阻抗继电器原理及动作特性

阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是在系统发生短路故障时，测量故障点到保护安装处的距离（阻抗），获得故障环上的测量阻抗 mZ ，并与整定阻抗 setZ 进行比较，以确定保护是否应该动作。

现以图3−1−4 中线路BC 上的保护1 为例说明阻抗继电器的动作特性。为了分析方便，设电流互感器与电压互感器的变比相同，取 nTA=nTV 。在复数平面上，用有向线段来表示线路阻抗，线路始端B 位于坐标的原点，线路BC 和线路BA 的阻抗角相等，表示为φk。

图3−1−4　阻抗继电器动作特性的复数平面分析

（a）网络图；（b）测量阻抗及动作特性示意

图3−1−4（b）所示是测量阻抗及动作特性示意。在第一象限，测量阻抗与短路电流方向相同；在第三象限，测量阻抗与短路电流方向相反。当不同地点发生短路时，保护1 的测量阻抗将在第一象限的直线BC 或第三象限的直线BA 上变化。当正方向发生短路时，测量阻抗在第一象限；当反方向短路时，由于电流为反向，测量阻抗在第三象限。正向测量阻抗与R 轴的夹角为线路阻抗角 φk 。假如保护1 的阻抗继电器的动作特性为一条直线，其整定阻抗按照整定原则为Zset=0.85ZBC ，整定阻抗角φset= φk ，其动作特性直线就位于BC 上，如图3−1−4（b）所示的直线BB'。这样，当故障发生在BB'范围以内时，阻抗继电器就动作，故障点超出BB'范围以外时，继电器不动作。若故障发生在线路的反方向，其动作特性直线位于BA 上。

在实际应用过程中，由于短路点存在过渡电阻Rt ，故障点虽然在BB′范围以内，但其测量阻抗Zm 却不在直线BB′上，因而保护1 会拒绝动作。又因为过渡电阻Rt 具有一定的非线性，故阻抗继电器的动作特性往往不是一条直线，而为一个面，如圆形、椭圆形或四边形等。在这些描述阻抗继电器动作特性的各种图形中，圆特性比较简单、容易实现，因此在工程实践过程中应用较多的是具有圆动作特性的阻抗继电器，如全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移阻抗继电器等。

距离保护的阻抗测量元件

1.偏移特性阻抗继电器

偏移特性阻抗继电器的动作区域如图3−1−5所示，它包括两个整定阻抗，即正方向整定阻抗 Zset1 和反方向整定阻抗Zset2 ，Zset2=αZset1（α为偏移率），两个整定阻抗对应相量末端的连线构成特性圆的直径。特性 圆包括坐标原点，圆心位于处，半径为圆内为动作区，圆外为非动作区。

当测量阻抗Zm 落在圆内或圆周上时，Zm 末端到圆心的距离一定小于或等于圆的半径，而当测量阻抗 Zm 落在圆外时，Zm 末端到圆心的距离一定大于圆的半径，所以动作条件可以表示为

图3−1−5　偏移阻抗特性

式（3−1−4）中， Z set1和 Z set2均为已知的整定阻抗， Z m由测量电压和测量电流求出。当 Z m满足式（3−1−4）时，阻抗继电器动作，否则不动作。

使阻抗元件处于临界动作状态的对应阻抗称为动作阻抗，通常用 Zop来表示。对于具有偏移圆特性的阻抗继电器来说，当测量阻抗 Z m的阻抗角不同时，对应的动作阻抗是不同的。当测量阻抗 Z m的阻抗角与正向整定阻抗 Z set1的阻抗角相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大且等于 Z set1，即Zop=Zset1，此时继电器最为灵敏，所以 Z set1的阻抗角又称为最灵敏角。最灵敏角是阻抗继电器的一个重要参数，一般与被保护线路的阻抗角相等。当测量阻抗 Z m的阻抗角与反向整定阻抗 Z set2的阻抗角相等时，动作阻抗最小且等于 Z set2，即 Zop=Zset2。当测量阻抗 Z m的阻抗角为其他角度时，动作阻抗将随之变化。

偏移圆特性阻抗继电器的特点如下：

（1）具有一定的方向性。

（2）动作阻抗有无数个，当测量阻抗与正向整定阻抗的阻抗角相等时，动作阻抗最大，动作最灵敏的阻抗角称为最灵敏角，一般取为被保护线路的阻抗角，当测量阻抗与反向整定阻抗的阻抗角相等时，动作阻抗最小。

（3）一般用于距离保护的后备段。

2.方向特性阻抗继电器(www.xing528.com)

图3−1−6　方向特性

在偏移特性中，如果令 Z set2 = 0，Z set1=Zset ，则动作特性变化成方向特性，动作区域如图3−1−6所示，特性圆经过坐标原点处，圆心 位于半径为当正方向短路时， 若故障在保护范围内部，则继电器动作。当反方向短路时，测量阻抗在第三象限，继电器不动。因此，这种继电器的动作具有方向性。

将 Z set2 = 0， Zset1=Zset 代入式（3−1−4），可以得到方向特性的绝对值比较动作方程，即

方向圆特性阻抗继电器的特点如下：

（1）具有方向性。

（2）动作阻抗有无数个，在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大；在整定阻抗的反方向上，动作阻抗为零。

（3）一般用于距离保护的主保护段。

方向特性阻抗继电器（微课）

图3−1−7　全阻抗特性

3.全阻抗特性阻抗继电器

在偏移特性中，如果令Zset2=−Zset ，Zset1=Zset ，则动作特性变化成全阻抗特性，动作区域如图3−1−7所示，它没有方向性。特性圆的圆心位于坐标原点，半径为

将Zset2=−Zset ，Zset1=Zset 代入式（3−1−4），可以得到全阻抗特性的绝对值比较动作方程，即

全阻抗特性阻抗继电器的特点如下：

（1）无方向性。

（2）动作阻抗有无数个，且其大小均与整定阻抗的大小相等。

全阻抗特性阻抗继电器（微课）