dòng)作。保護(hù)動(dòng)作具有方向性。其阻抗動(dòng)作方程為：圓內(nèi)動(dòng)作區(qū)圓外非動(dòng)作區(qū)P125圖6-10(a)比幅式交流回路均壓式幅值比較回路執(zhí)行元件P125圖6-1108(3,4)2、方向阻抗繼電器（2）比相式方向阻抗繼電器比相式方向阻抗繼電器動(dòng)作方程為P120圓內(nèi)動(dòng)作區(qū)圓外非動(dòng)作區(qū)P125圖6-10(b)比相式交流回路三極管相位比較回路ONON00OFF充電P126圖6-126.2阻抗繼電器6.2.2阻抗繼電器的構(gòu)成方法3、偏移特性阻抗繼電器（1）比幅式偏移特性阻抗繼電器整定阻抗偏移阻抗圓內(nèi)動(dòng)作區(qū)圓外非動(dòng)作區(qū)動(dòng)作特性，圓的直徑為與之差。動(dòng)作條件：得比幅表達(dá)式：6.2阻抗繼電器6.2.2阻抗繼電器的構(gòu)成方法3、偏移特性阻抗繼電器（2）比相式偏移特性阻抗繼電器整定阻抗偏移阻抗圓內(nèi)動(dòng)作區(qū)圓外非動(dòng)作區(qū)動(dòng)作條件：得比相表達(dá)式：4、具有直線特性阻抗繼電器（1）比幅式直線特性阻抗繼電器阻抗圓的半徑為無(wú)窮大時(shí)，圓特性變?yōu)橹本€特性，整定阻抗動(dòng)作區(qū)非動(dòng)作區(qū)測(cè)量阻抗等腰三角形起動(dòng)條件為4、具有直線特性阻抗繼電器（1）比幅式直線特性阻抗繼電器整定阻抗動(dòng)作區(qū)非動(dòng)作區(qū)測(cè)量阻抗阻抗圓的半徑為無(wú)窮大時(shí)，圓特性變?yōu)橹本€特性，起動(dòng)條件為兩邊同乘以測(cè)量電流得等腰三角形（2）比相式直線特性阻抗繼電器整定阻抗動(dòng)作區(qū)非動(dòng)作區(qū)測(cè)量阻抗起動(dòng)條件為得比相表達(dá)式：6.2阻抗繼電器6.2.2阻抗繼電器的構(gòu)成方法5、偏移特性阻抗繼電器3、偏移特性阻抗繼電器4、具有直線特性阻抗繼電器2、方向抗繼電器1、全阻抗繼電器整定阻抗動(dòng)作區(qū)非動(dòng)作區(qū)測(cè)量阻抗整定阻抗動(dòng)作區(qū)非動(dòng)作區(qū)6.2阻抗繼電器6.2.2阻抗繼電器的構(gòu)成方法6.2.3阻抗繼電器交流回路的原理接線6.2.4阻抗繼電器幅值比較回路1、均壓式2、環(huán)流式1、全阻抗繼電器的比較電壓回路2、方向阻抗繼電器的比較電壓回路比幅式比相式比幅式6.2.5阻抗繼電器相位比較回路1、三極管相位比較回路2、異或門比相回路比相式三極管相位比較回路6.2.5阻抗繼電器相位比較回路1、三極管相位比較回路2、異或門比相回路6.3方向阻抗繼電器的特殊問題6.3.1方向阻抗繼電器的死區(qū)及其消除措施對(duì)于相位比較的方向阻抗繼電器，其動(dòng)作條件為，亦無(wú)法進(jìn)行比相，因而繼電器也不動(dòng)作。

上式變?yōu)?，此時(shí)被比較的兩個(gè)電壓變?yōu)橄嗟?，理論上處于?dòng)作邊界，實(shí)際上，由于繼電器的執(zhí)行元件動(dòng)作需要消耗一定的功率，因此，在這樣情況下繼電器不動(dòng)作。當(dāng)保護(hù)出口處短路時(shí)：故障線路母線上的殘余電壓將降低到零，即對(duì)幅值比較的方向阻抗繼電器，其動(dòng)作條件為

這種不動(dòng)作的范圍，稱為保護(hù)裝置的“死區(qū)”。可利用記憶回路和引入第三相電壓減小和消除死區(qū)。1、方向阻抗繼電器的死區(qū)a

（1）記憶回路對(duì)瞬時(shí)動(dòng)作的距離I段方向阻抗繼電器，在電壓的回路中廣泛采用“記憶回路”的接線，即將電壓回路看作是一個(gè)對(duì)50HZ工頻交流的串聯(lián)諧振回路，其原理接線圖如圖6-16a所示，圖中，C、L、R是在原幅值比較的測(cè)量電壓回路中接入一個(gè)串聯(lián)諧振回路。取，則諧振回路中的電流與外加測(cè)量電壓同相位，所以在電阻R上的壓降也與外加電壓同相位，記憶電壓通過(guò)記憶變壓器T與同相位。2、消除方向阻抗繼電器的死區(qū)的措施引入記憶電壓以后，幅值比較的動(dòng)邊條件為：圖6-16b在出口短路時(shí)，=0，由于諧振回路的儲(chǔ)能作用，記憶電壓在衰減到零之前存在，且與故障前同相位。由于繼電器記錄了故障前的電壓，故方向阻抗繼電器消除了死區(qū)。記憶回路記憶變壓器中間變壓器電抗變壓器TVTA引入記憶電壓以后，幅值比較的動(dòng)邊條件為：(3-41)

在出口短路時(shí)，=0，由于諧振回路的儲(chǔ)能作用，記憶電壓在衰減到零之前存在，且與故障前同相位。由于繼電器記錄了故障前的電壓，故方向阻抗繼電器消除了死區(qū)。2．引入第三相電壓記憶回路只能保證方向阻抗繼電器在暫態(tài)過(guò)程中正確動(dòng)作，但它的作用時(shí)間有限。為了克服這一缺點(diǎn)，再引入非故障相電壓。圖3-19（a）所示為在方向阻抗繼電器中引入第三相電壓，并將第三相電壓和記憶回路并用的方案。由圖3-19（a）可見，第三相電壓為C相，它通過(guò)高阻值的電阻R接到記憶回路中和的連接點(diǎn)上。正常時(shí)，由于電壓較高且、處于工頻諧振狀態(tài)，而R值又很大，使作用在上的電流主要來(lái)自且是電阻性的，第三相電壓基本上不起作用。當(dāng)系統(tǒng)中AB相發(fā)生突然短路時(shí)，突然為零,此時(shí)記憶回路發(fā)揮了作用，使繼電器得到一個(gè)和故障前相位相同的極化電壓，但它將逐漸衰減到零，這時(shí)第三相電壓的作用表現(xiàn)出來(lái)，圖3-19（b）為圖3-19(a)在保護(hù)出口AB兩相短路時(shí),記憶電壓消失后的等值電路。電阻R中的電流與同相位,因?yàn)殡娮鑂的數(shù)值遠(yuǎn)大于的值,而在、支路中的分流為在電阻上的壓降

從向量圖3-19（c）中可以看出，超前近，電阻上電壓降超前，即極化電壓與故障前電壓同相位。因此，當(dāng)出口兩相短路時(shí)，第三相電壓可以在繼電器中產(chǎn)生和故障前電壓（即）同相的而且不衰減的極化電壓，以保證方向阻抗繼電器正確動(dòng)作，即能消除死區(qū)。3．記憶電壓對(duì)方向阻抗繼電器特性的影響方向阻抗繼電器的穩(wěn)態(tài)特性：

(2)方向阻抗繼電器的初態(tài)特性相位比較的方向阻抗繼電器在引入記憶電壓以后，其動(dòng)作與邊界條件已變?yōu)椋?/p>

①保護(hù)正方向短路此處為和短路點(diǎn)過(guò)渡阻抗之和，從而有繼電器動(dòng)作條件為