阻抗继电器

阻抗继电器继电器的测量阻抗：指加入继电器的电压和电流的比值，即clclclIUZ。clZ可以写成jXR的复数形式，所以可以利用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把它表示出来，如图3-3所示。以图3—3（a）中线路BC的距离保护第Ⅰ段为例来进行说明。设其整定阻抗BCzdZZ85.0，并假设整定阻抗角与线路阻抗角相等。当正方向短路时测量阻抗在第一象限，正向测量阻抗clZ与R轴的夹角为线路的阻抗角d。反方向短路时，测量阻抗clZ在第三象限。如果测量阻抗clZ的相量，落在zdZ向量以内，则阻抗继电器动作；反之，阻抗继电器不动作。TVTAdTABCTVBclclclnnZnInUIUZ阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆。如图3—3（b）所示的阻抗继电器的动作特性为方向特性圆，圆内为动作区，圆外为非动作区。一、具有圆及直线动作特性的阻抗继电器（一）特性分析及电压形成回路1．全阻抗继电器（1）幅值比较图3-3用复数平面分析阻抗继电器的特性（a）系统图；(b)阻抗特性图CBAjXBCzdZZ85.0BCZzdZdclIclUZTARTVBAC(b)(a)全阻抗继电器的动作特性如图3—4所示，它是以整定阻抗zdZ为半径，以坐标原点为圆心的一个圆，动作区在圆内。它没有方向性。全阻抗继电器的动作与边界条件为：clzdZZ构成幅值比较的电压形成回路如图3—5所示。（2）相位比较相位比较的动作特性如图3—6所示，继电器的动作与边界条件为clzdZZ与clzdZZ的夹角小于等于90，即90arg90clzdclzdZZZZ图3-6相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性（a）测量阻抗在圆上;（b）测量阻抗在圆内;（c）测量阻抗在圆外RzdZclZ0clzdZZclzdZZRzdZclZ0clzdZZclzdZZRzdZclZ0clzdZZclzdZZ（a）（b）（c）jXjXjX图3-5全阻抗继电器幅值比较电压形成回路BTADKBYBTVclUBUyAZIzdclclIR图3-4全阻抗继电器的动作特性zdZclZkj0jX分子分母同乘以测量电流得90argarg90CDUUUUykyk上式中，D量超前于C量时角为正，反之为负。构成相位比较的电压形成回路如图3—7所示2．方向阻抗继电器（1）（1）幅值比较方向阻抗继电器的动作特性为一个圆，如图3—8(a)所示，圆的直径为整定阻抗zdZ，圆周通过坐标原点，动作区在圆内。当正方向短路时，若故障在保护范围内部，继电器动作。当反方向短路时，测量阻抗在第Ⅲ象限，继电器不动。因此，这种继电器的动作具有方向性，幅值比较的动作与边界条件为zdclzdZZZ2121分子分母同乘以测量电流得BUUUAkyk2121其电压形成回路如图3—9所示。DKBYB图3-7全阻抗继电器相位比较电压形成回路clUkUkUDCyUyUclI图3-8方向阻抗继电器的动作特性（a）幅值比较的分析;（b）相位比较的分析RzdZ0（a）zdclZZ21zdZ21clZRzdZ0（b）clZclzdZZjXjX（2）相位比较相位比较的方向阻抗继电器动作特性如图上图所示，其动作与边界条件为90arg90clclzdZZZ分式上下同乘以电流90arg90yykUUU方向阻抗继电器相位比较的电压形成回路，如图3—10所示。3．偏移特性阻抗继电器（1）幅值比较图3-10方向阻抗继电器相位比较电压形成回路yUclUclIyUkUYBDKBCD图3-9方向阻抗继电器幅值比较电压形成回路kU21kU21AByUclUclIDKBYBzdZR图3-11偏移特性阻抗继电器动作特性0clZzdZjXclZ0图3-8方向阻抗继电器的动作特性（a）幅值比较的分析;（b）相位比较的分析RzdZ0（a）zdclZZ21zdZ21clZRzdZ0（b）clZclzdZZjXjX偏移特性阻抗继电器的动作特性，如图3—11所示，圆的直径为zdZ与zdZ之差。其中=（-0.1～-0.2），圆心坐标)(21'zdzdooZZZ,圆的半径为)(21zdzdZZ，其动作与边界条件为')(21ooclzdzdZZZZ即)(21)(21zdzdclzdzdZZZZZ两边同乘以电流得kykUUUA)1(21)1(21（2）相位比较偏移特性阻抗继电器相位比较分析，如图3-12所示，其相位比较的动作与边界条件为90arg90zdclclzdZZZZ两边同乘以电流得90argarg90CDUUUUkyyk(二)阻抗继电器的比较回路具有圆或直线特性阻抗继电器可以用比较两个电气量幅值的方法来构成，也可以用比较两个电气量相位的方法来实现，所有继电器都可以认为是由图3-15所示的两个基本部分组成，即由电压形成回路和幅值比较或相位比较回路组成。图3-12偏移特性阻抗继电器相位比较分析zdZR0clZzdZjX1．1．二极管环形相位比较回路二极管环形相位比较回路基于把两个进行比较的电气量的相位变化关系转换为直流输出脉动电压的极性变化。原理图和其等效电路图如下图所示。假定21UU，两者相位角)arg()arg(21CDUU，21RR。212211,UUEUUE，当相位角变化时，比相回路的输出电压mnU脉冲宽度及极性相应产生变化，现分析如下。（1）当0时，输出电压Umn等于在一周期内电阻R1、R2上电压降的代数和，即121221)()(RiiRiiUmn(2)当180时，1E、2E与比较量的向量关系如下图（b）所示。21EE，这时输出电压的平均值为负极性最大值。2U1D2D3D4D1R2R1YB2YB-+mnmn-+1D2D4D3D++--1I2I2I1I（a）（b）图3-16二极管环行整流比相电路（a）原理接线图;（b）等效电路图1R2RCDmnu2U1U1E2E电压形成比相回路执行（输出）90arg90CD（b）CD（输出）AB电压形成比幅回路clIclU执行（a）BA图3-15阻抗继电器的构成原理方框图（a）幅值比较式；（b）相位比较式clUclI2U1D2D3D4D1R2R1YB2YB-+mnmn-+1D2D4D3D++--1I2I2I1I（a）（b）图3-16二极管环行整流比相电路（a）原理接线图;（b）等效电路图1R2RCDmnu2U1U1E2E图3-17二极管环行整流比相回路原理分析图（a），；021EE180（b），；21EE（c），9021EE（a）00001U2U1E2E11Ri21Ri22Ri12Ri2mnUpJmnU.0utt02340.pJmnU023411Ri21Ri21Ri11Ri22Ri22Ri12Ri12Ri2U2U1E2E1U0（C）umnutt00001U2U1E2E11Ri21Ri22Ri12Ri2pJmnU.（b）180uttmnu（3）当90时，mnU的波形如下图,mnU为正、负脉冲，其脉冲宽度均为90。显然，这时输出电压的平均值是零。当为其它任意角度时，同样可得到相应的输出电压mnU的正、负脉冲的宽度及其幅值，从而可绘出如图3-18所示的)(.fUpjmn关系曲线。由图可知，仅当相位角的变化在9090范围的条件下，输出电压平均值为正值，这就保证了阻抗继电器动作条件。三.方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短路时，会不会有死区？为什么？对幅值比较的方向阻抗继电器，其动作条件为,2121KyKUUU.当0yU时，继电器也不动作。对于相位比较的方向阻抗继电器，其动作条件为90arg90yyKUUU，当0yU时，无法进行比相，因而继电器也不动作。思考：对于方向阻抗继电器，当保护出口短路时，采用什么措施消除死区？1．1．记忆回路18090018090pjmnU.图3-18环形整流比相电路输出电压平均值与比相角θ的关系曲线pjmnU.图3-17二极管环行整流比相回路原理分析图（a），；021EE180（b），；21EE（c），9021EE（a）00001U2U1E2E11Ri21Ri22Ri12Ri2mnUpJmnU.0utt02340.pJmnU023411Ri21Ri21Ri11Ri22Ri22Ri12Ri12Ri2U2U1E2E1U0（C）umnutt00001U2U1E2E11Ri21Ri22Ri12Ri2pJmnU.（b）180uttmnu对瞬时动作的距离I段方向阻抗继电器，在电压yU的回路中广泛采用“记忆回路”的接线，即将电压回路作成是一个对50HZ工频交流的串联谐振回路。图3-23所示是常用的接线之一。cjLj1，则谐振回路中的电流jI与外加测量电压clU同相位。结论：在电阻jR上的压降RU也与外加电压clU同相位，记忆电压jU通过记忆变压器JYB与yU同相位。引入记忆电压以后，幅值比较的动边条件为：jKyjKUUUUU2121在出口短路时，yU=0，由于谐振回路的储能作用，极化电压jU在衰减到零之前存在，且与yU同相位。由于继电器记录了故障前的电压，故方向阻抗继电器消除了死区。2．引入第三相电压思考：记忆回路只能保证方向阻抗继电器在暂态过程中正确动作，但它的作用时间有限。解决方法：引入非故障相电压。如下图所示为在方向阻抗继电器中引入第三相电压，并将第三相电压和记忆回路并用的方案。正常时，第三相电压CU基本上不起作用。当系统中AB相发生突然短路时,jLjRLjcjjLjRcjRjxIjxjxRjxIILjRjcjRXIjRIU图3-23具有记忆的幅值比较的方向阻抗继电器电压形成回路DKBABJYBYBABkU21kU21jRjCjIjLjURUyUjUclUclIclUJYBABCRjRjCjLjUjUclU(a)图3-24引入第三相电压产生极化电压的工作原理（a）原理图；（b）短路后的等值电路；（c）向量分析AEBEBCACUUjcjjRIUABUU(c)RIjLJYBABCRjRjCjUjURI(b)cjILjI结论：cjI超前RI近90，电阻jR上电压降RU超前ACU90，即极化电压与故障前电压ABU同相位。因此，当出口两相短路时，第三相电压可以在继电器中产生和故障前电压ABU（即yU）同相的而且不衰减的极化电压jU，以保证方向阻抗继电器正确动作，即能消除死区。四、阻抗继电器的精工电流和精工电压实际上方向阻抗继电器的临界动作方程为02UUUUkyk式中0U为动作量克服二极管正向压降及极化继电器动作反力所需的剩余电压，假设上式中各向量均为同相位，则上列方程可写为02UUUUkyk20UUUkyclzddzIUZZ20考虑0U的影响后，给出)(cldzIfZ的关系曲线如图3—30所示所谓精工电流，就是当gclII时，继电器的动作阻抗zddzZZ9.0，即比整定阻抗缩小了10%。因此，当gclII时，就可以保证起动阻抗的误差在