線路的距離保護(hù)

1、第五章 電網(wǎng)的距離保護(hù)第一節(jié) 距離保護(hù)的工作原理 電流、電壓保護(hù)具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠性高的突出優(yōu)點(diǎn)，但是，它們存在保護(hù)范圍、靈敏性受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化影響較大的缺點(diǎn)，尤其是在長(zhǎng)距離重負(fù)荷的輸電線路上以及長(zhǎng)線路保護(hù)與短線路保護(hù)的配合中，往往不能滿足靈敏性的要求；此外，在多電源環(huán)形網(wǎng)系統(tǒng)中，選擇性也不能滿足要求。因此，電壓等級(jí)在110kv以上、運(yùn)行方式變化較大的多電源復(fù)雜電網(wǎng)，構(gòu)成保護(hù)時(shí)通常要求采用性能更加完善的距離保護(hù)裝置。一、距離保護(hù)的基本概念 由于電流、電壓保護(hù)所反應(yīng)的電氣量隨系統(tǒng)運(yùn)行方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、短路形式的改變而變化，使得它們的保護(hù)功能難以滿足系統(tǒng)發(fā)展的要求。 如圖5-1所示，距離保護(hù)是反

2、應(yīng)被保護(hù)線路阻抗大小進(jìn)行工作的，該阻抗是由被保護(hù)線路始端測(cè)量電壓與測(cè)量電流的比值來反應(yīng)，稱為測(cè)量阻抗Zm 。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的測(cè)量阻抗Zm是負(fù)荷阻抗ZL，它是額定電壓和線路負(fù)荷電流之比，值較大。當(dāng)線路發(fā)生短路時(shí)測(cè)量阻抗Zm反應(yīng)短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的線路阻抗Zk，它與距離成正比，值較小，而且短路點(diǎn)愈靠近保護(hù)安裝處，母線殘壓愈低，短路電流愈大，其比值Zm愈小，保護(hù)愈先動(dòng)作。測(cè)量阻抗Zm的大小，反應(yīng)了短路點(diǎn)的遠(yuǎn)近，當(dāng)Zm小于保護(hù)范圍末端的整定阻抗Zset而進(jìn)入動(dòng)作區(qū)時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。因此，距離保護(hù)是以測(cè)量阻抗的大小來反應(yīng)短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離，并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近確定動(dòng)作時(shí)限的一種保護(hù)。使距離保護(hù)剛好動(dòng)作的

3、最大測(cè)量阻抗稱為動(dòng)作阻抗或起動(dòng)阻抗，用ZOP表示。由于距離保護(hù)反應(yīng)的參數(shù)是阻抗，故又被稱為阻抗保護(hù)。因線路阻抗只與系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下短路時(shí)電壓、電流的比值有關(guān)，而與短路電流的大小無關(guān)，所以距離保護(hù)基本不受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響。 二、距離保護(hù)的時(shí)限特性 距離保護(hù)動(dòng)作時(shí)間t與保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)之間距離l的關(guān)系 ，稱為距離保護(hù)的時(shí)限特性。為了滿足速動(dòng)性、選擇性、靈敏性的要求，目前距離保護(hù)廣泛采用具有三段動(dòng)作范圍的階梯時(shí)限特性，如圖5-1所示，t>t>t，分別稱為距離、 段。它與三段式電流保護(hù)的時(shí)限特性相類似。 以圖5-1中保護(hù)1為例， 距離保護(hù)1理想的保護(hù)范圍是線路AB全長(zhǎng)，為此，其

4、第段的動(dòng)作阻抗應(yīng)整定為。當(dāng)下一線路BC出口k點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)1測(cè)量阻抗Zm 大于動(dòng)作阻抗，處于距離段保護(hù)范圍以外，保護(hù)1不動(dòng)作。然而，實(shí)際中存在動(dòng)作阻抗的計(jì)算誤差、電壓和電流互感器的誤差以及短路時(shí)暫態(tài)過程的影響，使保護(hù)1因測(cè)量阻抗Zm小于動(dòng)作阻抗， 而越級(jí)誤動(dòng)作，失去選擇性。為使保護(hù)1在下一線路出口短路時(shí)具有選擇性，只有降低動(dòng)作阻抗，縮小保護(hù)范圍，滿足 ，計(jì)及上述各種誤差，動(dòng)作阻抗應(yīng)按整定 。這樣，距離保護(hù)1的第段只能保護(hù)AB線路全長(zhǎng)的8085，在此范圍內(nèi)，保護(hù)1距離段具有選擇性，應(yīng)該瞬時(shí)動(dòng)作， 是保護(hù)裝置的固有動(dòng)作時(shí)限，如圖5-1所示。 為了切除本線路末端1520范圍內(nèi)的故障，相似于三段式電流

5、保護(hù)的考慮，保護(hù)1還應(yīng)裝設(shè)距離段。為了保證選擇性，保護(hù)1距離段保護(hù)范圍必然伸入下一級(jí)線路，并與下一級(jí)線路保護(hù)2的保護(hù)范圍部分重疊，為使保護(hù)1動(dòng)作具有選擇性，并力求動(dòng)作時(shí)限最短，為此，保護(hù)1距離第段不應(yīng)超過保護(hù)2距離段的保護(hù)范圍，即動(dòng)作阻抗按整定；動(dòng)作時(shí)限還應(yīng)與保護(hù)2距離段動(dòng)作時(shí)限配合且大一個(gè)時(shí)限級(jí)差t ，即保護(hù)1距離段動(dòng)作時(shí)限按整定 ，如圖5-1所示 。如此，可使保護(hù)1距離、段在時(shí)間內(nèi)切除被保護(hù)線路任一點(diǎn)的故障，滿足速動(dòng)性要求。 距離段和段互相配合，構(gòu)成本線路（110kV）的主保護(hù)。 為了作相鄰下一線路保護(hù)和本線路主保護(hù)的后備保護(hù)，還應(yīng)設(shè)置距離第 段保護(hù)。距離第 段保護(hù)的保護(hù)范圍較大，其動(dòng)作阻

6、抗應(yīng)按躲過正常負(fù)荷阻抗等條件整定；動(dòng)作時(shí)限按階梯時(shí)限原則整定，即動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比本線路及相鄰線路中保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)時(shí)限級(jí)差t，如圖5-1所示 。 三、距離保護(hù)的原理框圖 圖5-2所示為三段式距離保護(hù)原理框圖，它由三部分組成。各部分的組成與作用如下： 起動(dòng)部分 起動(dòng)部分的主要元件可以是電流繼電器、阻抗繼電器、負(fù)序電流電流繼電器或負(fù)序、零序電流增量電流繼電器。以往的距離保護(hù)，起動(dòng)元件采用電流繼電器或阻抗繼電器。目前，為了提高起動(dòng)元件的靈敏性及保護(hù)可能誤動(dòng)時(shí)兼起閉鎖作用，大多采用反應(yīng)負(fù)序電流或負(fù)序電流與零序電流的復(fù)合電流或其增量的電流繼電器KAN作為起動(dòng)元件。正常運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)部分的起動(dòng)元件KAN

7、不起動(dòng)，三段式距離保護(hù)不投入工作。線路短路時(shí)，起動(dòng)元件KAN解除整套保護(hù)的閉鎖，使其投入工作。起動(dòng)部分的作用是判別線路是否發(fā)生短路、保護(hù)是否應(yīng)該投入工作。 測(cè)量部分 測(cè)量部分的核心是具有方向性的阻抗繼電器或無方向性的阻抗繼電器與功率方向元件的組合。其作用是利用阻抗繼電器KI測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離。 邏輯部分 邏輯部分主要由門電路和時(shí)間電路組成。它的作用是根據(jù)阻抗繼電器測(cè)量及起動(dòng)元件輸出結(jié)果，決定是否應(yīng)該跳閘、以什么時(shí)間跳閘。 測(cè)量部分是距離保護(hù)的核心。 三段式距離保護(hù)工作情況分析：（1）正常運(yùn)行情況下，線路沒有負(fù)序電流I2，起動(dòng)元件KAN無輸出，閉鎖整套保護(hù)。（2）發(fā)生短路時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序電

8、流I2，KAN起動(dòng)整套保護(hù)。如果短路點(diǎn)在段保護(hù)范圍內(nèi)（也屬于、段的范圍），0.1s內(nèi)，時(shí)間電路KT1 無信號(hào)輸出，禁止門A1開放，允許距離段跳閘，與此同時(shí)，、段公用阻抗繼電器1、2KI未經(jīng)切換繼電器KCH段別切換而處于段位置，1、2KI與段阻抗繼電器3KI同時(shí)起動(dòng)，與門A2、A3 有輸出，由于時(shí)間電路KT2 、KT3 的時(shí)限 t、t 長(zhǎng)，則1、2KI的輸出經(jīng)與門A2、禁止門A1、信號(hào)繼電器1KS、或門O瞬時(shí)跳閘。如短路點(diǎn)在段保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，阻抗繼電器3KI起動(dòng)，0.1s后，時(shí)間電路KT1一方面起動(dòng)切換繼電器KCH，切換阻抗繼電器1、2KI至段，另一方面經(jīng)禁止門A1閉鎖距離段的瞬時(shí)跳閘回路，因t&

9、lt; t，阻抗繼電器1、2KI的輸出經(jīng)與門A2、時(shí)間電路KT2 、信號(hào)繼電器2KS、或門O ，以t 時(shí)限跳閘。當(dāng)短路點(diǎn)在段保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，時(shí)間阻抗繼電器3KI起動(dòng)，t時(shí)限到達(dá)后，經(jīng)與門A3、時(shí)間電路KT3、信號(hào)繼電器3KS、或門O跳閘。第二節(jié) 阻抗繼電器 按測(cè)量阻抗原理工作的繼電器叫做阻抗繼電器，它是距離保護(hù)中的核心元件。阻抗繼電器的主要作用是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的線路阻抗，并與整定阻抗進(jìn)行比較，以確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。一、阻抗繼電器的構(gòu)成方式 構(gòu)成阻抗繼電器的方式按輸入電氣量的多少可分為單相式和多相式兩種。輸入電氣量只是一個(gè)電壓（相電壓或線電壓）和一個(gè)電流（相電流或兩相電流之差）的阻抗繼電

10、器，稱為單相式或第類阻抗繼電器，其動(dòng)作特性可以在阻抗復(fù)數(shù)平面上表示出來；輸入幾個(gè)電壓、電流或其組合構(gòu)成的，稱為多相式（多相補(bǔ)償式）或第類阻抗繼電器，其動(dòng)作特性不能直接在阻抗復(fù)數(shù)平面上表示出來。目前常用的阻抗繼電器多為單相式阻抗繼電器。 單相式阻抗繼電器輸入的電壓、電流取自被保護(hù)線路始端母線電壓互感器TV和線路電流互感器TA的二次側(cè)，其比值就是測(cè)量阻抗Zm，即 （5-1）式中 保護(hù)安裝處一次側(cè)母線電壓； 被保護(hù)線路一次側(cè)電流； nTV 電壓互感器變比； nTA 電流互感器變比； Zk 一次側(cè)測(cè)量阻抗。 線路的測(cè)量阻抗可以用復(fù)數(shù)的形式表示為Zm = Rm + jXm，因此，可以利用復(fù)數(shù)平面分析繼電

11、器測(cè)阻抗Zm的動(dòng)作特性。二、阻抗繼電器的動(dòng)作特性分析圖5-3（a）所示網(wǎng)絡(luò)中，線路AB、BC的阻抗角K相等?，F(xiàn)以BC線路上保護(hù)2為例來說明其動(dòng)作特性。假定電流的正方向規(guī)定為由母線指向線路，當(dāng)正方向發(fā)生短路時(shí)，距離保護(hù)2的測(cè)量阻抗Zm=Rm+ jXm隨著短路點(diǎn)的不同，它在第一象限的直線BC上變化；反方向短路時(shí)，Zm在第三象限。正向測(cè)量阻抗與R軸的夾角即是線路阻抗角k。保護(hù)2距離段的整定阻抗，整定阻抗角set =k，則阻抗繼電器的動(dòng)作特性就是一條位于BC上的直線，其保護(hù)范圍就是幅值和相位確定的動(dòng)作特性直線，如圖5-3（b）所示。短路時(shí)，測(cè)量阻抗Zm落在上，則阻抗繼電器動(dòng)作；反之，阻抗繼電器不動(dòng)作。

12、然而，在BC線路的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路時(shí)，假如短路點(diǎn)伴隨有過渡電阻Rtr，將使繼電器的測(cè)量阻抗Zm落在其動(dòng)作特性直線范圍以外，導(dǎo)致阻抗繼電器不能動(dòng)作，如圖5-3（b）所示。此外，由于電流、電壓互感器及繼電器存在角度誤差，也會(huì)使阻抗繼電器因測(cè)量阻抗Zm超出其動(dòng)作特性直線而拒動(dòng)。為了保證阻抗繼電器在其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生實(shí)際可能的短路時(shí)都能正確動(dòng)作，應(yīng)擴(kuò)大動(dòng)作范圍，將動(dòng)作特性由一條直線擴(kuò)大為包含該直線的一個(gè)面積，如圓形、橢圓形、四邊形等。常見的動(dòng)作特性為圓形，其中以整定阻抗幅值為直徑，圓周過阻抗復(fù)平面坐標(biāo)原點(diǎn)的圓，稱方向阻抗特性圓，如圖5-3（b）曲線1所示；以整定阻抗幅值為半徑，圓心位于坐標(biāo)原點(diǎn)的圓，稱

13、全阻抗特性圓，如圖5-3（b）曲線3所示；圓心偏離原點(diǎn)，且圓心處于整定阻抗反向延長(zhǎng)線的圓，稱偏離特性阻抗圓，如圖5-3（b）曲線2所示；圖5-3（b）曲線4所示為直線特性。此外，較復(fù)雜的四邊形、橢圓形等特性也在集成電路和微型機(jī)繼電保護(hù)中得到應(yīng)用。 利用復(fù)數(shù)平面分析單相式和直線特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性，可以容易地確定動(dòng)作方程、擬定原理接線方案或構(gòu)成邏輯關(guān)系。阻抗繼電器的動(dòng)作特性分析中，常常采用幅值比較式和相位比較式兩種原理。（一） 偏移特性的阻抗繼電器1. 幅值比較式如圖（5-4）所示，幅值比較式偏移特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性，是以整定阻抗Zset與反向偏移-Zset（1，）的幅值之和Zset +

14、Zset為直徑的圓，圓心坐標(biāo)為，半徑為。保護(hù)安處在原點(diǎn)，圓內(nèi)是動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)。為偏移特性阻抗繼電器的偏移度。當(dāng)測(cè)量阻抗Zm落在圓周上時(shí)，繼電器處于動(dòng)作區(qū)邊界恰好動(dòng)作，只要Zm落在圓內(nèi)，繼電器動(dòng)作；反之，繼電器不動(dòng)作，動(dòng)作既有方向性，又沒有完全的方向性，例如在反向出口短路，也能動(dòng)作，故稱其為具有偏移特性的阻抗繼電器。使用時(shí)，考慮互感器的誤差，通常取偏移度= 0.10.2，以消除方向阻抗繼電器的死區(qū)。偏移特性阻抗繼電器的偏移度0<<1。 幅值比較原理的園特性阻抗繼電器，分析其動(dòng)作特性時(shí)應(yīng)求出圓心坐標(biāo)和半徑。按幅值比較原理分析圖5-4（a）所示的動(dòng)作特性，其動(dòng)作區(qū)的動(dòng)作方程為 （

15、5-2） 將圓心坐標(biāo)Z0，代入式（5-2），可得 （5-3）繼電器整定阻抗的實(shí)現(xiàn)，是通過其內(nèi)部整定變壓器（電壓變換器）TV變比和電抗變換器TL的轉(zhuǎn)移阻抗的調(diào)整與組合來完成，故繼電器整定阻抗可以表達(dá)為，考慮，用乘式（5-3）兩端，可得以電壓表示的動(dòng)作方程 （5-4）2. 相位比較式 按相位比較原理分析具有偏移特性阻抗繼電器的動(dòng)作方程，根據(jù)圖5-4（b）所示可得 （5-5） 可知，動(dòng)作特性是以向量的末端為直徑的圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)?？紤]，分子、分母同乘，可得電壓表示的動(dòng)作方程 （5-6）如圖5-5中，將取自互感器二次側(cè)的電壓 和電流接入阻抗繼電器的整定變壓器TV 和電抗變換器TL，在其二次側(cè)分別得到電

16、壓，再根據(jù)比幅式動(dòng)作方程構(gòu)成測(cè)量部分實(shí)現(xiàn)電路，如圖5-5（a）所示；根據(jù)比相式動(dòng)作方程構(gòu)成測(cè)量部分實(shí)現(xiàn)電路，如圖5-5（b）所示 。（二） 全阻抗繼電器偏移特性阻抗繼電器的偏移度= 1，就是全阻抗特性繼電器。1. 幅值比較式使式（5-3）中偏移度= 100=1，其幅值比較式動(dòng)作方程為 （5-7）圓半徑為，圓心為原點(diǎn)，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)。動(dòng)作特性如圖5-6（a）所示，為全阻抗特性圓，保護(hù)安裝處位于原點(diǎn)。只要測(cè)量阻抗Zm落在圓內(nèi)，繼電器就能動(dòng)作，與Zm的方向即相位角無關(guān)，因此稱之為全阻抗特性圓阻抗繼電器。 由于繼電器輸入的電氣量是電壓、電流，考慮到，在式（5-7）兩端同乘以可得幅值比較式全阻抗繼電器測(cè)量

17、部分實(shí)現(xiàn)電路的動(dòng)作方程 （5-8）在圖5-5（a）中，取= 1，可得比幅式全阻抗繼電器測(cè)量部分的實(shí)現(xiàn)電路。2. 相位比較式用相位比較原理分析全阻抗繼電器的動(dòng)作特性。由式（5-5），考慮偏移度= 1，則動(dòng)作方程為 （5-9）動(dòng)作特性是以向量的端點(diǎn)為直徑的圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，如圖5-6（b）所示。用比相電壓表示的動(dòng)作方程為 （5-10）在圖5-5（b）中，取= 1，可得比相式全阻抗繼電器測(cè)量部分的實(shí)現(xiàn)電路。 （三）、方向阻抗繼電器偏移特性阻抗繼電器的偏移度= 0，即為方向阻抗特性繼電器。1. 幅值比較式在式（5-3）中，偏移度= 0，可得方向阻抗特性繼電器幅值比較式動(dòng)作方程為 （5-11）圓半徑為，

18、圓心為向量的端點(diǎn)。動(dòng)作特性如圖5-7（a）所示。保護(hù)安裝處位于坐標(biāo)原點(diǎn)，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為非動(dòng)作區(qū)，圓周是動(dòng)作邊界。當(dāng)測(cè)量阻抗Zm落在圓周和圓內(nèi)，繼電器動(dòng)作；否則，不動(dòng)作。如保護(hù)背后發(fā)生短路時(shí)，Zm在第三象限，處于動(dòng)作特性圓外，繼電器不動(dòng)作，其動(dòng)作特性具有方向性，故稱之為方向圓特性阻抗繼電器。 如圖5-7所示， 當(dāng)測(cè)量阻抗Zm落在圓周上時(shí)，Zm即為繼電器的動(dòng)作阻抗ZOP，ZOP隨加入繼電器的電壓和電流間相角差m的改變而變化。當(dāng)m等于整定阻抗的阻抗角k時(shí)，動(dòng)作阻抗ZOP達(dá)到最大，與Zset相等，此時(shí)，阻抗繼電器的保護(hù)范圍最大，工作最靈敏。因此，這個(gè)角度稱為繼電器的最靈敏角，以sen表示。為使繼

19、電器工作在最靈敏角的條件下，應(yīng)調(diào)整繼電器的最靈敏角sen接近或等于線路阻抗角k?？紤]式（5-4）中，偏移度= 0，可得以電壓表示的方向阻抗繼電器動(dòng)作方程 （5-12）在圖5-5（a）中，取= 0，可得比幅式方向阻抗繼電器測(cè)量部分的實(shí)現(xiàn)電路。方向阻抗繼電器動(dòng)作特性，也可用相位比較原理進(jìn)行分析。2. 相位比較式由式（5-5），偏移度= 0，可得比相式方向阻抗繼電器的動(dòng)作方程 （5-13）可知，動(dòng)作特性也是以Zset為直徑的圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，如圖5-7（b）所示。由式（5-6），偏移度= 0，得出電壓表示的比相式動(dòng)作方程 （5-14）在圖5-5（b）中，取= 0，可得比相式方向阻抗繼電器測(cè)量部分的實(shí)

20、現(xiàn)電路。 （四）拋球特性阻抗繼電器 圖5-8所示為阻抗繼電器拋球動(dòng)作特性。保護(hù)安裝處在原點(diǎn)，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，且ZA、ZB已知。對(duì)圖5-8（b）分析可知，拋球動(dòng)作特性相位比較式動(dòng)作方程為 （5-15）動(dòng)作特性為以向量ZA、ZB的端點(diǎn)為直徑的圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)。圖5-8（a）所示拋球動(dòng)作特性的幅值比較式動(dòng)作方程為 （5-16） （五）直線特性阻抗繼電器如圖5-9所示為幾種直線特性阻抗繼電器，其陰影部分為動(dòng)作區(qū)，它們的動(dòng)作特性既可用幅值比較，也可用相位比較原理來分析。下面采用幅值比較原理分析直線特性阻抗繼電器、電抗特性阻抗繼電器、功率方向繼電器的動(dòng)作特性。相位比較原理的特性分析可參考前述方法進(jìn)行。按幅值

21、比較原理分析直線特性阻抗繼電器的動(dòng)作特性，由圖5-9（a）分析，可得出動(dòng)作方程 （5-17）動(dòng)作區(qū)為2Zset的中垂線，方向指向原點(diǎn)。 根據(jù)圖5-9（b）分析，可知比幅式電抗特性阻抗繼電器動(dòng)作方程為 (5-18)動(dòng)作區(qū)為2Xset的中垂線，方向指向原點(diǎn)。根據(jù)圖5-9（c）分析，可知比幅式功率方向繼電器的動(dòng)作方程為 (5-19)動(dòng)作區(qū)為向量-Zset、Zset末端連線的中垂線，方向指向Zset。 （六）方向阻抗繼電器動(dòng)作特性的擴(kuò)展橄欖形和蘋果形動(dòng)作特性 前述相位比較式方向阻抗繼電器的動(dòng)作方程表達(dá)式為 （5-20）其動(dòng)作特性如前圖5-7（b）所示，按相位比較原理而言，繼電器處于動(dòng)作邊界時(shí)，Zm Z

22、m超前Zm的相角為 90°，等于其相鄰角，即直徑Zset所對(duì)的圓周角。若圓周角所對(duì)的是小于直徑的一條弦，此時(shí)圓周角將大于或小于90°，對(duì)應(yīng)的相鄰角 也將小于或大于90°。當(dāng) 90°時(shí)，動(dòng)作特性改變?yōu)?(5-21)在阻抗復(fù)平面上的特性曲線如圖5-10（a）所示，由帶斜線的兩圓弧組成，特性曲線所包圍面積是兩個(gè)相交圓的相交部分，形似橄欖，因而稱橄欖形動(dòng)作特性，所構(gòu)成的繼電器也被稱為橄欖形特性阻抗繼電器。當(dāng)時(shí)，其動(dòng)作特性將為如圖5-10（b）所示帶斜線的兩圓弧組成，形如蘋果，因而稱蘋果形特性阻抗繼電器，其動(dòng)作方程表達(dá)式為 (5-22)三、方向阻抗繼電器的死區(qū)及其

23、消除方法 產(chǎn)生死區(qū)的原因前面分析了單相式阻抗繼電器圓特性和直線特性的動(dòng)作方程，而按上述原理構(gòu)成的方向阻抗繼電器在實(shí)際工作中，當(dāng)保護(hù)正方向出口發(fā)生三相短路時(shí)，故障點(diǎn)相間殘壓接近于零，加入繼電器的電壓或小于繼電器動(dòng)作所需最小電壓時(shí)，方向阻抗繼電器將不能動(dòng)作。因此，把短路時(shí)方向阻抗繼電器不能動(dòng)作的一定區(qū)域稱為方向阻抗繼電器的死區(qū)。 對(duì)于按幅值比較原理構(gòu)成的方向阻抗繼電器，其動(dòng)作方程為 ，當(dāng)時(shí)，變?yōu)?，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，繼電器不能動(dòng)作。對(duì)于按比相原理構(gòu)成的方向阻抗繼電器，動(dòng)作方程為式（5-14），當(dāng)時(shí)，由于進(jìn)行比相的兩個(gè)電壓中有一個(gè)為零，因而無

24、法比相，繼電器不動(dòng)作。 消除死區(qū)的方法 為了減小和消除繼電器的死區(qū)，通常在方向阻抗繼電器的兩個(gè)電壓比較量中引入相等極化電壓。為了不影響繼電器的動(dòng)作特性, 應(yīng)與同相位；保護(hù)安裝處出口短路時(shí)，極化電壓應(yīng)不為零或能保持一段時(shí)間。 通常引入極化電壓的方法如下： （1）記憶回路，如圖5-11（a）所示。記憶回路由R、L、C組成50HZ 工頻串聯(lián)諧振回路，諧振回路在正常情況下呈電阻性，回路中與及在電阻上的壓降同相，因此以代替或作為極化電壓接入繼電器，繼電器的特性不會(huì)改變。當(dāng)相間短路時(shí)，電壓突然由正常值降為零，諧振狀態(tài)的回路電流不能突然消失，要按回路的自由振蕩頻率經(jīng)過幾個(gè)周波后逐漸衰減到零?；芈分须娮枭系膲?/p>

25、降也以的變化規(guī)律衰減到零，如圖5-11（b）所示。在此過程中保持短路前的相位，因而具有“記憶作用”，該回路稱為“記憶回路”。在失去記憶作用以前，繼電器可以進(jìn)行相位或幅值比較，從而消除出口短路的死區(qū)以及保證反方向出口短路時(shí)不失去方向性?！坝洃浕芈贰狈€(wěn)態(tài)諧振頻率與暫態(tài)諧振頻率不同，為使阻抗繼電器的動(dòng)作特性受頻率變化的影響較小，一般快速動(dòng)作的方向阻抗繼電器按的條件選擇“記憶回路”元件參數(shù)，而對(duì)動(dòng)作較慢的保護(hù)，則按的條件選擇。 （2）引入非故障相電壓。在保護(hù)安裝處正方向出口發(fā)生各種相間短路時(shí)，故障相間電壓降低為零，隨之，而非故障相相間電壓仍然很高。將非故障相電壓引入作為極化電壓接入繼電器，即可消除記憶

26、作用消失后，保護(hù)安裝處正方向出口兩相短路的死區(qū)；此外，還可防止反方向出口兩相短路時(shí)的誤動(dòng)作。第三節(jié) 整流型方向阻抗繼電器的接線和特性分析 一、原理接線圖5-12所示為常用的幅值比較式整流形方向阻抗繼電器原理接線圖。它由電抗變換器 TL、電壓變換器TV、極化變壓器TP和幅值比較回路組成。圖示繼電器是距離保護(hù)、段的測(cè)量元件，它反應(yīng)線路中A、B相間短路，接入繼電器的電流為，電壓為。 正常運(yùn)行時(shí)，切換繼電器KCH帶電，其處于閉合狀態(tài)的常開觸點(diǎn)接通第段整定阻抗；短路后，KCH失磁，經(jīng)過第段允許跳閘時(shí)間的延時(shí)，由KCH觸點(diǎn)切換到第段整定阻抗。一般第段允許跳閘時(shí)間為0.1s 。、經(jīng)過電抗變換器 TL和電壓變

27、換器TV，得到電壓 、，為實(shí)數(shù)。從R、C、L組成的串聯(lián)諧振記憶回路中取接入極化變壓器TP，其副邊N2、N3 輸出與同相位的兩個(gè)等幅極化電壓（也稱插入電壓），插入幅值比較回路。 以極化電壓作為參考電壓，由圖5-12所示極性，可寫出幅值比較回路的兩個(gè)電壓 （5-23）為動(dòng)作量，為制動(dòng)量，當(dāng)時(shí)繼電器動(dòng)作。 二、動(dòng)作特性分析 （一）幅值比較式 在方向阻抗繼電器動(dòng)作方程式（5-12）兩端同乘以2，動(dòng)作方程關(guān)系不變，即 （5-24）若為動(dòng)作量，為制動(dòng)量，則有 （5-25）動(dòng)作。將式（5-23）等值變形為 （5-26）比較式（5-25）和式（5-26）可知，式（5-26）多一項(xiàng)。如果按式（5-26）構(gòu)成的幅

28、值比較式阻抗繼電器和按式（5-25）構(gòu)成的方向阻抗繼電器，具有相同的動(dòng)作特性，則該繼電器就是方向阻抗繼電器。分析圖5-13（a）可知，穩(wěn)態(tài)時(shí)，和同相位，當(dāng)位于動(dòng)作特性圓的邊界上時(shí)，。 可以證明，、分別插入后得到的四邊形MNP0為等腰梯形，它的兩個(gè)對(duì)角線相等，即，因此，極化電壓的引入并不改變方向阻抗繼電器的穩(wěn)態(tài)特性，按式（5-26）構(gòu)成的阻抗繼電器是方向阻抗繼電器。 三、引入電壓的作用 （一）極化電壓的作用 從前面分析已知，在穩(wěn)態(tài)時(shí)不影響方向阻抗繼電器的特性；正方向出口三相短路時(shí)，若，起“記憶作用”。由圖5-14可知，在記憶過程中，動(dòng)作量始終大于制動(dòng)量，阻抗繼電器能夠可靠動(dòng)作，從而消除了死區(qū)。

29、（二）第三相電壓的作用 “記憶回路”能保證方向阻抗繼電器在暫態(tài)過程中正確動(dòng)作，但其作用時(shí)間有限，因此，應(yīng)引入第三相電壓，即非故障相電壓。通過高阻值電阻R5（約30k）接到“記憶回路”中C與L的連接線上，且與“記憶回路”并用，如圖5-11（a）及5-15（a）所示。正常時(shí)，R、L、C諧振回路中電壓較高，因?yàn)閄L=XC，所以有；由于R5為高阻值，故在R、C、R5回路中產(chǎn)生的電流很小，第三相電壓基本不起作用。 當(dāng)保護(hù)正方向出口AB兩相短路時(shí)， 記憶作用消失后，其等值電路如圖5-15（a）所示。由圖可知，5倍相電壓作用于AB相短接后和C相構(gòu)成的回路上，由于R5 阻值遠(yuǎn)大于回路中阻抗值（RjXC）jXL

30、 ，故回路主要呈電阻性，電流基本與所加電壓或同相位，且電壓主要降落在R5上，即。在兩支路中按阻抗成反比分配，在R、C支路中分配的電流為 （5-27）由上式可知，超前90°，即超前90°，其相量如圖5-15（b）所示。由圖可知，與短路前同相位，又因?yàn)?，所以，第三相電壓提供的極化電壓與短路前同相位。同樣，該電壓的存在可消除正方向出口兩相短路時(shí)繼電器動(dòng)作的死區(qū)。 第三相電壓的引入還能防止在反方向出口兩相短路時(shí)，因5倍非故障相電壓的作用而可能引起的繼電器誤動(dòng)作。其作用原理可結(jié)合圖5-16所示進(jìn)行具體分析，例如，當(dāng)反方向出口處發(fā)生AB兩相短路時(shí)，電壓互感器二次側(cè)接入繼電器的電壓等于零

31、，即，而非故障相和故障相間的電壓及為5倍相電壓。若電壓互感器二次負(fù)載不對(duì)稱，即 ZuvZvwZwu ，電壓互感器引至保護(hù)盤間的導(dǎo)線阻抗也不等，即ZuZvZw時(shí)，在及的作用下，電壓互感器二次側(cè)產(chǎn)生電流 、，其數(shù)值不等，且不對(duì)稱，則流入繼電器的電流、在、上的壓降也不等，從而使為任意值。因此，在記憶作用消失后,若0，則有，Zm 反應(yīng)為正方向出口短路阻抗，引起繼電器誤動(dòng)作。為此，由第三相電壓引入一個(gè)極化電壓,以抵消的作用，從而保證反方向短路時(shí)，保護(hù)可靠不動(dòng)。 (三)“記憶回路”對(duì)繼電器動(dòng)作特性的影響如前所述，方向阻抗繼電器引入“記憶回路”電壓后，其動(dòng)作方程 （5-28）在正常運(yùn)行和短路后的穩(wěn)態(tài)情況下，

32、和同相位，因此，動(dòng)作特性為圖5-7所示的方向阻抗圓特性，被稱為穩(wěn)態(tài)特性。但在發(fā)生短路的初瞬間，由于的記憶作用，將記憶短路前負(fù)荷狀態(tài)下母線電壓的相位，因此方向阻抗繼電器的動(dòng)作方程應(yīng)為 (5-29)式中為短路前負(fù)荷狀態(tài)下的母線電壓，是故障后的母線電壓，兩者相位不同，可見式（5-29）所表示的繼電器在短路初瞬間的動(dòng)作特性與穩(wěn)態(tài)時(shí)不同，因此，稱其為初態(tài)特性。 短路以后，有記憶作用的方向阻抗繼電器動(dòng)作特性隨著記憶作用的逐步消失，由初態(tài)特性逐步向穩(wěn)態(tài)特性過渡。由于初態(tài)特性的動(dòng)作方程含有多個(gè)變量，所以不能簡(jiǎn)單地只用Zm來表示，只能根據(jù)具體系統(tǒng)接線、參數(shù)和短路位置進(jìn)行分析。 正方向短路時(shí)的初態(tài)特性系統(tǒng)接線及相

33、關(guān)參數(shù)如圖5-17（a）所示，設(shè)互感器變比為1，則在K點(diǎn)短路時(shí)有 (5-30) (5-31) (5-32)計(jì)及 (5-33)將式（5-33）代入式（5-29），可得繼電器初態(tài)特性動(dòng)作方程 （5-34）如果短路前為空載，則，繼電器動(dòng)作方程為 （5-35）可知，動(dòng)作特性是以為直徑所作的圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，如圖5-17（b）所示。當(dāng)記憶作用消失以后，穩(wěn)態(tài)情況下繼電器的動(dòng)作特性仍是以Zset為直徑所作的圓，如圖5-17（b）所示。 正方向短路時(shí)，Zm為短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的線路阻抗Zk，其阻抗角為線路阻抗角k，若考慮短路點(diǎn)存在過渡電阻或串補(bǔ)電容的影響，Zm有可能進(jìn)入第象限，但絕不會(huì)出現(xiàn)負(fù)值而進(jìn)入第象限，因

34、此，動(dòng)作圓的有效區(qū)為圖5-17（b）所示陰影部分。動(dòng)作特性圓雖然包含第象限，但并不意味著會(huì)失去選擇性，因?yàn)槭剑?-35）是在保護(hù)正方向短路的條件下導(dǎo)出的，它不適用于保護(hù)反方向短路的情況。 可見，正方向短路時(shí)的繼電器初態(tài)特性，擴(kuò)大了動(dòng)作范圍，既有利于消除死區(qū)和減小過渡電阻的影響，而又不會(huì)失去方向性。 反方向短路時(shí)的初態(tài)特性系統(tǒng)接線及有關(guān)參數(shù)如圖5-18（a）所示，當(dāng)保護(hù)反方向K點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，流過保護(hù)的電流由對(duì)側(cè)電源提供，設(shè)電流正方向?yàn)槟妇€流向被保護(hù)線路，且，。 則有 （5-36）將和式（5-35）代人式（5-29），則繼電器初態(tài)特性動(dòng)作方程為 （5-37）如短路前空載在記憶作用消失前，繼電器動(dòng)作

35、方程為 (5-38)可知，繼電器初態(tài)特性為以為直徑所作的拋球圓，如圖5-18（b）所示，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)。以上的分析結(jié)果表明，反方向短路時(shí)繼電器的初態(tài)特性位于第象限，而實(shí)際上Zm測(cè)到的是-Zk，位于第象限，因此繼電器不會(huì)誤動(dòng)作，有明確的方向性。 四、阻抗繼電器的精確工作電流 以上分析阻抗繼電器的動(dòng)作特性都是基于理想情況，它所反應(yīng)的阻抗只與加入繼電器的電壓電流比值有關(guān)，而與電流的大小無關(guān)。但實(shí)際的阻抗繼電器必須考慮執(zhí)行元件起動(dòng)消耗的功率，晶體二極管的正向電壓降等因素，因此，其動(dòng)作方程應(yīng)為 （5-39）式中，U0表示繼電器動(dòng)作時(shí)克服功率消耗及整流二極管壓降所必須的電壓。一般選擇繼電器的最靈敏角sen等

36、于線路阻抗角k，當(dāng)線路上發(fā)生金屬性短路時(shí)，m=sen，式中各相量是同相位、代數(shù)和，考慮到 ， ，在動(dòng)作邊界有Zm =Zop，最終可以簡(jiǎn)化為 （5-40）考慮U0的影響后，根據(jù)式（5-40）作出Zset = f（Im）的關(guān)系曲線如圖（5-19）所示?？芍?，Im較小時(shí) 較大，繼電器實(shí)際動(dòng)作值Zop小于整定動(dòng)作值Zset，縮小了實(shí)際保護(hù)范圍。這將影響到與相鄰距離保護(hù)中阻抗元件的配合，甚至?xí)贡Ｗo(hù)無選擇性動(dòng)作。只有Im大到使，才能保證 Zop與Zset的誤差限制在一定范圍內(nèi)。因此，要求加入阻抗繼電器的電流滿足最小精確工作電流的要求。所謂最小精確工作電流（簡(jiǎn)稱精工電流），就是指當(dāng)繼電器的動(dòng)作阻抗Zop=

37、0.9Zset時(shí)，加入繼電器的最小測(cè)量電流，以Iaop表示。當(dāng)ImIaop，就可以保證動(dòng)作阻抗的誤差在10以內(nèi)，而此誤差在整定計(jì)算中選擇可靠系數(shù)時(shí)考慮。如Im過大使電抗變換器TL飽和時(shí)，轉(zhuǎn)移阻抗下降，則動(dòng)作阻抗Zop又將隨著Im的增大而減小，這同樣會(huì)增大誤差，因此設(shè)計(jì)電抗變換器TL時(shí)必須對(duì)飽和倍數(shù)提出要求。根據(jù)式（5-40）及精工電流的定義，并考慮，整理可得 （5-41）可知：最小精工電流Iaop與執(zhí)行元件的靈敏度U0成正比，與轉(zhuǎn)移阻抗成反比。因此，選擇較高靈敏度（U0較?。┑膱?zhí)行元件（如采用助磁繞組，可以降低精確工作電流），同時(shí)增大轉(zhuǎn)移阻抗（即電抗變換器TL電抗變換器TL一次繞組匝數(shù)在允許范

38、圍內(nèi)選取較多），就可以得到較小的Iaop，從而保證在最小短路電流時(shí)繼電器能正確工作。另外，增大也可采用在電抗變換器TL氣隙中插入玻鏌合金片的方法，當(dāng)Im大時(shí)，玻鏌合金片因飽和而不起作用，當(dāng)Im小時(shí)，它將使電抗變換器TL磁阻減小而增大。需要指出的是：采用助磁繞組使繼電器接線復(fù)雜，降低了可靠性和返回系數(shù)等。第四節(jié) 阻抗繼電器的接線方式 一、阻抗繼電器接線的基本要求 為使阻抗繼電器能正確測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離，加入繼電器的電壓電流應(yīng)滿足以下基本要求： （1）測(cè)量阻抗Zm應(yīng)與短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離成正比； （2）測(cè)量阻抗Zm與短路形式無關(guān)，即Zm不隨同一短路類型的不同短路形式而改變。短路類型分

39、為相間短路和接地短路兩種。每種類型又有不同的短路形式，如接地短路有單相和兩相接地短路兩種形式。對(duì)于阻抗繼電器接線方式的命名方法與功率方向繼電器接線方式的命名方法相同。 二、相間短路阻抗繼電器的接線方式 （一）相間短路阻抗繼電器的0°接線方式這種接線方式廣泛應(yīng)用在相間距離保護(hù)中，為了反應(yīng)各種相間短路故障，在AB、BC、CA相間分別接入一只阻抗繼電器來反應(yīng)對(duì)應(yīng)的相間短路，原理接線如圖5-20所示。各只阻抗繼電器接入的電壓和電流如表5-1所示。根據(jù)功率方向繼電器接線方式命名方法，cos =1時(shí)，接入阻抗繼電器的、同相位，故稱為0接線。表5-1 0°接線方式接入的電壓和電流繼電器標(biāo)

40、號(hào)KIABKIBCKICA在以下分析中 ，假設(shè)：互感器變比為1，短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離為l（km），線路自感抗為Zz（km），互感抗為ZM（km），單位正序阻抗Z1=ZZ-ZM（km），負(fù)荷阻抗Z L（），距保護(hù)安裝處l公里發(fā)生短路。 三相短路如圖5-21（a）所示，由于三相短路是對(duì)稱的，三只電器工作情況完全相同，故僅以AB相阻抗繼電器為例進(jìn)行分析。由表5-1可知，加入繼電器的電壓和電流為 (5-42)根據(jù)表5-1，AB相測(cè)量阻抗為 (5-43) 兩相短路如圖5-21（b）所示，以UV短路為例，此時(shí)存在下列關(guān)系式 (5-44)AB相測(cè)量阻抗為 (5-45)與三相短路時(shí)測(cè)量阻抗相同。BC、CA

41、相阻抗繼電器所加電壓為非故障相電壓，數(shù)值較高，而加入的電流為一相的短路電流，數(shù)值較小，因而測(cè)量阻抗大，相應(yīng)的繼電器不動(dòng)作。但三只阻抗繼電器是經(jīng)“或”門控制跳閘出口回路的，因此，只要有一只繼電器工作，就可以保證整套距離保護(hù)正確工作。 兩相接地短路如圖4-21（c）所示，可將A相和B相看成兩個(gè)“導(dǎo)線大地”的輸電線路，則故障相電壓為 （5-46）AB相阻抗繼電器的測(cè)量阻抗為 (5-47)由式（5-47）可知，A、B兩相接地短路時(shí)，測(cè)量阻抗也與三相短路時(shí)相同。 由上述分析可見，阻抗繼電器的0°接線對(duì)各種相間短路，其測(cè)量阻抗都等于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的線路正序阻抗，滿足了接線方式的基本要求。 （

42、二）阻抗繼電器的 ±30°接線方式 如表5-2所示， 相間短路時(shí)阻抗繼電器還可以采用±30°接線方式，即+30°和-30°兩種方式。表5-2 ±30°接線方式接入的電壓和電流接線方式繼電器標(biāo)號(hào)引入電氣量+30°-30°KIABKIBCKICAKIABKIBCKICA 正常運(yùn)行三相對(duì)稱，可只分析AB相阻抗繼電器。由于取接入繼電器的電壓為，電流為或，當(dāng)功率因數(shù)cos=1時(shí)落后30°，因此，稱為+30°接線；同理，在接入電壓取，電流為或時(shí)，超前30°，稱為-30°

43、;接線。其它相的阻抗繼電器接入的電壓電流如表5-2所示。接入AB相阻抗繼電器的電壓為 （5-48） 對(duì)于+30°接線 ，取 ，其測(cè)量阻抗為 （5-49） 對(duì)于-30°接線 ，取，其測(cè)量阻抗為 （5-50）式（5-49）和式（5-50）說明，正常運(yùn)行時(shí)，測(cè)量阻抗在數(shù)值上是每相負(fù)荷阻抗的倍；在相位上，對(duì)于+30°接線和-30°接線，測(cè)量阻抗分別向超前和滯后每相負(fù)荷阻抗的方向旋轉(zhuǎn)了30°。 三相短路與正常運(yùn)行相似，如圖5-21（a）所示，將短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的正序阻抗Z1l替換負(fù)荷阻抗ZL，可得三相短路時(shí)±30°接線方式的測(cè)量阻抗

44、表達(dá)式 （5-51） （5-52）式（5-51）、式（5-52）表明，測(cè)量阻抗在數(shù)值上是每相短路正序阻抗的倍，相位則比線路阻抗角k偏移±30°。 兩相短路如圖5-21（b）所示，AB兩相短路時(shí)接入繼電器的電壓為 （5-53） 對(duì)于+30°接線 ，取，則測(cè)量阻抗為ZJ（+30°）=Z1l （5-54）對(duì)于- 30°接線 ，取，則測(cè)量阻抗為 ZJ（-30°）= Z1l （5-55）由式（5-34）、式（5-35）可知，兩相短路時(shí)，阻抗繼電器采用±30°兩種接線方式，其測(cè)量阻抗都等于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的正序阻抗，測(cè)量阻抗

45、角m等于線路正序阻抗角k。 由以上分析可見，若阻抗繼電器采用±30°接線方式，則在線路上同一點(diǎn)發(fā)生同類型不同形式的短路時(shí)，其測(cè)量阻抗的大小、相位各不相同。因此，這種接線方式的采用有一定的局限性。 （1）全阻抗繼電器：采用±30°接線方式時(shí)，不宜作測(cè)量元件。由于全阻抗繼電器的動(dòng)作阻抗與角度無關(guān)，而測(cè)量阻抗在三相短路時(shí)為Z1l，兩相短路時(shí)則為 Z1l，對(duì)不同的短路形式，保護(hù)范圍不同。 （2）方向阻抗繼電器：采用±30°接線方式時(shí)，可以作為測(cè)量元件。對(duì)于方向阻抗繼電器來說，雖然測(cè)量阻抗在同一點(diǎn)兩相短路與三相短路時(shí)的幅值不同，但都處于動(dòng)作邊界

46、，因此，采用±30°接線的方向阻抗繼電器對(duì)兩種形式的短路具有相同的保護(hù)范圍。當(dāng)選擇兩相短路的測(cè)量阻抗為整定阻抗，即Zset=Z1l時(shí)，方向阻抗繼電器的動(dòng)作特性是一個(gè)以Z1l為直徑、最靈敏角sen等于線路阻抗角k的圓，如圖5-22所示。當(dāng)同一點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，繼電器的測(cè)量阻抗Zm（±30°）分別向超前和滯后線路阻抗的方向旋轉(zhuǎn)30°，減小為，即Z1l，正好處于動(dòng)作特性邊界。 （3）方向阻抗繼電器采用±30°接線可以提高躲過負(fù)荷阻抗的能力。在輸電線路的送電端，采用- 30°接線時(shí)，正常情況下的繼電器測(cè)量阻抗為，它將ZL順

47、時(shí)針旋轉(zhuǎn)了30°，如圖5-22所示。當(dāng)功率因數(shù)為0.9時(shí)，Zm（-30°），遠(yuǎn)離動(dòng)作區(qū)，落在第象限，可靠躲開了負(fù)荷阻抗。同理，方向阻抗繼電器在受電端采用+30°接線時(shí)，具有相同的效果。注意：在輸電線路的受、送電端±30°兩種接線不能用錯(cuò)，對(duì)于負(fù)荷電流可能雙向流動(dòng)的線路，也不宜采用。 此外，這種接線方式比較簡(jiǎn)單，電流互感器負(fù)擔(dān)也較輕，可用于圓特性的方向阻抗繼電器和作起動(dòng)元件時(shí)的全阻抗繼電器。 三、接地短路阻抗繼電器的接線方式 在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，當(dāng)零序電流保護(hù)不能滿足要求時(shí)，通常考慮采用接地距離保護(hù)配合零序過流保護(hù)。接地距離保護(hù)中阻抗繼電器

48、的主要任務(wù)是在電網(wǎng)中發(fā)生接地短路時(shí)，正確反應(yīng)短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離。因此，應(yīng)分析阻抗繼電器采用怎樣的接線方式才能滿足準(zhǔn)確測(cè)量的要求。在單相接地時(shí)，只有故障相電壓最低，電流最大，而其它非故障相間電壓仍較高，根據(jù)阻抗繼電器的構(gòu)成原則，繼電器應(yīng)接入故障相電壓和電流。例如，反應(yīng)A相接地的繼電器接入 (5-56)這種接線方式能否滿足要求，需作具體分析。設(shè)短路點(diǎn)電壓為，保護(hù)安裝處母線電壓為，短路電流為，若采用對(duì)稱分量表示，則短路時(shí)，短路點(diǎn)有 (5-57)保護(hù)安裝處有 (5-58) 按照各序等效網(wǎng)絡(luò)，在保護(hù)安裝處母線上各對(duì)稱分量電壓與短路點(diǎn)的各對(duì)稱分量電壓之間，具有以下關(guān)系 (5-59)則保護(hù)安裝處母線電

49、壓為 (5-60)阻抗繼電器的測(cè)量阻抗 (5-61)顯然，測(cè)量阻抗Zm與比值有關(guān)，而該比值與電網(wǎng)中性接地點(diǎn)的數(shù)目和位置有關(guān)，不為常數(shù)，因此，繼電器不能準(zhǔn)確地測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離?？紤]從零序電流互感器或零序電流慮過器得到的零序電流為，且，當(dāng)取接入阻抗繼電器的電壓、電流為，或 (5-62)時(shí)，即能滿足測(cè)量要求。 式中，為補(bǔ)償系數(shù)，一般認(rèn)為零序阻抗角等于正序阻抗角，因而是一個(gè)實(shí)數(shù)，這樣，繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)為 (5-63)可見，式（5-63）與按0°接線的相間短路阻抗繼電器有相同的測(cè)量值，因此， 接線方式稱為阻抗繼電器帶有零序電流補(bǔ)償?shù)?°接線。這種接線方式在接地距離保護(hù)和

50、綜合重合閘的選相元件中得到廣泛應(yīng)用。為了反應(yīng)各相的接地短路，接地距離保護(hù)也必須采用三只阻抗繼電器，其原理接線如圖5-23所示。每只繼電器接入的電壓、電流分別為：，；，；，。對(duì)于相間故障采用0°接線和接地故障采用帶有零序電流補(bǔ)償0°接線的阻抗繼電器。目前還有應(yīng)用于微機(jī)距離保護(hù)的工頻變化量阻抗繼電器和交叉極化阻抗繼電器。（四）工頻變化量阻抗繼電器1. 工作原理工頻變化量阻抗繼電器是反應(yīng)故障前后電壓、電流工頻變化量而進(jìn)行工作的。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)如圖5-24（a）所示，根據(jù)疊加原理，相當(dāng)于在短路點(diǎn)加入與短路前電壓大小相等、方向相反的附加電壓，此時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)為短路前負(fù)荷狀態(tài)如圖5-

51、24（b）所示與附加電壓產(chǎn)生的短路狀態(tài)如圖5-24（c）所示的疊加，因此，工頻變化量阻抗繼電器只考慮如圖5-24（c）所示的短路附加狀態(tài)。在圖5-24中，K點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)工頻變化量為：保護(hù)安裝處電流變化量為 （5-64）電壓變化量為 (5-65)繼電器工作電壓（補(bǔ)償電壓）為 (5-66)比幅式工頻變化量阻抗繼電器的動(dòng)作判據(jù)為 (5-67)式中 門檻電壓，通常取保護(hù)安裝處故障前電壓記憶量。對(duì)于相間故障，繼電器工作電壓為 (5-68) 對(duì)于接地故障，繼電器工作電壓為 (5-69) 如圖5-25所示為保護(hù)區(qū)、內(nèi)外不同地點(diǎn)發(fā)生金屬性短路時(shí)短路狀態(tài)的電壓分布。假設(shè)短路前為空載，且門檻電壓為 (5-70) 如圖5-25（b）所示，當(dāng)保護(hù)區(qū)內(nèi)K1點(diǎn)短路時(shí)，在M側(cè)電源至連線的延長(zhǎng)線上，可知，滿足動(dòng)作判據(jù)，繼電器動(dòng)作；如圖5-25（c）所示，當(dāng)保護(hù)區(qū)外K2點(diǎn)短路時(shí)，在M側(cè)電源至的連線上，不滿足動(dòng)作判據(jù)，繼電器不動(dòng)作；如圖5-25（d）所示，當(dāng)保護(hù)反方向K3點(diǎn)短路時(shí)，在N側(cè)電源至的連線上，不滿足動(dòng)作判據(jù)，繼電器不動(dòng)作；由上述分析可知，只有保護(hù)區(qū)內(nèi)短路時(shí)，按工頻變化量原理構(gòu)成的阻抗繼電器滿足動(dòng)作判據(jù)，能夠動(dòng)作。2. 動(dòng)作特性分析（1） 如圖5-26所示為正方向K點(diǎn)短路時(shí)，動(dòng)作