大学课件 电力系统继电保护 第三章第二节 阻抗继电器及其动作特性.ppt
3.2 阻抗继电器及其动作特性,3.2.1 阻抗继电器动作区域的概念,阻抗继电器的作用表示如下：,发生短路,测量故障环路上的 测量阻抗,将测量阻抗与 整定阻抗相比较,确定出故障点 所处的区段,保护范围内部故障 时给出动作信号,在实际情况下，由于互感器误差、故障点过渡电阻等因素，继电器实际测量到的测量阻抗一般并不能严格地落在与整定阻抗同向的直线上，而是落在该直线附近的一个区域内。,阻抗继电器的临界动作边界为保证区内故障情况下阻抗继电器都能可靠动作，在阻抗复平面上，其动作范围应该是一个包括Zset对应线段在内，但在Zset方向上不超过Zset的区域，如圆形区域、四边形区域、苹果区域、橄榄形区域等。这个区域的边界就是阻抗继电器的临界动作边界。,Zm落在动作区内判断为区内故障，阻抗继电器给出动作信号。 Zm落在动作区外判断为区外故障或正常运行，阻抗继电器不动作。,3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程,动作特性阻抗继电器动作区域的形状，称为动作特性。,圆特性动作区域为圆形； 四边形特性动作区域为四边形。 动作方程描述动作特性的复数的数学方程。 绝对值（或幅值）比较动作方程比较两个量的大小的 绝对值比较原理表达式。 相位比较动作方程：比较两个量的相位的相位比较原理表达式。,1 圆特性阻抗继电器,偏移圆特性,方向圆特性,全阻抗圆特性,上抛圆特性,正方向整定阻抗,反方向整定阻抗 （如果Zset2的方向正好与Zset1相反，则Zset2 可以用 Zset1 表示， 称为偏移特性的偏移率）,两整定阻抗对应矢量末端的连线就是特性圆的直径。特性圆包含坐标原点，圆心位于（ Zset1 + Zset2 ）/2处，半径为 Zset1- Zset2/2,动作阻抗Zop使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗。 最灵敏角当测量阻抗的阻抗角与正向整定阻抗的阻抗角相等时，阻抗继电器动作阻抗最大，此时继电器最为灵敏，所以正向整定阻抗的阻抗角又称最灵敏角。最灵敏角一般取为被保护线路的阻抗角。,应用偏移特性阻抗元件通常用在距离保护的后备段中。,绝对值比较动作方程 相位比较动作方程,绝对值比较动作方程,当测量阻抗落在圆内或圆上时，末端到 圆心的距离一定小于或等于圆的半径。 当测量阻抗落在圆外时，末端到圆心 的距离一定大于圆的半径。 偏移圆特性阻抗继电器 的绝对值比较动作方程为：,相位比较动作方程,当测量阻抗落在右下部分圆周任一点上时： 当测量阻抗落在左上部分圆周任一点上时： 当测量阻抗落在圆内任一点时： 偏移圆特性阻抗继电器的相位比较动作方程为：,圆心位于 处 半径为,特性圆经过坐标原点,将 ， ，带入，可以得到方向圆特性的绝对值比较动作方程：,将 ， ，带入，可以得到方向圆特性的相位比较动作方程：,阻抗元件本身具有方向性在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大，正好等于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，动作阻抗将为0，反方向故障时不会动作。 应用方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护主保护段（段和段）中。,圆心位于坐标原点处，半径为,将 ， ，带入，可以得到方向圆特性的绝对值比较动作方程：,将 ， ，带入，可以得到方向圆特性的相位比较动作方程：,阻抗元件本身不具有方向性全阻抗圆特性在各个方向上的动作阻抗都相同，它在正向或反相故障的情况下具有相同的保护区。 应用单侧电源系统中，当应用于多测电源系统时，应与方向元件配合,在偏移圆特性中，如果 、 都处于第一象限，则动作特性变化成上抛圆特性，动作区域如左图所示。 特性圆不包括坐标原点，圆心位于：,半径为,抛圆阻抗特性的动作方程与偏移圆阻抗特性的动作方程式具有完全相同的形式,不同之处在于象限不同。 应用通常在发电机的失磁保护中。,以偏移圆特性为例讨论当临界动作的边界不是 和 ，但动作的范围仍是 时测量元件的动作特性。,设临界动作的边界为 和 ，则动作范围仍为 这时的相位比较动作方程变为：,对应特征是一个以Zset1、Zset2的末端连线为直径的圆。,方向圆特性、全阻抗圆特性和上抛圆特性也都可以做类似的偏转。当 为正角时，特性圆向右侧偏转，反之，当 为负角时，特性圆左偏。,对应的特性仍是一个圆，但Zset1、Zset2的末端连线变成了它的一个弦，应右侧圆弧上的圆周角变为 ，左侧圆弧上的圆周角变为,2 苹果形和橄榄形阻抗元件,如果各相位比较方程中动作的范围不等于 ，对应的动作特性就不再是一个圆。以方向圆为例，将他的动作边界改为 和 ，对应的动作方程变为,若 ，则该方程对应的动作区域如下图（a）所示的苹果区域；若 ，则该方程对应的动作区域如下图（b）所示的橄榄形区域。,苹果形阻抗元件的特点：,在R方向上动作区较大,测量阻抗中含有较大电阻性成分时可能进入动作区,区内经较大过渡电阻短路时能够动作,负荷阻抗中的电阻性成分比较多,有较高的耐受过渡电阻的能力,耐受过负荷的能力比较差,橄榄特性的阻抗元件的特点：,耐受过负荷能力较强，但耐受过渡电阻能力较差。,3 直线特性的阻抗元件,电抗特性,电阻特性,方向特性,相位比较动作方程分别为：,电抗特性的动作情况只与测量阻抗中的电抗分量有关，与电阻无关，因而它有很强的耐过渡电阻能力。但是它本身不具有方向性，且负荷阻抗情况下也可能动作，所以通常它不能独立应用，而是与其他特性复合，形成具有复合特性的阻抗元件,实际应用的电抗特性一般为上图的直线2，相应的特性称为准电抗特性或修正电抗特性，它与直线1的夹角为 ，对应的相位比较式的动作方程为：,电抗特性的动作边界如右图的直线1所示。动作边界平行于R轴，到R轴的距离 ，直线下方为动作区。 电抗特性的绝对值比较动作方程为,电阻特性的动作边界如左图所示。动作边界直线平行于jX轴，它到jX轴的距离为Rset，直线的左侧为动作区。,电阻特性阻抗形式的绝对值比较方程为,相位比较方程为,实际应用的电阻特性一般为图中直线2，相应的特性称为准电阻特性或修正电阻特性，它与直线1的夹角为 ，对应的相位比较式的动作方程为：,电阻特性通常也是与其它特性复合，形成具有复合特性的阻抗元件。,方向特性阻抗形式的绝对值比较动作方程为：,方向特性阻抗形式的相位比较方程为：,方向特性的动作边界如图所示。动作边界直线经过坐标原点，且与整定阻抗Zset方向垂直，直线的右下方（即Zset一侧）为动作区,4 多边形特性的阻抗元件,多边形特性的阻抗元件，能够同时兼顾耐受过渡电阻能力和躲负荷能力，最常用的多边形为四边形和稍作变形的准四边形特性。,（1）四边形特性,四边形特性,=,直线1,直线2,折线azb,&,&,当测量阻抗Zm落在它们所包围的区域时，测量元件动作，落在以外时，测量元件不动作。,直线1准电抗特性直线 直线2准电阻特性直线 折线azb对应动作方程：,当测量阻抗同时满足三个特性方程时，说明Zm一定落在四边形内，阻抗继电器动作；只要任一个方程不满足，说明Zm一定落在四边形外，阻抗元件不动作。即用以上三个特性相“与”，就可获得途中所示的四边形特性。,(2) 准四边形特性,四边形特性,准四边形特性,令,各象限特性可表示为：,第象限,第象限,第象限,设测量阻抗Zm的实部为Rm，虚部为Xm,各象限特性综合，动作特性可表示为,若取,则,则动作特性又可以表示为：,5 复合特性阻抗元件,复合特性将上述各种特性复合而得到的动作特性称为复合特性。,常用复合方式,“与”复合参与复合的各特性动作区的公共部分，为复合特性的动作区。例如橄榄特性则是两个共弦的圆特性的“与”复合；四边形特性也可以看做是直线特性与折线特性的“与”复合。,“或”复合参与复合的各特性动作区的公共部分，为复合特性的动作区。例如苹果特性可以看作是两个共弦的圆特性的“或”复合。,其它几种较为常见的复合特性图,3.2.3 绝对值比较与相位比较之间的相互转换,图（a）,图（d）,图（b）,图（c）,可以得到四个量的关系,
