阻抗继电器.doc

阻抗继电器阻抗继电器 继电器的测量阻抗 指加入继电器的电压和电流的比值 即 clclcl IUZ cl Z 可以写成 jXR 的复数形式 所以可以利用复数平面来分析这种继电器的动作特 性 并用一定的几何图形把它表示出来 如图 3 3 所示 以图 3 3 a 中线路 BC 的距离保护第 段为例来进行说明 设其整定阻抗 BCzd ZZ85 0 并假设整定阻抗角与线路阻抗角相等 当正方向短路时测量阻抗在第一象限 正向测量阻抗 cl Z 与 R 轴的夹角为线路的阻抗 角 d 反方向短路时 测量阻抗 cl Z 在第三象限 如果测量阻抗 cl Z 的相量 落在 zd Z 向量以 内 则阻抗继电器动作 反之 阻抗继电器不动作 TV TA d TABC TVB cl cl cl n n Z nI nU I U Z 阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆 如图 3 3 b 所示的阻抗继电器的动作特性为方 向特性圆 圆内为动作区 圆外为非动作区 一 具有圆及直线动作特性的阻抗继电器一 具有圆及直线动作特性的阻抗继电器 一 特性分析及电压形成回路 一 特性分析及电压形成回路 1 全阻抗继电器 全阻抗继电器 1 幅值比较 图3 3 用复数平面分析阻抗继电器的特性 a 系统图 b 阻抗特性图 C B A jX BCzd ZZ85 0 BC Z zd Z d cl I cl U Z TA R TV B A C b a 全阻抗继电器的动作特性如图 3 4 所示 它是以整定阻抗 zd Z 为半径 以坐标原点 为圆心的一个圆 动作区在圆内 它没有方向性 全阻抗继电器的动作与边界条件为 clzd ZZ 构成幅值比较的电压形成回路如图 3 5 所示 2 相位比较 相位比较的动作特性如图 3 6 所示 继电器的动作与边界条件为 clzd ZZ 与 clzd ZZ 的夹角小于等于 90 即 90arg90 clzd clzd ZZ ZZ 分子分母同乘以测量电流得 图3 6 相位比较方式分析全阻抗继电器的动作特性 a 测量阻抗在圆上 b 测量阻抗在圆内 c 测量阻抗在圆外 R zd Z cl Z 0 clzd ZZ clzd ZZ R zd Z cl Z 0 clzd ZZ clzd ZZ R zd Z cl Z 0 clzd ZZ clzd ZZ a b c jX jX jX 图3 5 全阻抗继电器幅值比较电压形成回路 B TA DKB YB TV cl U BUy AZI zdcl cl I R 图3 4 全阻抗继电器的动作特性 zd Z cl Z k j 0 jX 90argarg90 C D UU UU yk yk 上式中 D 量超前于C 量时 角为正 反之为负 构成相位比较的电压形成回路如图 3 7 所示 2 方向阻抗继电器 方向阻抗继电器 1 1 幅值比较 方向阻抗继电器的动作特性为一个圆 如图 3 8 a 所示 圆的直径为整定阻抗 zd Z 圆周 通过坐标原点 动作区在圆内 当正方向短路时 若故障在保护范围内部 继电器动作 当反方向短路时 测量阻抗在第 象限 继电器不动 因此 这种继电器的动作具有方向 性 幅值比较的动作与边界条件为 zdclzd ZZZ 2 1 2 1 分子分母同乘以测量电流得 BUUUA kyk 2 1 2 1 其电压形成回路如图 3 9 所示 2 相位比较 DKBYB 图3 7 全阻抗继电器相位比较电压形成回路 cl U k U k U D C y U y U cl I 图3 9 方向阻抗继电器幅值比较电压形成回路 k U 2 1 k U 2 1 A B y U cl U cl I DKB YB 图3 8 方向阻抗继电器的动作特性 a 幅值比较的分析 b 相位比较的分析 R zd Z 0 a zdcl ZZ 2 1 zd Z 2 1 cl Z R zd Z 0 b cl Z clzd ZZ jX jX 相位比较的方向阻抗继电器动作特性如图上图所示 其动作与边界条件为 90arg90 cl clzd Z ZZ 分式上下同乘以电流 90arg90 y yk U UU 方向阻抗继电器相位比较的电压形成回路 如图 3 10 所示 3 偏移特性阻抗继电器 偏移特性阻抗继电器 1 幅值比较 偏移特性阻抗继电器的动作特性 如图 3 11 所示 圆的直径为 zd Z 与 zd Z 之差 其中 0 1 0 2 圆心坐标 2 1 zdzdoo ZZZ 圆的半径为 2 1 zdzd ZZ 其动作与边界条件为 2 1 ooclzdzd ZZZZ 即 图3 10 方向阻抗继电器相位比较电压形成回路 y U cl U cl I y U k U YB DKB C D zd Z R 图3 11 偏移特性阻抗继电器动作特性 0 cl Z zd Z jX cl Z 0 图3 8 方向阻抗继电器的动作特性 a 幅值比较的分析 b 相位比较的分析 R zd Z 0 a zdcl ZZ 2 1 zd Z 2 1 cl Z R zd Z 0 b cl Z clzd ZZ jX jX 2 1 2 1 zdzdclzdzd ZZZZZ 两边同乘以电流得 kyk UUUA 1 2 1 1 2 1 2 相位比较 偏移特性阻抗继电器相位比较分析 如图 3 12 所示 其相位比较的动作与边界条件为 90arg90 zdcl clzd ZZ ZZ 两边同乘以电流得 90argarg90 C D UU UU ky yk 二二 阻抗继电器的比较回路阻抗继电器的比较回路 具有圆或直线特性阻抗继电器可以用比较两个电气量幅值的方法来构成 也可以用比 较两个电气量相位的方法来实现 所有继电器都可以认为是由图 3 15 所示的两个基本部分 组成 即由电压形成回路和幅值比较或相 位比较回路组成 1 1 二极管环形相位比较回路 二极管环形相位比较回路 二极管环形相位比较回路基于把两个进行比较的电气量的相位变化关系转换为直流输出 脉动电压的极性变化 原理图和其等效电路图如下图所示 图3 12 偏移特性阻抗继电器相位比较分析 zd Z R0 cl Z zd Z jX 电压 形成 比相 回路 执行 输出 90arg90 C D b C D 输出 A B 电压 形成 比幅 回路 cl I cl U 执行 a BA 图3 15 阻抗继电器的构成原理方框图 a 幅值比较式 b 相位比较式 cl U cl I 假定21 UU 两者相位角 arg arg 21 CDUU 21 RR 212211 UUEUUE 当相位角 变化时 比相回路的输出电压 mn U 脉冲宽度及 极性相应产生变化 现分析如下 1 当 0 时 输出电压 Umn等于在一周期内电阻 R1 R2上电压降的代数和 即 121221 RiiRiiUmn 2 当 180 时 1 E 2 E 与比较量的向量关系如下图 b 所示 21 EE 这时 输出电压的平均值为负极性最大值 3 当 90 时 mn U 的波形如下图 mn U 为正 负脉冲 其脉冲宽度均为 90 显然 这时输出电压的平均值是零 2 U 1 D 2 D 3 D 4 D 1 R 2 R 1 YB 2 YB m n m n 1 D 2 D 4 D 3 D 1 I 2 I 2 I 1 I a b 图3 16 二极管环行整流比相电路 a 原理接线图 b 等效电路图 1 R 2 R C D mn u 2 U 1 U 1 E 2 E 2 U 1 D 2 D 3 D 4 D 1 R 2 R 1 YB 2 YB m n m n 1 D 2 D 4 D 3 D 1 I 2 I 2 I 1 I a b 图3 16 二极管环行整流比相电路 a 原理接线图 b 等效电路图 1 R 2 R C D mn u 2 U 1 U 1 E 2 E 图3 17 二极管环行整流比相回路原理分析图 a 0 21 EE 180 b 21 EE c 90 21 EE a 0 0 00 1 U 2 U 1 E 2 E 11R i 21R i 22R i 12R i 2 mn U pJmn U 0 u t t 0 2 3 4 0 pJmn U 0 2 3 4 11R i 21R i 21R i 11R i 22R i 22R i 12R i 12R i 2 U 2 U 1 E 2 E 1 U 0 C u mn u t t 0 0 00 1 U 2 U 1 E 2 E 11R i 21R i 22R i 12R i 2 pJmn U b 180 u t t mn u 当 为其它任意角度时 同样可得到相应的输出电压 mn U 的正 负脉冲的宽度及其幅 值 从而可绘出如图 3 18 所示的 fU pjmn 关系曲线 由图可知 仅当相位角的变 化在 9090 范围的条件下 输出电压平均值为正值 这就保证了阻抗继电器动作 条件 三三 方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法方向阻抗继电器的死区及死区的消除方法 思考 思考 对于方向阻抗继电器 当保护出口短路时 会不会有死区 为什么 对幅值比较的方向阻抗继电器 其动作条件为 2 1 2 1 KyK UUU 当 0 y U 时 继电器也不动作 对于相位比较的方向阻抗继电器 其动作条件为 90arg90 y yK U UU 当 0 y U 时 无法进行比相 因而继电器也不动作 思考 思考 对于方向阻抗继电器 当保护出口短路时 采用什么措施消除死区 1 1 记忆回路记忆回路 对瞬时动作的距离 I 段方向阻抗继电器 在电压 y U 的回路中广泛采用 记忆回 路 的接线 即将电压回路作成是一个对 50HZ 工频交流的串联谐振回路 图 3 23 所示是常用的接线之一 180 90 0 180 90 pjmn U 图3 18 环形整流比相电路输出电压平均值 与比相角 的关系曲线 pjmn U 图3 17 二极管环行整流比相回路原理分析图 a 0 21 EE 180 b 21 EE c 90 21 EE a 0 0 00 1 U 2 U 1 E 2 E 11R i 21R i 22R i 12R i 2 mn U pJmn U 0 u t t 0 2 3 4 0 pJmn U 0 2 3 4 11R i 21R i 21R i 11R i 22R i 22R i 12R i 12R i 2 U 2 U 1 E 2 E 1 U 0 C u mn u t t 0 0 00 1 U 2 U 1 E 2 E 11R i 21R i 22R i 12R i 2 pJmn U b 180 u t t mn u cj Lj 1 则谐振回路中的电流 j I 与外加测量电压 cl U 同相位 结论 结论 在电阻 j R 上的压降R U 也与外加电压 cl U 同相位 记忆电压 j U 通过记忆变压器 JYB 与 y U 同相位 引入记忆电压以后 幅值比较的动边条件为 jKyjK UUUUU 2 1 2 1 在出口短路时 y U 0 由于谐振回路的储能作用 极化电压 j U 在衰减到零之前存在 且 与 y U 同相位 由于继电器记录了故障前的电压 故方向阻抗继电器消除了死区 2 引入第三相电压 引入第三相电压 思考 思考 记忆回路只能保证方向阻抗继电器在暂态过程中正确动作 但它的作用时间有 限 解决方法 解决方法 引入非故障相电压 如下图所示为在方向阻抗继电器中引入第三相电压 并将第三相电压和记忆回路并用的方 案 正常时 第三相电压 C U 基本上不起作用 当系统中 AB 相发生突然短路时 j Lj R Ljcjj Lj Rcj R jx I jxjxR jx II LjRjcjR XI jRIU 图3 23 具有记忆的幅值比较的方向阻抗继电器电压形成回路 DKBA B JYB YB A B k U 2 1 k U 2 1 j R j C j I j L j U R U y U j U cl U cl I cl U JYB A B C R j R j C j L j U j U cl U a 图3 24 引入第三相电压产生极化电压的工作原理 a 原理图 b 短路后的等值电路 c 向量分析 A E B E BCAC UU jcjj RIU AB UU c R I j L JYB A B C R j R j C j U j U R I b cj I Lj I 结论 结论 cj I 超前R I 近 90 电阻 j R 上电压降R U 超前 AC U 90 即极化电压与故障前电 压AB U 同相位 因此 当出口两相短路时 第三相电压可以在继电器中产生和故障前电压 AB U 即 y U 同相的而且不衰减的极化电压 j U 以保证方向阻抗继电器正确动作 即能 消除死区 四 阻抗继电器的精工电流和精工电压四 阻抗继电器的精工电流和精工电压 实际上方向阻抗继电器的临界动作方程为 0 2UUUU kyk 式中 0 U 为动作量克服二极管正向压降及极化继电器动作反力所需的剩余电压 假设上式 中各向量均为同相位 则上列方程可写为 0 2UUUU kyk 2 0 U UU ky cl zddz I U ZZ 2 0 考虑 0 U 的影响后 给出 cldz IfZ 的关系曲线如图 3 30 所示 所谓精工电流 就是当 gcl II 时 继电器的动作阻抗 zddz ZZ9 0 即比整定阻抗 缩小了 10 因此 当 gcl II 时 就可以保证起动阻抗的误差在 10 以内 而这个误差在选择可靠 系数时 已经被考虑进去了 在继电器通以精工电流的条件下 其动作方程 dz Z zd Z zd Z9