具有四边形特性的阻抗继电器设计优化

图2.12　四边形阻抗继电器

继电器的动作特性在复数阻抗平面上可以是各种形状的四边形，四边形以内为继电器动作区，四边形以外为不动作区，如图2.12所示。这种继电器的特性曲线通常是由一组折线和两条直线来合成，有时也可由两组折线来合成。

在图2.12中，折线A—O—C这段特性广泛采用动作范围小于180°的功率方向继电器来实现，如图2.11（b）所示。直线AB是一个电抗型继电器的特性曲线，通常使其特性曲线下倾5°～8°，以防区外故障时出现超越，引起误动，如图2.10（c）所示。直线BC属电阻型继电器特性，它与R轴的夹角通常取为70°，可参照图2.10（b）的方法构成。将上述3个特性的继电器组成与门输出，即可获得图2.12的四边形特性。

下面再讨论折线A—B—C段特性的实现方法，如图2.13（a）所示，设顶点坐标由相量Z3表示，折线方向由Z1和Z2表示。当测量阻抗Zr位于阴影所示的动作范围以内时，如图2.13（b）所示，在Z1、Z2和（Z3-Zr）这3个相量中，任何两个相邻相量之间的夹角都小于180°，而当测量阻抗Zr位于动作范围以外时，则如图2.13（c）所示，在上述3个相量中，总有一对相邻相量之间的夹角大于180°。将Z1、Z2和（Z3-Zr）均以电流乘之，然后利用连续式相位比较回路来比较如下3个电压的相位。

在上述3个电压中，当任何两个相邻电压之间的相位差均小于180°时动作，而大于180°则不动作，即可满足以上分析的要求。

图2.13　对两个边折线的分析

连续式相位比较回路的接线如图2.14所示，其工作原理如下：(www.xing528.com)

图2.14　连续式相位比较回路原理框图

①在无输入信号时，三输入与非门输出为高电平，但三输入或门输出为0，因此与门不能工作，Ua=0，U0=0，表示继电器不动作。

②当U1、U2、U3之间的相位关系符合继电器应该启动的条件时，如图2.15（a）所示，在工频一个周期的任何时间内，3个电压的瞬时值中，至少总有一个是负的，因此，三输入与非门和三输入或门均能输出高电平，经20 ms延时后动作，U0输出为高电平。在这里，20 ms延时回路主要是为了保证外部故障时动作的选择性。

③当U1、U2、U3之间的相位关系属于继电器不应该动作的条件时，如图2.15（b）所示，在工频为一个周期的时间里，总有某一段时间t使3个电压的瞬时值同时为正，也就是电压波形为负的连续性出现了间断，在此间断时间里，与非门输出低电平，Ua=0，U0=0，继电器不动作。

图2.15　连续式相位比较回路工作原理的分析

④在正常运行情况下，如果继电器安装在送电侧，ZK反应为一个位于第一象限负荷阻抗，矢量关系与图2.13相似，继电器不动作。而如果安装在受电侧，则ZK位于第三象限，始终位于折线A—B—C的范围以内，因而没有方向性。故构成四边形特性时必须再增加一个具有方向性折线A—O—C，以确保继电器不误动作。