继电保护基础理论讲解

会计学1继电保护基础理论讲解继电保护基础理论讲解（一）距离保护的基本原理（一）距离保护的基本原理n n1基本工作原理n n电流、电压保护的主要优点是简单、可靠、经济，但它们的灵敏性受系统运行方式变化的影响较大，特别是在重负荷、长距离、电压等级高的复杂网络中，很难满足选择性、灵敏性以及快速切除故障的要求，为此必须采用性能完善的保护装置。因而就引入了距离保护。第1页/共43页n n 距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离（或距离保护是反应故障点至保护安装地点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为距离（阻抗）继电器，它可装置。该装置的主要元件为距离（阻抗）继电器，它可根据其端子所加的电压和电流测知保护安装处至短路点根据其端子所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值，此阻抗称为阻抗继电器的测量阻抗。其主间的阻抗值，此阻抗称为阻抗继电器的测量阻抗。其主要特点是：短路点距离保护安装点越近，其测量阻抗越要特点是：短路点距离保护安装点越近，其测量阻抗越小，相反地，短路点距离保护安装点越远，其测量阻抗小，相反地，短路点距离保护安装点越远，其测量阻抗越大，动作时间就越长。这样就可保证有选择性地切除越大，动作时间就越长。这样就可保证有选择性地切除故障线路。如图故障线路。如图2121（a a）所示，）所示，K K点短路时，保护点短路时，保护1 1的的测量阻抗是测量阻抗是ZKZK，保护，保护2 2的测量阻抗是。由于保护的测量阻抗是。由于保护1 1距短路距短路点较近，保护点较近，保护2 2距短路点较远，所以保护距短路点较远，所以保护1 1的动作时间就的动作时间就比保护比保护2 2的短。这样故障就由保护的短。这样故障就由保护1 1动作切除，不会引起动作切除，不会引起保护保护2 2的误动作。这种选择性的配合，是靠适当地选择各的误动作。这种选择性的配合，是靠适当地选择各保护的整定阻抗值和动作时限来完成的。保护的整定阻抗值和动作时限来完成的。第2页/共43页图图图图21 21 距离保护的基本原理距离保护的基本原理距离保护的基本原理距离保护的基本原理第3页/共43页n n距离保护的动作时间与保护安装地点至短路点之间距离距离保护的动作时间与保护安装地点至短路点之间距离的关系，称为距离保护的时限特性。为了满足速动性、的关系，称为距离保护的时限特性。为了满足速动性、选择性和灵敏性的要求，目前广泛应用具有三段动作范选择性和灵敏性的要求，目前广泛应用具有三段动作范围的阶梯型时限特性，如图围的阶梯型时限特性，如图2 21 1（b b）所示，并分别称）所示，并分别称为距离保护的为距离保护的I I、II II、IIIIII段，和上一章所讲的电流速断、段，和上一章所讲的电流速断、限时电流速断以及过电流保护相对应。限时电流速断以及过电流保护相对应。n n2 2距离保护的时限特性距离保护的时限特性1.1.距离保护的第距离保护的第I I段是瞬时动作的，段是瞬时动作的，t1t1是保护本身的固有动是保护本身的固有动作时间。以保护作时间。以保护2 2为例，其第为例，其第I I段本应保护线路段本应保护线路A AB B的全的全长，即保护范围为全长的长，即保护范围为全长的100100，然而实际上却是不可，然而实际上却是不可能的，因为当线路能的，因为当线路B BC C出口处短路时，保护出口处短路时，保护2 2第第I I段不段不应动作，为此，其起动阻抗的整定值必须躲开这一点短应动作，为此，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路时所测量到的阻抗ZABZAB，即，即Zop.2ZABZop.2ZAB。考虑到阻。考虑到阻抗继电器和电流、电压互感器的误差，需引入可靠系数抗继电器和电流、电压互感器的误差，需引入可靠系数KkKk（一般（一般0.80.850.80.85），则），则Zop.2=(0.80.85)ZABZop.2=(0.80.85)ZAB （2-2-1 1）n n同理对保护同理对保护1 1的第的第I I段整定值应段整定值应Zop.1=(0.80.85)ZBCZop.1=(0.80.85)ZBC （2-22-2）第4页/共43页n n如此整定后，距离如此整定后，距离I I段就只能保护本线路全长的段就只能保护本线路全长的80%85%80%85%，这是一个严重缺点。为了切除本线路末端，这是一个严重缺点。为了切除本线路末端15%20%15%20%范围以内的故障，就需设置距离保护第范围以内的故障，就需设置距离保护第II II段。段。n n距离距离II II段整定值的选择是相似于限时电流速断的，即应使段整定值的选择是相似于限时电流速断的，即应使其不超出下一条线路距离其不超出下一条线路距离I I段的保护范围，同时带有高出段的保护范围，同时带有高出一个一个tt的时限，以保证选择性。例如在图的时限，以保证选择性。例如在图2-12-1（a a）单侧）单侧电源网络中，当保护电源网络中，当保护1 1第第I I段末端短路时，保护段末端短路时，保护2 2的测量阻的测量阻抗为抗为Z2=ZAB+Z2=ZAB+Zop.1Zop.1n n引入可靠系数引入可靠系数Krel Krel，则保护，则保护2 2的起动阻抗为的起动阻抗为Z2=Krel(ZAB+Z2=Krel(ZAB+Zop.1)=(0.8+0.85)(ZAB+(0.8-Zop.1)=(0.8+0.85)(ZAB+(0.8-0.85)ZBC0.85)ZBC (2-3)(2-3)第5页/共43页n n距离距离I I段与段与II II段的联合工作构成本线路的主保护。段的联合工作构成本线路的主保护。n n为了做为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的为了做为相邻线路保护装置和断路器拒绝动作的后备保护，同时也做为距离后备保护，同时也做为距离I I、II II段的后备保护，段的后备保护，还应该装设距离保护第还应该装设距离保护第IIIIII段。段。n n对距离对距离IIIIII段整定值的考虑是与过电流保护相似的，段整定值的考虑是与过电流保护相似的，其起动阻抗要按躲开正常运行时的最小负荷阻抗其起动阻抗要按躲开正常运行时的最小负荷阻抗来选择，而动作时限则应根据前过电流保护的原来选择，而动作时限则应根据前过电流保护的原则，使其比距离则，使其比距离IIIIII段保护范围内其他各保护的最段保护范围内其他各保护的最大动作时限高一个大动作时限高一个tt。n n3 3距离保护的主要组成元件距离保护的主要组成元件n n在一般情况下，距离保护装置由以下回路组成。在一般情况下，距离保护装置由以下回路组成。图图2-22-2为三段式距离保护的简化逻辑框图。为三段式距离保护的简化逻辑框图。第6页/共43页图图图图2-2 2-2 三段式距离保护的原理框图三段式距离保护的原理框图三段式距离保护的原理框图三段式距离保护的原理框图第7页/共43页n n1 1）起动回路）起动回路n n起动回路主要由起动元件组成。起动元件可由过电流继起动回路主要由起动元件组成。起动元件可由过电流继电器、低阻抗继电器或反应于负序和零序电流的继电器电器、低阻抗继电器或反应于负序和零序电流的继电器构成。具体选用哪一种，应由被保护线路的情况确定。构成。具体选用哪一种，应由被保护线路的情况确定。n n2 2）测量回路（）测量回路（ZIZI、ZIIZII、和、和ZIIIZIII）n n测量回路的测量回路的I I段和段和II II段由阻抗继电器段由阻抗继电器ZIZI和和ZIIZII组成而第组成而第IIIIII段由段由测量组抗继电器测量组抗继电器ZIIIZIII组成。测量回路是测量短路点到保护组成。测量回路是测量短路点到保护安装处的距离，用以判断故障处于哪一段保护范围。安装处的距离，用以判断故障处于哪一段保护范围。n n3 3）逻辑回路）逻辑回路n n逻辑回路主要由门电路和时间电路组成。门电路包括与逻辑回路主要由门电路和时间电路组成。门电路包括与门和或门，时间电路主要由门和或门，时间电路主要由tIItII和和tIIItIII两个时间继电器构成。两个时间继电器构成。时间继电器的主要作用是按照故障点到保护安装地点的时间继电器的主要作用是按照故障点到保护安装地点的远近，根据预定的时限特性确定动作的时限，以保证保远近，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。护动作的选择性。第8页/共43页n n4 4）其它部分）其它部分n n辅助相电流元件：接于相电流，作为辅助起动元件之用。重合闸后加速回路：辅助相电流元件：接于相电流，作为辅助起动元件之用。重合闸后加速回路：瞬时加瞬时加n n速速I I段或段或II II段。执行元件：出口、信号、切换等其他功能。段。执行元件：出口、信号、切换等其他功能。n n从图从图2-22-2可以看出，当正方向发生故障时，起动元件动作，如果故障位于第可以看出，当正方向发生故障时，起动元件动作，如果故障位于第I I段段范围内，则范围内，则ZIZI动作，并与起动元件的输出信号通过与门，瞬时作用于出口回动作，并与起动元件的输出信号通过与门，瞬时作用于出口回路，动作于跳闸。如果故障位于距离路，动作于跳闸。如果故障位于距离II II段保护范围内，则段保护范围内，则ZIZI不动而不动而ZIIZII动作，随动作，随即起动即起动II II段的时间元件段的时间元件tIItII，待，待tIItII延时到达后，也通过与门起动出口回路动作于延时到达后，也通过与门起动出口回路动作于跳闸。如果故障位于距离跳闸。如果故障位于距离IIIIII段保护范围以内，则段保护范围以内，则ZIIIZIII动作起动动作起动tIIItIII，在，在tIIItIII的延时的延时之内，如果故障未被其他的保护动作切除，则在之内，如果故障未被其他的保护动作切除，则在tIIItIII延时到达后，仍通过与门延时到达后，仍通过与门和出口回路动作于跳闸，起到后备保护的作用和出口回路动作于跳闸，起到后备保护的作用。第9页/共43页n n阻抗继电器阻抗继电器阻抗继电器阻抗继电器n n阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用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地点之间的阻抗，并与整定是测量短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。n n阻抗继电器可按以下不同方法分类：阻抗继电器可按以下不同方法分类：n n根据其比较原理的不同，分为幅值比较式和相位比较根据其比较原理的不同，分为幅值比较式和相位比较式两大类。式两大类。n n根据其输入量的不同，分为单相式和多相式两种。根据其输入量的不同，分为单相式和多相式两种。n n所谓单相式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电所谓单相式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电压压UjUj（可以是相电压或线电压）和一个电流（可以是相电压或线电压）和一个电流Ij Ij（可以（可以是相电流或两相电流之差）的阻抗继电器，是相电流或两相电流之差）的阻抗继电器，UjUj和和Ij Ij的的比值称为继电器的测量阻抗比值称为继电器的测量阻抗ZjZj，即，即Zj=Uj/Ij Zj=Uj/Ij （2-42-4）n n由于由于ZjZj可以写成的复数形式，所以就可以可以写成的复数形式，所以就可以利用利用复数平面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，如图把它表示出来，如图2-32-3所示。所示。第10页/共43页图图图图2-3 2-3 在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性(a)网网络接线络接线 第11页/共43页图图图图2-3 2-3 在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性在阻抗复平面上分析阻抗继电器特性（b b）被保护线路）被保护线路）被保护线路）被保护线路的测量阻抗及动作特性的测量阻抗及动作特性的测量阻抗及动作特性的测量阻抗及动作特性 第12页/共43页n n阻抗复平面分析法是最常用、最简捷直观的方法，它需要经过以下步骤：阻抗复平面分析法是最常用、最简捷直观的方法，它需要经过以下步骤：n n1.1.抗继电器在阻抗复平面上的动作特性（可从动作条件判别式取等号求得）。抗继电器在阻抗复平面上的动作特性（可从动作条件判别式取等号求得）。继电器的测量阻抗继电器的测量阻抗ZrZr沿一定的轨迹变化而使继电器始终处于临界动作状态时，沿一定的轨迹变化而使继电器始终处于临界动作状态时，这一轨迹便称为继电器的动作特性。这一轨迹便称为继电器的动作特性。n n2.2.求出阻抗继电器在各种运行情况下感受到的阻抗（测量阻抗求出阻抗继电器在各种运行情况下感受到的阻抗（测量阻抗ZrZr）。）。n n3.3.按动作条件判别式，在阻抗平面上分析它们是否满足该式，从而决定其是按动作条件判别式，在阻抗平面上分析它们是否满足该式，从而决定其是否动作。否动作。n n对于单相式阻抗继电器，其动作特性可用单一变量即继电器的测量阻抗对于单相式阻抗继电器，其动作特性可用单一变量即继电器的测量阻抗ZJZJ的的函数来分析，并在复阻抗平面上用一定的曲线来表示。例如圆、直线、橄榄函数来分析，并在复阻抗平面上用一定的曲线来表示。例如圆、直线、橄榄形、苹果形、椭圆形、矩形及多边形等。形、苹果形、椭圆形、矩形及多边形等。n n我们只针对单相式阻抗电器进行讨论。我们只针对单相式阻抗电器进行讨论。第13页/共43页n n阻抗继电器的基本原则阻抗继电器的基本原则n n以图以图2-32-3（a a）中线路）中线路B-CB-C的保护的保护1 1为例，将阻抗继电器的为例，将阻抗继电器的测量阻抗画在复数阻抗平面上，如图测量阻抗画在复数阻抗平面上，如图2-32-3（b b）所示。线）所示。线路的如端路的如端B B位于座标的原点，正方向线路的测量阻抗在第位于座标的原点，正方向线路的测量阻抗在第一象限，反方向线路的测量阻抗则在第三象限，正方向一象限，反方向线路的测量阻抗则在第三象限，正方向线路测量阻抗与线路测量阻抗与R R轴之间的角度为线路轴之间的角度为线路B-CB-C的阻抗角。对的阻抗角。对保护保护1 1的距离的距离I I段，起动阻抗应整定为段，起动阻抗应整定为(0.8-0.85)ZBC(0.8-0.85)ZBC，阻，阻抗继电器的起动特性就应包括抗继电器的起动特性就应包括(0.8-0.85)ZBC(0.8-0.85)ZBC以内的阻抗，以内的阻抗，可用图可用图2-32-3（b b）中阴影线所括的范围表示。）中阴影线所括的范围表示。n n由于阻抗继电器都是接于电流互感器和电压互感器的二由于阻抗继电器都是接于电流互感器和电压互感器的二次侧，其测量阻抗与系统一次侧的阻抗之间存在下列关次侧，其测量阻抗与系统一次侧的阻抗之间存在下列关系系第14页/共43页n n Zr=Ur/Ir=(U Zr=Ur/Ir=(U（B B）.nTA)/(IBC.nTV).nTA)/(IBC.nTV)n n=Zk.nTA/nTV=Zk.nTA/nTVn n式中式中U U（B B）加于保护装置的一次侧电压，加于保护装置的一次侧电压，即母线即母线B B的电压；的电压；n nIBCIBC接入保护装置的一次电流，即从接入保护装置的一次电流，即从B B流向流向C C的电流；的电流；n nnTVnTV电压互感器的变化；电压互感器的变化；n nnTAnTA线路线路B-CB-C上电流互感器的变化；上电流互感器的变化；n nZKZK一次侧的测量阻抗。一次侧的测量阻抗。第15页/共43页n n为了能消除过渡电阻以及互感器误差的影响，尽量简化继电器的接线，并便于制造调试，通常把阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆。如图2-3（b）所示，其中1为全阻继电器的动作特性，2为方向阻抗继电器的动作特性，3为偏移特性的阻抗继电器的动特性。此外尚有动作特性为透镜形、多边形阻抗继电器等。第16页/共43页（二）利用复数平面分析圆或直线特性阻抗继电（二）利用复数平面分析圆或直线特性阻抗继电器器n n1 1、全阻抗继、全阻抗继n n全阻抗继电器的特性是以全阻抗继电器的特性是以B B点（继电器安装点）为圆心，以整定阻点（继电器安装点）为圆心，以整定阻抗抗ZsetZset为半径所作的一个圆，如图为半径所作的一个圆，如图2-42-4所示。当测量阻抗所示。当测量阻抗ZJZJ位于圆位于圆内时继电器动作，即圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻内时继电器动作，即圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，对应此时的阻抗就是继抗正好位于圆周上时，继电器刚好动作，对应此时的阻抗就是继电器的起动阻抗电器的起动阻抗Zop.rZop.r。由于这种特性是以原点为圆心而作的圆，。由于这种特性是以原点为圆心而作的圆，因此，不论加入继电器的电压与电流之间的角度为多大，继电器因此，不论加入继电器的电压与电流之间的角度为多大，继电器的起动阻抗在数值上都等于整定阻抗。具有这种动作特性的继电的起动阻抗在数值上都等于整定阻抗。具有这种动作特性的继电器称为全阻抗继电器，它没有方向性。器称为全阻抗继电器，它没有方向性。第17页/共43页图图图图2-4 2-4 全阻抗继电器的动作特性全阻抗继电器的动作特性全阻抗继电器的动作特性全阻抗继电器的动作特性第18页/共43页n n这种继电器以及其它特性的继电器，都可以采用两个电这种继电器以及其它特性的继电器，都可以采用两个电压幅值比较或两个电压相位比较的方式构成，现分别叙压幅值比较或两个电压相位比较的方式构成，现分别叙述如下。述如下。n n（1 1）幅值比较方式如图）幅值比较方式如图2-42-4（a a）所示，当测量阻抗）所示，当测量阻抗ZrZr位位于圆内时，继电器能够起动，其起动的条件可用阻抗的于圆内时，继电器能够起动，其起动的条件可用阻抗的幅值来表示，即幅值来表示，即n n Zj|Zset|Zj|Zset|（2-72-7）n nZsetZset继电器整定阻值继电器整定阻值n n（2 2）相位比较方式全阻抗继电器的动作特性如图）相位比较方式全阻抗继电器的动作特性如图2-2-4 4（b b）所示。）所示。n n270arg270arg（Zr+ZsetZr+Zset）/（Zr-ZsetZr-Zset）9090第19页/共43页图图图图2-5 2-5 相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性第20页/共43页n n2 2、方向阻抗继电器、方向阻抗继电器、方向阻抗继电器、方向阻抗继电器n n方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗Z setZ set为直径而通过坐标原点为直径而通过坐标原点为直径而通过坐标原点为直径而通过坐标原点的一个圆，如图的一个圆，如图的一个圆，如图的一个圆，如图2-72-7所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。当加所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。当加所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。当加所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。当加入继电器的入继电器的入继电器的入继电器的UjUj和和和和Ij Ij之间的相位差为不同数值时，此种继电器的起动之间的相位差为不同数值时，此种继电器的起动之间的相位差为不同数值时，此种继电器的起动之间的相位差为不同数值时，此种继电器的起动阻抗也将随之改变。当等于阻抗也将随之改变。当等于阻抗也将随之改变。当等于阻抗也将随之改变。当等于Z set Z set 的阻抗角时，继电器的起动阻抗的阻抗角时，继电器的起动阻抗的阻抗角时，继电器的起动阻抗的阻抗角时，继电器的起动阻抗达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，达到最大，等于圆的直径，此时，阻抗继电器的保护范围最大，工作最灵敏，因此，这个角称为继电器的最大灵敏角。工作最灵敏，因此，这个角称为继电器的最大灵敏角。工作最灵敏，因此，这个角称为继电器的最大灵敏角。工作最灵敏，因此，这个角称为继电器的最大灵敏角。第21页/共43页图图图图2-7 2-7 方向阻抗继电器的动作特性方向阻抗继电器的动作特性方向阻抗继电器的动作特性方向阻抗继电器的动作特性第22页/共43页n n当反方向发生短路时，测量阻抗Zr位于第三象限，继电器不能动作，因此它本身就具有方向性，故称之为方向阻抗继电器。方向阻抗继电器也可由幅值比较或相位比较的方式构成，现分别讨论如下：n n（1）用幅值比较方式分析如图2-7(a)所示，继电器能够起动（即测量阻抗Zr位于圆内）的条件是（Zr-1/2 Zset）1/2 Zset 第23页/共43页n n（2 2）用相位比较方式分析如图）用相位比较方式分析如图2-72-7（b b）所示，当）所示，当ZrZr位于圆周上时，阻抗位于圆周上时，阻抗ZrZr与与（Zr-Z setZr-Z set）之间的相位差为）之间的相位差为=90=90，类似于对全阻抗继电器的分析，同样可，类似于对全阻抗继电器的分析，同样可以证明以证明2709027090是继电器能够起动的条件。是继电器能够起动的条件。n n3 3、偏移特性的阻抗继电器、偏移特性的阻抗继电器n n偏移特性阻抗继电器的特性是当正方向的整定阻抗为偏移特性阻抗继电器的特性是当正方向的整定阻抗为ZsetZset时，同时向反方向时，同时向反方向偏移一个偏移一个aZ setaZ set，式中，式中0a10a1，继电器的动作特性如图，继电器的动作特性如图2-82-8所示，圆内为动作所示，圆内为动作区，圆外为不动作区。由图区，圆外为不动作区。由图2-82-8可见，圆的直径为可见，圆的直径为|Zset+a Zset|Zset+a Zset|，圆心的圆心的坐标为坐标为ZO=ZO=1/21/2|Zset+a Zset|Zset+a Zset|，圆的半径为圆的半径为|ZsetZset Z0|Z0|=1/21/2|Zset+a Zset|Zset+a Zset|。第24页/共43页2-8 2-8 具有偏移特性的阻抗继电器图具有偏移特性的阻抗继电器图具有偏移特性的阻抗继电器图具有偏移特性的阻抗继电器图第25页/共43页n n这种继电器的动作特性介于方向阻抗继电子和全阻抗继电器之间，这种继电器的动作特性介于方向阻抗继电子和全阻抗继电器之间，例如当采用例如当采用a=0a=0时，即为方向阻抗继电器，而当时，即为方向阻抗继电器，而当a=1a=1时，则为全阻时，则为全阻抗继电器，其起动阻抗既与阻抗角有关，但又没有完全的方向性，抗继电器，其起动阻抗既与阻抗角有关，但又没有完全的方向性，一般称其为具有偏移特性的阻抗继电器。实用上通常采用一般称其为具有偏移特性的阻抗继电器。实用上通常采用a=0.10.2a=0.10.2，以便消除方向阻抗继电器的死区。现对其构成方式分，以便消除方向阻抗继电器的死区。现对其构成方式分析如下：析如下：n n（1 1）用幅值比较方式分析如图）用幅值比较方式分析如图2-82-8（a a）所示，继电器能够起动的）所示，继电器能够起动的条件为：条件为：第26页/共43页n n（2 2）用相位比较方式的分析如图）用相位比较方式的分析如图2-82-8（b b）所示，当）所示，当ZrZr位于圆周上位于圆周上时，向量（时，向量（Z r+aZ setZ r+aZ set）与（）与（Z r-Z setZ r-Z set）之间的相位差为）之间的相位差为=90=90，同样可以证明，同样可以证明，2709027090也是继电器能够起动的条件。也是继电器能够起动的条件。n n最后，重复总结一下如下三个阻抗的意义和区别，以便加深理解：最后，重复总结一下如下三个阻抗的意义和区别，以便加深理解：n nZJZJ是继电器的测量阻抗，由加入继电器中电压是继电器的测量阻抗，由加入继电器中电压Uj/Uj/与电流与电流Ij Ij的比值的比值确定，确定，ZjZj的阻抗角就是的阻抗角就是UjUj和和Ij Ij之间的相位差；之间的相位差；第27页/共43页n nZsetZset是继电器的整定阻抗，一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗是继电器的整定阻抗，一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗。对全阻抗继电器而言，就是圆的半径，对方向阻抗继电器而作为整定阻抗。对全阻抗继电器而言，就是圆的半径，对方向阻抗继电器而言，就是在最大灵敏角方向上的圆的直径，而对偏移特性阻抗继电器，则是言，就是在最大灵敏角方向上的圆的直径，而对偏移特性阻抗继电器，则是最大灵敏角方向上由原点到圆周上的长度；最大灵敏角方向上由原点到圆周上的长度；n nZop.jZop.j是继电器的起动阻抗，它表示当继电器刚好动作时，加入继电器中电压是继电器的起动阻抗，它表示当继电器刚好动作时，加入继电器中电压UjUj与电流与电流Ij Ij的比值，除全阻抗继电器以外，的比值，除全阻抗继电器以外，Zop.rZop.r是随着阻抗角的不同而改变是随着阻抗角的不同而改变的，当阻抗角为最大灵敏角时，的，当阻抗角为最大灵敏角时，Zop.rZop.r的数值最大，等于的数值最大，等于ZsetZset。5 5、具有直线特性的继电器、具有直线特性的继电器、具有直线特性的继电器、具有直线特性的继电器n n当要求继电器的动作特性为任一直线时，如图当要求继电器的动作特性为任一直线时，如图2-102-10所示，由所示，由OO点作动作特性点作动作特性边界线的垂线，其向量表示为边界线的垂线，其向量表示为Z setZ set，测量阻抗，测量阻抗ZrZr位于直线的左侧为动作区，位于直线的左侧为动作区，右侧为不动作区。右侧为不动作区。第28页/共43页图图图图2-10 2-10 具有直线特性的继电器具有直线特性的继电器具有直线特性的继电器具有直线特性的继电器第29页/共43页n n当用幅值比较方式分析继电器的起动特性时，如图当用幅值比较方式分析继电器的起动特性时，如图2-102-10（a a）所示，）所示，继电器能够起动的条件可表示为继电器能够起动的条件可表示为|Zr|2Zset-Zr|n n如用相位比较方式分析继电器的动作特性，则如图如用相位比较方式分析继电器的动作特性，则如图2-102-10（b b）所示，）所示，继电器能够起动的条件是向量继电器能够起动的条件是向量ZsetZset和（和（Zr-Z setZr-Z set）之间的夹角为：）之间的夹角为：2709027090.n n在以上关系中，如果取在以上关系中，如果取Z set=j XsetZ set=j Xset，则动作特性如图，则动作特性如图2-102-10（c c）所）所示，示，n n为一电抗型继电器，此时只要测量阻抗为一电抗型继电器，此时只要测量阻抗ZJZJ的电抗部分小于的电抗部分小于X setX set，就可以动作，而与电阻部分的大小无关。就可以动作，而与电阻部分的大小无关。第30页/共43页n n6 6具有四边形特性的阻抗继电器具有四边形特性的阻抗继电器n n继电器的动作特性在复数阻抗平面上可以是各种形状的四边形，四边形以内继电器的动作特性在复数阻抗平面上可以是各种形状的四边形，四边形以内为继电器的动作区，四边形以外为不动作区，如图为继电器的动作区，四边形以外为不动作区，如图2-122-12所示。这种继电器的所示。这种继电器的特性曲线通常是由一组折线和二个直线来合成，有时也可由两组折线来合成。特性曲线通常是由一组折线和二个直线来合成，有时也可由两组折线来合成。n n图图2-122-12中折线中折线A-O-CA-O-C这段特性广泛采用动作范围小于这段特性广泛采用动作范围小于180180的功率方向继电器的功率方向继电器来实现，如图来实现，如图2-112-11（b b）所示。直线）所示。直线ABAB是一个电抗型继电器的特性曲线，通是一个电抗型继电器的特性曲线，通常使其特性曲线下倾常使其特性曲线下倾5858，以防区外故障时出现超越，引起误动，如图，以防区外故障时出现超越，引起误动，如图2-2-1010（c c）所示。直线）所示。直线BCBC属电阻型继电器特性，它与属电阻型继电器特性，它与R R轴的夹角通常取为轴的夹角通常取为7070，可参照图可参照图2-102-10（b b）的方法构成。将上述三个特性的继电器组成与门输出，即）的方法构成。将上述三个特性的继电器组成与门输出，即可获得图可获得图2-122-12的四边形特性。的四边形特性。第31页/共43页图图图图2-12 2-12 四边形阻抗继电器四边形阻抗继电器四边形阻抗继电器四边形阻抗继电器 第32页/共43页（三）对接线方式的基本要求（三）对接线方式的基本要求n n1 1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以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以下要求：下要求：n n（1 1）继电器的测量阻抗正比于短路点到保护安装地点之间的距离；）继电器的测量阻抗正比于短路点到保护安装地点之间的距离；n n（2 2）继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随）继电器的测量阻抗应与故障类型无关，也就是保护范围不随故障类型而变化。故障类型而变化。n n类似于在功率方向继电器接线方式中的定义，参见图类似于在功率方向继电器接线方式中的定义，参见图1-361-36的向量的向量图，当阻抗继电器加入的电压和图，当阻抗继电器加入的电压和j jn n、j2j2、j3j3分别接于三相时，常用的几种接线方式的名称及相应的电分别接于三相时，常用的几种接线方式的名称及相应的电压和电流组合如表压和电流组合如表3-13-1所示。所示。第33页/共43页表表表表3131接线接线方式方式J1J2J3UJIJUJIJUJIJ“0”接接线线UABIABUBCIBCUCAICA相电压和具有K3I0补偿的相电流接线 UAIA+K3I0UBIB+K3I0UCIC+K3I0第34页/共43页n n2.2.相间短路阻抗继电器的相间短路阻抗继电器的00接线方式接线方式n n这是在距离保护中广泛采用的接线方式，现根据表这是在距离保护中广泛采用的接线方式，现根据表3-13-1所所示的关系，对各种相间短路时继电器的测量阻抗分析如示的关系，对各种相间短路时继电器的测量阻抗分析如下。在此，测量阻抗仍用电力系统一次侧阻抗表示，或下。在此，测量阻抗仍用电力系统一次侧阻抗表示，或认为电流和电压互感器的变比为认为电流和电压互感器的变比为1 1。n n1 1）三相短路）三相短路n n如图如图2-162-16所示，三相短路时，三相是对称的，三个继电所示，三相短路时，三相是对称的，三个继电器器j1j3j1j3的工作情况完全相同，因此，可以的工作情况完全相同，因此，可以j1j1为例分析之。为例分析之。设短路点至保护安装地点之间的距离为设短路点至保护安装地点之间的距离为L kmL km，线路每千，线路每千米的正序阻抗为米的正序阻抗为Z1Z1欧姆，则保护安装地点的电压应为欧姆，则保护安装地点的电压应为n nUAB=UA-UB=IA Z1 L-IB Z1 L=UAB=UA-UB=IA Z1 L-IB Z1 L=（IA-IBIA-IB）Z1 LZ1 L n n因此，在三相短路时，继电器因此，在三相短路时，继电器J1J1的测量阻抗为的测量阻抗为n nZJ1=UAB/ZJ1=UAB/（IZ-IBIZ-IB）=Z1 L=Z1 Ln n在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到在三相短路时，三个继电器的测量阻抗均等于短路点到保护安装地点之间的阻抗，三个继电器均能动作。保护安装地点之间的阻抗，三个继电器均能动作。第35页/共43页图图图图2-17 A-B2-17 A-B两相短路时测量阻抗的分析两相短路时测量阻抗的分析两相短路时测量阻抗的分析两相短路时测量阻抗的分析第36页/共43页n n在在A-BA-B两相短路的情况下，对继电器两相短路的情况下，对继电器J2J2和和J3J3而言，由于所加电压为非故障相而言，由于所加电压为非故障相间的电压，数值较为高，而电流又只有一个故障相的电流，数值较为小，因间的电压，数值较为高，而电流又只有一个故障相的电流，数值较为小，因此，其测量阻抗必然大于（此，其测量阻抗必然大于（2-252-25）式的数值，也就是说它们不能正确地测量）式的数值，也就是说它们不能正确地测量保护安装地点到短路点的阻抗，因此，不能起动。保护安装地点到短路点的阻抗，因此，不能起动。n n由此可见，在由此可见，在A-BA-B两相短路时，只有两相短路时，只有J1J1能准确地测量短路阻抗而动作。同理，能准确地测量短路阻抗而动作。同理，分析分析B-CB-C和和C-AC-A两相短路可知，相应地只有两相短路可知，相应地只有J2J2和和J3J3能准确地测量到短路点的阻能准确地测量到短路点的阻抗而动作。这就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因。抗而动作。这就是为什么要用三个阻抗继电器并分别接于不同相间的原因。n nUAB=UA-UB=IA Z1 L-IB Z1 L=UAB=UA-UB=IA Z1 L-IB Z1 L=（IA-IBIA-IB）Z1 LZ1 Ln nZJ1=UAB/ZJ1=UAB/（IA-IBIA-IB）=Z1 L=Z1 L 第37页/共43页n n3)3)接地短路阻抗继电器的接线方式接地短路阻抗继电器的接线方式n n在中性点直接接地的电网中，当零序电流保护不能满足要求时，在中性点直接接地的电网中，当零序电流保护不能满足要求时，一般考虑采用接地距离保护，它的主要任务是正确反应这个电网一般考虑采用接地距离保护，它的主要任务是正确反应这个电网中的接地短路，因此，对阻抗继电器的接线方式需要作进一步的中的接地短路，因此，对阻抗继电器的接线方式需要作进一步的讨论。讨论。n n在单相接地时，只有故障相的电压降低，电流增大，而任何相间在单相接地时，只有故障相的电压降低，电流增大，而任何相间电压都是很高的，因此，从原则上看，应该将故障相的电压和电电压都是很高的，因此，从原则上看，应该将故障相的电压和电流加入继电器中。例如，对流加入继电器中。例如，对A A相阻抗继电器采用相阻抗继电器采用第38页/共43页n nUj=UA Ij=IAUj=UA Ij=IAn n关于这种接线能否满足要求，现分析如下：将故障点的电压关于这种接线能否满足要求，现分析如下：将故障点的电压U UKAKA和电流和电流I IA A分解为对称分量，则分解为对称分量，则n nI IA A=I=IA1A1+I+IA2A2+I+IA0A0n n U UKAKA=U=Ud1d1+U+Ud2d2+U+Ud0=0d0=0n n按照各序的等效网络，在保护安装地点母线上各对称分量的电压按照各序的等效网络，在保护安装地点母线上各对称分量的电压与短路点的对称分量电压之间，应具有如下的关系与短路点的对称分量电压之间，应具有如下的关系n nUA1=UUA1=Ud1d1+I+IA1.A1.Z Z1L1Ln nUA2=UUA2=Ud2d2+I+IA2.A2.Z Z2L2Ln nUA0=UUA0=Ud0d0+I+IA0.A0.Z Z0L0L第39页/共43页n n因此，保护安装地点母线上的因此，保护安装地点母线上的A A相电压即应为相电压即应为n nUA=UUA=UA1A1+UA2+UA0=U+UA2+UA0=Ud1d1+I+IA1.A1.Z Z1L+1L+U Ud2d2+I+IA2.A2.Z Z2L+2L+U Ud0d0+I+IA0.A0.Z Z0lL=0lL=U Ud1d1+U+Ud2d2+U+Ud0+d0+I IA1.A1.Z Z1L+1L+I IA2.A2.Z Z1L+1L+I IA0.A0.Z Z1L-1L-I IA0.A0.Z Z1L+1L+I IA0.A0.Z Z0L0L（Z1=Z2Z1=Z2）n n=0+=0+Z Z1L1LIA+(Z0-Z1)IA0/Z1IA+(Z0-Z1)IA0/Z1 n n =Z Z1L1LIA+3KIA0IA+3KIA0 n n其中：其中：K=K=(Z0-Z1)/3Z1(Z0-Z1)/3Z1n n （2-302-30）n n当采用当采用Uj=UAUj=UA和和和和Ij=IAIj=IA的接线方式时，则继电器的测量阻抗为的接线方式时，则继电器的测量阻抗为n nZJ=Uj/Ij=UA/IAZZJ=Uj/Ij=UA/IAZ1L1Ln n （2-312-31）第40页/共43页n n根据以上分析的结果，应该给阻抗继电器加入如下的电压和电流根据以上分析的结果，应该给阻抗继电器加入如下的电压和电流:n n Uj=UA Ij=IA+K.3I0Uj=UA Ij=IA+K.3I0 n n式中式中K=K=(Z0-Z1)/3Z1(Z0-Z1)/3Z1 。一般可近似认为零序阻抗角和正序阻抗角相。一般可近似认为零序阻抗角和正序阻抗角相等，因而等，因而K K是一个实数，这样，继电器的测量阻抗将是是一个实数，这样，继电器的测量阻抗将是n nZJ=Uj/Ij=UA/(IA+K.3I0)=ZJ=Uj/Ij=UA/(IA+K.3I0)=Z Z1L1LIA+3KIA0IA+3KIA0 /(IA+K.3I0)=Z/(IA+K.3I0)=Z1L1Ln n 第41页/共43页n n它能正确地测量从短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与相间它能正确地测量从短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与相间短路的阻抗继电器所测量的阻抗为同一数值，因此，这种接线得短路的阻抗继电器所测量的阻抗为同一数值，因此，这种接线得到了广泛应用。到了广泛应用。n n为了反应任一相的单相接地短路，接地距离保护也必须采用三个为了反应任一相的单相接地短路，接地距离保护也必须采用三个阻抗继电器，其接线方式分别为。阻抗继电器，其接线方式分别为。UA IA+K.3I0UA IA+K.3I0 UB UB IB+K.3I0IB+K.3I0 UC IC+K.3I0 UC IC+K.3I0n n这种接线方式同样能够反应于两相接地短路和三相短路，此时接这种接线方式同样能够反应于两相接地短路和三相短路，此时接于故障相的阻抗继电器的测量阻抗亦为于故障相的阻抗继电器的测量阻抗亦为Z1LZ1L。第42页/共43页