32阻抗继电器及其动作特性

3.2阻抗继电器及其动作特性——阻抗继电器动作区域的概念——阻抗继电器的动作特性和动作方程——绝对值比较和相位比较的相互转换3.2.1阻抗继电器动作区域的概念jLZsetZ1kZ2kZ3kZsetZ发生短路测量故障环路上的ZmZm与整定阻抗Zset比较确定故障区段区内故障时动作前提：Zm与Zset在同一直线上3.2.1阻抗继电器动作区域的概念jsetZ1kZ2kZ实际中，考虑到短路点可能有过渡电阻、互感器可能存在误差等因素，测量得到的阻抗Zm的值一般不会严格落在于Zset相同的直线上，而是落在该直线附近的某个区域内。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够可靠动作，在阻抗复平面上，其动作的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。该区域的边界即为临界动作区。jsetZ动作不动作根据要求和侧重点的不同，阻抗继电器的动作区域有多种形状，例如圆形区、四边形区域、苹果型区域、橄榄型区域等。本小节的主要研究的问题是：（１）各种形状的动作区域如何描述？（２）各形状的动作区域在动作特性方面有和特点？3.2.2阻抗继电器动作区域和动作方程动作特性——阻抗继电器在阻抗复平面动作区域的形状。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数学方程。绝对值（幅值）比较动作方程——比较两个量大小的绝对值比较原理表达式。相位比较动作方程——比较两个量相位的相位比较原理表达式。（1）偏移圆特性（2）方向圆特性（3）全阻抗圆特性（4）上抛圆与下抛圆特性（5）特性圆的偏移1.圆特性阻抗继电器（1）偏移圆特性1setZ2setZmZ圆心位置：2/)(21setsetZZ半径：)(2121setsetZZ动作方程：①绝对值比较原理)(21)(212121setsetsetsetmZZZZZ②相位比较原理msetZZ12setmZZ90arg9021setmmsetZZZZ1setZ2setZmZmsetZZ12setmZZj当Zm的阻抗角和Zset1的阻抗角相等时，阻抗继电器最灵敏，所以Zset1的阻抗角也称为最灵敏角，一般取为被保护线路的阻抗角。1setZ2setZ最灵敏角（阻抗角）偏移特性的阻抗继电器在反方向故障时有一定的动作区，因此通常用作距离保护的后备段（III段）。（2）方向圆特性setZmZ圆心位置：2/setZ半径：setZ21动作方程：①绝对值比较原理setsetmZZZ2121②相位比较原理msetZZ90arg90mmsetZZZ2/setZ方向圆在反方向故障（第3相限）时不动作，所以具有方向圆动作特性的阻抗元件其自身动作就带有方向性，一般用于距离保护的主保护（I段、II段）中。（3）全阻抗圆特性setZmZ半径：setZ动作方程：①绝对值比较原理setmZZ②相位比较原理90arg90msetmsetZZZZ具有全阻抗全特性的阻抗器件本身不具备方向性，可以应用于单侧电源的系统中，用于多重电源系统时，应配合方向元件使用。圆心位置：原点setZmsetZZmsetZZ（4）上抛圆与下抛圆特性（以上抛圆为例）1setZ2setZmZ圆心位置：2/)(21setsetZZ半径：)(2121setsetZZ动作方程：①绝对值比较原理)(21)(212121setsetsetsetmZZZZZ②相位比较原理90arg9021setmmsetZZZZ2setmZZmsetZZ1下抛圆特性的阻抗元件通常应用于发电机失磁保护中。（5）特性圆的偏转1setZ2setZ上述圆特性阻抗元件的相位比较动作方程中，临界动作的边界都是-90°和90°，动作范围为180°，现在以偏移圆为例，讨论临界边界不是-90°和90°，动作范围仍为180°的情况。90arg9021setmmsetZZZZ00特性圆偏转后，直径变大，此时要特别防止故障区外的误动作。在前述的相位比较方程中，若动作的范围不等于180°，对应的特性就不是一个圆。以方向圆特性为例，若动作边界变为，即相位比较方程变为：则动作区域的形状就会发生变化。],[mmsetZZZ1arg2.苹果形特性和橄榄形特性setZsetZj1setZ苹果形特性橄榄形特性909090苹果形特性的优点setZj苹果形特性金属性短路时苹果特性的阻抗元件在R轴方向上的动作区域大，测量阻抗含有较大过渡电阻短路时也能够动作，即，有较高的耐过渡电阻能力。但是，负荷阻抗中含有较大的电阻成分，因而，在过负荷的情况下容易误动作。有过渡电阻时过负荷时正常负荷时R橄榄形特性的优点和缺点1setZ优点：有较高的耐过负荷的能力缺点：耐过渡电阻的能力差（1）电抗特性（2）电阻特性（3）方向特性3.直线特性的阻抗元件（1）电抗特性jXRsetjXsetXj2setmXjZ2mZ动作区不动作区动作方程：①绝对值比较原理setmmXjZZ2②相位比较原理90arg90setsetmjXjXZ特点：有很强的耐过渡电阻能力，但可能在负荷阻抗的情况下动作。一般不单独使用，而是与其它特性复合使用。jXRsetjX实际电抗特性曲线及动作方程：90arg90setsetmjXjXZ（2）电阻特性jXRmZ动作区不动作区动作方程：①绝对值比较原理setmmRZZ2②相位比较原理90arg90setsetmRRZsetRsetR2setmRZ2setmRZsetRmZ（2）电阻特性jXR动作区不动作区实际常用电阻特性动作方程：90arg90setsetmRRZsetR（3）方向特性jX动作方程：①绝对值比较原理setmsetmZZZZ②相位比较原理90arg90setmZZmZsetZ动作区不动作区setZsetmZZsetmZZ4.多边形特性的阻抗元件（1）四边形特性（2）准四边形特性(1)四边形特性14setX准电抗线23setR准电阻线azb122setZ折线azb12azbsetRsetX如果系统过负荷，此时若采用偏移圆特性，测量阻抗可能进入偏移圆而误动作；若采用四边形特性，则测量阻抗进入动作区的可能性大为减小，可见，相比圆特性，四边形特性具有更好的躲负荷的能力。如果短路点有较大过渡电阻，此时若采用偏移圆特性，则保护有可能拒动，若采用四边形特性，则降低了保护拒动的可能，可见，相比圆特性，四边形特性具有更好的耐过渡电阻的能力。3.2.3绝对值比较与相位比较的转换各种圆特性和直线特性既可以通过比较两个阻抗量的绝对值得到，又可以通过比较另外两个阻抗量的相位得到。下面讨论两种比较方式之间的转换关系。（1）绝对值比较的一般表达式（2）相位比较的一般表达式ABZZ90arg90DCZZCZDZAZBZAZBZCZDZ当相位动作方程满足时，绝对值动作方程也满足90arg0DCZZ0arg90DCZZABZZCZDZAZBZAZBZCZDZ4个量之间的关系)(21)(21BADBACDCBDCAZZZZZZZZZZZZ，，