阻抗继电器分类及工作原理

阻抗继电器是距离保护的核心元件，它的作用是用来测量保护安装处故障点到故障点的阻抗（距离），并与整定值进行比较，以确定是保护区内部故障还是保护区外故障。

1.阻抗继电器分类

（1）阻抗继电器分类根据阻抗继电器的比较原理，阻抗继电器可以分为幅值比较式和相位比较式。

（2）根据阻抗继电器的输入量不同，阻抗继电器可以分为单相式（第I型）和多相补偿式（第II型）两种。

（3）根据阻抗继电器的动作边界（动作特性）的形状不同，阻抗继电器可以分为圆特性阻抗继电器和多边形特性阻抗继电器（包括直线特性阻抗继电器）两种。

单相式阻抗继电器，是指只输入一个电压 （相电压或相间电压）、一个电流 （相电流或相电流差）的阻抗继电器。而多相补偿式阻抗继电器是输入不止一个电压或一个电流的阻抗继电器。对于单相式阻抗继电器，电压 和电流 的比值称为测量阻抗，即：

式中 ：保护安装处的一次电压，即母线残压；
：被保护线路的一次电流；
nTV、nTA ：分别为电压互感器变比与电流互感器变比；
ZM：一次测量阻抗。

阻抗继电器的动作与否取决于其测量阻抗ZM与整定阻抗Zset的比较，若满足则继电器动作，反之不动作。（整定阻抗就是保护区的线路阻抗的二次值。）

由于ZM与Zset都是复数，因此分析阻抗继电器的动作特性是利用复平面来分析。为了便于两个复数ZM与Zset的比较，阻抗继电器中一般通过作出圆或者是多边形，再看测量阻抗 是否处于圆（或多边形）内，如果位于其中则继电器动作。

上图画出了单相式阻抗继电器的原理接线与动作特性。图中，圆内为动作区，圆为动作边界，称为阻抗继电器的动作特性，动作特性上的阻抗称为起动阻抗Zact，从图中可见在不同角度下，动作阻抗各不相同。整定阻抗Zset的阻抗角为整定阻抗角，在图中整定阻抗角对应的起动阻抗最大。起动阻抗最大所对应的角度称为阻抗继电器的最灵敏角φsen，在本图中φsen就是整定阻抗角，即φsen=argZset。

线路正方向故障时，测量阻抗角为线路阻抗角，测量阻抗在第I象限；在反方向故障时，流过反方向电流，测量阻抗角为φ1 180°，测量阻抗在第III象限；线路正常运行时，送电侧测量阻抗角为负荷阻抗角40o，受电侧测量阻抗角约220°。

2．阻抗继电器的工作原理

通过上面的分析可知，阻抗继电器实际上是比较两个电压量的大小或相位关系。圆特性方向阻抗继电器是比较两个电压 与 的大小，或者是比较两个电压相量 与 的相位关系。

当电流很小时，动作阻抗将比整定阻抗明显减小，即实际的保护范围将比整定范围小，这将影响到与它相邻的保护的配合，而可能引起非选择性动作。继电器是无法动作的。

每个阻抗继电器都有它实际的动作阻抗曲线，为了把动作阻抗与整定阻抗的差距限制在一定的范围内，规定了精确工作电流这项指标。

精确工作电流：当（阻抗继电器电压与电流夹角为最灵敏角），且起动阻抗Zop=0.9Zset时，使得继电器刚好动作的电流。其中的最小值称为最小精确工作电流Iac.min，最大值称为最大精确工作电流Iac.max。

测量阻抗继电器的精确工作电流方法是给继电器加不同的电流，测出使得继电器刚好动作的电压（电压与电流夹角为最灵敏角），电压与电流的比值就是起动阻抗Zact。

作出曲线Zact=f(IK)，并取与直线Zop=0.9Zset的交点，对应的电流值就是精确工作电流。