第六章阻抗继电器检验和调试.docx

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第六章阻抗继电器检验和调试

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电力系统继电保护新技术与故障检验调试

继电器设备检验操作与调试技术

第六章阻抗继电器检验与调试

第一节LZ-16型阻抗继电器

用途与原理

LZ-16型阻抗继电器用于电力系统二次电路的继电保护线路中，作为发电机或变压器短路故

障的后备保护。

该继电器为整流型，具有偏移特性的阻抗继电器，其原理接线如图6.1.1所示。

通过测量短

路点

到保护装设点之间的阻抗，并与整定值进行比较。

当测量阻抗小于整定阻抗时，继电器动作

。

换言之，继电器根据感受到的阻抗变化而动作。

〖请看图片B50，+70mm。

110mm，BP#〗图6.1.1LZ-16型阻抗继电器原

理图

继电器是由比较两个电气量绝对值大小的方式构成的，其动作方程式为

｜U·1-

U·

Y1+（U·Y2+U·2）｜≥｜U·

1-U·Y1-（U·

Y2+U·2）｜

（1）

式

（1）中，U·1=

K1I·，它与发电机（或变压器）电流成一定比例关系，由有气隙的电抗变压

器TL1完成

，K1具有阻抗量纲，为电抗变压器的转移阻抗；U·2=K2I·，亦与发电机（或变压

器）电流成一定比例关系，由另一有气隙的电抗变压器TL2来完成；U·

Y1=KY1U·

，与发电机的端电

压U·成一定比例关系的被测电压；

U·Y2=KY2U·，从变

压器TV二次取出的与U·成一定比

例的极化电压。

在式

（1）中，设：

U·1-

U·

Y1=E·1，

U·

Y2+U·

2=E·2

那么，当E·1与

E·

2同相时，｜E·

1+E

·2｜＞｜E·1-

E·2｜，工作电压较制动电压高，执行元件极化

继电器动作。

当E·1与E

·

2反相时，｜E·1+E·2｜＜｜E·

1-

E·2｜，工作电压小于制动电压，

执行元件不动作。

就偏移阻抗圆来看，可分为以下三种情况：

（1）在边界条件下，U·1-

U

·Y1+（U·Y2+

U·2）｜=｜U·

1

-U·Y1-（

U·

Y2+U·

2）｜，其特性圆见图6.1.2。

〖请看图片B51，+50mm。

50mm，Y#〗图6.1.2LZ-16型阻抗继电器边

界条件下的电压相量图

（2）在整定圆内，｜U·1-U·Y1+（U·Y2-

U·2）｜＞｜U

·

1-U·Y1-（

U·

Y2-U·

2）｜，其特性圆见图6.1.3。

（3）在整定圆外，｜U·1-U·Y1+（U·Y2-

U·2）｜＜｜U

·

1-U·Y1-（

U·

Y2-U·

2）｜，其特性圆见图6.1.4。

〖请看图片B52，+50mm。

130mm，BP#〗图6.1.3LZ-16型阻抗继电器

图6.1.4LZ-16型阻抗继电器在整定圆内的电压相量图

在整定圆外的电压相量图

继电器整流及绝对值比较回路，采取双半波环流接线法。

图6.1.1中，R1～R4是为了提高回路输出电压的电阻；C1～C4是滤波电容；KP1、KP2分别为

极化继电器KP的动作线圈和制动线圈。

检验项目及要求

（1）一般性检验见第一篇检验通则。

（2）额定值：

100V，5A或1A，50Hz。

（3）动作阻抗及误差：

2Ω，在2～20Ω范围阶梯可调（5A）；10Ω，在10～100Ω范围阶梯可调（1A）；

在基准条件下，TY1整定在100%，在额定电流和最大灵敏角下，整定值误差不大于±10%，以

TL2=2、TY1=100%的动作值计算TV其他各点的动作值误差应不大于±15%。

正向动作阻动作误差不超过±15%，反向偏移量不超过±20%。

（4）最大灵敏角φm：

分别为75°、80°、85°，其误差不

超过5°。

（5）反向偏移量：

见表6.1.1。

表6.1.1反向偏移量与TL连接片位置关系

整定阻抗（Ω）XB位置TL2连接片位置

2（10）2Ω（10Ω）〖请看图片X2A，+4mm。

40mm〗

1（5）1Ω（5Ω）〖请看图片X3A，+4mm。

40mm〗

0.4

（2）1Ω（5Ω）

〖请看图片X5A，+4mm。

40mm〗

0.2

（1）0.4Ω（2Ω）

〖请看图片X7A，+4mm。

40mm〗

注：

表中括号内为

1A规格。

（6）灵敏度检验：

最小精确工作电流不大1A（5A规格），或不大于0.2A（1A规格）。

（7）返回系数：

不大于1.1。

（8）动作时间：

不大于35ms。

检验与调试

〖请看图片B53，+60mm。

80mm，BP#〗图6.1.5LZ-16型阻抗继电器试

验接线图

LZ-10型阻抗继电器试验接线如图6.1.5所示。

1.最大灵敏角的检验

合S，调节TL2和R2，使加至继电器B21、B23端子（这

时B22、B24短接）间的电流为额定电流5A或1A，在继电器B27、B29端子上

施加95%整定阻抗对应的电压，用移相器BP改变电压与电流间的角度，于第一与第二象限测

出继电器刚好动作时的角度φ1和φ2，然后按下式求出最大灵敏角：

要求其误差不超过±5°，如不满足，可适当调整印制电路板上对应的电阻R5～R7。

2.动作阻抗的检验

合上S，在最大灵敏角下，施加额定电流I，调节R1和

TL1使继电器动作，这时按下式求出继电器的动作阻抗。

Z=U2I

（2）

其动作值误差应不超过±15%，如不满足，应适当调整TL1的抽头或磁分路，直至满足。

3.反向偏移量的检验

合上S，施加额定电流，在180°+φLM处，测取继电器动作对应的电压，按式

（2）求出

继电器反向阻抗偏移量应满足误差范围要求。

如不符合，可适当调整TL2的磁分路，直至满

足。

4.灵敏度（最小精工电流）的检验

合上S，在最大灵敏角下，施加0.2倍额定电流，测取继电器的动作阻抗应不低于额定电流时

继电器动作阻抗的0.9倍，如不满足，应适当增加TL1、TL2的铂钼合金补偿片，直至符合要

求。

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继电器设备检验操作与调试技术

第六章阻抗继电器检验与调试

第二节LZ-21型阻抗继电器

用途与原理

LZ-21型阻抗继电器用于中性点直接或非直接接地系统的距离保护中，作为保护的测量元件。

LZ-21型阻抗继电器系采用整流型原理构成，为整流型方向阻抗继电器。

继电器采用嵌入式

插件结构，其原理接线如图6.2.1所示。

〖请看图片B54，+65mm。

130mm，BP#〗图6.2.1LZ-21型阻抗继电器原

理接线图

继电器按比较两个电气量绝对值的大小构成，动作方程式为

｜U·L-U·

T+U·P｜

≥｜U

·L-U·

T-U

·P｜

（1）不等式左边为动作量，右边为制

动量。

动作量大于制动量时，继电器动作。

式

（1）中：

U·L为电抗变压器TL

（DKB）的补偿电压

，U·T、U

·P分别为整定变压器T（YB）、极化变压器TP（JYB）的二

次电压。

U·L=KLIm

：

与测量电压成一定比例关系（转动一定角度）的电压，K

L具有阻抗量纲，为电抗变压器的转移阻抗。

〖请看图片B55，+30mm。

50mm，Y#〗图6.2.2动作边界条件下相量图

U·T=KTU

·m：

与测量电流成一定比例关系的电压，

KT为一实数，即整定板所表示的百分数。

U·P=KPU

·m：

与测量电压成一定比例关系的电压，即作为参考向量的

极化电压，KP为一实数。

当（U·L-U

·T）与U·

P夹角为90°时式

（1）变为

｜U·L-

U·

T+U·P｜

=｜U

·L-U·

T-U·P｜

（2）

继电器处于平衡状态，为动作边界条件，相量关系如图6.2.2。

在R、X坐标平面上可变相量轨迹见图6.2.3（a）、（b）、（c）

。

图6.2.3（a），可变相量端在圆周上即边界条件；图6.2.3（b），可变相量端在圆内，为动作状

态；图6.2.3（c），可变相量端落在圆外，为制动状态。

分析图6.2.3三种情况，方程式

（2）的轨迹为一过坐标原点的圆，圆内为动作区，圆外为制动

区，边界条件下，方程式两边相等。

〖请看图片B56，+105mm。

130mm，BP#〗图6.2.3继电器的特性圆（a）边界条件U·L-U·T+U·P=U·L-U·T-U·P，（U·L-U·T）与U·P

夹角=90°；（b）动作状态U·L

-U·T+U·P＞U·

L-U·T-U·

P，（U·L-U·T）与U·

P夹角＜90°；（c）制动状态U·L-U·T+U·P＜U·L-U·T-U·P，（U·L-U·T）与U

·P夹角＞90°

继电器由以下几部分组成。

（一）交流形成回路

（1）极化电压U·P取自电感LP和

电容CP组成的谐振回路中电阻R

P上的压降。

这个回

路绝大部分电阻都集中在RP上，

RP电压的相

位接近于测量元件端子上所加电压U·

m。

此电压幅

值的大小，对短路阻抗的测量并无影响，其作用是用于判别短路的方向。

上述谐振回路称为

记忆回路，用以记忆保护安装点发生三相短路以前的极化电压的相位，由于谐振回路中电流

按50Hz频率逐渐衰减，故在一定时间内极化电压不完全消失，以消除保护安装点正向发生三

相短路时继电器拒动和反向三相短路时误动。

当保护安装点两相金属性短路时，短路两相之

间的电压为零，而故障相与非故障相之间有较高的电压，故两故障相中仍有电流流过，这两

个电流在数值和相位上不一样，因而在连接电缆中产生不同的电压降，使接在故障相上的继

电器端子上出现电位差，这个电压便成为极化电压，在记忆作用消失后，可能使继电器误动

作。

为此，在谐振回路电感与电容之间经一高电阻R6

接至第三相电压

，极化电压经极化变压器TP产生两个相同的次级电压，分别施加到两个比较臂的交流侧。

（2）电压U·T经变压器T与继电器

端子所加电压准确地

保持一定比例关系，并且相位一致，变压器T的次级有若干抽头，用来改变其变比，以获得

不同的整定值。

T整定板有两组，可独立地选择Ⅰ、Ⅱ段不同的整定值。

正常时第Ⅰ段经切

换继电器触点接通，故障时如短路阻抗超过Ⅰ段整定值，经切换继电器切换至Ⅱ段定值。

（3）电压U·L由电抗变压器TL二

次取得，TL铁芯气隙

内附有高导磁率的铍镆合金片和磁分路片，用以调整精确工作电流。

TL次级有电阻负载时，

U·L超前I

·

m的角度减小，改变负载电阻值，就可以改变领前的角度，继电器在此角度时，具有最大

阻抗值，称为最大灵敏角φren。

改变TL移相绕组所接电阻RΦ值

，即可改变灵敏角的大小。

移相绕组回路中还串入二个反向并联的二极管，利用它的非线性

特性（即小电流下二极管内阻较大），也就是在小电流下相当于RΦ

增大，从而使灵敏角保持不变。

TL的初级有两组绕组，按相电流之差接入电流，每个绕组有

三个小绕组，由连接片串连而成。

当T抽头不变时，改变连接片的位置，可成倍改变最小整

定阻抗。

（二）整流比相回路

由VD1～VD4四只二极管组成双半波整流回路，R1～R4

四个电阻接入后

，为执行元件快速动作创造条件。

由于电阻的接入，较高的交流电压将引起执行继电器触点

抖动，为此增加C1～C4四个电容，一方面增加通

入执行元件的直流

分量，同时又减小了交流分量，因而提高了继电器的灵敏度，减小了执行元件触点抖动。

现将继电器动作方程式中U·L-

U

·T与U·

P分别用U·1、U·

2代替，并用E·1、E·2

分别代替U·1+

U·

2和U·1-U

·2，则式

（1）可变为：

E·1≥

E·2

（3）

整流比相回路（相敏接线）工作原理，可用等效电路图6.2.4分析说明。

图中，U·1、U·2为相敏比较电路的

输入电压（相位比较量）；U·

mn是电路的输出电压，R1=R2代替执行元件绕

组电阻。

〖请看图片B57，+30mm。

45mm，Y〗图6.2.4相敏比较电路的等效电

路图

设U1＞U2，φ为U

·1、

U·2的夹角。

根据图示极性，E

·1=U·

1+U·2，E·

2=U·1-U·

2。

当φ变化时，

U·mn的正负脉冲宽度分析

如下：

（1）φ=0°，E·1和

E·2的相量关系如图6.2.5（a）所示。

在正半周时，E

·1和E·

2的极性如图6.2.4所示。

E·1产生的电流i1在R1上产生正向

电压降i′1R

1，，E·2

产生的电流i2在R2上

产生反向电压降i2R2。

在负半周时，E·

1和E·2都反极性。

E·1产生的电流i′1在R2上产生正向压降i′1R2，E

·产生的电流i′2在R1上产生反向压电压降i′2R1

。

输出电压U·mn等于R1、R2上的电

压降的代数和。

由于E1＞E2，故在180°范围内，Umn为正脉

冲宽度也是180°［图6.2.5（a）］。

（2）φ=180°时，E·1和E·2的相量关系如图6.2.5（b）所示。

正、负半周时，E

·

1、E·2

在R1和R2上产生

的电压降的正负极性与φ=0°时相同，但由于E1＜E2，所以在180°

范围内，

Umn为负脉冲的宽度也是180°［图6.2.5（b）］。

（3）φ=90°时，E·1、E·2的相量关系如图6.2.5（c）所示，E2

超前E

·1为θ角，且E1=E2。

从波形图可以

看到，Umn为正、负脉冲的宽度各是90°。

〖请看图片B58，+90mm。

130mm，BP#〗图6.2.5不同φ角时，相敏比

较电路Umn的波形分析（a）φ=0°

；（b）φ=180°；（c）φ=90°

〖请看图片B59，+50mm。

70mm，BP#〗图6.2.6输出电压Umn的正负脉冲宽度与φ的关系曲线

φ为其它角度时，用同样的方法可以分析Umn

为正、负脉冲的宽度是多少度。

Umn与φ的关系曲线如图6.2.6

。

由图可见，只有当-90°≤φ≤90°时Umn为正

脉冲的宽度才等于或大于90°（即E≥E2）。

当U2＜U2时，也可以得到同样的结论。

从表面上看这种整流比相回路的工作效率不十分高，实际上由于它的交流电压只需克服一个

二极管的管压降，而二极管的管压降是影响精确工作电流的关键，所以这种电路有利于提高

阻抗继电器的灵敏度。

（三）执行回路

执行继电器系采用高灵敏度双绕组极化继电器，两个绕组分别接于整流回路直流侧。

检验项目及要求

（一）一般性检验

一般性检验见本编第一章。

（二）执行元件动作电流和返回电流检验

要求动作电流为1.1～1.2mA，返回系数不小于0.5。

（三）整定变压器T（YB）抽头正确性检查

T空载，用改变整定旋钮在插孔中的位置进行抽头正确性检查。

T一次端子加电压100V，按表

6.2.1测出二次电压，实测值与设计值误差应不超出±5%。

并测记一次电压100V时的空载励

磁电流。

（四）极化变压器TP（JYB）变比检查

TP一次加电压U1～2=100V，

测量二

次电压U3～4和U5～6，要求U3～4-U5～6之差不

超过2V。

（五）电抗变压器TL（DKB）的检验

TL=2，一次绕组串联并通入0.3～25A电流，测量二次电压U1～2、U

3～4

，作出U1～2=f（I1）空载伏安特性曲线，要求该曲线基本上是

线性的。

（六）极化回路线性度调整

T=100%，TL一次开路，电压端子加电压100V、40V、5V时，测量外加电压和极化回路电流的

角度（可用RP上的电压代替电流），要求电流超前电

压的角度在2°～12

°范围内。

并测记外加电压100V时UCP、ULP电压值。

（七）电流潜动检查

TL、T在最大位置，灵敏角压板断开，电压回路经20Ω电阻短接。

电流从零均匀升至30A和突

然加上切除30A电流时，继电器动合触点不缨有瞬时接通。

（八）最大灵敏角及动作阻抗特性Zop=

f（φ）试验

（1）灵敏角检验：

T=100%，TL=2，灵敏角切换片依次置于65°、72°、80°，用两点法检查

灵敏角，要求实测值不超过标示值±5°。

（2）Zop=f（φ）

动作阻抗特性试验，T=10

0%，TL=2，灵敏角切换片置于整定位置，加入第三相电压，通入5A电流

。

分别录取

电流落后电压的相角为0°，实测灵敏角φren、φren±20°、φren±

45°、φLM±135°的动作阻抗。

绘制Zop

=f（φ）特性圆。

要求：

按公式ZC=Z

cosφ（式中Z

为实测灵敏角下的动作阻抗）分别计算出φren±20°、φren±45°的阻抗

值，按式Δ=ZC-Z

opZ

C×100%计算误差。

在φren±20时，误差不超过±10%；

φren±45°时误差不超过±20%。

（九）最小整定值误差测试

TL分别置于2和0.2，T=100%，φ=φren，不加第三相电压，在TL=2时通入5A电流，TL

=0.2时通入10A电流，所测动作阻抗（Zop=

Uop2I）与标示值的误差应不超出±10%。

（十）动作阻抗整定

按整定通知单要求，将TL抽头和灵敏角切换板置于整定位置，按式KT=

KLZ

ret×100%（K

L为TL标示值，Zret为整

定阻抗）估算T抽头K

T，按TL抽头位置通入电流（TL=1.4～2时通入5A，TL=0.2～0.6时通入10A

），在给定

的线路阻抗角下，用稳态法测取继电器动作电压与返回电压，按Z=U2I

计算动作阻抗与返回阻抗，用改变T抽头方法使动作阻抗与整定

阻抗

误差不超出±3%。

当T≤20%时，返回系数不大于1.2；T＞20%时，返回系数不大于1.15。

（十一）录制整定值下动作阻抗特性曲线Z

op=f（Im），并确定最小精确工作电流

在整定条件下，分别录制Ⅰ、Ⅱ段动作阻抗特性曲线。

从曲线上找出Z

op=0.9Zret时所对应的电流，对精确工作

电流要求：

在TL=2时，不大于0.4A；TL=0.8时，不大于1.0A；TL=0.6时，不大于1.3A；TL=0.4时，不大

于2.0A；TL=0.2时，不大于4.0A。

动作特性曲线突出部分应不超过Zop的5%。

（十二）第三相电压作用检查

在整定条件下模拟保护安装点出口正、反向两相稳态短路，要求正向出口两相短路，继电器

可靠动作；反向出口两相短路，继电器不动作。

（十三）动作时间测量

在整定条件下，通入2倍精确工作电流，将电压从100V突然降到相应于0.7

Zop动作阻抗的电压值，测量继电器动作时间应不大于40ms。

（十四）记忆作用检查

（1）记忆时间测量：

在整定条件下，模拟正向出口短路，当电流由零增至2倍精确工作电流，

同时电压由100V突然降至零，继电器动合触点闭合时间应不小于50ms。

（2）模拟单侧和双侧电源线路反向出口短路继电器均不动作。

说明：

在进行定期检验时，可只作第

（一）、

（二）、（六）（测量UCP、

ULP，其值应与新安装试验时基本一致）、（七）、（八）

（1）、（十）、（十

一）、（十二）、（十三）、（十四）

（1）项。

检验与调试

（一）执行元件动作电流和返回电流检验

极化继电器试验时应分别从端子①、②和③、④通入电流（①、③端子为正）。

要求动作电流

为1.1～1.2mA，返回系数不小于0.5。

（二）整定变压器T抽头正确性检查

旋出T全部旋扭，由端子B27、B29加入交流电压100V，高内阻电压表一端接端子B

40，另一端的接法是：

T的Ⅰ段接于端子B36，T的Ⅱ段接于端子B38。

用改变整定

旋扭在插孔中的位置、测出电压值，要求实测值与设计值（表6.2.1）误差不超过±5%。

并测

记100V电压时的空载励磁电流值。

表6.2.1整定变压器T抽头正确性检查

抽头位置80+15+4+0.5=99.560+15+4+0.5=79.540+15+

4+0.

5=59.520+15+4+0.5=39.520+15+4+0=3920+15+3+0=3820+15+2+0=3720+15+1+0=3620+15+0+0=3520+10+0+

0=3020+5+0+0=2520+0+0+0=200+15+0+0=15100V

电压的空载励磁电流（mA）

设计值（V）42.734.125.516.9516.7416.3115.88

15.4515.0212.8710.738.586.44

实测Ⅰ段（V）

实测Ⅱ段（V）

（三）极化变压器TP变比检查

在TP端子①、②加交流电压100V，测量二次端子③、④和⑤、⑥间的电压，两者电压差不超

过2V。

（四）电抗变压器TL的检验

TL=2（20匝），灵敏角压板断开，端子B22、B23