33阻抗继电器的实现方法

3.3阻抗继电器的实现方法——绝对值比较原理的实现——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的知道。一般而言，阻抗继电器的实现方法有两种：（1）精确计算Zm，再与确定的动作特性比较，落在区内则动作；（2）无需精确计算Zm，间接判断是否落在动作区内。3.3.1绝对值比较原理的实现1.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：两边同乘以测量电流，并令则绝对值动作条件又可写为：ABZZmIBmBAmAZIUZIU,ABUU（）ABUU绝对值比较回路TATVURRmIIK21mUUKmIIK21AUBUmImUmIABIKUKIKUU2121mImUmIIKUKIK2121两边同除以，并令mUIKsetUIZKK则上式变为：setmsetZZZ2121说明：（1）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R来调节。UKIK3.3.2相位比较原理的实现1.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：两边同乘以测量电流，并令则相位动作条件又可写为：90arg90DCZZmIDmDCmCZIUZIU,90arg90DCUU相位比较回路TATVURRmIIKmUUKmUUKCUDU90arg90mUmUmIUKUKIKmUmICUKIKUmUDUKU两边同除以，并令mUIKsetUIZKK则上式变为：说明：（1）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R来调节。UKIK90arg90mUmUmIUKUKIK90arg90mmsetZZZ3.3.3比较工作电压相位法实现的故障区判断1.比较工作电压相位法的基本原理工作电压（又称补偿电压）用表示，定义为：通过比较和的相位的“差异”即可判断故障区。正常运行时Zm和Zset同相位，且Zm比Zset幅值大，因此，工作电压与测量电压同相位。下面分析故障时两电压之间的相位关系。)(setmmsetmmmsetmmopZZIZIZIZIUUopUopUmU1E××~~2E12k2UsetZzopUmUk2点短路时（区外故障）)(22setkmopkmmZZIUZIU，结论：区外故障时，和同相。opUmU1E××~~2E12k1UsetLzopUmUk1点短路时（区内故障）)(11setkmopkmmZZIUZIU结论：区内故障时，和反相。opUmU1E××~~2E12k1k2UsetLk3zopUmUk3点短路时（反向故障）)(33setkmopkmmZZIUZIU，结论：反向故障时，和同相。opUmU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基本原理以作为参考相量，根据不同故障情况下和的差异，就可以区分出故障点的位置。当和反相时，可以判定为区内故障；当和同相时，可判断为区外或反向故障。mUmUopUopUmUopUmU3.3.3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。21270arg180mopUU若α1=α2=90°，则上式可改变为：270arg90mopUU270arg90msetmmUZIU270arg90msetmZZZ90arg90mmsetZZZ是什么动作特性？setZmZmsetZZ2/setZ电压的作用就是作为判断相位的参考，所以又称为参考电压或极化电压。直接用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，应选择相位不随故障位置变化、在出口短路时不为0的电压量作为比相的参考电压，用表示。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：当正向出口或反向出口出现短路的时候，（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口误动的情况。mUmZmUopUmUrefU21refopUU3.3.3比较工作电压相位法实现的故障区判断2.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0，但非故障相的电压都不会为0，而且其相位也不会随着故障位置的变化而变化，所以可以引入非故障相的电压作为比较的参考电压。由对称分量法可知，正序电压是三相电压组合而成，相当于引入了非故障相的电压。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。注意：参考电压的选取应该是故障环路电压。opU3.3.3比较工作电压相位法实现的故障区判断（1）不同短路情况下正序电压的变化分析1）A相单相接地短路A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2/3.]0[]0[0CCBBAUUUUU]0[2132)(31ACBAAUUaUaUU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）不同短路情况下正序电压的变化分析2）AB两相接地短路保护安装处的三相电压为：]0[111]0[21]0[213131)(3131)(31ABBAABBCBABACBAAUUUUUUaUUaUUUaUaUU]0[00CCBAUUUU3.3.3比较工作电压相位法实现的故障区判断（1）不同短路情况下正序电压的变化分析3）AB两相短路保护安装处的三相电压为：]0[111]0[21]0[212121)(3121)(31ABBAABBCBABACBAAUUUUUUaUUaUUUaUaUU]0[60]0[60]0[2121CCjABjAAUUeUUeUU3.3.3比较工作电压相位法实现的故障区判断（1）不同短路情况下正序电压的变化分析4）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0，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0，只要三相的正序电压还有故障前电压的10%-15%,正序电压就还可以用作参考电压。3.3.3比较工作电压相位法实现的故障区判断（2）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或相间的正序电压；一种是令参考电压为。下面针对参考电压为的情况进行分析，分别讨论。1mU1mU1mU即，以动作方程：，进行讨论。为了讨论的方便，此处令，211argmopUU90190290arg901mopUU3.3.3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：若将换成，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应取：270arg90mopUUmUmU90arg90mopUU03IKIIUUmm，3.3.3比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和故障相电压是同相的，所以动作方程中的可以换成。故而动作方程可写为：90arg90mopUU03IKIIUUmm，11UUmmUmU1mU90)3(arg9010UZIKIUsetMAE××~~2E12AUkMN1MZ）（0MZAIkZ)(0kZ)(kgRRkU当A相单相接地短路时，根据对称分量法可知：021333AAAAIIII取A相的正序电压作为参考电压（测量电压）：111MAMAmAZIEU说明：就是动作特性中的。1mAU1UMAE××~~2E12AUkMN1MZ）（0MZAIkZ)(0kZ)(kgRRkUA相的正序电流可通过以下方式计算：1AI)))000222111MkAMkAMkAkMAZZIZZIZZIUE（（（1AI1MkZZ1AIgAgARIRI13))23001111MkAMkAgAMAZZIZZIRIE（（gMkMkMAARZZZZEI3))20011（（MAE××~~2E12AUkMN1MZ）（0MZAIkZ)(0kZ)(kgRRkU设：1103LLLZZZKkkkZZZK30即，1103MMMmZZZK则动作特性的分子可以表示为：（说明：就是）AUAUopU])33()33[()3()3()3(110100setMmAMAsetAMmAMAsetAmAAZKZKIEZIKIZIKIEZIKIUU结合以下几个表达式：90arg901mopUU111MAMAmAZIEU])33()33[(11setMmAMAAZKZKIEU))23001111MkAMkAgAMAZZIZZIRIE（（①②③④分子以下用表示分母以下用表示opU1mAUAU1mU将④代入②、③中，再将②、③代入①中：11010010011001133321111)(32)33(323))2)33()33(3))2MmsetmMmkksetkkMMkkksetkkkMkMkMksetMmkMkMkmAAZZZZZKKRKZZRKZZZRZZZKRZZZRZZZZZKZKRZZZZUU（（（（012MMZZ分子分母同除以K33kkZZZK0233mZ1MZ阻抗器件的动作特性为：90arg901mopUU代入前面的计算结果：90)(arg901MmsetmZZZZ或写为：90arg901MmmsetZZZZ90)(arg901MmmsetZZZZsetZ1MZmZj90)(arg901MmmsetZZZZ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。若不用正序电压而用故障相电压作为参考电压，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保护装置耐受过渡电阻的能力。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。MAE××~~2E12AUMN1MZ）（0MZAIkZ)(0kZk)(kgRRkU当A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：90arg90'1NmmsetZZZZsetZ1NZmZj3.3.3比较工作电压相位法实现的故障区判断3.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，在出口三相对称短路时，三相的测量电压都降为0，将失去比较的依据。为克服这一缺点，可采用故障前的电压（记忆电压）作为测量元件的参考电压。在模拟电路中，记忆电压是通过LC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是偏