LZ-22阻抗繼電器的應用研究與特性校驗方案設(shè)計

1、 本科畢業(yè)論文(設(shè)計) 題 目：LZ-22阻抗繼電器的應用研究與特性校驗方案設(shè)計 學 院： 自動化工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 姓 名： 候樹寧 指導教師： 隋崗 2015 年 5月 30 日Study on Application of design and calibration of LZ-22 impedance relay1青島大學本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）摘 要在自動控制電路中，繼電保護裝置起到了自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。為此，進行了本文的研究與設(shè)計。首先對該繼電保護裝置的原理進行理論性分析與動作方程式的驗證，之后就該裝置的組成部分：交流形成回路、整流比相回路、執(zhí)行

2、回路三部分組成。為了檢驗該繼電保護裝置，采用了一般性檢驗、執(zhí)行元件動作電流和返回電流檢驗、整定變壓器T抽頭正確性檢驗、電抗變壓器TL的檢驗、最大靈敏角及動作阻抗特性ZOP=f()試驗、最小整定值誤差的測試等檢驗項目和要求。最后就檢驗項目根據(jù)檢驗要求設(shè)計試驗方案，完成對執(zhí)行元件動作電流和返回電流的檢驗等數(shù)據(jù)的記錄，與文獻資料數(shù)據(jù)進行對照基本一致。關(guān)鍵詞 繼電保護 距離保護 整定計算 特性校驗AbstractIn the automatic control circuit, relay protection device to automatically adjust, safety protec

3、tion, conversion circuit etc. Therefore, the research and design of this paper. Firstly, the principle of verification of relay protection device using theoretical analysis and motion equations, then on the device part: AC circuit, rectifier circuit is formed, the execution circuit of three parts. I

4、n order to test the relay protection device, using the general test, the actuator action current and the return current test, setting T verification, tap transformer reactance transformer TL test, angle of maximum sensitivity and action (test), ZOP=f（）fimpedance minimum setting test error inspection

5、 items and requirements. Finally, according to the inspection item inspection requirements design, completion of the implementation of components operating current and return current test data records, were consistent with the literature data.Keywords Relay protection Distance protection Distance pr

6、otection Characteristic check目 錄前 言1第1章 電網(wǎng)繼電保護1.1 電網(wǎng)繼電保護的回首與展望21.2 電網(wǎng)繼電保護的作用與意義.41.3 電網(wǎng)繼電保護的基本原理與保護裝置組成.61.4 電網(wǎng)繼電保護的基本要求.7第2章 電網(wǎng)的距離保護2.1 距離保護的基本概念和時限特性9 2.2 單項補償式距離繼電器的原理和接線方式112.3 全阻抗繼電器的動作特性122.4 電網(wǎng)距離保護的起動元件的作用和要求14第3章 LZ-22阻抗繼電器的應用研究3.1 LZ-22阻抗繼電器的用途183.2 LZ-22阻抗繼電器的工作原理183.3 LZ-22阻抗繼電器的組成203.3.1

7、 交流形成回路203.3.2 整流比相回路213.3.3 執(zhí)行回路23第4章 LZ-22阻抗繼電器的特性校驗和方案設(shè)計354.1 LZ-22阻抗繼電器特性檢驗項目和要求244.2 LZ-22阻抗繼電器特性試驗接線設(shè)計圖264.3 校驗結(jié)果分析27結(jié)束語30謝 辭31參考文獻32附錄 LZ-22阻抗繼電器實物圖33前 言 繼電保護對電力系統(tǒng)的維護有著這重大的意義。首先，繼電保護裝置能保護電力系統(tǒng)的安全和正常運行。在電力系統(tǒng)發(fā)生不正常運行和故障時，繼電保護裝置可以在最短時間和最小區(qū)域內(nèi)，可以向電力監(jiān)控警報系統(tǒng)發(fā)出消息，提醒人及時解決故障；也可以直接切除故障線路。這樣不僅可以防止相鄰地區(qū)受到故障電路

8、影響、防止電力設(shè)備受到損壞，還可以防止電力系統(tǒng)因種種原因而產(chǎn)生的大面積停電事故。其次，在電力系統(tǒng)中，繼電保護的順利展開，對電力系統(tǒng)故障的消除、社會生活秩序的正?；⒔?jīng)濟生產(chǎn)的正?；龀隽素暙I，在一定程度上保證了人民社會財產(chǎn)的安全和社會秩序的穩(wěn)定。上個世紀北美的大規(guī)模斷電事故造成了巨大的經(jīng)濟損失和社會的動蕩，嚴重威脅到了人們的生命財產(chǎn)安全。由此可見，電力系統(tǒng)的安全與否，不僅關(guān)系照明系統(tǒng)的安全，更關(guān)系到人們生命財產(chǎn)安全、社會安定的問題。所以，繼電保護系統(tǒng)對我國社會的發(fā)展具有重大的意義。在電力系統(tǒng)中，繼電保護是最活躍的一個分支，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，特高壓交、直流線路和超大機組的出現(xiàn)，對繼電保護的要求

9、進一步提高，因此，在未來，電力系統(tǒng)繼電保護學科必將達到更高的理論和技術(shù)高度。由此可見，繼電保護的存在對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展有著不可替代的作用，對人民生活水平的提高有重要意義。第1章 電網(wǎng)繼電保護1.1 電網(wǎng)繼電保護的回首與展望電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的。首先，電力系統(tǒng)對運行可靠性的要求越來越高，繼電保護技術(shù)就必須不斷地提高。熔斷器就是最早出現(xiàn)的簡單的過電流保護設(shè)備。這種簡單的保護在今天仍然在低壓線路和用電設(shè)備中廣泛的應用。熔斷器的特點就是切斷電流的裝置與熔斷保護裝置融為一體，因而最為簡單。由于電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，發(fā)電機的容量、用電設(shè)備的功率不斷增大，供電網(wǎng)、發(fā)電廠、變電所的

10、接線不斷地復雜化，使得電力系統(tǒng)中的工作電流和短路電流都不斷的增大，單純的采用熔斷器保護就難以實現(xiàn)選擇性和快速性。因此就出現(xiàn)了專門的電流裝置。1901年，感應性過電流繼電器應用在電力系統(tǒng)中。1908年，比較被保護元件兩端電流的電流差動原理被提出。1910年，方向性電流保護開始在電力系統(tǒng)中得到應用，并且在此期間出現(xiàn)了將電流和電壓比較的保護原理，并由此導致了20世紀20年代初距離保護的實現(xiàn)。1927年前后，出現(xiàn)了一種高頻保護裝置，這種裝置利用高壓輸電線路上高頻載波傳送和比較輸電線路兩端電流相位或者功率方向的來實現(xiàn)。在20世紀50年代，在電力系統(tǒng)中，微波中繼通信開始被應用。20世紀50年代末，由于報道

11、提晶體管的發(fā)展，晶體管式機電保護裝置開始出現(xiàn)。這種保護裝置具有體積小、功率消耗小、動作速度快、等優(yōu)點，稱為電子式靜態(tài)保護裝置。在長期的實踐和研究中，逐漸克服了由于電力系統(tǒng)或者外界電磁干擾的影響而勿動或者損壞的缺點。20世紀70年代，晶體管繼電保護裝我國電力系統(tǒng)中被大量采用，滿足了當時電力系統(tǒng)向大容量、超高壓方向發(fā)展的需要。20世紀80年代，由于集成電路技術(shù)得到快速的發(fā)張，數(shù)十個甚至幾十個晶體管可以集成在一個半導體芯片上，從而出現(xiàn)了集成運算放大器和集成電路元件。這種元件具有體積小、工作可靠性強的優(yōu)點，逐漸在我國電力系統(tǒng)中被廣泛的應用。這標志著靜態(tài)繼電保護從晶體管式向集成電路式發(fā)展。20世紀90年

12、代后，微型計算機保護在硬件結(jié)構(gòu)、軟件技術(shù)方面都趨于成熟，這稱之為第三代靜態(tài)繼電保護裝置。微型計算機保護可以實現(xiàn)任何復雜的保護原理，這種保護具有巨大的分析、計算和邏輯判斷能力，其工作可靠性高，并可連續(xù)不斷地對自身的工作情況驚醒檢查。由于微型計算機原理具有巨大的潛力和優(yōu)越性，因而受到了運行人員的歡迎。在電力系統(tǒng)中，計算機網(wǎng)絡(luò)被廣泛的應用，這就給微機保護提高了無可限量的發(fā)展。變電站綜合自動化和調(diào)度自動化的興起、軟件和硬件功能的空前強大、電力系統(tǒng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的逐步形成，這使得微機保護不在是一個任務(wù)單一、孤立的系統(tǒng)，而是一個維護電力系統(tǒng)正常運行的自動控制系統(tǒng)的同一整體。因此，用光壓傳感器（OPT）和電流

13、互感器（OCT）直接采集被保護裝置的電壓和電流，然后轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，一方面通過計算機光纖網(wǎng)絡(luò)送到主機和調(diào)度中心，另一方面用于保護功能的運算。微機保護可以根據(jù)切除保護設(shè)備或者是設(shè)備自動重合閘，并且可以對穩(wěn)定預測、無功調(diào)節(jié)、故障診斷、安全監(jiān)視、負荷控制等進行監(jiān)控。由于數(shù)據(jù)信息可以被計算機網(wǎng)絡(luò)提供，因此微機保護可以占有全系統(tǒng)的運行信息和數(shù)據(jù)，應用于人工智能和自適應原理的方法使保護原理、可靠性、性能得到進一步的提高和完善，是繼電保護技術(shù)朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、測量、控制、數(shù)據(jù)通信、自適應化和保護、電壓電流變換光學化和安全裝置自動化的方向發(fā)展。在電力系統(tǒng)中，繼電保護是最活躍的一個分支，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，特

14、高壓交、直流線路和超大機組的出現(xiàn)，對繼電保護的要求進一步提高，因此，在未來，電力系統(tǒng)繼電保護學科必將達到更高的理論和技術(shù)高度。1.2 電網(wǎng)繼電保護的作用與意義一般情況下，我們把電力系統(tǒng)中用于電能的生產(chǎn)、變換、傳送、等前期設(shè)備稱之為一次設(shè)備。一次設(shè)備由發(fā)電機、變壓器、電容器、調(diào)相器、電動機、電抗器、電力線路、母線、開關(guān)設(shè)備和其它用電設(shè)備等組成。然而，這些電氣設(shè)備在日常使用中不可避免的會發(fā)生短路或者斷線等非正常運行狀態(tài)，造成電力系統(tǒng)無法正常的運行影響生產(chǎn)與生活，甚至會使電網(wǎng)的安全運行受到影響并導致嚴重事故。當電力系統(tǒng)中用電設(shè)備發(fā)生短路故障時，很大的電流會流過故障點及其附近的設(shè)備，如不及時切除將會引

15、起的損壞或縮短其使用壽命，嚴重時甚至使其報廢。因此，在電力系統(tǒng)中，在采取各種積極措施來減少發(fā)生故障的幾率外，一旦遇到此種鼓掌是，電網(wǎng)中必須存在用于處理此類故障的應急設(shè)備，能夠及時的找到并清理故障元器件，從而保證系統(tǒng)處于正常的運行狀態(tài)。通常，切除故障的時間一般要小于百分之幾秒才能維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。伴隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)必須在電氣元件上配備保護裝置才能實現(xiàn)該目標。研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害，所以也稱繼電保護?；救蝿?wù)是：當電力系統(tǒng)發(fā)生

16、故障或異常工況時，在可能實現(xiàn)的最短時間和最小區(qū)域內(nèi)，自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。圖1.1 智能電網(wǎng)電力系統(tǒng)中，運行狀態(tài)可以分為以下幾種:（1）正常工作狀態(tài)在電力系統(tǒng)中，各個母線的電壓偏差在允許的范圍內(nèi)、頻率波動在允許的范圍內(nèi)，電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備、輸電設(shè)備、用電設(shè)備有一定的備用容量，這樣電力系統(tǒng)的負載就能保持正常運行。（2）不正常工作狀態(tài)電力系統(tǒng)的不正常運行狀態(tài)是指正常的運行狀態(tài)收到了改變但是還沒有達到故障狀態(tài)。異常運行狀態(tài)有：電力設(shè)備的實際負荷長時間的超過額定值運行;外部設(shè)備短路引起的設(shè)備過電流；電力系統(tǒng)中調(diào)壓

17、手段不足而導致母線電壓長期的低于或者高于允許的值；電力系統(tǒng)震蕩等。一般情況下，不正常運行狀態(tài)下的電力系統(tǒng)或者電氣設(shè)備可以繼續(xù)運行或繼續(xù)運行一段時間，但這會對電力系統(tǒng)和用戶造成不利的影響，甚至導致其故障，甚至有可能引起重大的事故。（3）故障電力系統(tǒng)故障泛指系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的短路或者斷線等諸多電力故障。所以，在出現(xiàn)故障時為了安全和避免經(jīng)濟損失，故障發(fā)生后，相應的設(shè)備必須退出運行。短路是整個電力系統(tǒng)體系中最常見到同時也是最危險的事故，系統(tǒng)中出現(xiàn)短路時，短路電流將會對故障設(shè)備造成嚴重的損壞。（4）事故電力系統(tǒng)遭到破壞時，對用戶及其其他部門產(chǎn)生諸多不利的影響。沒使用合乎于標準的設(shè)備、操作人員的人為影響、電

18、力系統(tǒng)設(shè)計失誤等都能造成事故的發(fā)生造成事故的發(fā)生，也可能是自然因素（大風、覆冰、雷雨），而電力系統(tǒng)的事故大部分是由于保護咀嚼動作或設(shè)備被錯誤的切除或切除設(shè)備故障過慢引起的。在電力系統(tǒng)運行中，短路故障最危險。而繼電保護裝置就是反應這種故障并且有所動作的一種自動保護裝置。它的基本作用是：（1）從電力系統(tǒng)中切除故障元件，保證其他部位的穩(wěn)定已實現(xiàn)電力系統(tǒng)的良好運行。（2）當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，繼電保護裝置可以迅速做出應急反應。一般情況下，這時不要求繼電保護迅速動作，會因損毀程度來決定。由此可見，繼電保護的存在對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展有著不可替代的作用，對人民生活水平的提高有重要意義。1.3 電網(wǎng)繼電保護

19、的基本原理和保護裝置的組成繼電系統(tǒng)基本作用是切斷故障電路或者對不正常工作的電路發(fā)出警報信號。繼電保護器件必須能夠正確的區(qū)分系統(tǒng)的正常運行和發(fā)生故障或者異常的運行之間的差別，以實現(xiàn)保護功能。這種區(qū)分對電氣量的比較和測量來實現(xiàn),或者通過非電氣量（壓力、溫度等）來實現(xiàn)。根據(jù)測量比較方式的不同或者電氣量的不同，可以構(gòu)成不同動作原理的繼電保護。以圖1.2為例，正常情況下的電氣量主要有一下特點：（1）電路中流過的負荷電流較?。唬?）各個母線的電壓保持在額定值附近，電壓偏差在標準限值內(nèi)；（3）測量阻抗為線路的綜合測量阻抗，其值較大；由于要求的供電線路的功率因數(shù)在0.85以上，所以正常時測量阻抗的值較小（4）

20、當電力系統(tǒng)的三相對稱運行時，母線和線路沒有零序電壓、零序電流、負序電壓、負序電流。（a） 正常工作的電路 (b) 發(fā)生故障的電路 圖1.2 單側(cè)電源網(wǎng)路示意圖當線路上發(fā)生故障時，會發(fā)生明顯的變化：（1） 電源和短路點之間的線路中會流過很大的短路電流；（2） 系統(tǒng)中各個母線的電壓都有不同程度的下降，距離故障點最近，母線電壓越低；當保護裝置安裝處電路時，所在母線的電壓機會為零。（3） 反應電壓和電流之比的測量阻抗為線路的短路阻抗，其值較??；測量位置距短路點越近，測量阻抗之越小。（4） 發(fā)生對稱故障后，系統(tǒng)中沒有零序和負序分量，若發(fā)生不對長故障，則系統(tǒng)中故障點或者母線處將會出現(xiàn)較大的零序和負序分量。

21、通常情況下，原理圖如下： 圖1.3 繼電保護裝置的原理結(jié)構(gòu)圖1、測量部分測量部分的定義測量值與整定值得比較分析。根據(jù)被測量和整定值比較的結(jié)果，給出“是”、“非”;“大于”、“不大于”、等于“0”、“1”性質(zhì)的邏輯信號，從而判斷繼電保護動作是否應該動作。2、邏輯部分邏輯部分是指按照一定的邏輯關(guān)系工作的元件，然后確定斷路器是否應該動作于跳閘或者發(fā)出信號，然后將有關(guān)命令傳傳輸給執(zhí)行裝置。通常繼電保護中的邏輯回路有“或”、“與”、“非”、“記憶”、“延時起動”、“延時返回”等。3、執(zhí)行部分執(zhí)行部分是通過信號的傳遞來實現(xiàn)元件保護的。1.4 電網(wǎng)繼電保護的基本要求電力系統(tǒng)中，各個電氣元件間通常用斷路器相互

22、連接，而斷路器中都裝有保護裝置，實現(xiàn)斷路器在最恰當?shù)臅r候發(fā)出跳閘脈沖信號。繼電保護裝置是把電氣元件和線路作為被保護對象。在電力系統(tǒng)中，選擇性、速動性、靈敏性、可靠性是不能缺少的。四個基本相求之間相輔相成、相互制約，根據(jù)不同的條件進行分別得協(xié)調(diào)。1、選擇性繼電保護的選擇性的定義是電力系統(tǒng)中的保護器件運行動作時，僅將故障的設(shè)備或者元件從系統(tǒng)中切除，盡可能的素緞停電的范圍，從而保證電力系統(tǒng)中正常部位的正常安全的運行。在圖1.4.1所出示的網(wǎng)絡(luò)中，當點k1出現(xiàn)故障時，根據(jù)繼電保護選擇性的原則，應由保護1和2發(fā)生跳閘，從而實現(xiàn)故障的完美解決。此時，變電站B可以實現(xiàn)正常供電。k3點發(fā)生故障時，此時7發(fā)生跳

23、閘來解決，此時只有D母線停電，此時停電范圍最小。由此可見，電力系 圖1.4 保護動作選擇性說明圖統(tǒng)繼電保護系統(tǒng)實現(xiàn)選擇性的將事故范圍降到最小，甚至有可能達到不中斷用戶供電。然而，由于保護或者斷路器可能會拒絕動作，同樣是圖1.4中k3處發(fā)生短路故障，若保護裝置拒絕動作或者保護發(fā)出動作而斷路器拒絕跳閘，則應由最近的B-C保護線路動作于跳閘，盡可能的縮小停電的范圍。當線路上所裝的一套保護裝置拒絕動作時，同一安裝地點的另一套保護動作切除故障時，這種保護方式稱為近后背保護。當本線路保護拒絕動作或者斷路器拒絕動作，而由相鄰元件發(fā)生動作已達到處理故障的方式我們稱之為后備保護切除故障的保護。2、速動性繼電保護

24、的速動性是指繼電保護應盡可能快的動作于斷路器跳閘，以結(jié)束不正常狀態(tài)的存在或者清理故障。然而，保證動作選擇性是速動性的前提，這需要通過對電氣元件中電氣量進行測量比較做出判斷，要一定的時間，因而上述兩者時間是有矛盾的。在實際的應用中，對速動性的要求應該根據(jù)被保護元件的具體情況、系統(tǒng)接線、重要程度等，經(jīng)過實際成本比較后確定。3、靈敏電力系統(tǒng)中，靈敏性是指遇到問題時的應急反應能力。系統(tǒng)中是否有過電阻，都能正確、靈敏的反應。靈敏性是由靈敏系數(shù)來決定的的，靈敏性的強弱隨電力系統(tǒng)和被保護元件的實際參數(shù)和運行方式的不同而不同。4、可靠性 電力系統(tǒng)中的繼電保護裝置必須是可靠的?？煽啃杂职瑑蓪雍x:可信賴性和安

25、全性。電力系統(tǒng)中，繼電保護的不正常運行狀態(tài)都可能給電力系統(tǒng)和經(jīng)濟發(fā)展帶來嚴重的危害和不利影響。因此，在運用繼電保護時，根據(jù)被保護對象的具體情況而定，對兩個方面的性能做適當?shù)膮f(xié)調(diào)統(tǒng)一。電力系統(tǒng)中,提高繼電保護安全性的方法有很多種,主要是采取全面分析論證； 而提高繼電保護的可信賴性，選用高性能的裝置是一種方法，還有一種重要的方法就是重要的設(shè)備還可以采取保護裝置雙重化，比如重要的高壓輸電線、大容量的發(fā)電機-變壓器組接線。第2章 電網(wǎng)的距離保護2.1 距離保護的基本概念和時限特性在電力系統(tǒng)中，電流保護和電壓保護的主要優(yōu)點是簡單、經(jīng)濟和工作可靠。但是這兩種保護的整定值的選擇、保護范圍和靈敏系數(shù)都受到系統(tǒng)

26、運行方式和電網(wǎng)接線方式的影響。因此，在35kv及以上的電壓復雜網(wǎng)絡(luò)中，這些保護方式都很難滿足選擇性、靈敏性、快速切除故障的要求。因此，就必須在電力系統(tǒng)中采用更加完善的繼電保護裝置，距離保護就能滿足電力系統(tǒng)對保護的要求。反應故障點至安裝地點之間距離的保護稱為距離保護，這種保護根據(jù)距離的遠近而確定阻抗動作時間的一種保護裝置，這種保護的主要部件是阻抗繼電器。對于單相補償式，即第類阻抗繼電器，可根據(jù)其端子上所加電壓和電流得知保護安裝處至短路點的阻抗值，這種阻抗稱為繼電器的測量阻抗。而對于黨項補償式，即第類阻抗繼電器，其端子上所加的事多項電壓和電流，因此不能直接得知保護安裝處至短路點的阻抗值。但是我們可

27、以根據(jù)其端子上的電壓和電流間接測定保護安裝處至短路點的距離。這兩種阻抗繼電器構(gòu)成的距離保護都是在短路點距離保護安裝處近時，動作速度快；短路點距離保護安裝處遠時，動作速度慢。因此就保證了電力系統(tǒng)有選擇的切除故障電路。如圖2.1所示，在用第類阻抗繼電器時，當k點短路時，保護1的測量阻抗是,保護二的測量阻抗是。這樣由于保護1距離短路點比保護2距離保護點近，因此保護1的動作時間將比保護2的動作時間短，所以1將切除電路故障。由此可見，適當?shù)倪x擇各個保護的整定值和動作時限可以保證繼電保護的選擇性。 圖2.1 距離保護的作用原理-網(wǎng)絡(luò)接線電力系統(tǒng)的距離保護的動作時間與保護安裝地點至短路點距離存在一定的函數(shù)關(guān)

28、系，即t=f(l)，此函數(shù)關(guān)系稱之為距離保護的實現(xiàn)特性。為了滿足電力系統(tǒng)對繼電保護速動性、選擇性、靈敏性的要求，具有三段動作范圍的階梯形實用特性被廣泛的使用，如圖2.2所示，并分別稱為距離保護的第、段。瞬時動作是距離保護的第段，是保護裝置本身固有的動作時間。我們以保護2為例。圖2.2 距離保護的作用原理-時限特性其第段應該保護線路AB的全長，然而事實上卻是不可能，當靠近B點處出口處短路時，保護2本應該不動作，因此其動作阻抗的整定值就必須要躲過這一點短路時測量的阻抗，即 。同時，我們應該考慮到電流、電壓互感器和阻抗繼電器的誤差和保護裝置本身的誤差。引入可靠系數(shù)，一般取0.80.85或者0.9。因

29、此保護2的段整定值是: （2-1） 同理，對于保護1的第段整定值是: （2-2）這樣整定以后，距離段就只能保護本線路的80%90%，所以這就是第段保護的一個眼中缺點。為了切除線路中末端剩余范圍內(nèi)的故障，就需要在線路中設(shè)置距離保護第段。距離第段整定值的選擇和限時電流速段相似，使其不超過下一條相鄰線路距離段的保護范圍，并且還要有高出一個的時限，用來保證選擇性。例如在圖2.1的單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)中，當保護1的第段末端短路時，保護2的測量阻抗為： (2-3)同樣，我們引入可靠系數(shù)，則保護二的第段的動作阻抗為： （2-4）本線路的主保護就是距離段和距離的聯(lián)合工作構(gòu)成。而這兩段的可靠系數(shù)則根據(jù)保護裝置的類型、線

30、路的具體情況和規(guī)程規(guī)定選取。在電力系統(tǒng)中，我們還第段距離保護作為斷路器拒絕動作和為下級相鄰線路保護裝置的后備保護，同樣也作為本段線路的距離、距離的后備保護。距離段整定值的考慮和過電流保護相似，啟動阻抗要按照躲開正常運行時的最小負荷來確定，動作時限整定的原則應比保護范圍內(nèi)下級各個線路的距離段的最大動作時限高出一個。2.2 單項補償式距離繼電器的原理和接線方式當今，微機數(shù)字保護有巨大的優(yōu)越性，并且將最終完全取代模擬式機電保護裝置。在模擬式保護長期發(fā)展的過程中，有些原理和技術(shù)可以直接應用于微機保護，對微機保護的發(fā)展也具有重要的參考價值，因此我們在模擬式距離保護的基礎(chǔ)上對這些原理進行闡述。距離保護的核

31、心部件是距離繼電器，又稱阻抗繼電器，它的主要作用就是直接或間接的測量短路點到保護安裝點間的阻抗，然后與整定阻抗值進行比較來確定其是否應該動作。單項補償式距離繼電器是只在繼電器的中加入一個電壓和一個電流的繼電器，其比值稱為繼電器的測量阻抗，用字母表示 (2-5)上式中可用的形式表示，所以我們可以用復數(shù)平面來表示其動作特性，并用幾何圖形把它表示出來如圖2.3（b）示。圖2.1中，在線路BC中，我們以保護為例，在復數(shù)阻抗平面內(nèi)畫出距離繼電器的測量阻抗，如圖2.3所示，坐標原點O為線路的始端B，第一象限為正方向短路的測量阻抗，第三象限為反方向的測量阻抗，R軸與正方向短路測量阻抗之間的阻抗角為。對保護1

32、的距離段，我們一般取可靠系數(shù)為0.85,因此一次整定阻抗一般整定為,以內(nèi)的阻抗距離繼電器都應動作，在圖中2.3（b）中以陰影線表示其范圍。距離繼電器都是接在電壓互感器和電流互感器的二次側(cè)，系統(tǒng)一次側(cè)的阻抗和測量阻抗之間的關(guān)系為： (2-6) 其中，為二次側(cè)的測量阻抗；為母線B的電壓；為從B流向C的電壓；為電壓互感器的變比；為電流互感器的變比；為一次側(cè)的測量阻抗。所以，在保護裝置中，如果一次側(cè)整定阻抗計算值后為，則二次側(cè)整定阻抗值為: (2-7)為了簡化繼電器的接線、過渡電阻和互感器的相互影響，以及便于制造和調(diào)試，我們一般把繼電器的動作特性擴大為成其他封閉曲線。圖2.3（b）中為各種圓特性阻抗繼

33、電器。圖中1是全阻抗繼電器的動作特性，2是方向阻抗繼電器的阻抗特性，3是偏移特性阻抗繼電器的阻抗特性。在此，我們簡單介紹一下單項不嘗式繼電器的接線方式，所謂接線方式即給距離繼電器接入電流和電壓的方式，但加入繼電器的電壓和電流必須滿足下面兩點要求： (a) 網(wǎng)絡(luò)接線 （b） 被保護線路的測量阻抗及動作特性 圖2.3 用復數(shù)平面的測量阻抗（1）繼電器的測量阻抗與短路點到保護安裝地點的距離成正比，且對于長距離超高壓線路應采取措施消除其分布電容影響來滿足要求。（2）繼電器的保護范圍不隨故障類型的改變而改變。 2.3 全阻抗繼電器的動作特性全阻抗繼電器的特性是以繼電器安裝點為圓心、阻抗為半徑的一個圓，當

34、測量阻抗在圓內(nèi)時，繼電器動作，在圓外時，繼電器不動作， 而當測量阻抗正好在圓上時，繼電器剛好啟動，此時的阻抗就為繼電器的動作阻抗或者啟動阻抗。繼電器的總做與否與加入繼電器的電壓和電流的夾角無關(guān)，其動作阻抗都等于整定阻抗，即沒有方向性，具有這樣的動作特性的繼電器稱為全阻抗繼電器。（1） 如圖2.3所示 為幅值比較式全阻抗繼電器，繼電器動作的條件是測量阻抗位于圓內(nèi)時，其動作的條件可用阻抗的幅值來表示，即 把上式兩端同時乘以電流，則上式變?yōu)?圖2.3 幅值比較式的全阻抗繼電器的動作特性 式中我們可以把兩個看成兩個電壓的比較，其中表示電流在某一個恒定阻抗上的電壓降落。（2） 如圖2.4所示，為相位比較

35、式全阻抗繼電器的動作特性，當測量阻抗在圓周上時，矢量位于圓周上時，矢量落后于的角度是；當測量阻抗在圓內(nèi)時，角度大于；當測量阻抗在圓外時，角度大于，因此，動作器的動作條件可以表示為： 式中，當時，為負值，此時對應超前于的情況。 （a）測量阻抗在圓上 （b）測量阻抗在圓內(nèi) （c）測量阻抗在圓外 （d）超前于的矢量關(guān)系圖2.4 相位比較式全阻抗繼電器動作特性2.4 電網(wǎng)距離保護的起動元件的作用和要求電網(wǎng)的安全運行離不開繼電保護的正常運行，因此，對于繼電保護裝置的作用和要求有著明確的作用和要求。1、起動元件的作用電力系統(tǒng)中，繼電保護的起動元件的首要任務(wù)就是當線路中發(fā)生短路故障時起動保護裝置，其具體作用

36、如下：（1）起動元件動作以后才會給保護裝置電源，所以裝置在正常運行時線路發(fā)生異常狀況不會動作，起動元件起到了閉鎖的作用，裝置工作的可靠性得到了提高（2）在一些距離保護中，震蕩閉鎖起動元件和起動元件為一個元件，在此起動元件的作用是震蕩閉鎖。（3）在保護裝置中，如果第段和第段用同一測量元件，則起動元件在動作后自動的將阻抗定值由第段切換到第段。同理，保護裝置如果采用第段和第段切換，則起動元件自動的切換到第段。（4）在保護裝置中，若只用一個阻抗測量元件來反應不同的故障，則其應該具有按故障類型的不同來把適當?shù)碾妷?、電流組合加于測量元件上。2、對起動元件的要求（1）在電力系統(tǒng)中，能反應各種類型的故障。（2

37、）在被保護線路通過最大負荷、電力系統(tǒng)振蕩時均應該可靠不動作。（3）在保護范圍內(nèi)故障的時候，即使存在過度電阻，起動電阻起動元件也應該動作迅速、可靠，并且在切除故障后迅速的返回。（4）構(gòu)成起動元件的CPU、數(shù)據(jù)采集等部分應該完全獨立，不能與保護部分共用，這樣能發(fā)揮起動元件的閉鎖作用。（5）阻抗繼電器在電壓回路發(fā)生異常時有可能發(fā)生誤動作，此時起動元件不應該動作，因此起動元件應采用電流量而不應該采用電壓量來構(gòu)成起動元件。距離保護中的起動元件，有電流元件、阻抗元件、負序和零序元件、電流突變量元件等。電流起動元件具有簡單可靠地和二次電壓回路斷線失壓不勿動的優(yōu)點，但是在較高電壓等級的網(wǎng)絡(luò)中，靈敏度難以滿足要

38、求，并且震蕩時要無啟動，因而不適合高壓的距離保護中。阻抗起動元件雖然其靈敏度仍然不受系統(tǒng)運行方式的影響，且靈敏度較高，但在長距離重負荷線路上有時靈敏度仍不能滿足要求，二次電壓回路失壓、電力系統(tǒng)震蕩時會勿動。2.5 距離保護的三段整定計算原則在距離保護的整定計算中，都可設(shè)短路點距離和線路阻抗成正比（特高壓線路除外），并認為保護具有方向性，且假設(shè)保護裝置具有階梯的時限特性。1、距離保護的第段整定一般情況下，距離保護第段按躲開下一條線路出口處的原則來確定，并且按式（2-1）、（2-2）來計算，可靠系數(shù)一般取0.80.85。2、距離保護的第段整定如圖3-2所示，距離保護的第段整定應該按以下兩個原則來確

39、定：（1）和相鄰線路的距離保護第段整定配合，按照下式進行計算： (3-1)式中，為可靠系數(shù)，一般取0.8；為分支系數(shù)，采用當保護1第段保護范圍末端短路時可能會出現(xiàn)的最小值。圖3.2 選定整定阻抗的網(wǎng)絡(luò)接線如果有助曾電流的影響時，將使保護2安裝處的測量阻抗增大；若有外汲電流的影響，將使保護2處的測量阻抗減小。因此，應該按的最小的運行方式來確定保護2的距離短路整定值，以充分保證保護1和保護2之間的選擇性，使其不會超過保護1距離短路的范圍。這樣整定以后一般就不會因為改變而失去保護1和保護2的選擇性。（2）躲開圖3.2途中k點短路時的阻抗值，我們設(shè)變壓器的阻抗值是 ，則起動阻抗的整定值為： (3-2)

40、其中：是變壓器配合的可靠系數(shù)；為變壓器的阻抗，一般?。粍t取k點短路時有可能出現(xiàn)的最小值。此時，距離段的動作時限和相鄰的線路的距離段想配合，一般取t=0.350.5s。（3）校驗本線路末端距離段短路時的靈敏系數(shù)。由于是數(shù)值下降而動作，所以其靈敏系數(shù)是： (3-3)對于距離段來說，本線路末端短路時的測量阻抗為，則靈敏系數(shù)是： （一般要求） (3-4) 3、距離保護第段整定阻抗繼電器在第段被采用時，阻抗按躲開最小負荷阻抗來整定其值由母線上的最低電壓和線路上流過的最大負荷電流比值確定，即： (3-5)在電機自起動的情況下，保護第段必須立即返回，所以應該采用： (3-6)其中；為可靠系數(shù)，為自啟動系數(shù)，

41、為返回系數(shù)，并且其值都大于1.我們根據(jù)式5-5可知，繼電器的二次其動阻抗是： （3-7）在輸電線路中，送電段繼電器在復數(shù)阻抗上是位于第一象限的測量阻抗，負荷的功率因數(shù)角較??；而當被保護的線路出現(xiàn)短路故障時，阻抗角變大，在高壓線上一般為，如圖3.3所示。在距離保護第段中，我們采用全阻抗繼電器，因為它的阻抗角和啟動阻抗無關(guān)，以式（3-1）的計算結(jié)果為半徑畫圓，即為它的動作特性。通過上述分析，我們可以得出以后結(jié)論：（1）依據(jù)距離保護的工作原理，可以在多電源的復雜網(wǎng)絡(luò)中保證動作的選擇性。（2）因外在模擬式距離保護中采用了大量的輔助繼電器、阻抗繼電器必要的閉鎖裝置，在微機保護中其程序比較復雜，可靠性較低

42、。（3）距離保護較電壓、電流保護具有較高的靈敏度，因為阻抗繼電器同時反映電流的增大和電壓的點降低。另外，距離保護范圍比較穩(wěn)定，因為其保護范圍受系統(tǒng)運行方式圖3.3 線路始端測量電阻的矢量圖變化的一個像較小。（4）距離段的保護是瞬時動作的，但其缺點是不能保護線路的全長，而兩端合起來就會使線路中的線路內(nèi)的故障不能被瞬時切除，經(jīng)過0.350.5s的延時才能切除，因此在高壓線路中不能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，所以不能作為主保護。以上，我們介紹了距離保護的三段整定計算原則，也是整定計算中最基本的。隨著知識產(chǎn)權(quán)保護相關(guān)法律的完善，很多繼電器廠家獨立生產(chǎn)和開發(fā)產(chǎn)品，眾多繼電保護產(chǎn)品缺乏詳細的技術(shù)規(guī)范和統(tǒng)一的標準

43、；加上國家和進口的產(chǎn)品差異較大、微機保護的大量采用、新裝置的不斷推出和技術(shù)的保密等因素，改變了原來機電型、電磁型產(chǎn)品技術(shù)及性能確定而透明的狀態(tài)，各個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品都具有了很大的差異，使得繼電保護整定計算和調(diào)試人員難以準確的掌握保護裝置的功能和特點。此外，隨著今年電網(wǎng)改造的進行，資金投入的增加，電網(wǎng)中新型保護裝置更新速度加快，整定計算工作人員的繼電保護專業(yè)水平難以適應這些變化。因此，在整定計算之前，有關(guān)人員必須掌握擦用的保護裝置的特點和具有的基本功能以及廠家給出的整定要求，認證閱讀產(chǎn)品說明書。了解保護的平面布置圖、二次回路接線圖、保護原理圖等圖紙材料。 第3章 LZ-22阻抗繼電器的應用研究 3

44、.1 LZ-22阻抗繼電器的用途LZ-22型阻抗繼電器，為特性向第三象限偏移的阻抗繼電器改變XS(QP)鏈接片的位置，可改為向第三象限拋球，用于中性點非直接或間接接地系統(tǒng)的距離保護中，作為測量元件或啟動元件。3.2 LZ-22阻抗繼電器的工作原理該型繼電器采用整流型原理構(gòu)成，為嵌入式插件結(jié)構(gòu)。繼電器原理接線如圖3-1所示：繼電器是比較兩個電氣量絕對值的大小構(gòu)成，動作方程式為： UL1-UT+UT+UL2KUL1-UT-UT+UL2K (3-1)式中，UL1，UL2方向相同，K為一比例系數(shù)。當UL1-UT與UT+UL2K夾角為90°，方程式變?yōu)椋?UL1-UT+UT+UL2K=UL1-

45、UT-UT+UL2K (3-2) 式（3.2）中，等式左邊為動作量，等式右邊為制動量，此時繼電器處于臨界工作狀態(tài)，向量關(guān)系如圖3-2。圖3.1中，UL1，UL2為電抗變壓器TL（DKB）的補償電壓，與測量電流成一定比例關(guān)系且轉(zhuǎn)動一定角度; UT為整定變壓器二次電壓，他與測量電壓Um成一定比例且相位相同。 圖3-2 邊界條件下相量圖 在R、X坐標平面上，可變相量的軌跡如圖3-3（a）、（b）、（c）所示： (a) (b) (c)(a) 邊界條件UL1-UT+UT+UL2K=UL1-UT-UT+UL2K，夾角=90°；(b) 動作狀態(tài)UL1-UT+UT+UL2K>UL1-UT-UT

46、+UL2K, 夾角<90°；（c）制動狀態(tài)UL1-UT+UT+UL2KUL1-UT-UT+UL2K， 夾角>90° 圖3-3(a)為邊界條件下一特性圓；圖3-3（b），可變相量端在圓內(nèi)為動作狀態(tài)；圖3-3（c），可變相量端在圓外為制動狀態(tài)。 由圖3-3可看出，方程式（3-1）可變相量的軌跡為一包括坐標原點的圓。3.3 LZ-22阻抗繼電器的組成 LZ-22阻抗繼電器由交流形成回路、整流比相回路、執(zhí)行回路三部分組成。3.3.1 交流形成回路交流形成回路，產(chǎn)生如下交流電壓。(1) 電壓UT=KTUm，UTK與UT的比值是整定變壓器T（YB）的二次電壓，它與繼電器端子

47、Um保持一定比例關(guān)系，且相位一致，T次級若干抽頭用來改變變比KT，以獲得不同的整定值。T另外兩個二次繞組取出與UT同相的UTK電壓。(2) 電壓UL1=KLIm，UL1K與UL1的比值由一個具有氣隙的電抗變壓變壓器TL的一個次級取得。由TL次級兩個繞組取得。TL次級的移相繞組接一個固定電阻R，使繼電器靈敏角為70°，此回路中還串接一組正反方向并聯(lián)的二極管，使其在較小電流下，靈敏角的保持不變。 3.3.2 整流比相回路 整流比相回路采用半波均壓式。由VD1VD4（BZ1BZ4）四只二極管組成雙半波整流回路，R1R4電阻接入后，為執(zhí)行元件快速動作創(chuàng)造條件，4個電容C1C4接入可提高繼電器

48、靈敏度，并減少執(zhí)行元件觸點抖動。 現(xiàn)將繼電器動作方程式（3.1）中，UL1-UT與UT+UL2K分別用U1、U2代替，并用E1、E2代替U1+U2和UI-U2,則式（3.1）變?yōu)椋?E1E2 （3.3）整流比相回路，可用等效電路圖3-4分析說明。圖中U1、U2為比較電路的輸入量(相位比較量)；R1上的電壓降、R2上的電壓降為正時，繼電器動作。R1=R2代替執(zhí)行元件繞組電阻。 圖3-4 比較回路等效電路設(shè)U1>U2，為U1和U2的夾角。根據(jù)圖示極性，E1=U1+U2,E2=UI-U2。當變化時，繼電器線圈上得到脈沖寬度分析如下（見圖3-5）。1. =0°，E1和E2相量關(guān)系如圖所

49、示。在正半周時，E1和E2同極性，如圖3-5(a)所示。E1產(chǎn)生的電流i1在R1上產(chǎn)生正向電壓降i1R1，E2產(chǎn)生的電流i2在R1上產(chǎn)生反向電壓降i2R1.在負半周時，E1和E2同時反極性。E1長生的電流I1在R2上產(chǎn)生正向電壓降I1R2，E2產(chǎn)生的電流I2在R2上產(chǎn)生反向電壓降I2R2.執(zhí)行元件線圈上的電壓為R1，R2電壓降的代數(shù)和。由于E1>E2，故在180°范圍內(nèi)，執(zhí)行元件線圈上正脈沖也是180°圖3-5（a）。 (a)2. =180°，E1和E2的相量關(guān)系如圖所示。正負半周時，E1、E2在R1和R2上產(chǎn)生的電壓降的正負極性與=0°時相同，但

50、由于E1<E2，所以在180°范圍內(nèi)，UR為負脈沖的寬度也是180°圖3-5（b）。3. =90°時，E1、E2的相量關(guān)系如圖3-5（c）所示。E2超前E1角 ，且E1=E2。從波形圖可以看到，UR為正、負脈沖的寬度各是90°。 (c) 為其他角度時，用同樣的方法可以分析，執(zhí)行繼電器線圈上電壓UR為正、負脈沖的寬度是多少，UR與的關(guān)系曲線如圖3-6所示。由圖可見，只有當-90°小于等于小于等于90°時，UR為正脈沖的寬度才等于或大于90°。圖3-6 UR的正負脈沖寬度與的關(guān)系曲線 當U1<U2時，也可以得到同樣的

51、結(jié)論。3.3.3 執(zhí)行回路執(zhí)行元件為極化繼電器，二個繞組分別接于整流回路直流側(cè)。若改變XS連接片的位置，可使繼電器的特性圓會向第一象限偏移。其動作方程式為： UL1-UT+UT+UL2KUL1-UT-UT+UL2K (3.4)臨界條件下，繼電器的動作特性如圖3-7所示: 圖3-7 臨界條件特性圖第4章 LZ-22阻抗繼電器的特性校驗和方案設(shè)計 4.1 LZ-22阻抗繼電器特性檢驗項目和要求 LZ-22阻抗繼電器的特性中，動作阻抗特性尤為重要，其檢驗項目有:一般性檢驗、執(zhí)行元件動作電流和返回電流檢驗、整定變壓器T抽頭正確性檢驗、電抗變壓器TL的檢驗、最大靈敏角及動作阻抗特性ZOP=F（）試驗、最小整定值誤差的測試、動作阻抗整定、錄制動作阻抗特性曲線ZOP=并確定精確工作電流、動作時間測量。 一、一般性檢驗1.外部檢查在新安裝和定期檢驗時，對繼電器進行外部檢查的內(nèi)容和要求如下：1. 繼電器外殼應清潔無灰塵2. 外殼、玻璃應完整，嵌接要良好3. 外殼與底座接合應緊密牢固，防塵密封應良好，安裝要端正4. 繼電器端子接線應牢固可靠2.內(nèi)部和機械部分檢查繼電器在新安裝和定期檢查時，其內(nèi)部及機械部分檢查項目和要求為:1. 繼電器內(nèi)部應清潔，無灰塵和油污2. 對于圓盤式和四級圓筒式感應行繼電器，當發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)動部分轉(zhuǎn)動不靈活或其他異?，F(xiàn)象。同時還