阻抗保護(hù)試驗方法.ppt

1、電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)測試技術(shù),山西電力科學(xué)研究院：孟恒信,二、阻抗繼電器的試驗方法,要較好的完成保護(hù)繼電器的性能試驗，應(yīng)在較深入理解上述前三章內(nèi)容的基礎(chǔ)上，按著電力系統(tǒng)的故障的基本特征和繼電器的基本構(gòu)成原理選擇合理的模擬試驗方法，才能正確的完成繼電器的檢驗。 如要試驗接地阻抗繼電器的動作值，需用模擬接地故障的方法來試驗；要試驗相間阻抗繼電器的動作值，需用模擬兩相短路故障的方法來試驗；要試驗變壓器差動保護(hù)的制動特性，需嚴(yán)格尊隨變壓器兩側(cè)的電流傳變關(guān)系等。 總之，要正確做好繼電器的試驗，必須結(jié)合系統(tǒng)故障特征作試驗。,4.3 接地阻抗繼電器的試驗方法,為減少篇幅，使讀者能學(xué)到較實用的知識，下面一章將重點(diǎn)

2、介紹常用繼電器較復(fù)雜的試驗方法，不求面面俱到，力爭將較復(fù)雜試驗方法的試驗機(jī)理及試驗方法介紹清楚。,4.3.1 接地阻抗繼電器的基本構(gòu)成原理 阻抗繼電器是利用故障期間保護(hù)安裝處的電壓、電流比值和故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處阻抗成正比的關(guān)系構(gòu)成的一種故障位置判別元件。 由于故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處阻抗與線路長度成正比，所以阻抗繼電器通常也稱為距離繼電器，接地阻抗繼電器是專門用來測量接地故障的，接地故障時有較高的測量精度，能準(zhǔn)確的判斷故障位置。 下面先從保護(hù)安裝處的電流、電壓入手首先介紹一下接地阻抗繼電器的基本構(gòu)成原理。,4.3接地阻抗繼電器的試驗方法,第二章已經(jīng)講過，A相接地故障時，保護(hù)安裝處的各序電壓為：,其序

3、網(wǎng)圖如圖4-9所示。,圖4-9A相單相接地故障序網(wǎng),1）保護(hù)安裝處的電壓,保護(hù)安裝處的正序電壓 還可以用另一種型式表示,(假定ZK1=ZK2),因此保護(hù)安裝處的相電壓變?yōu)椋?1）保護(hù)安裝處的電壓,我們再將此式進(jìn)一步化簡, 由于，用 取代可得下式,1）保護(hù)安裝處的電壓,K為零序補(bǔ)償系數(shù)，由被保護(hù)線路的參數(shù)決定。通常情況是一復(fù)數(shù)。 保護(hù)安裝處繼電器感受到的B相電壓及C相電壓也可以用同樣的方法求取。為減少篇幅不再詳述，結(jié)論是非故障B、C相變化較少，我們按正常電壓考慮。 2）保護(hù)安裝處的電流 保護(hù)安裝處的電流為故障電流，滯后A相電壓一線路阻抗角 。,并不與故障電流為成正比，而是與 成正比，需引入零序電

4、流補(bǔ)償，即需用保護(hù)安裝處的電壓除以，才能正確測量故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗。,理論上講保護(hù)安裝處的電壓除以電流就應(yīng)該等于測量阻抗，但由上面的分析可以看出，由于接地故障期間有零序電流的影響，保護(hù)安裝處的電壓,3）保護(hù)安裝處的測量阻抗,測量阻抗表達(dá)式為：,采用這種計算測量阻抗方法構(gòu)成的繼電器統(tǒng)稱為接地阻抗繼電器。 接地阻抗繼電器可以通過設(shè)定不同的動作條件構(gòu)成不同動作特性，如圓特性、四邊形特性等，其構(gòu)成方法及原理不是本書的討論的內(nèi)容，請參考其它教材和書籍。,零序電流補(bǔ)償系數(shù)的物理含義及模擬方法是接地阻抗繼電器的試驗難點(diǎn)，要準(zhǔn)確無誤的做好試驗，必須對接地阻抗的零序電流補(bǔ)償系數(shù)有較深入的了解，下面對此作一

5、較詳細(xì)的分析。 零序電流補(bǔ)償系數(shù)表示形式 零序電流補(bǔ)償系數(shù)有兩種表示形式， 一種是由電阻和電抗組成的分別補(bǔ)償形式。 都為實數(shù)，,4.3.2零序電流補(bǔ)償系數(shù),它按電阻分量和電抗分量在阻抗平面上分別對測量阻抗進(jìn)行補(bǔ)償，多應(yīng)用于四邊形特性繼電器。 另一種為阻抗型 補(bǔ)償形式。它在阻抗平面上對測量阻抗按補(bǔ)償系數(shù)的模值和角度進(jìn)行補(bǔ)償，是一個復(fù)數(shù)，可以用指數(shù)表示，也可以用實部和虛部表示，阻抗型補(bǔ)償系數(shù)多應(yīng)用于圓特性特性繼電器。 2) 兩補(bǔ)償系之間的區(qū)別 阻抗型補(bǔ)償系數(shù)按阻抗形式補(bǔ)償，補(bǔ)償過程中是將測量阻抗乘以一個補(bǔ)償系數(shù)?？梢杂袃煞N表示形式，,4.3.2零序電流補(bǔ)償系數(shù),它們之間可以相互轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方法為常規(guī)

6、的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換。若將指數(shù)形式轉(zhuǎn)換為實部和虛部表示，轉(zhuǎn)換后 實部為， 虛部為。 若將實部和虛部形式轉(zhuǎn)換為指數(shù)形式，轉(zhuǎn)換后的模值為，的角度為。,電阻、電抗分別補(bǔ)償系數(shù)按電阻和電抗分量分別補(bǔ)償，電阻補(bǔ)償系數(shù)和電抗補(bǔ)償系數(shù)并不是補(bǔ)償系數(shù)的實部和虛部，不可以采用坐標(biāo)變換的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。,即：一種為指數(shù)表示形式。另一種為復(fù)數(shù)的實部和虛部表示如a+jb。,4.3.2零序電流補(bǔ)償系數(shù),補(bǔ)償系數(shù)的兩種形式都是從原始參數(shù)、計算得來。當(dāng)同一條線路采用兩種不同補(bǔ)償系數(shù)的兩繼電器按同一原則整定時，在整定點(diǎn)，兩種補(bǔ)償系數(shù)的補(bǔ)償效果一樣，因此它們之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系，下面介紹一下它們之間的轉(zhuǎn)換方法。 兩補(bǔ)償系數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 設(shè)：阻抗

7、形式補(bǔ)償系數(shù)和電阻、電抗分別補(bǔ)償系數(shù)分別表示為,4.3.2零序電流補(bǔ)償系數(shù),當(dāng)已知 和 時，我們可以將它們作如下變換 (1) 由 式，得 (2) 由 式，得 (3),4.3.2零序電流補(bǔ)償系數(shù),由(4)式可以看出，假定已知電阻和電抗分別補(bǔ)償系數(shù) 、 ，則還有 和 為未知數(shù)，無法變換。在實際工程應(yīng)用中，這兩個未知數(shù)是可以得到的，因為我們在做試驗時總要輸入一個試驗阻抗和阻抗角，這一阻抗和阻抗角或等于保護(hù)定值單中的整定阻抗 和正序阻抗角 。,將(2)、(3)式代入(1)式，得如下()式。 (4),4.3.2零序電流補(bǔ)償系數(shù),或是等于我們所希望是試驗的整定阻抗和正序阻抗角，將這一對應(yīng)的阻抗和角度下對應(yīng)

8、的 和 代入(4)式即可完成它們之間的變換。變換結(jié)果可以是如下兩種形式，指數(shù)形式和復(fù)數(shù)的實部和虛部形式。,4.3.2零序電流補(bǔ)償系數(shù),分析(5)可以看出當(dāng)試驗阻抗角不發(fā)生變化， 和 的比值不變，由電阻和電抗分別補(bǔ)償系數(shù)變換成阻抗型的補(bǔ)償系數(shù)時，補(bǔ)償系數(shù)是個恒定值，與所模擬的阻抗值的大小無關(guān)。當(dāng)試驗阻抗角改變時， 和 的比值將發(fā)生變化，變換后的 也隨之發(fā)生變化，即不同的試驗 和 值對應(yīng)不同的 系數(shù) ，需逐點(diǎn)進(jìn)行變換。也就是說變換條件是必須用 、 補(bǔ)償系數(shù)所對應(yīng)的阻抗角下的 和 值。,4.3.2零序電流補(bǔ)償系數(shù),另外也可以理解為，由于 補(bǔ)償系數(shù)是針對阻抗補(bǔ)償?shù)?，在不同的阻抗角得到的補(bǔ)償量是相同的，

9、補(bǔ)償后的阻抗仍是個圓特性，即在不同的模擬試驗角度下，當(dāng)試驗電流幅值保持不變的情況時，試驗電壓幅值恒定。由于 、 分別補(bǔ)償在電阻和電抗方向的補(bǔ)償系數(shù)不同，補(bǔ)償后的阻抗值與試驗阻抗角有關(guān)，在同樣保持試驗電流幅值保持不變的情況下，模擬試驗角度不同，模擬試驗電壓不同。,要正確測量一個接地阻抗繼電器的動作阻抗，我們不但要知道用什么方法來模擬，加入什么量，還必須知道加入量的大小和相位。一般方法是，根據(jù)繼電器的整定阻抗和整定阻抗角，采用固定試驗電流計算動作電壓的方法來進(jìn)行。 如要試驗一個整定阻抗為10、阻抗角為85.8零序電流補(bǔ)償系數(shù) 繼電器的動作邊界。 我們可以固定電流幅值為1A（5A），試驗阻抗為10、

10、阻抗角為85.8。,4.3.3 接地阻抗繼電器動作阻抗模擬試驗方法,計算A相故障動作電壓為：,由于 為復(fù)數(shù)，計算較復(fù)雜，一般都由儀器自動計算。但是由于目前微機(jī)保護(hù)試驗儀種類繁多，有的廠家的試驗儀并不同時具備兩種補(bǔ)償系數(shù)的輸入功能，使用儀器過程中經(jīng)常需要將兩種補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行變換。另外，有個別廠家生產(chǎn)試驗儀在模擬接地故障時還有錯誤，現(xiàn)場保護(hù)試驗人員必須要有較高的理論水平，才能正確完成試驗。 為此再通過下面一工程實例對這兩種補(bǔ)償系數(shù)物理意義及它們之間的相互關(guān)系進(jìn)行以下詳細(xì)的說明。,1）500kV線路典型參數(shù)：,2）阻抗型零序補(bǔ)償系數(shù)計算 指數(shù)形式計算,因此，得阻抗型補(bǔ)償系數(shù)的模值和角為：,正序阻抗角8

11、5.5,4.3.3.1典型參數(shù)計算,可以再計算它的實部和虛部形式,3）電阻和電抗分別補(bǔ)償系數(shù),4）兩補(bǔ)償系數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 為了驗證上一節(jié)講的兩種補(bǔ)償系數(shù)之間的轉(zhuǎn)換方法的正確性，現(xiàn)在利用這一算例進(jìn)行以下變換。,4.3.3.2接地阻抗繼電器動作阻抗試驗實例 1）阻抗型補(bǔ)償系數(shù)繼電器定值檢驗 如仍以上述典型線路為例，線路正序阻抗角為85.8，接地阻抗繼電器二次整定阻抗為10、零序電流補(bǔ)償系為 。,假定和已知，計算。,可以看出，與直接用線路參數(shù)計算的結(jié)果一致。,試驗時，一般我們都采用固定電流，改變電壓的方法來檢驗。如固定電流幅值為額定電流（1A），繼電器的定值已知，我們必須先計算出繼電器的動作電壓，然后

12、才能開始試驗，否則繼電器動作是否正確無法判斷。以相故障為例，計算動作電壓方法如下。 （1）在靈敏角85.8下檢驗保護(hù)定值,邊界動作電壓為：,由于設(shè)定試驗電流，動作電壓也計算出來，現(xiàn)在就可以將參數(shù)輸入儀器做試驗了。,由于上述動作電壓是先已知電流計算出來的，電流的相角在計算的過程中設(shè)定為0，一般情況下都以A相電壓為參考相位， A相電壓相位設(shè)定為0 ，因此A相電流相位應(yīng)為。將計算好的電壓及電流即可完成繼電器的試驗。圖4-10為輸入好試驗參數(shù)的儀器界面。 該圖實際上也是OMICRON試驗儀，根據(jù)設(shè)定正序阻抗角為85.8，整定阻抗為10、零序電流補(bǔ)償系為 。自動計算的結(jié)果。,圖4-10圓特性A相接地阻抗

13、繼電器動作電流、電壓（85.5度）,（2）在0阻抗角下檢驗動作阻抗 為了比較，假定待檢驗的保護(hù)動作阻抗仍為10、零序電流補(bǔ)償系為 ，試驗電流為A。計算動作電壓如下：,仍將A相電壓相位設(shè)定為0 ，因此A相電流相位應(yīng)為。將計算好的電壓及電流輸入儀器就可以對繼電器做試驗了。圖4-10為輸入好試驗參數(shù)的儀器界面。,圖4-10A相接地阻抗繼電器動作電流、電壓（度）,可以看出，在85.8下模擬故障和在0模擬故障，計算得到的A相動作電壓一樣的，均為15.23V，電流相角隨模擬故障的相角變化而變化。,由于和補(bǔ)償系數(shù)是按電阻和電抗分別補(bǔ)償?shù)?，電阻和電抗方向的補(bǔ)償程度不一樣。在不同的試驗阻抗角情況下，經(jīng)和分別補(bǔ)償

14、后的阻抗值是不一樣的。如整定原則和參數(shù)仍和上述繼電器一樣，則補(bǔ)償系數(shù)分別為1.504、0.516。正序阻抗角為85.8，整定阻抗為10、,仍以A相繼電器為例。,2）電阻、電抗分別補(bǔ)償系數(shù)繼電器定值檢驗,（1）在靈敏角85.8下檢驗保護(hù)定值,對應(yīng)的阻抗為：,補(bǔ)償后的電阻和電抗值為：,補(bǔ)償后的阻抗與電流的乘積為動作電壓，,以A相電壓為參考相位，則A相電流相位為。輸入好試驗參數(shù)的儀器界面如下圖。,A相接地阻抗繼電器動作電流、電壓,（2）在0阻抗角下檢驗動作阻抗 為了比較，假定待檢驗的保護(hù)動作阻抗仍為10、零序電流補(bǔ)償系為 ，試驗電流為A。計算動作電壓如下：,對應(yīng)的阻抗為：,補(bǔ)償后的阻抗與電流的乘積為

15、動作電壓，,以A相電壓為參考相位，則A相電流相位為0。,A相接地阻抗繼電器動作電流、電壓0,可以看出，在85.8下模擬故障和在0模擬故障，計算得到的A相動作電壓不樣的，分別為15.23V和25.04V ，電流相角隨模擬故障的相角變化而變化。 我們還可以計算其它角度動作電壓，如再以下60、30下的動作電壓分別為18.14V和22.97V ，A相電流相位分別為-46.36 和-19.27 輸入好試驗參數(shù)的儀器界面如下圖。,A相接地阻抗繼電器動作電流、電壓60度,A相接地阻抗繼電器動作電流、電壓30度,通過上面的模擬試驗實例可以看出，在整定阻抗角（85.8）兩種阻抗繼電器的模擬結(jié)果是一樣的，在其它角

16、度下兩補(bǔ)償系數(shù)的補(bǔ)償效果不一樣。 阻抗型補(bǔ)償，補(bǔ)償后的阻抗模值在不同試驗阻抗角下保持不變，模擬試驗電流的角度隨試驗阻抗角變化而變化； 電阻和電抗分別補(bǔ)償，模擬試驗阻抗角為90時，電阻補(bǔ)償系數(shù)不起作用，補(bǔ)償量由決定，模擬試驗阻抗角為0時，電抗補(bǔ)償系數(shù)不起作用，補(bǔ)償量由 決定，模擬試驗阻抗角為900之間時，補(bǔ)償量由和決定。,1、安裝處電流、電壓向量,合成后的A相電壓等于故障前電壓，B、C相電壓大小相等，相位不同，其大小隨故障點(diǎn)位置而變，出口短路 ，故障點(diǎn)越遠(yuǎn)幅值越大。如圖2-13所示。,圖2-13 BC兩相短路保護(hù)安裝處電流、電壓向量,4.4相間阻抗繼電器的試驗方法,1.若故障點(diǎn)在出口，則保護(hù)安裝

17、處的非故障相電壓幅值及相位不變，兩故障相電壓幅值相等、相位相同，與非故障相相位相反，幅值為非故障相的一半。故障相線電流滯后故障相線電勢一個線路阻抗角 。,2、正方向發(fā)生兩相短路的特征如下：,2. 若故障點(diǎn)在線路中間，則保護(hù)安裝處的非故障相電壓幅值及相位仍不變，兩故障相的電壓幅值、相位隨故障點(diǎn)的位置變化而改變，但兩電壓端點(diǎn)變化軌跡始終落在故障前兩電壓（或電勢）的連線上。,3.故障點(diǎn)較近時，兩故障相的相位差較小，幅值也較小，故障點(diǎn)較遠(yuǎn)時，兩故障相的相位差較大，幅值也較大。故障相線電流滯后故障相線電壓一個線路阻抗角 。,4.4.1 相間阻抗繼電器的基本構(gòu)成原理 相間阻抗繼電器是專門用來測量相間故障的

18、，相間故障時有較高的測量精度，能準(zhǔn)確的判斷故障位置。下面仍先從保護(hù)安裝處的電流、電壓入手簡單介紹一下相間阻抗繼電器的基本構(gòu)成原理。 1）保護(hù)安裝處的電壓 第二章已經(jīng)講過，BC兩相短路故障時，保護(hù)安裝處的各序電壓為：,4.4相間阻抗繼電器的試驗方法,同單相接地的分析，我們也將進(jìn)行一下改寫,因此可得保護(hù)安裝處的母線電壓：,可以看出，正好等于故障前電壓。,其相量圖如圖4-12所示。,故障相母線電壓為：,圖4-12保護(hù)安裝處的電壓、電流,2）保護(hù)安裝處的電流 第二章我們已經(jīng)講過保護(hù)安裝處的各序電流如圖4-13所示，我們可以直接在圖中得到故障相電流表達(dá)式： 由于,圖4-13保護(hù)安裝處的各序電流,故障相的

19、線電壓與線電流之比，即除以則為故障相的測量阻抗。,可以看出，它正好等于故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗。,采用這種計算測量阻抗方法構(gòu)成的繼電器統(tǒng)稱為相間阻抗繼電器，它可以正確的測量相間短路故障時，故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗。同接地阻抗繼電器它也可以通過設(shè)定不同的動作邊界或條件，構(gòu)成不同動作特性，如圓特性、四邊形特性等。,3）保護(hù)安裝處的測量阻抗,相間阻抗繼電器動作阻抗模擬試驗，可以用模擬兩相短路的方法來完成。 與接地阻抗繼電器模擬方法一樣，我們可以根據(jù)繼電器的整定阻抗和阻抗角，采用固定試驗電流，計算動作電壓的方法來進(jìn)行。計算故障相動作電壓。 為故障相線電壓，為故障相相電壓，為故障相線電流，為故障相相電流

20、。 可以看出，兩相短路模擬試驗難點(diǎn)不在于計算動作電壓，而在于根據(jù)計算出的線電壓及線電流，計算出儀器能夠輸入的各相電壓和電流以及它們之間的相位。,4.4.2相間阻抗繼電器模擬試驗方法,當(dāng)線路正方向發(fā)生兩相出口短路故障時，如BC相短路，故障相線電壓，故障相線電流滯后故障相線電勢（）一個線路阻抗角，如圖4-5。,4.4.2.1出口短路故障模擬,圖4-5兩相出口短路保護(hù)安裝處電流、電壓,即BC兩相短路故障時，BC相線電壓為20V，若以相電壓為參考相位，即相位為0，BC相線電流滯后BC相線電壓80。,仍采用固定電流，計算動作電壓的方式試驗。 以模擬BC相故障為例，固定5A （電流互感器額定電流），動作電壓為：,現(xiàn)在我們計算出的僅是故障相的線電壓及線電流，保護(hù)試驗儀一般輸入量多是僅有相電壓和相電流，試驗時還必須計算出A、B、C各相電壓的幅值及相位。,1）動作電壓計算 例如:整定阻抗Zzd=2， 整定阻抗角80。,4.4.2.2動