电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
直线特性－电抗特性
1.电抗特性－动作方程 Z m Z m j 2 X set Z m jX set 90 arg 90 jX set 2.准电抗特性－动作方程 Z m jX set 90 arg 90 jX set
偏移圆特性
– 动作阻抗Zop – Zm阻抗角不同，对应的Zop也不同
当Zm与Zset1阻抗角相等时，
Zop＝Zset1，此时继电器最灵 敏
当Zm与Zset2阻抗角相等时，
Zop＝Zset2 – 若Zset2＝-ρZset1，ρ：偏移率 – 常用于距离保护的后备段
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
电力系统继电保护
3.1.2 测量阻抗及其与故障距离的关系
测量阻抗
U Zm m I m
（3-1）
Z m Z m m Rm jX m（3-2）
电力系统正常运行时，Zm为负 荷阻抗ZL 电力系统发生金属性短路时， Zm变为短路点与保护安装处之间 的线路阻抗Zk 依据测量阻抗在不同情况下幅值和相 位的差异，保护能够区分出系统出现 故障、故障发生在区内还是区外。
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
直线特性－电阻特性
1.电阻特性－动作方程 Z m Z m 2R set 90 arg Z m Rset 90 Rset
2.准电阻特性－动作方程 Z Rset 90 arg m 90 Rset
Zm Zk z1Lk (r1 jx1 )Lk
整定阻抗
Zset z1系统中测量电压和测量电流的选取
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3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
– 为保护接地短路，采用接地距离保护接线方式：
取测量电压为保护安装处故障相对地电压
测量电流为带零序电流补偿的故障相电流 可正确反应：单相接地短路、两相接地短路、三相短路
– 为保护相间距离保护，采用相间距离保护接线方式：
取测量电压为两故障相的电压差 测量电流为两故障相的电流差 可正确反应：两相短路、两相接地短路、三相短路
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3.1.3 三相系统中测量电压和测量电流的选取
电力系统继电保护
3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
直线特性－方向特性
Z m－Zset Z m +Zset 90 arg Zm 90 Z set
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
四边形特性
1.准电抗特性 2.准电阻特性 折线azb：
Z m Z set 2 1 arg 90 2 Rset
、I 、 – 软件计算出：U m m Zm
– 电压比较算法：直接根据动作特性要求用软件形成两个比较电压，
比较其大小，判断是否动作 – 阻抗比较算法：先算出Zm，动作特性要求用软件形成两个比较阻抗，
比较其大小，判断是否动作
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3.3.1 绝对值比较原理的实现
U jU U U m R I m U I I jI I
的方向和距离，并与预先设定的保护范围相比较 – 振荡闭锁部分：防止振荡时保护误动作 – 电压回路断线部分：电压回路断线时，闭锁保护 – 配合逻辑部分
– 出口部分：跳闸出口和信号出口
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电 力 系 统 继 电 保 护
3.2 阻抗继电器及其动作特性
南京信息工程大学
电气工程与自动化系
3.2.1 阻抗继电器动作区域的概念
称为电压形式相位比较方程。
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3.3.2 相位比较原理的实现
模拟式距离保护相位比较电压的形成
– T：电压变换器
两个输出绕组，接电压形成
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3 电网的距离保护
南京信息工程大学
电气工程与自动化系
主要内容
– 3.1 距离保护的基本原理与构成
– 3.2 阻抗继电器及其动作特性
– 3.3 阻抗继电器的实现方法 – 3.4 距离保护的整定计算与对距离保护的评价 – 3.5 距离保护的振荡闭锁 – 3.6 故障类型判别和故障选相
偏移圆特性 方向圆特性 全阻抗圆特性 上抛圆特性
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
偏移圆特性 两个整定阻抗Zset1、Zset2 1 圆心 ( Z set1 Z set 2 ) 2 半径
1 ( Z set1 Z set 2 ) 2
动作区：圆内 非动作区：圆外 临界动作：圆周上 绝对值比较动作方程
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3.1.4 距离保护的时限特性
三段式距离保护
阶梯时限特性 I段：无延时速动段
II段：带固定时限速 动段，0.3～0.6s
III段：与相邻下级线 路的II段或III段保护 配合
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3.1.5 距离保护的构成
– 启动部分：判别系统是否发生故障
– 测量部分：在系统故障的情况下，快速、准确的测定出故障
ZB Z A
两侧同乘测量电流
（3.37）
I m
，并令 I m Z A U A , I m Z B U B ，绝对值
比较动作条件可表示为：
U U B A
称为电压形式的绝对值比较方程。
（3.43）
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3.3.1 绝对值比较原理的实现
模拟式距离保护绝对值比较电压的形成
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
苹果形和橄榄形特性
Z set Z m arg Zm
β ≥90˚，苹果形 β < 90˚，橄榄形
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
直线特性－电抗特性
1.电抗特性－动作方程 Z m Z m j 2 X set Z m jX set 90 arg 90 jX set 2.准电抗特性－动作方程 Z m jX set 90 arg 90 jX set
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3.3 阻抗继电器的实现方法
南京信息工程大学
电气工程与自动化系
3.3 阻抗继电器的实现方法
– 3.3.1 绝对值比较原理的实现
– 3.3.2 相位比较原理的实现
– 3.3.3 比较工作电压相位法
以正序电压作为参考电压 以记忆电压作为参考电压
– 3.3.4 精确工作电流与精确工作电压
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
电力系统继电保护
3.2.3 绝对值比较与相位比较之间的相互转换
绝对值比较 ZB Z A 相位比较 ZC 90 arg 90 ZD
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Z A ZC Z D Z B ZC Z D 1 ZC (Z A Z B ) 2 1 Z D (Z A Z B ) 2
1 1 Z m ( Z set1 Z set 2 ) ( Z set1 Z set 2 ) 2 2
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
相位比较动作方程
Z set1 Z m 90 arg 90 Z m Z set 2
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
准四边形特性
IV象限
Rm Rset
X m Rm tg 1
II象限
I象限
Rm X mtg 2 Rm Rset X mctg 3 X m X set Rmtg 4
X m X set
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3.3 阻抗继电器的实现方法
– 继电保护装置的作用：判断故障处于区内还是区外
– 阻抗继电器的实现：
精确测量Zm，与事先确定的动作特性进行比较 无需精确测量Zm，只需间接地判断是处在动作边界之内还是动作边界 之外
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3.3.1 绝对值比较原理的实现
绝对值比较动作表达式：
m R I m I
（3.47）
（3.48）
（3.49）
U jU U I U I U U I IR U R II m R I R R I I Zm j Rm jX m 2 2 2 2 Im I R jI I IR II IR II U U Z m m m (U I ) Z m m Im I m
– Zm=Rm+jXm
– 阻抗复平面上，Zm
在动作区域内，区内故障
在动作区域外，区外故障
区域边界，临界动作
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
– 动作区域的形状，称为动作特性。
动作区域为圆形，称为圆特性
动作区域为四边形，称为四边形特性
– 动作特性用复数的数学方程描述，称为动作方程。 – 圆特性阻抗继电器
方向圆特性
令Z set 2 0, Z set1 Z set， 动作方程 1 1 Z m Z set Z set 2 2 Z set Z m 90 arg 90 Zm
一般用于主保护段
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3.2.2 阻抗继电器的动作特性和动作方程
全阻抗圆特性
令Z set 2 Z set , Z set1 Z set， 动作方程 Z m Z set Z set Z m 90 arg 90 Z set＋Z m