继电保护 第三章 课件

如果故障点位于第Ⅰ段保护范围内， …… 如果故障点位于距离Ⅰ段之外的距离Ⅱ段保护范围内，…… 如果故障点位于距离Ⅱ段之外的距离Ⅲ段保护范围内，……
第二节 阻抗继电器
阻抗继电器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。
继电器的测量阻抗：指加入继电器的电压和电流的比值，即
(1) 当=0时 ：
输出电压Umn等于在一周期内电阻R1、R2上电压降的代数和，
即
U mn (i1 i2 )R2 (i1 i2 )R1
u
i 1
R1
i' 1
R2
E1
U1
U2
θ= 0○
E2
●●
oo
ωt
o
i2R2 π i'2 R1 2π
UMn UMn.PJ
ωt
o
π
2π
(2)当=180时:
E1 E2 输出电压的平均值为负极性最大值。
arg CD 90
jX
Zzd Zzd- Zcl
θ
Zcl
o
R
(b)
方向阻抗继电器相位比较 的电压形成回路，如右图所示。
3．偏移特性阻抗继电器 （1）幅值比较
偏其圆移中的特半=性径（阻为-0抗.112～继(Z-电z0d .器2）的Z，z动d )圆作，心特其坐性动标，圆作Z的与oo直'边径界12 (为条Z zZd件zd与为ZzdZ)zd,之差
u
E2
i1R1
i'1 R2
U1
o
π
2π ωt
i2R2 i'2 R1
E1
Umn
θ=180○ o
●
●
o
o
U2
π
2π ωt
Umn .pJ
(3)当=90时:
从波形图可知， Umn为正、负脉冲，其脉冲宽度均 为90 。显然，这时输出电压的平均值是零。
U2 θ =90○ U2
E
2
U1 E 1
ψ
u i1 R1 i1'R2 i1R1 i1'R2
Zcl Ucl Icl
Zcl可以写成R+jX的复数形式，所以可以利用复数平面 来分析继电器的动作特性，并用一定的几何图形把它表示出 来。
第二节 阻抗继电器
以下图中线路BC的距离保护第Ⅰ段为例来进行说明。设其
整定阻抗 Zzd 0.85ZBC，并假设整定阻抗角与线路阻抗角相等。
注：先不看圆， 看线段。
ωt
o
3
π 2π 3π 4π
i2R2 i2'R1 Um n
i2R2 i'2R1
o
π
2π
3π
4π ωt
U mn.pJ = 0
当为其它任意角度时，同样可得到相应的输出 电压Umn的正、负脉冲的宽度及其幅值，从而可绘出如 下图所示的Umn.pj=f()关系曲线。
由图可知，仅当相位角的变化在-9090范围的 条件下，输出电压平均值为正值，这就保证了阻抗继电 器动作条件。
Ucl Icl
UB IBC
nTV nTA
Zd
nTA nTV
阻抗继电器的动作特性是包含该线段在内的一些简单图形
面积。
阻抗继电器的动作特 性为一个圆。如下图所示 的阻抗继电器的动作特性 为方向特性圆，圆内为动 作区，圆外为非动作区。
一、具有圆动作特性的阻抗继电器
（一）特性分析及电压形成回路
1．全阻抗继电器 （1）幅值比较
90 arg Z zd Zcl 90 Zcl Z zd
两边同乘以测量电流得
90
arg
Uk Uy
Uy Uk
arg
CD 90
jX
o
αZzd
Zzd
θ
Zcl
R
(二)阻抗继电器的比较回路
具有圆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。所有继电器都 可以认为是由下图所示的两个基本部分组成，即由电压形成回路和 幅值比较或相位比较回路组成。
Z cl
Ucl Icl
U残 Id
Zd
距离保护反应的信息量比反应单一物理量的电流保
护灵敏度高。
A
Zdz 1
B Id 2 Zd
d(3)
C
Ud=0
三个阻抗概念
测量阻抗Zcl 加入继电器的电压、电流的比值。
整定阻抗Zzd 指编制整定方案时，根据保护范围给出的阻抗。 发生短路时，当测量阻抗等于或小于整定阻抗 时继电器动作。
正常时 ：电压 UAB较高且Lj、Cj处于工频谐振状态，而R值又 很大，第三相电压 UC 基本上不起作用。
2．引入第三相电压
当系统中AB相发生突然短路时：
Icj
IR R j
jxLj jxcj
jxLj
IR
jxLj Rj
UR Icj R j jIR X Lj
2．引入第三相电压
结论： Icj 超前 IR近90º，电阻Rj上电压降UR 超前UAC 90º，即极化 电压与故障前电压UAB 同相位。因此，当出口两相短路时， 第三相电压可以产生极化电压，保证方向阻抗继电器正 确动作，即能消除死区。
第二节 阻抗继电器
正方向短路时：测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗Zcl与 R轴的夹角为线路的阻抗角d； 反方向短路时：测量阻抗Zcl在第三象限。如果测量阻抗Zcl 的相量，落在向量Z zd 以内，则阻抗继电器动作；反之，阻 抗继电器不动作。
1.过度电阻短路，测量阻抗将偏离；
第二节 阻抗继电器
2.Zcl
1．记忆回路
思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短路时 ，采用什 么措施消除死区？
对瞬时动作的距离I段方向阻抗继电器，采用记忆回路， 将电压回路作成是一个对50HZ工频交流的串联谐振回路。
结压论Uj：通在过电记阻忆R变j上压的器压T降与UURy与同外相加位电。压同相位，记忆电
1．记忆回路
引入记忆电压以后，幅值比较的动边条件为：
三. 方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法
思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短路时 ，会不 会有死区？为什么？
对幅值比较的方向阻抗继电器，其动作条件为
1 2
UK
Uy
1 2
UK
,
Uy 0 , 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
90
arg
UK Uy Uy
90
Uy 0 ，无法进行比相，因而继电器也不动作。“死 区”
Z zd Zcl
jX Zzd
பைடு நூலகம்
Z zd -Zcl
θ
Z cl
o
R
Zzd +Zcl
jX Zzd
Z zd - Zcl
θ
Zcl
o
R
Zzd + Zcl
jX
Zzd - Zcl
Zzd θ Zcl
o
Zzd + Z cl
R
(a)
(b)
(c)
（2）相位比较
分子分母同乘以测量电流得
90
arg
Uk Uk
Uy Uy
arg
B Id
d(3)
C
1
2 Zd
Ud=0
二、时限特性
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，目前获得广泛应 用的是三阶梯型时限特性。
三、距离保护的组成
1．起动元件: 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。
2．方向元件: 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。
CD
90
2．方向阻抗继电器 （1）幅值比较
方向阻抗继电器的动作特性为一个圆，圆的直径为整 定阻抗，圆周通过坐标原点，动作区在圆内。这种继电器 的动作具有方向性，幅值比较的动作与边界条件为
1 2
Z zd
Z cl
1 2
Z zd
圆心到圆内任意一点 的距离小于半径。
jX
Zzd
1
Zcl- 2Z zd
1 2
Zzd
Zcl
o
R
(a)
2．方向阻抗继电器 （1）幅值比较
分子分母同乘以测量电流得
A
1 2
Uk
Uy
1 2
Uk
B
其电压形成回路如下图所示。
（2）相位比较
相位比较的方向阻抗继电器动作特性如下图所示：
其动作与边界条件为
90 arg Z zd Zcl 90
Z cl
分式上下同乘以电流
90
arg
Uk Uy Uy
1 2
(Z
zd
Z zd )
Z cl
Zoo'
（圆心到圆内任意一点 的距离小于半径）
即
1 2 (Z zd
Z zd )
Z cl
1 2 (Z zd
Z zd )
jX
两边同乘以电流得
Zzd
A
1 2
(1
)Uk
Uy
1 2
(1
)Uk
B
o'
o
αZzd
Zcl
R
（2）相位比较
偏移特性阻抗继电器相位比较分析，如下图所示: 其相位比较的动作与边界条件为
3．距离元件 ：作用是测量短路点到保护安装处的距离（即测量 阻抗），一般采用阻抗继电器。
4．时间元件 ： 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。
三、距离保护的组成
正常运行时:起动元件1不起动，保护装置处于被闭锁状态。 正方向发生故障时:起动元件1和方向元件2动作，距离保护 投入工作。