1、3.3 3.3 阻抗继电器的实现方法阻抗继电器的实现方法绝对值比较原理的实现绝对值比较原理的实现相位比较原理的实现相位比较原理的实现比较工作电压法相位法实现的故障区判断比较工作电压法相位法实现的故障区判断 对于动作于跳闸的继电保护功能来说，最为重要的是判断出故障对于动作于跳闸的继电保护功能来说，最为重要的是判断出故障处于规定的保护区内还是保护区外，至于具体位置一般并不需要确切处于规定的保护区内还是保护区外，至于具体位置一般并不需要确切的知道。的知道。 一般而言，阻抗继电器的实现方法有两种：一般而言，阻抗继电器的实现方法有两种： （1 1）精确计算）精确计算ZmZm，再与确定的动作特性比较，落在
2、区内则动作；，再与确定的动作特性比较，落在区内则动作； （2 2）无需精确计算）无需精确计算ZmZm，间接判断是否落在动作区内。，间接判断是否落在动作区内。3.3.1 3.3.1 绝对值比较原理的实现绝对值比较原理的实现 1. 1. 模拟式绝对值比较阻抗继电器的实现模拟式绝对值比较阻抗继电器的实现 若绝对值表达式的形式为：若绝对值表达式的形式为：两边同乘以测量电流两边同乘以测量电流 ，并令，并令则绝对值动作条件又可写为：则绝对值动作条件又可写为：ABZZmIBmBAmAZIUZIU,ABUU（ ）ABUU绝对值比较回路TATVURRmIIK21mUUKmIIK21AUBUmImUmIABIKU
3、KIKUU2121mImUmIIKUKIK2121两边同除以两边同除以 ，并令，并令mUIKsetUIZKK则上式变为：则上式变为： setmsetZZZ2121说明：说明：（1） 为实数，通过改变电压互感器的匝数比来调节。为实数，通过改变电压互感器的匝数比来调节。 （2） 为复数，通过改变电流互感器匝数比和电阻为复数，通过改变电流互感器匝数比和电阻R来调节。来调节。UKIK3.3.2 3.3.2 相位比较原理的实现相位比较原理的实现 1. 1. 模拟式相位比较阻抗继电器的实现模拟式相位比较阻抗继电器的实现 若绝对值表达式的形式为：若绝对值表达式的形式为：两边同乘以测量电流两边同乘以测量电流
4、，并令，并令则相位动作条件又可写为：则相位动作条件又可写为：90arg90DCZZmIDmDCmCZIUZIU,90arg90DCUU相位比较回路TATVURRmIIKmUUKmUUKCUDU90arg90mUmUmIUKUKIKmUmICUKIKUmUDUKU两边同除以两边同除以 ，并令，并令mUIKsetUIZKK则上式变为：则上式变为： 说明：说明：（1） 为实数，通过改变电压互感器的匝数比来调节。为实数，通过改变电压互感器的匝数比来调节。 （2） 为复数，通过改变电流互感器匝数比和电阻为复数，通过改变电流互感器匝数比和电阻R来调节。来调节。UKIK90arg90mUmUmIUKUKIK
5、90arg90mmsetZZZ3.3.3 3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断比较工作电压相位法实现的故障区判断 1.1.比较工作电压相位法的基本原理比较工作电压相位法的基本原理 工作电压（又称补偿电压）用工作电压（又称补偿电压）用 表示，定义为：表示，定义为：通过比较通过比较 和和 的的相位的相位的“差异差异”即可判断故障区。即可判断故障区。正常运行时正常运行时ZmZm和和ZsetZset同相位，且同相位，且ZmZm比比ZsetZset幅值大，因此，工作电压幅值大，因此，工作电压与测量电压同相位。与测量电压同相位。下面分析故障时两电压之间的相位关系。下面分析故障时两电压之间的相位关
6、系。)(setmmsetmmmsetmmopZZIZIZIZIUUopUopUmU1E2E12k2UsetZzopUmUk2k2点短路时（区外故障）点短路时（区外故障）)(22setkmopkmmZZIUZIU，结论：区外故障时，结论：区外故障时， 和和 同相。同相。 opUmU1E2E12k1UsetLzopUmUk1k1点短路时（区内故障）点短路时（区内故障）)(11setkmopkmmZZIUZIU结论：区内故障时，结论：区内故障时， 和和 反相。反相。 opUmU1E2E12k1k2UsetLk3zopUmUk3k3点短路时（反向故障）点短路时（反向故障）)(33setkmopkmmZ
7、ZIUZIU，结论：反向故障时，结论：反向故障时， 和和 同相。同相。 opUmU3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断 比较工作电压相位法的基本原理比较工作电压相位法的基本原理 以以 作为参考相量，根据不同故障情况下作为参考相量，根据不同故障情况下 和和的差异，就可以区分出故障点的位置。当的差异，就可以区分出故障点的位置。当 和和 反相反相时时，可以判定为，可以判定为区内故障区内故障；当；当 和和 同相时同相时，可判断，可判断为为区外或反向故障区外或反向故障。mUmUopUopUmUopUmU3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断 270arg90mopUU实际中，由于互感器
8、误差、过渡电阻等因素的存在，区内故障时母线测量电压与工作电压之间并不一定正好反相，因此动作条件应该是一个范围。21270arg180mopUU若1=2=90，则上式可改变为：270arg90mopUU270arg90msetmmUZIU270arg90msetmZZZ90arg90mmsetZZZ是什么动作是什么动作特性？特性？setZmZmsetZZ2/setZ 电压电压 的作用就是作为判断的作用就是作为判断 相位的参考，所以相位的参考，所以又称为参考电压或极化电压。直接用又称为参考电压或极化电压。直接用 作为比相的参考电作为比相的参考电压无法保证出口短路时的选泽性，为了克服这个缺点，应选压
9、无法保证出口短路时的选泽性，为了克服这个缺点，应选择相位不随故障位置变化、在出口短路时不为择相位不随故障位置变化、在出口短路时不为0 0的电压量作的电压量作为比相的参考电压，用为比相的参考电压，用 表示。动作条件可表示为：表示。动作条件可表示为： 3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断 比较工作电压相位法的缺陷比较工作电压相位法的缺陷： 当正向出口或反向出口出现短路的时候，当正向出口或反向出口出现短路的时候， （或者说（或者说 ）的值都非常小，所以保护容易出现正方向出口拒动和反方向出的值都非常小，所以保护容易出现正方向出口拒动和反方向出口误动的情况。口误动的情况。mUmZmUopUmU
10、refU21refopUU3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断 2.2.以正序电压为参考电压的测量元件以正序电压为参考电压的测量元件 在出口处发生短路的时候，故障相的电压会降为在出口处发生短路的时候，故障相的电压会降为0 0，但非故障相的电压都，但非故障相的电压都不会为不会为0 0，而且其相位也不会随着故障位置的变化而变化，所以可以引入非故，而且其相位也不会随着故障位置的变化而变化，所以可以引入非故障相的电压作为比较障相的电压作为比较 的参考电压。的参考电压。 由对称分量法可知，由对称分量法可知，正序电压正序电压是三相电压组合而成，相当于引入了非故障是三相电压组合而成，相当于引入了非
11、故障相的电压。相的电压。 下面分析以正序电压作为参考电压时，测量元件的动作特性。下面分析以正序电压作为参考电压时，测量元件的动作特性。注意：参考电压的选取应该是故障环路电压。注意：参考电压的选取应该是故障环路电压。opU3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断 （1 1）不同短路情况下正序电压的变化分析）不同短路情况下正序电压的变化分析 1 1）A A相单相接地短路相单相接地短路 A A相出口接地短路时，保护安装处的三相电压为：相出口接地短路时，保护安装处的三相电压为：可见，故障相的正序电压和故障前电压同相位，幅值为可见，故障相的正序电压和故障前电压同相位，幅值为2/3.2/3.000C
12、CBBAUUUUU02132)(31ACBAAUUaUaUU故障前母线电压故障前母线电压3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断 （1 1）不同短路情况下正序电压的变化分析）不同短路情况下正序电压的变化分析 2 2）ABAB两相接地短路两相接地短路 保护安装处的三相电压为：保护安装处的三相电压为：01110210213131)(3131)(31ABBAABBCBABACBAAUUUUUUaUUaUUUaUaUU000CCBAUUUU3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断 （1 1）不同短路情况下正序电压的变化分析）不同短路情况下正序电压的变化分析 3 3）ABAB两相短路两相短路
13、 保护安装处的三相电压为：保护安装处的三相电压为：01110210212121)(3121)(31ABBAABBCBABACBAAUUUUUUaUUaUUUaUaUU06006002121CCjABjAAUUeUUeUU3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断 （1 1）不同短路情况下正序电压的变化分析）不同短路情况下正序电压的变化分析 4 4）三相对称短路）三相对称短路 如果短路发生在出口处，则三相的正序电压都为如果短路发生在出口处，则三相的正序电压都为0 0，此时以正序电压作，此时以正序电压作为参考电压就不适用了。若短路没有发生在出口处，则三相的正序电压不为为参考电压就不适用了。若短
14、路没有发生在出口处，则三相的正序电压不为0 0，只要三相的正序电压还有故障前电压的，只要三相的正序电压还有故障前电压的10%-15%,10%-15%,正序电压就还可以用作正序电压就还可以用作参考电压。参考电压。3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断 （2 2）以正序电压为参考电压的测量元件的动作特性）以正序电压为参考电压的测量元件的动作特性正序电压用作参考电压时，有两种应用方式：一种是令参考电压等于相应相正序电压用作参考电压时，有两种应用方式：一种是令参考电压等于相应相或相间的正序电压或相间的正序电压 ；一种是令参考电压为；一种是令参考电压为 。下面针对参考电压为下面针对参考电压为 的
15、情况进行分析，分别讨论。的情况进行分析，分别讨论。1mU1mU1mU即，以动作方程：即，以动作方程： ，进行讨论。为了讨论的方，进行讨论。为了讨论的方便，此处令便，此处令 ，211argmopUU 901 90290arg901mopUU3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断 根据前面的结论，正向区内故障时，有：根据前面的结论，正向区内故障时，有：若将若将 换成换成 ，有：，有：根据前面的结论，对于接地距离保护，测量电压和测量电流根据前面的结论，对于接地距离保护，测量电压和测量电流应取：应取：270arg90mopUUmUmU90arg90mopUU03IKIIUUmm，3.3.3 比
16、较工作电压相位法实现的故障区判断 上式中，由于故障相的正序电压上式中，由于故障相的正序电压 和故障相电和故障相电压压 是同相的，所以动作方程中的是同相的，所以动作方程中的 可以换可以换成成 。故而动作方程可写为：。故而动作方程可写为：90arg90mopUU03IKIIUUmm，11UUmmUmU1mU90)3(arg9010UZIKIUsetMAE2E12AUkMN1MZ）（0MZAIkZ)(0kZ)(kgRRkU当当A相单相接地短路时，根据对称分量法可知：相单相接地短路时，根据对称分量法可知：021333AAAAIIII取取A相的正序电压作为参考电压（测量电压）：相的正序电压作为参考电压（
17、测量电压）：111MAMAmAZIEU说明：说明： 就是动作特性中的就是动作特性中的 。1mAU1UMAE2E12AUkMN1MZ）（0MZAIkZ)(0kZ)(kgRRkUA相的正序电流相的正序电流 可通过以下方式计算：可通过以下方式计算：1AI)000222111MkAMkAMkAkMAZZIZZIZZIUE（1AI1MkZZ 1AIgAgARIRI13)23001111MkAMkAgAMAZZIZZIRIE（gMkMkMAARZZZZEI3)20011（MAE2E12AUkMN1MZ）（0MZAIkZ)(0kZ)(kgRRkU设：设：1103LLLZZZKkkkZZZK30即，1103M
18、MMmZZZK则动作特性的分子则动作特性的分子 可以表示为：可以表示为：（说明：（说明： 就是就是 ）AUAUopU)33()33()3()3()3(110100setMmAMAsetAMmAMAsetAmAAZKZKIEZIKIZIKIEZIKIUU结合以下几个表达式：结合以下几个表达式：90arg901mopUU111MAMAmAZIEU)33()33(11setMmAMAAZKZKIEU)23001111MkAMkAgAMAZZIZZIRIE（分子分子 以下用以下用 表示表示 分母分母 以下用以下用 表示表示 opU1mAUAU1mU将将代入代入、中，再将中，再将、代入代入中：中：110
19、10010011001133321111)(32)33(323)2)33()33(3)2MmsetmMmkksetkkMMkkksetkkkMkMkMksetMmkMkMkmAAZZZZZKKRKZZRKZZZRZZZKRZZZRZZZZZKZKRZZZZUU（012MMZZ分子分母同除以分子分母同除以K33kkZZZK0233mZ1MZ阻抗器件的动作特性为：阻抗器件的动作特性为：90arg901mopUU代入前面的计算结果：代入前面的计算结果：90)(arg901MmsetmZZZZ或写为：或写为：90arg901MmmsetZZZZ90)(arg901MmmsetZZZZsetZ1MZmZ
20、j90)(arg901MmmsetZZZZ 可见，在正向故障的情况下，以正序电压为参考电压的可见，在正向故障的情况下，以正序电压为参考电压的测量元件的动作特性对应着一个偏移圆。测量元件的动作特性对应着一个偏移圆。 若若不用正序电压不用正序电压而而用故障相电压用故障相电压作为参考电压，则元件作为参考电压，则元件的动作区域如图黑色虚线所示。可见，采用偏移圆可以提高的动作区域如图黑色虚线所示。可见，采用偏移圆可以提高保护装置耐受过渡电阻的能力。保护装置耐受过渡电阻的能力。反方向故障是否会动作？反方向故障是否会动作？偏移圆并不意味着失去了方向，因为该特性是在正方向故障为前提下推导出来的。偏移圆并不意味
21、着失去了方向，因为该特性是在正方向故障为前提下推导出来的。MAE2E12AUMN1MZ）（0MZAIkZ)(0kZk)(kgRRkU 当当A相单相接地短路时，根据对相单相接地短路时，根据对称分量法可以推导出动作方程为：称分量法可以推导出动作方程为：90arg901NmmsetZZZZsetZ1NZmZj3.3.3 比较工作电压相位法实现的故障区判断 3.3.以记忆电压为参考电压的测量元件以记忆电压为参考电压的测量元件 以测量电压或正序电压为参考电压的方法，在出口三相以测量电压或正序电压为参考电压的方法，在出口三相对称短路时，三相的测量电压都降为对称短路时，三相的测量电压都降为0 0，将失去比较的依据。，将失去比较的依据。为克服这一缺点，可采用为克服这一缺点，可采用故障前的电压（记忆电压）故障前的电压（记忆电压）作为测作为测量元件的参考电压。量元件的参考电压。 在模拟电路中，记忆电压是通过在模拟电路中，记忆电压是通过LCLC谐振回路获得，但该谐振回路获得，但该电压会随着时间的推移而衰减。数字式保护中，记忆电压是电压会随着时间的推移而衰减。数字式保护中，记忆电压是放在存储器中的故障前电压的采样值，故而不存在衰减问题。放在存储器中的故障前电压的采样值，故而不存在衰减问题。 可以证明：以记忆电压为参考电压的元件的动作特性也可以证明：以记忆电压为参考电压的元件的动作特性也是偏移圆是偏移圆
