短路和系统振荡对阻抗继电器的影响
第一章绪论
1.1引言
随着我国的国民经济高速发展，用电负荷的要求越来越高，用户对于电能的质量要求越来越高，对于电能的可靠性提出了更高的要求，所以要求继电保护装置的可靠性，选择性，速动性和灵敏性都有着很高的要求。
在110kv及以上的输电线路中，距离保护占了大多数。距离保护在保护110kV 输电线路可靠输送电起到重要的作用。距离保护的核心元件就是阻抗继电器，它的作用是测量保护安装处到输电线路故障点之间的阻抗，这个阻抗也就反映了故障点离保护安装处的距离。因为输电线路的阻抗不会随着电网运行方式的变化而变化．同时也与短路故障的类型没有关系，所以距离保护相比于电流保护而言更加稳定可靠；距离保护也不会因为重负荷情况下短路时造成灵敏度不足的情况；同时距离保护对于各种复杂的电网结构更好的适应性。总之，距离保护的性能更为完善。
距离保护中的阻抗继电器是反映距离保护性能的一个硬指标，阻抗继电器测量距离越准确，距离保护装露的性能越好。
本文主要研究输电线路短路与振荡时对阻抗继电器的影响。
1.2 我国阻抗继电器研究现状
1.2.1 传统距离保护原理
1.2.1.1 直线特性阻抗继电器
直线特性阻抗继电器主要有电阻型继电器，电抗型继电器，眼相继电器。其阻抗特性在阻抗
复平面中分别为一直线。电阻继电器动作与否，只取决于测量阻抗的电阻值，电抗继电器动作与
否，只取决于测量阻抗的电抗分量。直线特性虽然判句简单，但无方向性．而且不能准确反映实际测量的阻抗变化情况，因此单纯利用电阻、电抗值作判别误差很大，在实际应用中效果并不理想。
1.2.1.2 圆特性阻抗继电器
圆特性阻抗继电器，有全阻抗圆，方向阻抗圆，偏移阻抗圆是传统继电保护中，应用最为广泛的阻抗继电器。它实际是把阻抗继电器的动作特性扩大为一个圆，以便继电器的制造和调试，简化继电器的接线。其中全阻抗圆特性无方向性，方向阻抗圆存在电压死区，偏移阻抗圆特性事前两者的综合。特性较好，应用较多。
1.2.1.3 四边形特性阻抗继电器
四边形特性阻抗继电器是综合了电阻电抗型直线特性，并考虑了阻抗的方向性，是一种较为精确反映故障测量阻抗边界的阻抗继电器，并且具有良好的抗过渡电阻的能力。在传统继电保护中，因实现因难而很少使用，但随着微机保护的出现。四边形阻抗特性继电器得到了广泛的应用。
1.2.2 现有阻抗继电器新原理简介
现有一些较新的距离保护原理主要是同时利用电流电压量的变化情况，来鉴别故障，进行线路保护，主要有电流自适应保护，工频变化量距离保护。以及利用行波来鉴别故障的距离保护原理等。
1.2.2.1 电流自适应保护原理
自适应电流速断保护是利用在线浏得到的电流电压值，由微机保护装置在线实时计算电流定值，可以免去麻烦的人工整定工作．且能使保护范围显著扩大。因此在理论上．其速断定值不是常数，是由当前的系统运行方式和故障状态决定．即根据电力系统当前实际运行方式和故障状态实时、自动整定计算，无需人工参与，能使速断定值和保护范围能保持最佳状态。但实际上，计算电流整定值的过程，引入了电压量，并要求输入被保护线路的阻抗值，即利用在线电压，实时算得的系统综合阻抗值，得到实时电流整定值，而后与在线电流相比较，以判别故障情况。可以看出其本质上还是距离保护，它同样受到PT断线，过度电阻等因素的影
响，而且对系统阻抗的计算算法也较复杂。
1.2.2.2 工频变化量距离保护原理
工频变化量距离保护原理，是由我国继电保护专家在80年代率先提出的，主要是利用故障前后电流电压的工频分量的变化量和线路阻抗值的信息来求得补偿电压，并与故障前的电压记忆量进行比较，来实现对故障的判别，对线路进行保护。从其动作判据上讲，它可以看作是一种本质为距离保护的电压自适应保护，其在双侧电源系统中能严格区分区内外故障，且不受系统振荡的影响，具有自适应能力强，判据简单便于微机实现等优良特性，并且此保护原理在220kV以上高压，超高压电网微机线路保护中已成功运用
1.2.2.3 行波距离保护原理
行波距离保护原理在20世纪50年代就己被提出，最初主要是利用行波进行故障测距，1983年，P．A．Crossly等人提出了利用相关算法计算行波传播时间进而求得故障距离，通过对故障距离和被保护线路长度的比较决定保护是否动作的行波距离保护方案．即所谓行波测距式距离保护；1989年，我国学者根据输电线路故障行波的特征，提出了行波特征鉴别式距离保护[8]，该保护首先利用行波的特征，判断出故障发生的区间．若判断为正方向区内故障，再进一步计算出故障距离。
早期行波测距式距离保护的主要不足之处在于：
1)没有考虑正方向区外故障时保护误动的问题；
2)采用相关算法提取与初始正向行波对应的反向行波误差较大，距离计算精度不高；
3)由于相关算法的实质是比较两波形的相似性，因而受线路参数的影响较大，当线路为有损或接地电阻较大时，v-、v+波形的相关性降低；
4)灵敏度不高，要求v-和v+的信号有足够的能量，以保证能被正确检测。其后的研究者对行波测距式距离保护方案存在的问题提出了解决的方法，并对这一原理的实现做了进一步的补充，但因其结果不能满足实际要求，最终没有在实际系统中得到应用。近年来，国内学者将现代电子技术和新兴数学工具用于行波测距，使得测距精度大大提高。行波测距装置的成功应用无疑为进一步研制行波测
距式距离保护打下了良好的基础，为保护的计算精度提供了保证。目前，已有学者提出了方向行波测践式距离保护，但是依然存在无法区分正方向区内区外故障的问题。
1.3 距离保护构成[1]
1.启动元件启动元件的作用是反应系统故障参数或故障分量，判别系统是否已经发生故障。被保护线路正常运行时，该元件不启动，因此整套保护不投入工作。当系统发生故障时，它立即启动，使整套保护投入工作。早期的距离保护，启动元件采用电流继电器或者阻抗继电器，后来采用了灵敏度更高的负序电流元件、负序电流与零序电流复合元件、增量元件等。2．测量元件测量元件的作用是反应故障点到保护安装处的阻抗(或者距离)，它是距离保护中的核心元件。测量元件一般是有方向性的。早期的距离保护装置中的测量元件一般由阻抗继电器来担任，例如，有整流型阻抗继电器、晶体管型阻抗继电器、集成电路型阻抗继电器等。在微机型距离保护装置中，阻抗测量元件是由软件实现的。不管是早期的距离保护装置，还是现代的微机距离保护装置，其测量元件测量的都是阻抗，所以它会受系统振荡的影响。所以，在距离保护中还必须设置振荡闭锁装置，以防止距离保护中的测量元件在系统振荡时动作致使保护误动。
3．振荡闭锁部分在系统发生振荡时，因为不是短路，距离保护部应该动作。但是振荡时的电压、电流幅值周期性变化，有可能导致距离保护误动。为了防止距离保护误动，要求该元件精确判断系统振荡，并将保护闭锁。
4．电压回路断线部分电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，从而可能使距离保护的测量部分出现误判断，这种情况下要求该部分应该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。
5. 配合逻辑部分该部分用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式距离保护中各段之间的时限配合。
6. 出口部分出口部分包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。
第二章
几种常见的阻抗继电器动作特性和动作方程
阻抗继电器动作区域的形状称为动作特性。例如动作区域为圆形时，称为圆特性；动作区域为四边形时，称为四边形特性。动作特性既可以用阻抗复平面上的集合图形来描述，也可以用复数的数学方程来描述，这种方程称为动作特性的方程。下面是几种常见的阻抗继电器的动作特性和动作方程。
2.1 圆特性阻抗继电器
2.1.1 偏移圆特性
偏移圆特性的动作区域如图2.1所示，它有两个整定阻抗，即正方向整定阻抗set1Z 和反方向阻抗set2Z ，两整定阻抗对应矢量末端的连线就是特性圆的直径。特性圆包含坐标原点，圆心位于set1set21+2Z Z （）处，半径为set1set21|+|2
Z Z （）
。圆内为动作区，圆外为非动作区。当测量阻抗正好在圆周上时，阻抗继电器临界动作。
图2.1 偏移圆特性
对应该特性的动作方程，可以有两种不同的表达方式：一种是比较两个大小绝对值比较原理表达式；另一种是比较两个量相位的相位比较原理表达式。分别称它们为绝对值比较动作方程和相位比较方程。
绝对值比较原理：当测量阻抗m Z 落在圆内或者圆周上时，m Z 末端到圆心的距离一定小于或等于半径；而当测量阻抗m Z 落在圆外时，m Z 末端到圆心的距离一定大于圆的半径。所以动作方程表示为
m set1set2set1set211|-+|||22
Z Z Z Z Z ≤-（）
（） （2.1）
相位比较方程：set1Z ，set2Z 是矢量末端的连线，就是特性圆的直径，它将特性圆分成两部分，如图2.2所示。
图2.2 用相位比较法实现的偏移圆特性
由图可见，当测量阻抗落在右下部分圆周上任一点时，有
set1m m set2
arg 90Z Z Z Z ?-=- （2.2） 当阻抗落在左上部分圆周的圆内任一点时，有
set1m m set2arg
90Z Z Z Z ?-=-- （2.3） 当测量阻抗落在圆内任一点时，有
set1m m set2-90 90Z Z Z Z ??-<- （2.4） 当测量阻抗落在圆外时，有 set1m set1m m set2m set2 arg 90arg 90Z Z Z Z Z Z Z Z ??--><--或 （2.5） 因此测量元件的动作条件可以表示为 set1m m set2 -90arg 90Z Z Z Z ??-≤≤- （2.6）式（3.18）就是偏移圆特性阻抗继电器的行为比较动作方程。 使阻抗元件处于临界动作状态对应的阻抗，成为动作阻抗。用op Z 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m Z 的阻抗角不同时，对应的动作阻抗是不同的。当测量阻抗m Z 的阻抗角与正向整定阻抗set1Z 的阻抗角相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，正好等于set1Z ，即set1Z =op Z ，此时继电器最为灵敏，所以set1Z 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，一般取为被保护线路的阻抗角。当测量阻抗m Z 的阻抗角与反向整定阻抗set2Z 的阻抗角相等时，动作阻抗最为小，正好等于set2Z ，即set2Z =op Z 。 2.1.2 方向圆特性 如果令set2Z =0，set1Z =set Z ，则动作特性变化为方向圆特性，动作区域如图2.3所示。 图2.3 方向圆特性 特性圆经过坐标原点处，圆心位于12set Z 处，半径为1||2 set Z 。 将set2Z =0，set1Z =set Z 代入式（2.1），可以得到方向圆特性的绝对值比较方程为 m 11||||22 set set Z Z Z -≤ （2.7） 将set2Z =0，set1Z =set Z 代入式（2.6），可以得到方向圆特性的相位比较动作方程为 set m m -90arg 90Z Z Z ??-≤≤ （2.8） 与偏移圆特性类似，方向圆特性对于不同的m Z 阻抗角，动作阻抗也是不尽相同的。在整定阻抗的方向上，动作阻抗最大，正好等于整定阻抗；其它方向的动作阻抗都小于整定阻抗；在整定阻抗的相反方向，动作阻抗降为0.反方向故障时不会动作，阻抗元件本身具有方向性。 方向圆特性的阻抗元件一般用于距离保护的主保护段（I 段,II 段）中。 方向圆特性的动作阻抗圆经过坐标原点，根据复数反演的理论，当把该特性反演到导纳平面（即取1m m Y Z = ，做m Y 的动作特性）时，导纳动作特性为一直线。 2.1.3 全阻抗圆特性 在偏移特性中，如果令set2set Z Z =-，set1set Z Z =，则动作特性变化成圆特性，动作区域如图2.4所示。 图2.4 全阻抗圆特性 特性圆的圆心位于坐标原点处，半径为set ||Z 。 将set2set Z Z =-，set1set Z Z =代入式（2.1），可以得到全阻抗圆特性的绝对值比较动作方程为 set ||||m Z Z ≤ （2.9） 将set2set Z Z =-，set1set Z Z =代入式（2.6），可得到全阻抗圆特性的相位比较动作方程 set m m -90arg 90set Z Z Z Z ??-≤≤+ （2.10） 全阻抗圆特性在各个方向上的动作阻抗都相同，它在正向或者反向故障的情况下具有相同的保护区，即阻抗元件本身不具有方向性。全阻抗圆特性的阻抗元件可以应用于单侧电源的系统中；当应用于多侧电源系统时，应与方向元件相配合。 第三章 短路时对距离保护的影响 3.1 短路点对距离保护的影响 电力系统中的短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。此过渡电阻的存 在，将使距离保护的测量阻抗发生变化，一般情况下是使保护范围缩短，但有时候也能引起保护的越范围动作或反方向误动作。现对过渡电阻的性质及其对距离保护工作的影响讨沦 如下。 3.1.1 短路点过渡电阻的性质 短路点的过渡电阻g R 是指当相问短路或接地短路时短路电流从一相流到另一相或从相 导线流入地的途径中所通过的物质的电阻(包括电弧、中间物质的电阻、相导线与地之间的接触电阻、金属杆塔的接地电阻等)。实验证明，当故障电流相当大时(数百安以上)，电弧上的电压梯度几乎与电流无关，大约可取为每米弧长上 1.4~1．5kv(最大值)。根据这些数据可知电弧实际上呈现有效电阻，其值可按下式决定： g g g l 1050 R I 式中g I —电弧电流有效值，A ； g l —电弧长度，m 。 在一般情况下，短路初瞬间电弧电流g I 最大，弧长g l 最短，弧阻g R 最小。几个周期后，在风吹、空气对流和电动力等作用下，电弧逐渐伸长．弧阻g R 有急速增大之势，如图3.1(a)所示。图中弧阻较大的曲线属于线路电压较低的情况，弧阻较小的曲线则属于线路电压较高的情况。 图3.1 架空输电线路短路时产生的电弧 （a）电弧电阻随时间的变化曲线；（b）经电弧短路时电弧上电流、电压的波形在相间短路时，过渡电阻主要由电弧电阻构成，其值可按上述经验公式估计。在导线对铁塔放电的接地短路时，铁塔及其接地电阻构成过渡电阻的主要部分。铁塔的接地电阻与大地导电率育关。对于跨越山区的高压线路，铁塔的接地电阻可达数十欧。此外、当导线通过树木或其他物体对地短路时，过渡电阻更高，难以推确计算。目前我国对500kv线路接地短路的最大过渡电阻按300Ω估计，对于220kv线路，则按100Ω估计。 3.1.2 单侧电源线路上过渡电阻的影响 R短路的等效图 图3.2 单侧电源线路经过渡阻抗 g R总是使继电器的测量阻抗增大，使保护范围如图3.2所示，短路点的过渡电阻 g 缩短。然而，由于过渡电阻对不同安装地点的保护影响不同，因而在某种情况下，可能导致 保护无选择性动作。例如，当线路B-C 的始端经g R 短路，则保护1的测量阻抗为r 1g =Z R ?，而保护2的测量阻抗为r 2g =+AB Z R Z ?，由图3.3可见，由于r 2Z ?是AB Z 与g R 的相量和，因此，其数值比无g R 时增大不多，也就是说测量阻抗受g R 的影响较小。当g R 较大时，就可能出现r 1Z ?已超出保护1第I 段整定的特性圆范围，而r 2Z ?仍位于保护2第II 段整定的特性圆范围以内的情况。此时两个保护将同时以第II 段的时限动作，从而失去了选择性。 图3.3 过渡电阻对不同安装地点距离保护影响的分析 由以上分析可见，保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大；同时，保护装置的整定值越小，受过渡电阻的影响也越大。因此，对短线路的距离保护应特别注意过渡电阻的影响。 3.1.3 双侧电源上过渡电阻的影响 在如图3.4所示的双侧电源线路上，短路点的过渡电阻还可能使某些保护的测量阻抗减 小。如在线路B-C 的始端经过渡电阻g R 三相短路时，' K I 和" K I 分别为两侧电源供给的短路 电流，则流经g R 的电流为' " K K K I I I =+，此时，变电所A 和B 母线上的残余电压为： g B K U I R = ' g +A K K AB U I R I Z = 则保护1和保护2的测量阻抗为 r 1''' j B K K g g K K K U I I Z R R e I I I α???=== r 2'' = j A K AB g K K U I Z Z R e I I α???=+ 此处，α表示K I ? 超前于' K I ?的角度。当α为正时，测量阻抗的电抗部分增大；而当α 为负时测旦阻抗的电抗部分减小。在后一种情况下，也可能引起某些保护的无选择性动作。 图3.4 双侧电源通过g R 路的接线图 3.1.4 过渡电阻对不同动作特性阻抗元件的影响 在图3.5(a)所示的网络中．假定保护2的距离I 段采用不同特性的阻抗元件，它们的整定值选择得都一样(为0.85AB Z )。如果在距离I 段保护范围内阻抗为K Z 处经过渡电阻g R 短路，则保护2的测量阻抗为了r 2=K g Z Z R ?+。由图2．27(b)可见，当过渡电阻达g1R 时，具有透镜型持性的阻抗继电器开始拒动；当达g2R 时，方向阻抗继电器开始拒动；而达g3R 时，则全阻抗继电器开始拒动。一般来说，阻抗继电器的动作特性在+R 轴方向所占的面积越大，则受过渡电阻g R 的影响越小。 图3.5 过渡电阻对不动作特性阻抗元件影响的比较 (s)网络接线；(b)对影响的比较 目前防止过渡电阻影响的方法有； 一种方法是根据图3.5分析所得的结论，采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器，可防止过渡电阻对继电器工作的影响。例如，对于过渡电阻只能使测量阻抗的电阻部分增大的单侧电源线路，可采用不反映有效电阻的电抗型阻抗继电器。在双侧电源线路上，可采用具有如图3.6所示可减小过渡电阻影响的动作特性的阻抗继电器。图3.6(a)所示的 多边形动作特性的上边 'r r r "= ==11= ==1===111M N M N M L N M M M M M M M M M M M M j M N M M M M M M M M M M M M M M j M N M j E E E E I Z Z Z Z U E I Z E I Z U E Z Z I I I E Z Z Z Z he E E E I Z U E Z Z I I I E I Z E U E Z Z Z Z Z he E E I I I Z Z he δ δδδδ????∑??? ????????∑∑?? -????????????∑∑?????----= =++=---=-=------=-= ----=-r 11/(1jcot )22111()j cot 222'(90)~(90)1X M M K K M N L di du Z Z j Z Z dt dt Z m Z Z OO mE E h Z δδ??∑∑∑∑∑-=--=--∞-+≠≠ A X 向下倾斜一个角度，以防止过渡电阻使测量电抗减小时阻抗继电器的超越。右边A R 可以在R 轴方向独立移动，以适应不同数值的过渡电阻。图3.6(b)所示的动作特性既容许在接近保护范围末端短路时有较大的过渡电阻，又能防止在正常运行情况下，负荷阻抗较小时阻抗继电器误动作。图3.6(c)所示为圆与四边形组合的动作持性。在相间短路时，过渡电阻较小，应用圆特性；在接地短路时，过渡电阻可能很大，此时，利用接地短路出现的零序电流在圆特性上叠加一个四边形特性，以防止阻抗继电器拒动。 图3.6 可减小过渡电阻影响的动作特性 a)多边形动作特性；(b)既允许有较大过渡电阻又能防止负荷阻抗较小时误动的动作特性 (c)圆与四边形组合的动作特性 图3.7 瞬时测量装置的原理接线图 L—保护装置的启动元件(或第III段)；2—第II段阻抗元件 3一瞬时测量的中间继电器；4—第II段时间元件 另一种方法是利用所谓瞬时测量装置来固定阻抗继电器的动作。相问短路时，过渡电阻主要是电弧电阻，从图3.1(a)可知，其数值在短路瞬间最小，大约经过0.1—0.15s后R的上述特点，通常距离保护的第II段可采用瞬时测量装置，以便将短就迅速增大。根据 g R的影响减至最小。装置的原理接线如图3.7所示，在路瞬间的测量阻抗值固定下来．使 g 发生短路瞬间，启动元件l和距离II段阻抗元件2动作，因而启动中间继电器3。3启动后即通过I的触点自保持．而与2的触点位置无关。当II段的整定时限到达，时间继电器4动作．即通过3的常开触点去跳闸。在此期间，即使由于电弧电阻增大而使第II段的阻抗元件返回，保护也能正确地动作。显然，这种方法只能用于反映相间短路的阻抗继电器。在接地短路情况下，电弧电阻只占过渡电阻的很小部分，这种方法不会起很大作用。 第四章振荡对距离保护的影响 当电力系统中发生同步振荡或异步运行时，各点的电压、电流和功率的幅值和相应都将发生周期性地变化。电压与电流之比所代表的阻抗继电器的测量阻抗也将周期性地变化。当测量阻抗进入动作区域时，保护将发生误动作。因此，对于距离保护必须考虑电力系统同步振荡或异步运行(以下简称为系统振荡)对其 工作的影响。 4.1 电力系统振荡对距离保护的影响 如图2．32所示，设距离保护安装在变电所M 的线路上。当系统振荡时，振荡电流为： 图4.1 分析系统振荡用的系统接线图 M N M N M L N E E E E I Z Z Z Z ???? ∑ --==++ 此处，Z ∑代表系统总的纵向正序阻抗 M 点的母线电压为： M M M U E I Z ?? =- (4.1) 因此．安装于M 点阻抗继电器的测量阻抗为： r = ==11M M M M M M M M M j M N E I Z U E Z Z I I I E Z Z Z Z he E E δ????????∑∑??---=-=--- （2.69） 在近似计算中，假定h ＝1，系统和线路的阻抗角相同，则继电器测量阻抗随δ的变化关系为： r 111(1jcot )122 M M M j Z Z Z Z Z he δδ∑∑-=-=--- 111()j cot 222 M Z Z Z δ∑∑=-- (4.3) 将此继电器测量阻抗随δ变化的关系，画在以保护安装地点M 为原点的复数阻抗平面 上，当全系统所有阻抗角相同时，即可由图4.2证明r M Z 将在Z ∑的垂直平分线'OO 上移动。 图4.2 系统振荡时测量阻抗的变化 阻抗和δ的变化关系见下表 由此可见，当δ=0时，r M Z =∞；当δ=180时．r M Z =2 M Z Z ∑-，即等于保护安装地点到振荡中心之间的阻抗。此分析结果表明．当δ改变时，不仅测量阻抗的数值在变化，而且阻抗角也在变化，其变化的范围为(90)~(90)K K ??-+ 。 在系统振荡时，为了求出不同安装地点距离保护测量阻抗变化的规律，在式(4.3)中，可令X Z 代替M Z ，并假定m=/X Z Z ∑，m 为小于1的变数，则式(4.3)可改写为： r 111()j cot 222 M Z m Z Z δ∑∑=-- （4.4） 当m 为不同数值时，测量阻抗变化的轨迹应是平行于'OO 线的一直线簇，如 图4.3所示 图4.3 系统振荡时，不同安装地点距离保护测量阻抗的变化 当m=0.5时，直线簇与+jX 轴相交，相当于图4.3所分析的情况，此时，振荡中心位于保护范围的正方向；而当m<0.5时，直线簇与+jX 轴相交，相当于图 4.2所分析的情况，此时，振荡中心位于保护范围的正方向；而当m>0.5时，直线簇则与-jX 相交，振荡中心将位于保护范围的反方向。 当两侧系统的电势M N E E ≠时，即1h ≠时，继电器测量阻抗的变化将具有更复杂的形式。按照式(2.60)进行分析的结果表明，此复杂函数的轨迹应是位于直 线'OO 某一侧的一个圆，如图4.4所示。当h<1时，为位于'OO 上面的圆周1；而当h>1时，则为下面的圆周2。在这种情况下，当δ＝0°时，由于两侧电势不相等而产生一个环流，因此，测量阻抗不等于∞，而是一个位于圆周上的有限数值。 变压器电压调整率与短路阻抗的关系 1 说明 从变压器厂家订制变压器时，与变压器厂家的技术人员进行沟通，要求对方在变压器参数上标明电压调整率。对方回答“已经注明短路阻抗了，短路阻抗与电压调整率等效，不需要注明电压调整率。”当时没有考虑清楚，没有进行反驳。自己进行了资料查找与计算，经过查找计算，以前自己的理解不准确，厂家的技术人员的理解也不正确，下面试分析短路阻抗与电压调整率的关系： 2 名词定义 ? 电压调整率：变压器某一个绕组的空载电压和同一绕组在规定负载和功率因数时 的电压之差与该绕组满载电压的比，称为电压调整率，通常用百分数表示。 %10022 2×?= ΔN N U U U U U Δ：电压调整率； N U 2：二次侧空载时的输出电压，额定电压； 2U ：在规定的功率因数额定负载时二次侧的输出电压。 ? 短路阻抗：变压器短路阻抗也称阻抗电压，在变压器行业是这样定义的：当变压 器二次绕组短路（稳态），一次绕组流通额定电流而施加的电压称阻抗电压Uz 。通常Uz 以额定电压的百分数表示。 %10011×= N Z Z U U U Z U ：短路阻抗； Z U 1：二次侧短路，一次侧流额定电流时，一次侧的电压； N U 1：一次侧的额定电压。 3 电压调整率计算公式 ? 电压调整率的计算公式： 参考《电力变压器手册》（保定天威保变电气股份有限公司组编—谢毓城主编—机械工业出版社），电压调整率的计算公式为： % )sin cos (2001sin cos % 100*% 100*212122 2?? ? ??????+?+?=?=?= Δ? ????KR KX KX KR N N N N U U U U U U U U U U U %20021 cos ??? ? ????+=Δ=KX KR U U U ? U Δ：电压调整率； N U 2：二次侧空载时的输出电压，额定电压； 2U ：在规定的功率因数额定负载时二次侧的输出电压； N U 1：一次侧的额定电压； ? 2U ：是2U 折算到一次侧的电压； KR U ：短路阻抗的电阻分量； KX U ：短路阻抗的电抗分量； ?cos ：负载功率因数； 说明：上述公式是在N I I 22?的条件下得出，如果负载电流不是额定值，则计算出的U Δ应乘以N I I 22/。 ? 计算用向量图： 第四章 过渡电阻对阻抗继电器的影响 一． 过渡电阻对相间阻抗继电器的影响 电力系统中的短路一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。短路点的过渡电阻g R 是指当相间短路或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从相导线流入地的途径中所通过的物质的电阻，这包括电弧、中间物质的电阻，相导线与地之间的接触电阻，金属杆塔的接地电阻等。 在相间短路时，过渡电阻主要由电弧电阻构成。短路初瞬间，电弧电流g I 最大，弧长g l 最短，弧阻g R 最小。几个周期后，在风吹、空气对流和电动力等作用下，电弧逐渐伸长，弧阻g R 迅速增大，因此电弧电阻属于非线性电阻。在导线对铁塔放电的接地短路时，铁塔及其接地电阻构成过渡电阻的主要部分，铁塔的接地电阻与大地导电率有关，对于跨越山区的高压线路，铁塔的接地电阻可达数十欧；当导线通过树木或其它物体对地短路时，过渡电阻更高。目前我国对500kV 线路接地短路的最大过渡电阻按300Ω估计；对220kV 线路，则按100Ω估计。 对于图中所示的单侧电源网络，当线路B —C 的出口经g R 短路时，保护l 的测量阻抗为g J R Z =1.，保护2的测量阻抗为g AB J R Z Z +=2.。可见，过渡电阻会使测量阻抗增大，对保护1，测量阻抗增大的数值就是g R ；对保护2，由于2.J Z 是AB Z 与g R 的向量和， 图 单侧电源线路经过渡电阻g R 短路的等效图 由图可知其数值比无g R 时增大不多。因此可以得出结论：保护装置距短路点越近时，受过渡电阻的影响越大；同时，保护装置的整定值越小，受过渡电阻的影响也越大。 图 过渡电阻对不同安装地点距离保护影响的分析 当g R 较大使1?k Z 落在保护1的第Ⅱ段范围内，而2.k Z 仍落在保护2的第Ⅱ段范围内时，两个保护将同时以第Ⅱ段时限动作，从而失去选择性。 如图所示的双侧电源网络接线，各参数标示于图中，假设全系统各元件的阻抗角相等，以'()S L S Arg Z Z Z ArgZ φ∑ ∑=++=表示。 当线路上任意点经过渡电阻Rg 发生三相短路时，设三相参数相同，则仍可用一相回路进行分析。此时在F 点Rg 中流过的电流为： F M N I I I =+ （4-25） 安装于线路M 侧的继电器测量阻抗为： F M M L g L R M M U I Z Z R Z Z I I αα= =+ =+ （4-26） 式中α表示故障点位置占线路全长的百分数，Z R 表示由过渡电阻在测量阻抗中引起的附加分量。由于对侧电源的助增作用使Rg 所产生的影响要复杂得多。例如，当两侧电势相位不同时，I M 和I N 关于110KV线路保护知识 一、长距离输电线的结构，短路过渡过程的特点： 高压长距离输电线的任务是将远离负荷中心的大容量水电站或煤炭产地的坑、口火电厂的的巨大电功率送至负荷中心，或作为大电力系统间的联络线，担负功率交换的任务。因此；偏重考虑其稳定性及传输能力，为此长距输电线常装设串联电容补偿装置以缩短电气距离。 为补偿线路分布电容的影响，以防止过电压和发电机的自励磁，长距离输电线还常装设并联电抗补偿装置，其典型结构图如下： 短路过程的特点： 1、高压输电线电感对电阻的比值大，时间常数大，短路时产生的电流和电压、非同期性自由分量衰减较慢。为了保持系统稳定，长距离输电线的故障，对其快速性提出严格的要求。应尽切除，其保护动作要求在20～40ms。因此快速保护不可避免地要在短路电流存在时间内工作。 2、由于并联电抗所储磁能在短路时释放，在无串联电容补偿的线路上可产生非周期分量电流，在一定条件下此电流可能同时流向线路两端或从线路两端流向电抗器。因而在外部短路时，流入线路两端继电保护非周期分量电流数值可能不等。方向相同（例如：都从母线指向线路）。 3、串联电容和线路及系统电感及并联电抗等谐振将产生幅值较大的频率低于工频的低次谐波，由于这种谐波幅值大，频率接近工频，故使电流波形和相位将发生严重畸变。 4、由于分布电容大，因而分布电容和系统以及线路的电感产生的高次谐波很多，幅值也很大，对电流的相位和波形也将产生影响。 距离保护的定义和特点 距离保护——是以距离测量元件为基础反应被保护线路始端电压和线路电流的比值而工作所构成的保护装置，其动作和选择性取决于本地测量参数（阻抗、电抗、方向）与设定的被保护区段参数的比较结果，而阻抗、电抗又与输电线的长度正比故名。 其特点：主要用于输电线的保护，一般是三段式或四段式，第一、二段带方向性，作本线段的主保护，其中，第一段保护线路80%～90%，第二段保护余下的10%～20%并作相邻母线的后备保护。第三段带方向或不带方向，有的还设有不带方向的第四段，作本线及相邻线路的后备保护。 其整套保护应包括故障起动、故障距离测量、相应时逻辑回路与电压回路断线闭锁。有的还配置振荡闭锁等基本环节以及对整套保护的连续监视等装置。有的接地距离保护还配置了单独的选相元件。 距离保护为什么能测量距离？ 实验三方向阻抗继电器特性实验 1．实验目的 （1）熟悉整流型LZ-21型方向阻抗继电器的原理接线图，了解其动作特性。 （2）测量方向阻抗继电器的静态()?f Z pu =特性，求取最大灵敏角。 （3）测量方向阻抗继电器的静态()r pu I f Z =特性，求取最小精工电流。 2．LZ-21型方向阻抗继电器简介 1）LZ-21型方向阻抗继电器构成原理及整定方法 距离保护能否正确动作，取决于保护能否正确地测量从短路点到保护安装处的阻抗，并使该阻抗与整定阻抗比较，这个任务由阻抗继电器来完成。 阻抗继电器的构成原理可以用图3-1来说明。图中，若K 点三相短路，短路电流为I K ，由PT 回路和CT 回路引至比较电路的电压分别为测量电压U 'm 和整 定电压set U '，那么 m m YB PT K K YB PT m Z I n n Z I n n U 1 1=='(3-1) 式中：n PT 、n YB —电压互感器和电压变换器的变比； Z K —母线至短路点的短路阻抗。 当认为比较回路的阻抗无穷大时，则： I m CT I K CT set Z I n Z I n U 1 1=='（3-2） 式中：Z I —人为给定的模拟阻抗。 比较式（3-1）和式（3-2）可见，若假设 CT YB PT n n n =?，则短路时，由于线路上流过同一电流K I ，因此在比较电路上比较set U '和m U '的大小，就等于比较I Z 和m Z 的大小。如果set m U U '>'，则表明I m Z Z >，保护应不动作；如果set m U U '<'，则表明I m Z Z <，保护应动作。阻抗继电器就是根据这一原理工作的。 电抗变压器DKB 的副方电势2E 与原方电流1 I 成线性关系，即,12I K E I =I K 是一个具有阻抗量纲的量，当改变DKB 原方绕组的匝数或其它参数时，可以改 图3-1 阻抗继电器的构成原理说明图 1—比较电路 2—输出 概述 变压器短路阻抗试验的目的是判定变压器绕组有无变形。 变压器是电力系统中主要电气设备之一，对电力系统的安全运行起着重大的作用。在变压器的运行过程中，其绕组难免要承受各种各样的短路电动力的作用，从而引起变压器不同程度的绕组变形。绕组变形以后的变压器，其抗短路能力急剧下降，可能在再次承受短路冲击甚至在正常运行电流的作用下引起变压器彻底损坏。为避免变压器缺陷的扩大，对已承受过短路冲击的变压器，必须进行变压器绕组变形测试，即短路阻抗测试。 变压器的短路阻抗是指该变压器的负荷阻抗为零时变压器输入端的等效阻抗。短路阻抗可分为电阻分量和电抗分量，对于110kV及以上的大型变压器，电阻分量在短路阻抗中所占的比例非常小，短路阻抗值主要是电抗分量的数值。变压器的短路电抗分量，就是变压器绕组的漏电抗。变压器的漏电抗可分为纵向漏电抗和横向漏电抗两部分，通常情况下，横向漏电抗所占的比例较小。变压器的漏电抗值由绕组的几何尺寸所决定的，变压器绕组结构状态的改变势必引起变压器漏电抗的变化，从而引起变压器短路阻抗数值的改变。 二、额定条件下短路阻抗基本算法 三、非额定频率下的短路阻抗试验 当作试验的电源频率不是额定频率(一般为50Hz)时，应对测试结果进行校正。由于短路阻抗由直流电阻和绕组电流产生的漏磁场在变压器中引起的电抗组成。可以认为直流电阻与频率无关，而由绕组电流产生的漏磁场在变压器中引起的电抗与试验频率有关。当试验频率与额定频率偏差小于5％时，短路阻抗可以认为近似相等，阻抗电压则按下式折算： 式中u k75 --75℃下的阻抗电压，%； u kt—试验温度下的阻抗电压，%； f N --额定频率(Hz)； f′--试验频率(Hz)； P kt --试验温度下负载损耗(W)； S N --变压器的额定容量(kVA)； K—绕组的电阻温度因数。 四、三相变压器的分相短路阻抗试验 当没有三相试验电源、试验电源容量较小或查找负载故障时，通常要对三相变压器进行单相负载试验。 1、供电侧为Y接法 当高压绕组为Ｙ联结时，另一侧为y或d联结时，分相试验是将试品低压三相线端短路，由高压侧AB、BC、CA分别施加试验电压。此时折算到三相阻抗电压和三相负载损耗可 1】系统电抗的计算 系统电抗，百兆为一。容量增减，电抗反比。100 除系统容量 例：基准容量100MVA 。当系统容量为100MVA 时，系统的电抗为XS*=100/100 =1 当系统容量为200MVA时，系统的电抗为XS*=100/200 = 0.5 当系统容量为无穷大时，系统的电抗为XS*=100/x = 0 系统容量单位：MVA 系统容量应由当地供电部门提供。当不能得到时，可将供电电源出线开关的开断容量 作为系统容量。如已知供电部门出线开关为W-VAC 12KV 2000A 额定分断电流 为40KA。则可认为系统容量S=1.73*40*10000V=692MVA, 系统的电抗为 XS*=100/692 = 0.144。 【2】变压器电抗的计算 110KV, 10.5 除变压器容量；35KV, 7 除变压器容量；10KV{6KV}, 4.5 除变压器容量。 例：一台35KV 3200KVA 变压器的电抗X*=7/3.2=2.1875 一台10KV 1600KVA 变压器的电抗X*=4.5/1.6=2.813 变压器容量单位：MVA 这里的系数10.5，7， 4.5 实际上就是变压器短路电抗的％数。不同电压等级有不同的值。 【3】电抗器电抗的计算 电抗器的额定电抗除额定容量再打九折。 例：有一电抗器U=6KV I=0.3KA 额定电抗X=4% 。 额定容量S=1.73*6*0.3=3.12 MVA. 电抗器电抗X*={4/3.12}*0.9=1.15 电抗器容量单位：MVA 【4】架空线路及电缆电抗的计算 架空线：6KV，等于公里数；10KV，取1/3 ; 35KV，取3 % 0 电缆：按架空线再乘0.2 。 例：10KV 6KM 架空线。架空线路电抗X*=6/3=2 10KV 0.2KM 电缆。电缆电抗X*={0.2/3}*0.2=0.013 。 这里作了简化，实际上架空线路及电缆的电抗和其截面有关，截面越大电抗越小。【5】短路容量的计算 电抗加定，去除100 。 例：已知短路点前各元件电抗标么值之和为X*刀=2,则短路点的短路容量 Sd=100/2=50 MVA 。 短路容量单位：MVA 【6】短路电流的计算 6KV，9.2除电抗；10KV，5.5除电抗; 35KV，1.6除电抗; 110KV，0.5除电抗。 0.4KV，150除电抗 例：已知一短路点前各元件电抗标么值之和为X*刀=2,短路点电压等级为6KV, 则短路点的短路电流Id=9.2/2=4.6KA 。 短路电流单位：KA 【7】短路冲击电流的计算 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 cl cl cl I U Z =。 cl Z 可以写成jX R +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Ⅰ段为例来进行说明。设其整定阻抗 BC zd Z Z 85.0='，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 TA BC TV B cl cl cl n n Z n I n U 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）特性分析及电压形成回路 1．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 (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 ： cl zd Z Z ≥ 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cl zd Z Z -与 cl zd Z Z +的夹角小于等于 90，即 图3-5 全阻抗继电器幅值比较电压形成回路 B TA DKB TV c l U B U y =Z I z d c l =cl I R z d Z c l Z k ?j ?0 j X 二.计算条件 1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多。 具体规定: 对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限。只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。 2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻。 3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件。因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流。能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。 三.简化计算法 即使设定了一些假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要。一些设计手册提供了简化计算的图表.省去了计算的麻烦.用起来比较方便.但要是手边一时没有设计手册怎么办下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法。 在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念。 1.主要参数 Sd三相短路容量 (MVA)简称短路容量校核开关分断容量 Id三相短路电流周期分量有效值(KA)简称短路电流校核开关分断电流和热稳定 IC三相短路第一周期全电流有效值(KA) 简称冲击电流有效值校核动稳定 ic三相短路第一周期全电流峰值(KA) 简称冲击电流峰值校核动稳定 x电抗(W) 其中系统短路容量Sd和计算点电抗x 是关键. 2.标么值 计算时选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz).将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标么值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算). (1)基准 基准容量 Sjz =100 MVA 基准电压 UJZ规定为8级. 230, 115, 37, , , ,, KV 一、选择题 1、以电压U 和(U-IZ)比较相位，可构成( )。 A ：全阻抗特性的阻抗继电器 B ：方向阻抗特性的阻抗继电器 C ：电抗特性的阻抗继电器 D ：带偏移特性的阻抗继电器 2、模拟型方向阻抗继电器受电网频率变化影响较大的回路是( )。 A ：幅值比较回路 B ：相位比较回路 C ：记忆回路 D ：执行元件回路 3、阻抗继电器的精确工作电流是指，当φk =φ sen ，对应于( )时，继电器刚好 动作的电流。 A ：Z act =0.8z set 时的电流 B ：Z act =0.9z set 时的电流 C ：Z act =z set 时的电流 4、如果用Z m 表示测量阻抗，Z set 表示整定阻抗，Z act 表示动作阻抗。线路发生短 路，不带偏移的圆特性距离保护动作，则说明( )。 A ； act set set ,m Z Z Z Z << B ： act set set ,m Z Z Z Z ≤≤ C: act set set ,m Z Z Z Z <≤ 5、某距离保护的动作方程为 90<270J DZ J Z Z Arg Z -0°)是( )。 A ：90+<270+J DZ J Z Z Arg Z δδ- 供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。 二.计算条件 1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多。 具体规定: 对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。 2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻。 3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。 三.简化计算法 即使设定了一些假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要.一些设计手册提供了简化计算的图表.省去了计算的麻烦.用起来比较方便.但要是手边一时没有设计手册怎么办?下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法. 在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念. 1.主要参数 Sd三相短路容量(MVA)简称短路容量校核开关分断容量 Id三相短路电流周期分量有效值(KA)简称短路电流校核开关分断电流 和热稳定 IC三相短路第一周期全电流有效值(KA) 简称冲击电流有效值校核动稳定 ic三相短路第一周期全电流峰值(KA) 简称冲击电流峰值校核动稳定 x电抗(Ω) 其中系统短路容量Sd和计算点电抗x 是关键. 2.标么值 计算时选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz).将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标么值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算). (1)基准 基准容量Sjz =100 MVA 基准电压UJZ规定为8级. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV 有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例: UJZ (KV)3710.56.30.4 因为S=1.73*U*I 所以IJZ (KA)1.565.59.16144 (2)标么值计算 容量标么值S* =S/SJZ.例如:当10KV母线上短路容量为200 MVA时,其标么值容量 S* = 200/100=2. 电压标么值U*= U/UJZ ; 电流标么值I* =I/IJZ 短路电流与归算阻抗计算 一、 归算阻抗计算： 1、 标么值： ） 基值（与有名值同单位有名值 标么值= 标么值是相对某一基值而言的，同一有名值，当基准值选取不一样时，其标么值也不一样。基值体系中有两个独立的基值量，一个为基值容量S B ，另一个为基准电压U B ，其他基值量（电流I B ，阻抗Z B 等）可由以上两个基值量算出，基值之间满足以下关系： U B =3Z B I B ，S B =3U B I B 一般个电压等级的U B 取之分别为525kV 、230kV 、115kV 、10.5kV ，而S B 一般取100MV A 。 2、两圈变的阻抗计算： 一般变压器的铭牌参数中会给出变压器的额定容量Se,额定电压Ue ，额定电流Ie ，还有一个就是短路电压百分比Uk%，一般有了这些参数我们就可以算出两圈变压器的正序阻抗了： 将变压器二次侧绕组短路，逐渐升高在一次侧绕组所加的电压，当一次侧电流达到额定值I N 时，此时一次侧绕组所加的电压称为短路电压，短路电压与额定电压的比值即为短路电压百分比用Uk% 表示，这个参数计算公式为：%100e 3%k ?= N T U X I U ,由此可以得到变压器电抗有名值：e e 100%k 2S U U X T ?=，这里Ue 为变压器归算侧的额定电压。 将Uk%其除以100就变为以主变额定容量和额定电压为基准的变压器电抗标么值 2 *e e e 100% k ）（U S U X X T T ?==，由此可以换算到统一基准值的变压器电抗标么值：e 100%k 2*S S U U U B B N T X ）（?= 另外介绍一下变压器个参数之间的关系，Se= 3UeIe ，这同样也适用于接地变、站用变，有些 铭牌参数看不清，我们就可以通过这个公式计算需要的参数。比如某接地变型号：DKSC-500/10.5，额定容量：S N =500/100kV A ，额定电压：U N =11/0.4kV ，要求计算该变压器的额定电流。 如何计算：这里有些错误的算法： 高压侧：A U S 49.2710005.1031000500e 3e Ie =???= = 低压侧：A U S 69.759380 31000500e 3e Ie =??== 上式错的原因是给的参数额定电压在计算时未用到，计算用的电压是习惯电压，而且忽略了变高、变低的额定容量不同。 正确的计算方法是： 高压侧：A U S 24.2610001131000500e 3e Ie =???= = 低压侧： A U S 34.1441000 4.031000 100e 3e Ie =???= =,虽然结果差的不多，但是概念有点不清楚。 3、三圈变的阻抗计算： 三圈变给的铭牌参数为Uh-m%, Uh-l%，Um-l% ，这三个参数是分别由三绕组变压器两两绕组间短路电压试验时测得的。 X T1 X T2 X T3 三绕组变压器等值电路 由这三个参数可以计算出高、中、低压侧对应的阻抗电压： 阻抗继电器的接线方式 一、对阻抗继电器接线方式的基本要求及常用接线方式 阻抗继电器的接线方式是指接入阻抗继电器的电压和电流?. m U m 分别取用什么电压和电流的接线方法。对于阻抗继电器，接入电压和电流将会直接影响阻抗继电器的测量阻抗 Ｚm 。根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压 和电流?. m U m 应满足如下要求： （１）阻抗继电器的测量阻抗应与短路点到保护安装处的距离成正比，而与系统的运行方式无关； （２）阻抗继电器的测量阻抗还应与故障类型无关，也即保护范围不随故障类型而变化。 类似于功率方向继电器接线方式中的定义，阻抗继电器的接线方式分为0 o 接线，+30 o 接线和－30 o 接线。电压、电流的具体接线方式见表3－3。 表3－３ 阻抗继电器的常用接线方式 具体接线如表3－３所示。按此种方式接线，加到继电器上的电压和电流相位差为0 o 。现对各种相间短路时阻抗继电器的测量阻抗进行分析。分析时，测量阻抗仍用电力系统一次测量阻抗表示或假定电流互感器，电压互感器的ＫI ＝ＫU ＝１。 １、三相短路 图3-31 三相对称短路时测量阻抗的分析 如图3-31所示，当线路发生三相短路时，由于为对称性短路。因此，三个阻抗继电器的工作情况完全相同，故可以其中一相为例进行分析，如KR1。设短路点Ｋ至保护安 装处之间的距离为，线路每千米的正序阻抗为Z l 1，则加入继电器KR1的电压应为 . AB U =－＝?. A U . B U A Z 1l －?B Z 1l ＝（?A －?B ）Z 1l 阻抗继电器的测量阻抗为 l Z I I U Z B A A B m 1. . . ) 3(1=?= （3-29） 同理可得，KR2、KR3的测量阻抗为 (3)(3) 23m m 1Z Z Z ==l 由此可见，三个阻抗继电器的测量阻抗相等，且均等于短路点到保护安装点之间的阻抗。 当保护范围内发生三相短路时，三个继电器均能动作。 ２、两相短路 图3-32 两相短路时测量阻抗的分析 如图3-32所示，设ＡＢ两相短路。对接于故障相间的阻抗继电器KR1而言，其所 加电压为 .AB U =－＝?.A U . B U A Z 1l －?B Z 1l ＝（?A －?B ）Z 1l 此时，阻抗继电器KR1的测量阻抗为 l Z I I U Z B A A B m 1. . . )2(1=?= （3-30） 可见，与三相短路的测量阻抗相等。当保护范围内发生两相短路时，KR1也能正确动作。 但对阻抗继电器KR2和KR3而言，由于所加电压为故障相与非故障相间的电压，其数值 较高，而电流却只有一个故障相的电流，其值较(?. AB U A －?B )小，因此，它们的测量阻抗比(2)1 m Z 大，不能动作。但由于KR1能正确动作，所以整套保护不会因为KR2、KR3的拒动而受到影响。 ３、中性点直接接地系统中的两相接地短路 图3-33 中性点直接接地系统中两相接地短路时测量阻抗的分析 如图3-33所示，仍以A －B 两相故障为例。显然，因为系统中性点接地，两相故障电流经地形成回路，?A ≠?B 。可以认为导线A 、B 具有耦合关系，并设Z L 为每千米的自感阻抗，Z M 表示每千米的互感阻抗，则安装地点的故障相电压可表示为 .A U ＝＋ .A I L Z l . B I M Z l . B U ＝＋ . B I L Z l . A I M Z l 故得阻抗继电器KR1的测量阻抗为 变压器短路阻抗测试和计算公式 一、概述变压器短路阻抗试验的目的是判定变压器绕组有无变形。变压器是电力系统中主要电气设备之一，对电力系统的安全运行起着重大的作用。在变压器的运行过程中，其绕组难免要承受各种各样的短路电动力的作用，从而引起变压器不同程度的绕组变形。绕组变形以后的变压器，其抗短路能力急剧下降，可能在再次承受短路冲击甚至在正常运行电流的作用下引起变压器彻底损坏。为避免变压器缺陷的扩大，对已承受过短路冲击的变压器，必须进行变压器绕组变形测试，即短路阻抗测试。变压器的短路阻抗是指该变压器的负荷阻抗为零时变压器输入端的等效阻抗。短路阻抗可分为电阻分量和电抗分量，对于 110kV 及以上的大型变压器，电阻分量在短路阻抗中所占的比例非常小，短路阻抗值主要是电抗分量的数值。变压器的短路电抗分量，就是变压器绕组的漏电抗。变压器的漏电抗可分为纵向漏电抗和横向漏电抗两部分，通常情况下，横向漏电抗所占的比例较小。变压器的漏电抗值由绕组的几何尺寸所决定的，变压器绕组结构状态的改变势必引起变压器漏电抗的变化，从而引起变压器短路阻抗数值的改变。 二、额定条件下短路阻抗基本算法 三、非额定频率下的短路阻抗试验当作试验的电源频率不是额定 频率(一般为 50Hz) 时，应对测试结果进行校正。由于短路阻抗由直流电阻和绕组电流产生的漏磁场在变压器中引起的电抗组成。可以认为直流电阻与频率无关，而由绕组电流产生的漏磁场在变压器中引起的电抗与试验频率有关。当试验频率与额定频率偏差小于 5 ％时，短路阻抗可以认为近似相等，阻抗电压则按下式折算：式中uk75 -- 75C下的阻抗电压， % ; ukt —试验温度下的阻抗电压，% ; fN --额定频率 (Hz) ； f --试验频率(Hz); Pkt 试验温度下负载损耗 (W) ； -- SN -- 变压器的额定容量 (kVA) ； K—绕组的电阻温度因数。 四、三相变压器的分相短路阻抗试验当没有三相试验电源、试验电源容量较小或查找负载故障时，通常要对三相变压器进行单相负载试验。 1、供电侧为 Y 接法 当高压绕组为Y联结时，另一侧为 y或d联结时，分相试验是将 试品低压三相线端短路，由高压侧 AB、BC 、CA 分别 施加试验电压。此时折算到三相阻抗电压和三相负载损耗可 按下式计算： 第五章短路阻抗计算 第一节概述 通常，变压器的短路阻抗，是指在额定频率和参考温度下，一对绕组中、某一绕组的端子之间的等效串联阻抗Zk＝Rk+jXk。由于它的值除计算之外，还要通过负载试验来确定，所以习惯上又把它称为短路电压或阻抗电压。 短路阻抗是变压器性能指标中很重要的项目，其出厂时的实测值与规定值之间的偏差要求很严。本节中将从短路阻抗计算的基本原理出发来逐步展开对与短路阻抗这个参数有关的各项问题的分析。 通常，短路阻抗是由电阻分量(短路电阻)Rk及电抗分量(短路电抗)Xk所组成的，它们之间的关系为 对于三相变压器，它表示为每相的阻抗(等值星形联结)。而对于带有分接绕组的变压器，是指其在指定分接位置上的值，如无另外规定，通常是指主分接。 应当指出的是，变压器的短路阻抗经常是用百分值(％)的形式来表示。所谓的百分值是一个相对单位制，便于产品之间进行参数的相互对比．例如，对于在某个容量、电压范围下的变压器，其短路阻抗的百分值应是相同的． 变压器的短路阻抗uk的百分值，通常由电抗分量Ukx(％)与电阻分量Ukr(％)所组成，由于它代表了变压器内阻抗的大小，故又称为阻抗电压。在Uk(％)与Ukx(％)及Ukr(％)之间，具有下列关系 通常，电抗分量Ukx(％)相当于由漏磁通所决定的变压器的漏电抗xk(％)，它在Uk(％)中占据着主要部分，本章中所介绍的短路阻抗的计算方法主要是关于漏电抗的计算．而电阻分量Ukr(％)，则主要相当于变压器绕组的电阻，它可以按负载损耗户。由下式求得 第195页 系．据经验，只有当变压器的容量小于1000kVA时，才需要考虑电阻分量Ukr(％)的影响．所以对于多数大中型变压器，均可近似取Uk(％)≈Ukx(％)。 Uk(％)是变压器的重要技术参数，它对变压器的制造成本、短路电流的大小，电压质量的高低以及系统运行性能等都有显著的影响。因此，Uk(％)的选择是一个复杂的技术经济问题。各个国家根据自身的国情，在本国的技术标准中分别规定了产品的Uk(％)值。我国的双绕组和三绕组变压器以及自耦电力变压器的标准短路阻抗值，应根据GB 6451 1999以及GB／T 6274 1996的规定，如表5—1及表5—2所示。 变压器短路阻抗计算 短路阻抗的定义是当一个绕组接成短路时，在另一个绕组中为产生额定电流所施加的额定频率的电压。此电压常以额定电压为基准，用标么值或百分数表示。也可以用短路阻抗的标么值或百分数表示，它包括两个分量：电阻和电抗分量。电阻分量需要换算到绕组的参考温度，油浸式变压器的电阻分量为75℃时的数值。对于中小型变压器，需计算电阻电压，而对于大型变压器，它占的比例很小，可以忽略不计。电抗分量为额定频率下的值。 1.阻抗的电阻分量 如果短路阻抗以额定电压的百分数表示，则电阻分量为： (),%10%1001000%100%100%u 757575275ka N k N k N N k N N k N P P P p I U r I U r I ?=??=?=?= 式中N I ——额定电流，A N U ——额定电压，V 75k r ——换算到参考温度为75℃时的绕组电阻，Ω 75k P ——参考温度为75℃时的负载损耗，W N P ——额定容量，Kva 2.短路阻抗的电抗分量 电抗分量是本节要讨论的重点，它涉及到变压器绕组联接方式，绕组的布置方式，当然也涉及到变压器的型式。 如果短路阻抗以额定电压百分数表示，则电抗分量为： ()%100%?=N K N kx U x I u 式中K x ——短路阻抗，Ω 实质上，电抗分量的计算最终归结到计算出不同变压器型式、不同接线方式以及不同布置方式下的短路电抗。而不同类型的变压器、不同接线方式以及绕组不同布置方式决定了变压器的漏磁大小及分布规律，所以短路电抗是由漏磁场大小及分布规律来决定的。 3.短路阻抗 计算出短路电阻和短路电抗后，就不难求出短路阻抗。由于电阻分量是有功分量，而电抗分量是无功分量，二者相位差90°，故短路阻抗为： ()()()22%%%kx ka k u u u += 短路阻抗是变压器设计计算中一个十分重要的参数，它的大小涉及到变压器的成本、效率、电压变化率、机械强度及短路电流大小等。为了降低负载损耗，提高效率，较小电压波动率，短路阻抗应该小；而为了降低短路电流和增加变压器耐受短路时的机械强度，短路阻抗应该大。当然减小短路阻抗，制造厂成本会适当的降低。 PC REQUIREMENTS OF UR 阻抗继电器的动作特性 电厂继保2009-04-20 19:11:33 阅读80 评论0 字号：大中小 BC线路距离I段内发生单相接地故障。由于1）线路参数是分布的，Ψd有差异; 2) CT,PT有误差; 3）故障点过渡电阻 ; 4）分布电容等; 为了尽量简化继电器接线，且便于制造和调试，把继电器的动作特性扩大为一个圆，见图。 圆1：以od为半径——全阻抗继电器（反方向故障时，会误动，没有方向性） 圆2：以od为直径——方向阻抗继电器（本身具有方向性） 圆3：偏移特性继电器另外，还有椭圆形，橄榄形，苹果形，四边形等 利用复数平面分析阻抗继电器 阻抗继电器的实现原理： 幅值比较原理： 相位比较原理： 一、全阻抗继电器 特性：以保护安装点为圆心（坐标原点），以Zzd 为半径的圆，圆内为动作区。 Zdz.J——测量阻抗正好位于圆周上，继电器刚好动作，这称为继电器的起动阻抗。无论Ψd多大 Zdz.J ＝Zzd，它没有方向性。 1、幅值比较原理： 两边同乘以IJ，且IJ×ZJ＝UJ 动作方程式 2、相位比较原理： 分子、分母同乘以IJ： 二、方向阻抗继电器 以Zzd为直径，通过坐标原点的圆。圆内为动作区。Zdz.J随ΨJ改变而改变，当ΨJ等于Zzd的阻抗角时，Zdz.J最大，即保护范围最大，工作最灵敏。 Ψlm——最大灵敏角，它本身具有方向性。 1、幅值比较原理 2、相位比较原理 三、偏移特性阻抗继电器 反方向：偏移-αZzd(α<1)圆内动作。圆心： 半径： Zdz.J随ΨJ变化而变化,但没有安全的方向性。 1、幅值比较原理 2、相位比较原理 总结三种阻抗的意义： 【1】系统电抗的计算 系统电抗，百兆为一。容量增减，电抗反比。100除系统容量 例：基准容量100MVA。当系统容量为100MVA时，系统的电抗为XS*=100/100＝1 当系统容量为200MVA时，系统的电抗为XS*=100/200＝0.5 当系统容量为无穷大时，系统的电抗为XS*=100/∞＝0 系统容量单位：MVA 系统容量应由当地供电部门提供。当不能得到时，可将供电电源出线开关的开断容量 作为系统容量。如已知供电部门出线开关为W-VAC 12KV 2000A 额定分断电流为40KA。则可认为系统容量S=1.73*40*10000V=692MVA, 系统的电抗为 XS*=100/692＝0.144。 【2】变压器电抗的计算 110KV, 10.5除变压器容量；35KV, 7除变压器容量；10KV{6KV}, 4.5除变压器容量。 例：一台35KV 3200KVA变压器的电抗X*=7/3.2=2.1875 一台10KV 1600KVA变压器的电抗X*=4.5/1.6=2.813 变压器容量单位：MVA 这里的系数10.5，7，4.5 实际上就是变压器短路电抗的％数。不同电压等级有不同的值。 【3】电抗器电抗的计算 电抗器的额定电抗除额定容量再打九折。 例：有一电抗器U=6KV I=0.3KA 额定电抗X=4% 。 额定容量S=1.73*6*0.3=3.12 MVA. 电抗器电抗X*={4/3.12}*0.9=1.15 电抗器容量单位：MVA 【4】架空线路及电缆电抗的计算 架空线：6KV，等于公里数；10KV，取1/3；35KV，取3％0 电缆：按架空线再乘0.2。 例：10KV 6KM架空线。架空线路电抗X*=6/3=2 10KV 0.2KM电缆。电缆电抗X*={0.2/3}*0.2=0.013。 这里作了简化，实际上架空线路及电缆的电抗和其截面有关，截面越大电抗越小。【5】短路容量的计算 电抗加定，去除100。 例：已知短路点前各元件电抗标么值之和为X*∑=2, 则短路点的短路容量 Sd=100/2=50 MVA。 短路容量单位：MVA 【6】短路电流的计算 6KV，9.2除电抗；10KV，5.5除电抗; 35KV，1.6除电抗; 110KV，0.5除电抗。 0.4KV，150除电抗 例：已知一短路点前各元件电抗标么值之和为X*∑=2, 短路点电压等级为6KV, 则短路点的短路电流Id=9.2/2=4.6KA。 短路电流单位：KA 【7】短路冲击电流的计算 1000KVA及以下变压器二次侧短路时：冲击电流有效值Ic=Id, 冲击电流峰值 ic=1.8Id 短路电流与归算阻抗计算 归算阻抗计算： 1、 标么值: 有名值 基值（与有名值同单位） 标么值是相对某一基值而言的，同一有名值，当基准值选取不一样时，其标么值也不一样。基 值体系中有两个独立的基值量，一个为基值容量 S B ,另一个为基准电压 U B ，其他基值量（电流I B , 阻抗Z B 等）可由以上两个基值量算出，基值之间满足以下关系： U B = . 3Z B I B , S B = i 3 U B I B 一般个电压等级的 U B 取之分别为525kV 、230kV 、115kV 、10.5kV ，而S B 一般取100MVA 。 2、两圈变的阻抗计算： 一般变压器的铭牌参数中会给出变压器的额定容量 Se,额定电压Ue ,额定电流le ,还有一个就是 短路电压百分比 Uk%，—般有了这些参数我们就可以算出两圈变压器的正序阻抗了： 将变压器二次侧绕组短路， 逐渐升高在一次侧绕组所加的电压， 当一次侧电流达到额定值 I N 时, 此时一次侧绕组所加的电压称为短路电压，短路电压与额定电压的比值即为短路电压百分比用 Uk% 将Uk%其除以100就变为以主变额定容量和额定电压为基准的变压器电抗标么值 U k% ?（ U N ）2 S B 100 ? U B Se 表示，这个参数计算公式为: Uk% 、3leX T 100% ,由此可以得到变压器电抗有名值: X T Uk% ?Ue 2 100 ' Se ，这里 Ue 为变压器归算侧的额定电压。 Uk% XeT * 100 Se X ?时 由此可以换算到统一基准值的变压器电抗标么值： X T * 另外介绍一下变压器个参数之间的关系， Se= ..3Uele ，这同样也适用于接地变、站用变，有些 上式错的原因是给的参数额定电压在计算时未用到，计算用的电压是习惯电压，而且忽略了变 高、变低的额定容量不同。 正确的计算方法是： S e 高压侧：le <3U e 500 1000 -- 26.24 A 、3 11 1000 低压侧：le V3Ue ,」00 1000 144.34A ,虽然结果差的不多，但是概念有点不清楚。 .3 0.4 1000 3、三圈变的阻抗计算： 三圈变给的铭牌参数为 Uh-m%, Uh-I%，Um-I%，这三个参数是分别由三绕组变压器两两绕组 间短路电压试验时测得的。 X T 1 X T 2 三绕组变压器等值电路 由这三个参数可以计算出高、中、低压侧对应的阻抗电压: 额定容量： S N =500/100kV A ，额定电压：U N -11/0.4kV ，要求计算该变压器的额定电流。 铭牌参数看不清，我们就可以通过这个公式计算需要的参数。比如某接地变型号: 如何计算：这里有些错误的算法: DKSC-500/10.5， 高压侧: le Se 500 1000 .3 10.5 1000 27.49 A 低压侧: Se 500 1000 759.69A ,3 380变压器电压调整率与短路阻抗的关系
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22-阻抗继电器的动作特性(精)
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