阻抗继电器的构成原理及动作特性分析

阻抗继电器是距离保护的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装处之间的距离，并与整定阻抗值进行比较，以确定保护是否应该动作。阻抗继电器按其构成方式可分为单相式和多相补偿式。本书只讨论单相式阻抗继电器。

单相式阻抗继电器是指输入量只有一个电压和一个电流的阻抗继电器，它只能用于反应某一相别的故障。由于测量阻抗可以写成R+jX的复数形式，因此，可以利用复数平面来分析这种继电器的动作特性。

图6-41　三段式距离保护的组成元件框图

现以图6-42所示线路BC上的距离保护第Ⅰ段为例来进行说明。设其整定阻抗，并假设整定阻抗角与线路阻抗角相等，即，线路始端B位于坐标的原点，则在复数平面上的位置必然在BC上。当正方向短路时测量阻抗在第一象限，反方向短路时测量阻抗在第三象限。显然，在范围内发生故障时，保护都可以动作。因此，从原则上讲，阻抗继电器的动作特性是在范围内的一条线段，但是，由于受短路点过渡电阻和互感器角误差的影响，阻抗继电器的动作特性不应只是一条线段，而应是包含该线段在内的一个面或圆。由于把继电器的动作特性扩大成圆的形式时，继电器的接线比较简单，实现起来也比较容易，因而被广泛采用。

图6-42　阻抗继电器的动作特性(www.xing528.com)

1—全阻抗继电器特性圆　2—方向阻抗继电器特性圆

当阻抗继电器的动作特性是圆时，测量阻抗位于圆内，继电器动作，故圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗刚好位于圆周上时，继电器处于临界动作状态，此时的测量阻抗称为临界动作阻抗，简称动作阻抗，用表示。

在图6-42中，若以坐标原点B为圆心，以为半径，则得到圆1。在此情况下，不论短路发生在正方向（BC线路）还是反方向（BA线路），只要测量阻抗位于圆内，继电器都能动作，这种继电器称为全阻抗继电器，与之对应的圆称为全阻抗继电器的特性圆。

全阻抗继电器在线路反方向短路时也动作，因此，这种继电器没有方向性。为了获得方向性，必须将全阻抗继电器和方向元件配合使用使其反方向短路时不动作，但为了简化接线，常常采用方向阻抗继电器。

所谓方向阻抗继电器，就是本身具有方向性的阻抗继电器，它的保护范围只能从变电站B伸向变电站C，如图6-42中的圆2。此特性圆以为直径，它的圆周通过B点，这样，反方向短路时保护就不会动作。由圆2所示的特性可以看出，方向阻抗继电器的保护范围与继电器的整定阻抗角有很大关系，若与线路的阻抗角相等，即，则继电器的动作阻抗最大（等于圆的直径），亦即保护范围最长，继电器最灵敏。此时的整定阻抗角称为阻抗继电器的最大灵敏角，用表示。

此外，为满足电力系统不同运行特点的要求，阻抗继电器的动作特性已经出现了多种型式，如带偏移特性的阻抗继电器、椭圆阻抗继电器、多边形阻抗继电器等。但从其实现的原理上看，主要有幅值比较与相位比较两种。