电力系统继电保护465方向阻抗继电器实例
电力系统继电保护 ——阻抗继电器的实现方法、距离保护的整定计算与对距离保护的评价
Um UR jUI UmU Im IR jII ImI
Zm
Um Im
UR +jUI IR jII
URIR UIII
I
2 R
I
2 I
j UI IR URII
以各段测量元件均采用圆形动作特 性为例，它们的动作区域可用图3-24 示意。
1. 距离保护第I段的整定 整定原则：距离I段为无延时的速动段，其测量元件的整定阻抗，应该按 躲过本线路末端短路时的测量阻抗来整定，以A处保护为例：
（3-109）
2．距离保护第II段的整定 (1)分支电路对测量阻抗的影响
余弦型相位比较判据
2）动作范围0°~180°： UC UD sin(c D ) UCIUDR UCRUDI 0 正弦型相位比较判据
三、相位比较原理的实现
相位比较的阻抗元件：900
arg
UC UD
900
既可以用阻抗比较的方式，也可以用电压比较的方式。
（2）数字式相位比较阻抗继电器
如图3-25所示,图中K点发生三相短路时， A保护处的测量阻抗为：
（3-110）
式中
—线路AB的正序阻抗；
—母线B与短路点之间线路的正序阻抗；
—分支系数。
1)在图3-25(a)的情况下
2)在图3-25(b)的情况下
大于
小于
(2) II段的整定 1)与相邻线路距离保护I段相配合。保护1 II段的整定阻抗为：
当被保护线路末端母线上既有出线又有变压器时，距离II段的整定阻抗应 分别按上述两种情况计算，取其中的较小者作为整定阻抗。
电力系统继电保护 —— 距离保护的基本原理、阻抗继电器及其动作特性
二、阻抗继电器的动作特性和动作方程
动作特性：阻抗继电器在阻抗复平面动作 区域的形状。用复数的数学方程来描述， 称为动作方程。
二、阻抗继电器的动作特性和动作方程
Zm
m
Rm
jX m
金属性短路时：Um降低，Im增大，Zm变为短路点与保
护安装处之间的线路阻抗Zk=z1Lk=(r1+jx1)Lk。短路阻抗的 阻抗角就等于输电线路的阻抗角，数值较大（220kV以上不
低于75°）
二、测量阻抗及其与故障距离的关系
整定阻抗： Zset z1Lset
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
三相短路
三相对称性短路时，故障点处的各相电压相等，且在三相 系统对称 时均为0，此时，任何一相的电压、电流或任何 两相相间的电压、电流均可作为距离保护的测量电压和测 量电流，用来进行故障判断。
三、三相系统中测量电压和测量电流的选取
故障环路的概念及测量电压、电流的选取
零序电流补偿系数单相接地短路以a相接地为例三三三相三相系统中测量电压和测量电流的系统中测量电压和测量电流的选取选取两相接地短路1以bc两相接地为例三三三相三相系统中测量电压和测量电流的系统中测量电压和测量电流的选取选取两相接地短路2以bc两相接地为例三三三相三相系统中测量电压和测量电流的系统中测量电压和测量电流的选取选取两相不接地短路以ab两相短路为例三三三相三相系统中测量电压和测量电流的系统中测量电压和测量电流的选取选取三相短路三相对称性短路时故障点处的各相电压相等且在三相系统对称时均为0此时任何一相的电压电流或任何两相相间的电压电流均可作为距离保护的测量电压和测量电流用来进行故障判断
电力系统继电保护实验报告
1电力系统继电保护实验报告一、常规继电器特性实验（一）电磁型电压、电流继电器的特性实验 1．实验目的1）了解继电器基本分类方法及其结构。
2)熟悉几种常用继电器,如电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器等的构成原理. 3）学会调整、测量电磁型继电器的动作值、返回值和计算返回系数. 4）测量继电器的基本特性。
5）学习和设计多种继电器配合实验。
2．继电器的类型与原理继电器是电力系统常规继电保护的主要元件，它的种类繁多，原理与作用各异. 3．实验内容1)电流继电器特性实验电流继电器动作、返回电流值测试实验. 实验电路原理图如图2—2所示：实验步骤如下：（1）按图接线，将电流继电器的动作值整定为1。
2A ，使调压器输出指示为0V ，滑线电阻的滑动触头放在中间位置.（2）查线路无误后,先合上三相电源开关（对应指示灯亮)，再合上单相电源开关和直流电源开关。
（3）慢慢调节调压器使电流表读数缓慢升高，记下继电器刚动作（动作信号灯XD1亮)时的最小电流值，即为动作值.（4）继电器动作后，再调节调压器使电流值平滑下降,记下继电器返回时（指示灯XD1灭）的最大电流值，即为返回值。
（5)重复步骤（2）至（4），测三组数据.(6)实验完成后，使调压器输出为0V ，断开所有电源开关。
（7）分别计算动作值和返回值的平均值即为电流继电器的动作电流值和返回电流值。
（8）计算整定值的误差、变差及返回系数。
误差＝［ 动作最小值－整定值 ］／整定值变差＝［ 动作最大值－动作最小值 ］／动作平均值 ⨯ 100% 返回系数＝返回平均值／动作平均值表2—1 电流继电器动作值、返回值测试实验数据记录表-220动作信号灯22）电流继电器动作时间测试实验电流继电器动作时间测试实验原理图如图2—3所示:实验步骤如下：（1）按图接线，将电流继电器的常开触点接在多功能表的“输出2”和“公共端"，将开关BK 的一条支路接在多功能表的“输入1”和“公共端"，使调压器输出为0V ，将电流继电器动作值整定为1.2A ，滑线电阻的滑动触头置于其中间位置。
电力系统继电保护阻抗继电器的接线方式和特性分析(PPT)
3. 带零序电流补偿的相电流接线
(3) 三相短路
U&kA U&kB U&kc 0, I&0 0 U&A U&kA (I&A K3I&0 )z1l (I&A K3I&0 )z1l U&B U&kB (I&B K3I&0 )z1l (I&B K3I&0 )z1l U&C U&kC (I&C K3I&0 )z1l (I&C K 3I&0 )z1l
在任意两相相间短路时，三个继电器的测量阻抗 都不能正确反映故障距离
4. 阻抗继电器接线方式总结（1）
00接线方式
• 在发生相间短路、两相接地和三相短路时，总 是有阻抗继电器能正确反映故障距离
• 在单相接地短路时，三个继电器都不能正确反 映故障距离
• 适用于反映相间短路故障的距离保护
相间距离继电器跳闸三相，三个阻抗继电 器或门输出，可以实现距离保护的目标
电力系统继电保护原理
3 电网的距离保护 3.1 距离保护的作用原理 3.2 各种单相式阻抗继电器的动作特性 3.3 阻抗继电器的接线方式 3.4 方向阻抗继电器的死区和特性分析 3.5 距离保护的整定计算和评价 3.6 影响距离保护正确动作的因素及防止方法 3.7 距离保护装置框图举例
3.3 阻抗继电器的接线方式
4. 阻抗继电器接线方式总结（2）
带零序电流补偿的相电流接线方式
• 在发生单相接地、两相接地和三相短路时，总 是有阻抗继电器能正确反映故障距离
• 在两相相间短路时，三个继电器都不能正确反 映故障距离
电力系统继电保护习题-第二章电网的电流保护
第二章 电网的电流保护2-1．已知：线路L1装设三段式电流保护，保护采用两相不完全星形接线，L1的，max 174L I A ⋅=300/5TA n =，在最大运行方式下及最小运行方式下k1、k2及k3点三相短路电流见下表： 短路点 k1 k2 k3最大运行方式下三相短路电流（A ） 4400 1310 520最小运行方式下三相短路电流（A ） 3945 1200490L2过电流保护的动作时限为：2.5秒。
求：L1线路各段(I,II,III 段)保护的动作电流，继电器的动作电流及动作时限，并校验保护的Ⅱ、Ⅲ段灵敏度（各项系数取：，，，，） 1.3I rel K = 1.1II rel K = 1.2rel K ΙΙΙ= 1.3ss K =0.85re K =图2-12-2．如图所示网络，已知：max 6.7s Z ⋅=Ω，min 5.5s Z ⋅=Ω。
试对保护1进行电流I 段和II 段的整定计算（求：'set I 、、、't %min l ''setI 、、''t ''sen K 、）并画出时限特性曲线（线路阻抗取0.4Ω/kM ，电流I 段的可靠系数，电流II 段的可靠系数，下同）。
注：计算短路电流取E 1.3I rel K = 1.1II rel K =ф=。
图2-22-3．题图2-2中，已知：，取电流III 段可靠系数、返回系数、自起动系数。
max 400L I A ⋅='''1.2rel K =0.85re K =1ss K =（1）对保护1继续进行反应相间短路的电流III 段保护的整定计算（求set I 、t 、sen K （近、远））并确定保护的接线方式。
（2）结合上题计算结果依次求出保护1的电流I 段、II 段和III 段的二次动作电流（I op I 、IIop I 、op I ΙΙΙ）。
2-4．在图2-3所示35KV 单侧电源电网中，已知线路L1的最大负荷电流，电动机的自起动系数，电流互感器变比为200/5，在最小运行方式下，变压器低压侧三相短路归算至线路侧的短路电流max 189L I A ⋅=1.2ss K =(3)min 460k I A ⋅=，线路L1装有相间短路的过电流保护，采用两相星形两继电器式接线。
电力系统距离继电保护例子
第四章 习题与思考题答案3-18 图３-7所示系统中,发电机以发电机－变压器组方式接入系统，最大开机方式为4台机全开，最小开机方式为两侧各开1台机,变压器T ５和T6可能2台也可能1台运行。
其参数为:图3-7 系统示意图3kV E ϕ=; 1.1 2.1 1.2 2.215G G G G X X X X ====Ω; 1.3 2.3 1.4 2.410G G G G X X X X ====Ω,1.1 1.4~10T T X X =Ω，0.10.4~30T T X X =Ω， 1.5 1.620T T X X ==Ω,0.50.640T T X X ==Ω；60km A B L -=，40km B C L -=；线路阻抗120.4/km Z Z ==Ω，0 1.2/km Z =Ω，线路阻抗角均为075，.max .max 300A A B L C B L I I --==，负荷功率因数角为030； 1.2ss K =, 1.2re K =，0.85rel K I=，0.75rel K II=，变压器均装有快速差动保护。
试解答:(1) 为了快速切除线路上的各种短路,线路A-Ｂ、B-C 应在何处配备三段式距离保护,各选用何种接线方式?各选用何种动作特性?答：应该在１,2,3，４处配备三段式距离保护;选用接地距离保护接线方式和相间距离保护接线方式;它们的I ，II 段选择具有方向特性的距离保护,III 选用具有偏移特性的距离保护。
(2) 整定保护1～4的距离I 段,并按照你选定的动作特性,在一个阻抗复平面上画出各保护的动作区域。
答:线路AB 的正序阻抗 10.46024AB A B Z Z L -==⨯=Ω线路BC 的正序阻抗 10.44016BC B C Z Z L -==⨯=Ω 保护１,2的距离I 段 .1,20.852420.4IIset rel AB Z K Z ==⨯=Ω保护3，4的距离Ｉ段 .3,40.851613.6I Iset rel BC Z K Z ==⨯=Ω保护1～4距离I 段在阻抗复平面上的动作区域如图3－8所示,圆周1、２、3、4分别对应保护1、２、３、4距离I 段的动作特性:图3－8 保护1~4距离I 段的动作特性(3) 分别求出保护1、4接地距离II 段的最大、最小分支系数; 答:对保护1:（I ）当与相邻下级线路距离保护Ｉ段相配合时1max 2.88b K =,1min 1.59b K =（ＩI)当与相邻变压器的快速保护相配合时1max 2.88b K =,1min 2.01b K =对保护4：(I)当与相邻下级线路距离保护I 段相配合时4max 2.26b K =，4min 1.41b K =（ＩI ）当与相邻变压器的快速保护相配合时4max 1.99b K =,4min 1.53b K =详细计算步骤见本章最后面的附录。
方向阻抗继电器的接线和特性分析 继电保护技术
当加入继电器的电流足够大
以后，U0的影响就可以忽略, 继电器的动作特性才与电流
无关。但当短路电流很大时，
如果出现了电抗互感器或中
间变流器的饱和，则继电器
的起动阻抗又将随着电流的
继续增大而减小，这也是不
允许的。
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15
通常考虑对快速动作继电器按（1）选择，因为继电
器动作快，电压之间的相位差变化很小；对动作较
慢的继电器，按（2）选择。
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5
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6
这种方法不能消除三相短路时的死区。
装设辅助保护，也是一项有效措施。辅助保护 主要是电流速断，它可以在方向性保护的死区 范围内，快速动作切除故障。
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2
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3
当外加电压突然由正常运行时的 数值降低到零时，该回路的电流 不是突然消失，而是按50Hz工 频振荡，经几个周波的时间后， 逐渐衰减到零。
既要求正常情况下
同相位，又要求在电压消失后
的过渡过程中，回路电流按
50Hz工频振荡衰减到零，是不
可能同时满足的。
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4
Байду номын сангаас
可见，两种参数选择方法均影响继电器的动作特性，
王慧
7
科大电气
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8
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9
记忆回路作用下的动态特性圆，扩大
了动作范围，而又不失去方向性，对
消除死区和减小过渡电阻的影响都是
有利的。
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12
电力系统继电保护原理课后答案
第一章填空题:1.电力系统继电保护应满足（选择性）（速动性)（灵敏性) ( 可靠性)四个基本要求.2.电力系统发生骨子后，总伴随有电流（增大）电压（降低）线路始端测量阻抗的（减小）电压与电流之间相位角（变大）3.电力系统发生故障时，继电保护装置应（切除故障设备），继电保护装置一般应（发出信号）4.电力系统切除故障时的时间包括（继电保护动作）时间和（断路器跳闸）的时间5.继电保护灵敏性指其对保护范围内发生故障或不正常工作状态的反应能力6.继电保护装置一般由测量部分，逻辑环节和执行输出组成.7.继电保护装置的测量部分是由被保护原件的(某些运行参数）与保护的整定值进行比较。
选择题：8我国继电保护技术发展过了五个阶段，其发展顺序是CA机电型晶体管型整流型集成电路型微机型B机电型整流型集成电路型晶体管型微机型C机电型整流型晶体管型集成电路型微机型9电力系统最危险的故障CA单相接地 B两相短路 C 三相短路10电力系统短路时最严重的后果是CA电弧使故障设备损坏 B使用户的正常工作遭到破坏C破坏电力系统运行的稳定性11.继电保护的灵敏度系数K1m要求（C）（A)K1m〈1 （B)K1m=1 (C）K1m〉112.线路保护一般装设两套，它们是（B）（A）主保护(B）一套为主保护，另一套为后备保护（C)后备保护判断题：13.电气设备过负荷时,继电保护应将过负荷保护设备切除. (错)14.电力系统继电保护装置通常应在保护选择性的前提下，使其快速动作。
（对）15.电力系统在不正常工作状态时，继电保护不但发出信号，同时也把不正常工作的设备切除(错）16.能使电流继电器从释放状态改变至动作状态的最大电流称为继电器的动作电流。
（错)第二章1.瞬时电流速断保护的保护范围随运行方式和故障类型而变。
2.瞬时电流速断保护的保护范围在被保护线路始端,在最小运行方式下，保护范围最小。
3。
本线路限时电流速断保护的保护范围一般不超过相邻下一条线路的电流速断保护的保护范围，故只需带 0。
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阻抗继电器
9 2020/2/17
2.电抗继电器
180o arg(ZK Zset ) 360o
（1）电抗继电器的作用
——防止双电源系统正方向外部故障阻抗继电器误动（超越）
（2）电抗继电器动作分析
g
g
g
g
工作电压：U op U M (I M K 3 I 0 )Zset
为了消除出口短路死区，需要保证短路时极化电压：（a）相位始 终不变（b）幅值不要降到零。
g
g
令U P ＝U1K
则不对称故障时极化电压不为0；出口对称短路时，靠记 忆措施使得极化电压不为0 。
阻抗继电器
4 2020/2/17
（1）继电器特性分析
①动作方程
g
g
g
相间阻抗继电器工作电压 U op U M I M gZset
g
g
极化电压：U P I 0 ZD
ZD为模拟阻抗（幅值为1， 角度为线路阻抗角）
g
动作方程： 90o
arg
U
g
op
90o，即
UP
阻抗继电器
g
g
g
90o
arg
U
M
(I
M
g
K3
I
0 )Zset
90o
I 0 ZD
10 2020/2/17
（2）电抗继电器动作分析
g
g
g
g
g
g
g
U P U 1M0 EM I M (ZSM ZkM )
代入动作方程，有
jX
90o arg ZkM Zset 90o
Zset
(ZSM ZkM )
短路阻抗ZkM的动作区是以ZSM+Zset为直径的圆内
0
特点：动作区包括原点， 因此阻无抗继正电器方向出口死区。
4.6.7 方向阻抗继电器实例
要求
（1）正方向故障无电压死区 （2）反方向故障可靠不误动
（1）死区
90o
arg
U&K
I&KZ -U&K
set
90o
g
g
|UK IK
Zset
||
g
IK
Zset
|
2
2
考虑到线路出口短路时，继电器U&K 0，则ZK 0，继电器不动作，即有电压死区。
阻抗继电器
O
B
Zset
Z kM
R
阻抗继电器
动作特性
11 2020/2/17
3.四边形阻抗继电器
jX
（1）四边形阻抗继电器的特点 ——抗过渡电阻能力强
（2）消除死区措施 ——带记忆的正序电压
折线AOC的动作方程改为
•
4 arg •
U 1
•
90o 1
I K3I0
A
1
2
B
Zset
Rset 3
g
90o
arg
U
g
op
90o
UP
5 2020/2/17
②正方向故障分析
ZSM M
IM
k
N ZSN
正方向故障图
g
g
E M UM ZkM
Z kN
EN
Q U M I M ZkM
故工作电压
g
g
g
g
U op I M ZkM I M Zset I M (ZkM Zset )
极化电压为故障前母线正序电压（如空载），则与M侧电源电势相同
2 2020/2/17
4.6.8 实用方向阻抗继电器
（1）正序电压极化的圆特性方向阻抗继电器 （2）四边形阻抗继电器 （3）工频变化量阻抗继电器（第5章）
阻抗继电器
3 2020/2/17
1.正序电压极化阻抗继电器
方向阻抗继电器方程
g
g
90o
arg
U
K
IK
g
Zset
90o
U K
令工作电压U&op U&K I&KZset，极化电压U&P U&K
＝AB、BC、CA
相间阻抗继电器极化电压
g
UpBiblioteka gU 1M 0
故障前母线正序电压
g
g
g
g
接地阻抗继电器工作电压 U op U M (I M K 3 I 0 )Zset
＝A、B、C；K为零序补偿系数
接地阻抗继电器极化电压
g
g
U P U1M0
动作方程
阻抗继电器
故障前母线正序电压
g
g
g
•
U P U 1M0 E N I M
Z
' N
Zk
代入动作方程，有
90o arg Zk Zset 90o
jX
(
Z
' N
Zk
)
短路阻抗-Zk的动作区是以以 Z’N -Zset为直径的圆内
Z
' N
D
Zset
特点：测量阻抗－Zk在第III象限，
0
而动作区在第I象限，因此阻抗继 Zk
0
动作方程
90o arg (Zk ) Zset 90o (Zk )
短路阻抗-Zk的动作区是以以 Zset为直径的圆内
阻抗继电器
R
8 2020/2/17
正序电压极化方向阻抗继电器的特点 *正方向故障无死区，反方向故障肯定不会误动 接地故障时U1不为0，接地阻抗继电器的极化电压不需要 记忆。
ZSM
R
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③反方向故障分析 ZS' M k Zk M I M
N ZSN
g
g
EM
Q U M I M Zk
Z MN UM
EN
故工作电压
g
g
g
U op I M (Zk Zset ) I M (Zk Zset )
极化电压为故障前母线正序电压（如空载），则与N侧电源电势相同
正方向接地故障：U M (I M K3 I 0 )ZkM
g
g
代入动作方程，有
90o
arg
(I
M
K 3 I 0 )(ZkM
g
Zset
)
90o
I 0 ZD
g
令＝90o－( arg ZD arg g I 0 g )
I M K3 I 0
A
动作方程变为
动作区
180o arg(ZkM Zset ) 360o
O 4
R C
——接地阻抗继电器
•
4
arg
U
•
1
90o 1
I
阻抗继电器
——相间阻抗继电器
12 2020/2/17
注
正序电压极化阻抗继电器、电抗继电器都是 通过电压方程进行判断，——方程判别式阻 抗继电器。
1 2020/2/17
（2）死区消除方法——两种
①记忆——将故障前电压加以记忆，微机保护中，可以直接利用 故障前一个或两个周波的电压进行比较，从而达到记忆的作用。 以前的保护采用L、C谐振记忆
②引入第三相电压——如正序电压，相当于引入了第三相电压， 因为计算正序电压需要A、B、C三相电压。
阻抗继电器
电器阻不抗继可电器能误动。
R
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（2）继电器的稳态特性
阻抗继电器极化电压
g
UP
g
U1M
继电器无记忆作用
正方向故障时 U&P U&1M I&MZkM
动作方程
90o arg ZkM Zset 90o Z kM
jX
Zset
反方向故障时 U&P U&1M I&M Zk