电力系统继电保护-ppt课件案例实例.ppt

1、选用教材选用教材第一章第一章 绪论绪论-刘伟娜刘伟娜第二章电网的电流保护第二章电网的电流保护-吕佳吕佳第三章第三章 电网的距离保护电网的距离保护-刘伟娜刘伟娜第四章第四章 输电线路纵联保护输电线路纵联保护-宗哲英宗哲英第五章第五章 输电线路的自动重合闸输电线路的自动重合闸-吕佳吕佳第六章电力变压器的继电保护第六章电力变压器的继电保护-葛丽娟葛丽娟第七章第七章 发电机保护发电机保护-宗哲英宗哲英第八章母线保护第八章母线保护PPT-葛丽娟葛丽娟第九章第九章 微机保护概述微机保护概述-刘伟娜刘伟娜目录目录第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 电力系统继电保护的作用电力系统继电保护的作用 v一、电力系统

2、的故障和不正常运行状态 电力系统的一次设备：电力系统的一次设备：发电机、变压器、断路器、母线、输电线路、补偿电容器、电动机及其他用电设备等。电力系统的一次设备：电力系统的一次设备：对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备。v根据不同的运行条件，可以将电力系统的运行状态分为正常状态正常状态、不正常状态不正常状态和故障状态故障状态。v不正常运行状态：过负荷；系统中出现有功功率缺额而引起的额定频率减低；发电机突然甩负荷引起的发电机频率升高；中性点不接地系统和非有效接地系统中的单相接地引起的非接地相对地电压升高；系统振荡。v故障：各种形式的短路；断线故障或者几种故障同时发生的复合故障。v发

3、生故障时可能产生的后果：（1）通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。（2）短路电流通过系统中非故障元件时，由于发热和电动力作用引起它们的损坏或缩短使用寿命。（3）部分电力系统的电压大幅度下降，使大量电力用户的正常工作和生活遭到破坏或产生废品。（4）破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解。v二、继电保护装置及其任务 v继电保护装置继电保护装置：反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。v继电保护装置基本任务：继电保护装置基本任务：(1)发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中

4、切除，使故障元件免于继续遭受破坏，保证非故障部分迅速恢复正常运行；(2)对不正常运行状态，根据运行维护条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸，且能与自动重合闸相配合。第二节第二节 继电保护的基本原理和继电保护的基本原理和 保护装置的组成保护装置的组成v一、继电保护的基本原理1.利用基本电气参数的区别（1）过电流保护。（2）低电压保护。（3）距离保护。AB C12kI)3(k0kUkZv3.序分量是否出现 电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。根据这些分量的是否存在可以构成零序保护和负序保护。此种保护装置都具有良好的选择性和灵敏性

5、。v4.反应非电气量的保护 反应变压器油箱内部故障时所发生的气体而构成瓦斯保护；反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。v二、继电保护装置的组成v继电保护由三个部分组成：测量部分、逻辑部分和执行部分。测量部分逻辑部分执行部分输入信号输出信号整定值第三节第三节 对继电保护的基本要求对继电保护的基本要求 v电力系统继电保护的基本性能应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。选择性、速动性、灵敏性、可靠性。v一、选择性 保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。k1点短路时，应先由保护3动作跳闸，将故障线路CD切除，而

6、变电所A、B、C继续供电，而不是由保护1或2首先动作跳闸，中断变电所B、C、D的供电，造成大面积停电。ABCD1k123二、速动性v 短路时快速切除故障，可以缩小故障范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户工作的影响，提高电力系统的稳定性。因此，在发生故障时，应力气保护装置能迅速动作切除故障。v 故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和。一般的快速保护的动作时间为0.060.12s，最快的可达0.010.04s，一般的断路器的动作时间为0.060.15s，最快的可达0.020.06s。v三、灵敏性v指对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先

7、规定的保护范围内部故障时，不论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否存在过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，灵敏系数越大，则保护的灵敏度就越高，反之就越低。v四、可靠性v指在规定的保护范围内发生了属于它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在其他不属于它应该动作的情况下，则不应该误动作。第四节第四节 继电保护技术的发展简史继电保护技术的发展简史 v 首先出现了反应电流超过一预定值的过电流保护。熔断器熔断器就是最早的、最简单的过电流保护。v电力系统的发展，熔断器已不能满足选择性和快速性的要求，于是出现了作用于专门的断流装置（断路器）的过电流继电器。v1

8、890年出现了装于断路器上直接反应一次短路电流的电磁型过电流继电器。20世纪初随着电力系统的发展，继电器才开始广泛应用于电力系统的保护。这个时期可认为是继电保护技术发展的开端。v1908年提出了比较被保护元件两端电流的电流差动保护原理。v1910年方向性电流保护开始得到应用，在此时期也出现了将电流与电压相比较的保护原理。v在1927年前后，出现了利用高压输电线上高频载波电流传送和比较输电线两端功率方向或电流相位的高频保护装置。v在20世纪50年代，微波中继通讯开始应用于电力系统，从而出现了利用微波传送和比较输电线两端故障电气量的微波保护。在1975年前后诞生了行波保护装置。v继电保护的结构型式

9、的发展：机电式整流式晶体管式集成电路式微机式第二章 电网输电线路的电流电压保护第一节第一节 继电保护用继电器和电力互感器继电保护用继电器和电力互感器 v继电器是组成继电保护装置的基本元件。电流继电器是实现电流保护的基本元件，在电流保护中用作测量和起动元件，它是反应电流超过某一整定值而动作的继电器。v电磁型继电器的继电特性是通过力矩相互作用实现的。能使继电器动作（动合触电闭合）的最小电流称为继电器的动作电流；能使继电器返回（动合触电打开）的最大电流称为继电器的返回电流。由于摩擦力矩的存在，使得返回电流与动作电流不等。1 13 34 45 56 68 87 7M12MthfMMthfMM(a a)

10、(b b)12rMf2MreM9101112kI28 8电磁型电流继电器的原理结构和转矩曲线继电器状态kIreIactI过电流继电器的继电特性保护继电器的返回电流与动作电流的比值称作返回系数，记为 ：reKactrereIIKv将一次系统的大电流准确地变换为适合二次系统使用的小电流（额定值为1A或5A），以便继电保护装置或仪表用于测量电流。并将一次、二次设备安全隔离，使高、低压回路不存在电的联系。电流互感器在电路图中的文字符号为TA。电流互感器由铁芯及绕组组成，原方绕组和副方绕组通过一个共同的铁芯进行互感耦合。电流互感器：1U1X2X1I2I2U1U 1 1jXI2 2jX I2U2I1IFU

11、FXFUFIFUFIFILZ电流互感器的等值回路及相量图 电压互感器：v将一次系统的高电压准确地变换为适合二次系统使用的低电压（额定值为100V或100/V）。并将一次、二次设备安全隔离，以保障二次设备和工作人员的安全。电压互感器在电路图中的文字符号为TV。v1.电磁式电压互感器v2.电容式电压互感器1U1Z2Z1I2I1U11I Z22I Z2U2I1I0()a()b2UFUFZLZFIFUFI电压互感器的等值电路与相量图1C1U1I2I2CL20UT1C2CtX120112CUUCC()a()b2ULILZLZLI电容式电压互感器原理图 第二节第二节 相间短路的电流保护相间短路的电流保护

12、v根据线路故障对主、后备保护的要求，线路相间短路的电流保护有三种：v第一，无时限电流速断保护或无时限电流电压联锁速断保护；v第二，带时限电流速断保护或带时限电流电压联锁速断保护；v第三，定时限过电流保护或低电压启动过电流保护。一、无时限电流速断保护v无时限电流速断保护依靠动作电流来保证其选择性，即被保护线路外部短路时流过该保护的电流总小于其动作电流，不能动作；而只有在内部短路时流过保护的电流才有可能大于其动作电流，使保护动作。故无时限电流速断保护不必外加延时元件即可保证保护的选择性。v无时限电流速断保护的灵敏度是通过保护范围的大小来衡量的，即它所保护的线路长度的百分数来表示。保护在不同运行方式

13、下和不同短路类型时，保护的灵敏度即保护范围各不相同。应采用最不利情况下保护的保护范围来校验保护的灵敏度，一般要求保护范围不小于线路全长的15%。ABC1QF2QFsmaxsminZZ3QFminlmaxlact1IIl0213k无时限电流速断保护整定计算示意图act1relkBmaxIK Iv当系统运行方式变化很大，或者保护线路的长度很短时，无时限电流速断保护的灵敏度就会不满足要求甚至没有保护范围，此保护不宜使用，此时可采用无时限电流电压联锁速断保护。电流电压联锁速断保护是采用电流、电压元件相互闭锁实现的保护，只要有一个元件不动作，保护即被闭锁。二、带时限电流速断保护v电流保护第段只能保护线路

14、的一部分，而该线路剩下部分的短路故障必须依靠电流保护第段来可靠切除。这样，线路上的电流保护第段和第段共同构成整个被保护线路的主保护，它能以尽可能快的速度，可靠并有选择性地切除本线路上任一处故障。v带时限电流速断保护电流测量元件的整定值遵循原则：v第一、在任何情况下，带时限电流速断保护均能保护本线路全长（包括本线路末端），为此，保护范围必须延伸至相邻的下一线路，以保证保护在有各种误差的情况下仍能保护线路的全长；v第二、为了保证在相邻的下一线路出口处短路时保护的选择性，本线路的带时限电流速断保护在动作时间和动作电流两个方面均必须和相邻线路的无时限电流速断保护配合。act1relact2bminac

15、t1act2/IK IKtttABC1QF2QF3QFact1IIl0ABIBIBCIkkBmaxIact1Iact2IkCmaxIv当带时限电流速断保护灵敏度不满足要求时，动作电流可采用和相邻线路电流保护第段整定值配合的方法确定，以降低本线路电流保护第段的整定值，提高其灵敏度。relact2act1bminK IIKact1act2ttt 三、定时限过电流保护 v定时限过电流保护的作用是做本线路主保护的近后备，并做相邻下一线路或元件的远后备，因此它的保护范围要求超过相邻线路或元件的末端。由于定时限过电流保护的动作值只考虑在最大负荷电流情况下保护不动作和保护能可靠返回的情况，而无时限电流速断保

16、护和带时限电流速断保护的动作电流则必须躲过某一个短路电流，因此，电流保护第段的动作电流通常比电流保护第段和第段的动作电流小得多，其灵敏度比电流保护第、段更高。v当网络中某处发生短路时，从故障点至电源之间所有线路上的电流保护第段的电测量元件均可能动作。为了保证选择性，各线路第段电流保护均需增加延时元件，且各线路第段保护的延时必须互相配合。v两相邻线路电流保护第段动作时间之间相差一个时间阶段的整定方式称为按阶梯原则整定。v当定时限过电流保护灵敏度不满足要求时，可采用低电压启动的过电流保护。所谓低电压启动的过电流保护是指在定时限过电流保护中同时采用电流测量元件和低于动作电压动作的低电压测量元件来判断

17、线路是否发生短路故障的保护。四、电流保护的接线方式 v所谓电流保护的接线方式是指电流互感器和电流测量元件间的连接方式。为能反映所有类型的相间短路，电流保护要求至少在两相线路上应装有电流互感器和电流测量元件。v完全星形接线方式，一般用于大接地电流系统。不完全星形接线方式，一般用于小接地电流系统。v两种接线方式均能反映所有的相间短路，两种接线方式的区别主要有：v（1）两种接线的投资不同；v（2）在大接地电流系统中，完全星形接线能反映所有单相接地故障，不完全星形接线不能反映B相接地故障；v（3）在小接地电流系统中，在不同线路的不同相上发生两点接地时，不完全星形接线只有三分之一的机会切除两条线，而完全

18、星形接线则均切除两条线，因此，不完全星形接线的供电可靠性高；在串联运行的两相邻线路上发生两点接地时，不完全星形接线方式的电流保护有三分之一的机会无选择性动作，而完全星型接线则百分之百有选择性动作。v（4）对于绕组为星型-三角形联结的变压器后发生两相短路时，完全星型接线方式电流保护的灵敏度是不完全星型接线电流保护的灵敏度的二倍。I I I 1ABC至逻辑 元件()aI I 1ABC()b至逻辑 元件QFQF 电流保护的接线方式 (a)完全星形接线；(b)不完全星形接线第三节 多侧电源电网相间短路的方向性电流保护 v一、方向性电流保护的工作原理 v为了消除双侧电源网络中保护无选择性的动作，就需要在

19、可能误动作的保护上加设一个功率方向元件。该元件当短路功率由母线流向线路时动作；当短路功率由线路流向母线时不动作。双测电源网络相间短路方向保护就是在单侧电源网络相间短路保护的基础上增加了方向判别元件，以保证其选择性的保护。双测电源网络方向保护有功率方向和阻抗方向两种。v当双测电源网络上的保护装设方向元件后，就可以把他们拆开成两个单侧电源网络看待，两组方向保护之间不要求配合关系，其整定计算仍可按单侧电源网络保护原则进行。1EABC2Ek1Ik2Ik1 1Q QF F2 2Q QF F3 3Q QF F4 4Q QF F 5 5Q QF F6 6Q QF Fv二、相间短路方向继电器的90。接线方式v

20、为了减小和消除死区，相间短路的功率方向测量元件广泛采用非故障的相间电压作参考量去判别电流的相位，即90。接线方式。所谓90。接线方式是指系统在三相对称且功率因数为1的情况下，接入功率方向测量元件的电流超前所加电压90。的接线方式。raIIrbcUUcUaUbUv90。接线方式的主要优点是：第一，对各种两相短路都没有死区，因为继电器加入的是非故障的相间电压，其值很高；第二，适当地选择继电器的内角后，对线路上发生的各种故障，都能保证动作的方向性。因此接线得到了广泛的应用。功功率率继继电电器器序序号号 1 1K KP P 2 2K KP P 3 3K KP P rI aI bI cI rU bcU

21、caU abU第四节第四节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护及方向保护 v当中性点直接接地的电网中发生接地短路时，将出现很大的零序电流。我国110kV及以上的电力系统均为大电流接地系统。单相短路将产生很大的故障相电流和零序电流，必须装设接地短路的相应保护装置。接地短路时必有零序电流，而在正常负荷状态下，零序电流没有或很小，因此采用反应零序电流的接地保护将能取得较高灵敏度，而且三相只要一个电流继电器，使接地保护装置非常简单。v大接地电流系统中的多段式零序电流保护：零序电流速断（零序段）保护；零序电流限时速断（零序段）保护；定时限零序过电流（零

22、序段）保护；零序电流滤过器*QFaIbIcIABCTArI()a()b0IrI0IABCTAN电 缆零序电压滤过器*ABCN*mn*mn*ABC()a()bAUaUBUCUbUcUAUBUCUaUbUcUabcv方向性零序电流保护。在变压器接地数目比较多的复杂环形网络中，为了简化整定计算及保护之间相互的配合，并保证保护的选择性，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。在零序电流保护上增加功率方向元件，利用正方向和反方向故障时，零序功率方向的差别，来闭锁可能误动作的保护，才能保证动作的选择性。v多段式方向零序电流保护的构成仅在零序电流保护第、各段中分别增加一个零序功率方向测量元件，并与零序电流测

23、量元件构成与门，共同判别是否在保护线路正方向发生了接地短路。第五节 中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及功率方向保护 v电压为335kV的电网，采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式，统称为中性点非直接接地电网。中性点非直接接地电网发生单相接地故障时，虽然系统的中性点电位发生变化，相电压不对称，但相间电压却还保持对称状态，因此不影响供电，可维持电网在故障后短时间运行，不必立即跳该故障线路的断路器（在危及人身、设备安全时则应立即跳闸），但为了防止事故扩大，应发出报警信号以便运行人员及时检查和排除故障。v一、中性点不接地电网发生单相接地时有以下特征：v1、在发生单相接地时，全系统出现

24、零序电压和零序电流；v2、非故障线的零序电流为该线非故障相对地电容电流之和，方向为由母线指向线路且超前零序电压90。；v3、故障点的电流为全系统非故障相对地电容电流之和，其相位超前零序电压90。；v4、故障线的零序电流等于除故障线外的全系统中其他元件非故障相的电容电流之和，其值远大于非故障线的零序电流，且方向与非故障线电流的方向相反，由线路指向母线，且滞后零序电压90。；v5、故障线的零序功率与非故障线的零序功率方向相反。v根据中性点不接地系统发生单相接地时的各种特征，这种系统可构成以下原理的接地短路保护方式。v1、绝缘监视装置 v2、零序电流保护 v3、零序功率方向保护 v二、中性点经消弧线

25、圈接地电网中单相接地故障的特点及保护方式。v在中性点和大地之间接入一个带铁芯的电感线圈L，当发生单相接地故障时，在接地点就有一个电感分量的电流通过，此电流和原系统中的电容电流相抵消，就可以减少故障点的接地电流，因此称它为消弧线圈。v根据对电容电流补偿程度的不同，消弧线圈可以有下列三种补偿方式：完全补偿、欠补偿、过补偿。v采用过补偿后，该系统中零序分量的特征如下：v1、全系统出现零序电压和零序电流；v2、由于过补偿作用使流经故障点、故障线路的零序电流大大减小，因此它的大小与非故障线路的零序电流值差别不大，其次由于补偿系数不大，所以采用零序电流保护很难满足灵敏系数的要求；v3、采用过补偿方式后故障

26、线零序电流和零序功率方向与非故障线零序电流和零序功率方向相同，就无法利用零序功率方向保护来选择故障线路；v4、在接地短路暂态过程中，接地电流中含有丰富的高次谐波分量；v5、接地故障时，暂态过程中的暂态电容电流比稳态电容电流大得多，且在过渡过程中首半波幅值出现最大。v中性点经消弧线圈接地系统一般用以下保护方式：v1采用绝缘监视装置 v2零序电流保护 v3短时投入电阻 v4利用单相接地电流中的高次谐波分量v5利用单相接地瞬间的波过程中，故障线路与非故障线路上零序电流大小或方向的差别，构成有选择性的保护；v6利用接地故障暂态过程中的故障分量的特征构成保护。第三章第三章 电网的电网的距离保护距离保护第

27、一节 距离保护概述 v一、距离保护的基本概念一、距离保护的基本概念v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。v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。v距离保护距离保护：反应保护安装地点至故障点之间的距离，并根据距离的远近而确定动作时限的一种保护装置。v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。setZv正常运行时保护安装处测量到的阻抗为负荷阻抗 ，即v (3-

28、1)v式中 被保护线路母线的相电压，测量电压；v 被保护线路的电流，测量电流；v 测量电压与测量电流之比，测量阻抗。v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 ，v v (3-2)LmmmZIUZmUmImZkmUUkIkZkkkmmmZIUIUZ当短路点在保护范围以外时，即当短路点在保护范围以外时，即 时继电器不动。时继电器不动。当短路点在保护范围内，即当短路点在保护范围内，即 继电器动作。继电器动作。mZsetZmZsetZv二、时限特性二、时限特性v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

29、称为距离保护的时限特性，目前获得广泛应用的是阶梯型时限特性，称为距离保护的、段ZZZ312保 护 3的 I段保 护 3的 II段保 护 3的 III段I3tI2tII2tII3tIII3ttIII2tI1t图 3-1距 离 保 护 的 时 限 特 性lACBv距离保护的第段是瞬时动作的，是保护本身的固有动作时间。以保护3为例，其起动阻抗的整定值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 （一般取0.80.85）：v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段。距离段整定值的选择不超过下一条线路距离段的保护范围，同时

30、高出一个 的时限，以保证选择性。v引入可靠系数 ，则保护3的起动阻抗为ItABZABIact.3ZZrelKAB)85.08.0(Zact.3ZtrelK)Z(Zact.2ABrelact.3ZK距离段和段的联合工作构成本线路的主保护。v三、距离保护的组成三、距离保护的组成v 三段式距离保护装置一般由以下四种元件组成，其逻辑关系如图3-2所示。v 876543?出口元件跳闸12图3-2 距离保护原理的组成元件框图起动元件方向元件?ZIZIIZIIItIIItII第二节 阻抗继电器阻抗继电器v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

31、，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。v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 可以写成 的复数形式，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。mUmImUmImZmZjXR ABC(a)TAIZm.Um.ICRjXB(b)ATVBCIset85.0ZZBCZIsetZk图3-3 用复数平面分析阻抗继电器的特性 （a）系统图；(b)阻抗特性图v一、具有圆及直线动作特性的阻抗继电器一、具有圆及直线动

32、作特性的阻抗继电器v单相式圆特性和直线特性阻抗继电器的构成方法有两种：比幅式阻抗继电器，比相式阻抗继电器。v（一）特性分析及电压形成回路v1全阻抗继电器v（1）幅值比较v全阻抗继电器的动作与边界条件为：v v或v msetZZmmmsetIZIZzsetzmRjXOk图34 全阻抗继电器的动作特性v比较两电压量幅值的全阻抗继电器的电压形成回路：TATXm.IAZIsetm.BTMmUTV图35 全阻抗继电器幅值比较电压形成回路Bv（2）相位比较v相位比较的动作特性如图3-6 所示，继电器的动作与边界条件为 与 的夹角小于等于 ，即v (3-6)v两边同乘以电流量得v (3-7)v上式中，量超前

33、于 量时 角为正，反之为负。构成相位比较的电压形成回路如图3-7所示。msetZZmsetZZ90arg90msetmsetZZZZ9090argarg90msetmsetCDUUUUDCzsetzmRjXOzset-jXRRjXzmzsetzmzset-zm(a)(b)(c)图36 相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性（a）测量阻抗在圆上；（b）测量阻抗在圆内；（c）测量阻抗在圆外zmzset+zmzset-zmzsetzset+zmzset+zmOOm.ITXTMsetmZIm.U图 3 7 全 阻 抗 继 电 器 相 位 比 较 电 压 形 成 回 路DCsetmZIv2.方向阻抗继电

34、器v(1)幅值比较zsetRjXOzsetzsetRjXOzmzm(b)(a)set21Zzmzm-set21Z 图38 方向阻抗继电器的动作特性 （a）幅值比较的分析（b）相位比较的分析-v方向阻抗继电器的动作特性为一个圆，动作具有方向性，幅值比较的动作与边界条件为：v (3-8)v两边同乘以电流得v (3-9)setmset2121ZZZBZIUZIAsetmmsetm2121m.ITX.A.BTMm.U图39 方向阻抗继电器幅值比较电压形成回路setm21ZIsetm21ZIv（2）相位比较v相位比较的方向阻抗继电器动作特性如图3-8（b）所示，其动作与边界条件为v (3-10)v分式上

35、下同乘以电流v (3-11)v方向阻抗继电器相位比较的电压形成回路，如图3-10所示。90arg90mmsetZZZ90arg90yykUUUm.Im.UTX.C.DTM图 3 10 方 向 阻 抗 继 电 器 相 位 比 较 电 压 形 成 回 路setm21ZIv3偏移特性阻抗继电器v（1）幅值比较v 偏移特性阻抗继电器的动作特性，圆的直径为 与 之差。图311 偏移特性阻抗继电器动作特性zsetRjXOzmOset.ZsetZsetZ)(21)(21setsetmsetsetZZZZZsetmmsetm)1(21)1(21ZIUZI动作条件：两边同乘以电流：v（2）相位比较v偏移特性阻抗

36、继电器相位比较分析，如图3-12所示，其相位比较的动作与边界条件为v两边同乘以电流得v (3-15)v偏移特性阻抗继电器幅值比较和相位比较的电压形成回路与方向阻抗继电器的类似，这里从略。90arg90setmmsetZZZZ90argarg90setmmmsetmCDZIUUZIv4直线特性阻抗继电器msetm2ZZZBUZIUAmsetmm290arg90setsetmZZZ90arg90setmsetmmZIZIU幅值比较动作条件：相位比较动作条件：O(a)(b)jXRCOjXRACmset2ZZset2Zset2ZsetZsetZmZsetmZZ mZAAAv(二)阻抗继电器的比较回路

37、v具有圆或直线特性阻抗继电器可以用比较两个电气量幅值的方法来构成，也可以用比较两个电气量相位的方法来实现。电压形成比幅回路mUmI执行（输出）ABBA（a）电压形成比幅回路mUmI执行（输出）DC90arg90CD（b）图3-15 阻抗继电器的构成原理方框图 （a）幅值比较 （b）相位比较v1 微机保护中幅值比较的实现：v设由傅氏算法算出的电压和电流实、虚部分别用 、和 、表示，UmIRmUjUUURUIURIIIImIRmIjIIImm2I2RIRRI2I2RIIRRIRIRmmmjXRIIIUIUjIIIUIUjIIjUUIUZmmIUmmmmm)(ZIUIUZv2.微机保护中相位比较的实

38、现v在微机保护中，相位比较既可以用阻抗形式实现，也可以用电压的形式实现。v在用电压比较方式的情况下，分为相量比较和瞬时采样值比较两种：v(1)相量比较方式。mZCZDZ动作范围：9090比相动作条件：0DICIDRCRUUUU动作范围：1800比相动作条件：0DICRDRCIUUUUv(2)瞬时采样值比较方式。0)()()4()4(DCDCnunuNnuNnu0)4()()()4(DCDCNnununuNnuv这种算法只需要用相隔1/4工频周期的两个采样值就可以完成比相，故可称为比相的两点积算法。由于该方法用瞬时值比相，受输入量中的谐波等干扰信号的影响较大，故必须先用数字滤波算法滤除输入中的干

39、扰信号，然后再进行比相。v二具有多边形动作特性的阻抗继电器二具有多边形动作特性的阻抗继电器v如图3-16所示，阻抗继电器准四边形动作特性，准四边形以内为动作区，以外为不动区，即测量阻抗末端位于准四条边上为动作边界。RjX图3-16 阻抗继电器的准四边形动作特性O1432mZv设测量阻抗 的实部为 ，虚部为 ，则图3-16在第象限部分的特性可以表示为 v (3-36)第象限部分的特性可以表示为v (3-37)第象限部分的特性可以表示为v (3-38)v综合以上三式，动作特性可以表示为v （3-39）mZmRmX1mmsetmtgRXRR2mmsetmtgXRRX4msetm3msetmtgctg

40、RXXXRR4msetm1m3msetm2mtgtgctgtgRXXRXRRXv其中 若取 ，则 ，式（3-39）又可表示为 (3-40)v该式可以方便地在微机保护中实现。0 ,0 ,0mmmmXXXX0 ,0 ,0mmmmRRRR14214531.744125.0249.0tgtg211ctg381125.01245.0ctg4msetmmmsetmm814141RXXRXRRXv 三三.方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法v对于方向阻抗继电器，当保护出口短路时，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 当 时，该

41、v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。对于相位比较的方向阻抗继电器，其动作条件为 v ，当 时，无法进行比相，继 电器也不动作。这种不动作的范围，称为保护装置的“死区”。利用记忆回路和引入第三相电压减小和消除死区。0mU,2121setmmsetmZIUZI0mUsetmsetm2121ZIZI90arg90mmsetmUUZI0mUv 1记忆回路 v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

42、原理接线图如图3-17所示，图3-18是常用的实际接线之一。图3-18中，、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 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。mUjRjCjLmUcjLj1jImUjRRUmUjUmU图317“记忆回路”的原理接线图R.UjRjIjCm.UjLv.m.I图318 具有记忆的幅值比较的方向阻抗继电器电压形成回路TXTjUsetm.21ZIjU TMR.Um.UjRjIjCm.UABjLABsetm.21ZIv引入记忆电压以后，幅值比较的动边条件为：v (3-41

43、)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jsetmmjsetm2121UZIUUZImUjUmUjCjLA

44、BUjLjCv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v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v在电阻 上的压降v jRABUCUABUyUjURIACUjjj/)1(LjcjRRIjRjCjLjRLjcjjLjRcjRjxIjxjxRjxIIjRLjRjcjRXI jRIUv从向量

45、图3-19（c）中可以看出，超 前近 ，电阻 上电压降 超前 cjIRI90jRRU图 3 19 引 入 第 三 相 电 压 产 生 极 化 电 压 的 工 作 原 理（a）原理图；（b）短路后的等值电路；（c）相量分析jRjCm.UABj.U Tj.UjLCRj.Uj.UTk.UjRjCjL.RI(a)(b)(c)A.B.UU A.EB.ER.IBC.AC.UU jcj.j.RIU ABCC.Ev ，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。v 3记忆电压

46、对方向阻抗继电器特性的影响v方向阻抗继电器的稳态特性：v ACU90ABUmUABUjUjsetmmjsetm2121UZIUUZIO(a)m.IjXOj.UCm.IRm.Uj.UO(b)m.IjXOm.IRm.Uj.UsetmZIABsetmZIv(2)方向阻抗继电器的初态特性v 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：v 90argarg90LmsetmUUZICDv保护正方向短路图321 正方向短路时系统接线图.UEZksetZxZkZmxZZEIv此处 为 和短路点过渡阻抗之和，从而有v继电器动作条件为v (3-46)v如果短路前为空载，则 ，从而有v (

47、3-47)mZkZEZZZZZZImxmsetmset)(90arg90jmxmsetUEZZZZ90arg90mxmsetZZZZEUj图322 正向电路时的初态特性稳态特性初态特性zsetRjXOXZv在记忆回路作用下的动态特性圆扩大了动作范围，而又不失去方向性，因此，对消除死区和减小过渡电阻的影响都是有利的。v 保护反方向短路 系统的接线及参数如图3-23所示，此时短路电流由 供给，但仍假定电流的正方向由母线流向被保护线路，且 ，因 ，v ，v若短路前是空载，则在记忆作用消失前，记忆电压 ，继电器的动作条件为v (3-48)v将 代入上式，得v (3-49)v此时继电器的动作特性为以向量

48、（）为直径所作的圆，如图3-24所示，圆内为动作区。EsetxZZ mmZIUxmZUEIxmxm.xm,)(,)(ZZEIEZIZIEZIUEUj90arg90.msetEZIZIE90arg90mxsetmZZZZsetxZZ 图323 反方向短路时系统接线图ZsetZxZkZEkv当反方向短路时，必须出现一个正的短路阻抗才可能引起继电器的动作，但实际上继电器测量到的是 ，在第象限，因此，在反方向短路时的动态过程中，继电器有明确的方向性。dZ图324 反向短路时的初态特性图稳态特性初态特性RjXzsetxZmZv四、阻抗继电器的精工电流和精工电压四、阻抗继电器的精工电流和精工电压v 图32

49、5 方向阻抗继电器的 曲线)(mactIfZ0.9zsetzsetmIactZgIv精工电流：当 时，继电器的动作阻抗 ，即比整定阻抗缩小了10%。因此，当 时，就可以保证起动阻抗的误差在10%以内，而这个误差在选择可靠系数时，已经被考虑进去了。gmIIsetact9.0 ZZ精工电压：精工电流和整定阻抗的乘积：setggZIU第三节阻抗继电器的接线方式阻抗继电器的接线方式 v一、对距离保护接线方式的要求一、对距离保护接线方式的要求v根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压和电流应满足：v继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，即与故障点至保继电器的测量阻抗应能准确判断故障地点，即与故障点至保障

50、安装处的距离成正比。障安装处的距离成正比。v继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围不随故障继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围不随故障类型而变化。类型而变化。v.BIAUBUCUCIAIABUCAUBCU接线方式继电器1K2K3KAIBICI03IKIUYYKUKUKUKIKIKIKIKU0A3IKI0C3IKI0B3IKIACIICBIIBAIICAUBCUABUBCUCAUABU)0(IU)30(IU)30(IU阻抗继电器的常用接线方式v 二、反应相间短路阻抗继电器的接线二、反应相间短路阻抗继电器的接线v三相短路v如图3-26所示，由于三相对称，三个阻抗继电器 的工作情况完全