（一）LZ 21型方向阻抗继电器基本构成

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2-14来说明。图2-14中，若K点三相短路，短路电流为IK，由TV回路和TA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U′set，那么

式中 nTV、nUV——电压互感器和电压变换器的变比；

ZK——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

图2-14　阻抗继电器的构成原理说明图

1—比较电路；2—输出

式中 ZI——人为给定的模拟阻抗。

比较式（2-7）和式（2-8）可见，若假设nTVnUV=nTA，则短路时，由于线路上流过同一电流IK，因此在比较电路上比较U′set和U′m的大小，就等于比较ZI和Zm的大小。如果U′m＞U′set，则表明Zm＞ZI，保护应不动作；如果U′m＜U′set，则表明Zm＜ZI，保护应动作。阻抗继电器就是根据这一原理工作的。

已知电抗变压器TX的副方电势E.2与原方电流I.呈线性关系，即E.2=K.II.I，K.I在此是一个具有阻抗量纲的量，当改变TX原方绕组的匝数或其他参数时，可以改变K.I的大小。电抗变压器的K.I值即为模拟阻抗ZI。

在图2-14中，若在保护范围的末端发生短路，即ZK=Zset，那么比较电路将处于临界动作状态，即U′m=U′set这时由式（2-7）和式（2-8）可得

式 （2-9）表明，整定阻抗Zset是一个与TX的模拟阻抗ZI和电压变换器TV的变比有关的阻抗。当适当调节TX原方绕组的匝数和调节nUV的大小时，可以得到不同的整定阻抗值。例如：当nTV=1，nTA=1，ZI=2Ω时，若要整定阻抗为Zset=20Ω，则TV抽头可选10匝。

2.LZ 21型方向阻抗继电器原理图分析

LZ 21型方向阻抗继电器面板上有压板Y用于调整最大灵敏角。

图2-15　LZ 21型方向阻抗继电器原理接线图

3.LZ 21型方向阻抗继电器的死区及消除办法

（二）LZ 21型方向阻抗继电器的接线方式

根据阻抗继电器的工作原理，输入到继电器的电压和电流应满足下列要求：

（1）继电器的测量阻抗应正比于保护安装处至短路点的线路阻抗，以便正确地测定故障发生点。

（2）继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保证在发生各种不同类型短路时保护都能动作。

由于相间短路和接地短路的短路回路不同，所以反应相间短路和接地短路的阻抗继电器接线方式也不相同。

LZ 21型方向阻抗继电器是反应相间短路的继电器，其接线方式有两种。

1.线电压和相电流差的接线方式

三相阻抗继电器的接线如表2-8所示，这种接线方式称为0°接线方式，就是假定在cosφ=1时，接入阻抗继电器的电流和电压相位相同。

表2-8　阻抗继电器0°接线时接入的电流、电压

2.线电压和相电流接线方式

由于输入继电器的相电流的不同，线电压和相电流接线方式可分为+30°接线方式和-30°接线方式两种，各相继电器接入的电压和电流如表2-9所示。

表2-9　阻抗继电器±30°接线方式接入的电压、电流

现以-30°接线方式的AB相阻抗继电器ZAB为例，来分析在各种相间短路情况下的测量阻抗。

（1）三相短路时。

在离保护安装处l km线路发生三相短路时，母线的残余电压是

则阻抗继电器ZAB的测量电压为

测量电流为

因此，ZAB的测量阻抗为

（2）两相短路时。

在离保护安装处l km线路发生AB两相短路时，短路回路母线的残余电压为

图2-16　-30°接线时方向阻抗继电器的测量阻抗

（a）K（2）和K（3）时的测量阻抗；（b）躲开正常负荷阻抗的说明

（三）LZ 21型方向阻抗继电器的动作特性

阻抗继电器是距离保护中不可缺少的元件，它是低动作量的继电器，它有多种特性，LZ 21整流型方向阻抗继电器在电力系统中应用相当广泛。

1.LZ 21型阻抗继电器的Zpu=f（φ）特性(www.daowen.com)

前述分析可知LZ 21型方向阻抗继电器的动作特性方程为：

LZ 21型阻抗继电器的特性为过原点的圆如图2-17实线所示，由图2-17可见方向阻抗继电器的动作特性圆的圆周经过原点，由于特性圆的圆内是动作区，圆外是不动作区，圆周上是临界动作区，就意味着在保护正方向出口处短路时 （母线残压近似为零），阻抗继电器将出现死区，因此LZ 21型方向阻抗继电器在静态情况下显示出来的特性如图2-18中虚线所示，在原点O附近有一个凸区，这表明在静态情况下，方向阻抗继电器在原点附近（短路在母线出口处时）不会动作。但是，由于LZ 21型引入了极化电压UP，故在动态及第三相电压的作用下能够消除凸区使继电器正确动作。

图2-17　LZ 21型方向阻抗继电器的特性图

图2-18　动作阻抗与测量电流的关系曲线

2.LZ 21型方向阻抗继电器的Zpu•r=f（Im）特性

（1）阻抗继电器的几种主要指标的概念。

任一个阻抗继电器做好之后，可以通过实验作出在给定整定阻抗Zset条件下，动作阻抗Zpu•r与测量电流Im的关系曲线：Zpu•r=f（Im），图2-18示出动作阻抗与测量电流的特性。从这一关系曲线可以说明表征阻抗继电器的几个主要技术指标。

1）最小动作电流Ipu•min。

当阻抗继电器的测量电压U.m=0时，使继电器动作的最小测量电流称为最小动作电流，如图2-18中所示Ipu•min，这是因为继电器动作需要克服执行元件和比较回路电压降之和的电压U0的缘故。

2）最小精确工作电流Iac

所谓“精确工作电流”，就是指当φm=φsen时继电器的启动阻抗等于0.9倍整定阻抗，即Zpu•r=0.9Zset时所对应的测量电流，这时启动阻抗的误差的10%。显然由图2-18可看出精确工作电流有两个数值。当测量电流较大时，0.9Zset（曲线上的B点）对应的测量电流称为最大精确工作电流Iac•max。考虑到在保护范围末端短路时，流经保护的最大短路电流一般小于Iac•max以及在被保护线路始端短路时，流经保护的短路电流值较大，虽然阻抗继电器的启动阻抗减小，但总是可以动作的。所以最大精确工作电流一般没有实际意义，而最小的精确工作电流Iac•min（曲线上A点对应的测量电流）则必须考虑，因为在被保护范围末端短路时，流经保护的短路电流可能不大，为使动作阻抗的误差不超过10%，这时短路电流应等于或大于最小精确工作电流。

最小精确工作电流是衡量阻抗继电器灵敏度的一个重要指标，其值越小越好。由于Iac•min与U0成正比，所以提高执行元件的灵敏度，减小U0便可以使Iac•min减小。Iac•min还与电抗变压器的转移阻抗值ZL成反比，因此，在实际工作中，如果测量阻抗继电器的精确工作电流大于指标要求，则可以适当增加TX铁心磁路空气隙的坡莫合金片，增加补偿作用，提高ZL值，使精确工作电流指标合格。

3）最小精确工作电压Uac•min。

最小精确工作电压是最小精确工作电流与整定阻抗的乘积，即

Uac•min与ZL无关，Uac•min不随TX的ZI的改变而改变，而是一个常数，因为当TX的一次抽头减少时，Zset减少而Iac却增加。Uac•min是衡量阻抗继电器质量的一个指标。

（2）LZ 21方向阻抗继电器的精工电流计算及Zpu=f（Im）曲线。

对于LZ 21方向阻抗继电器，当考虑了U0时，其动作方程可写成：

根据精工电流的定义，将Zm=0.9Zset，Im=Iac•min代入上式，并假设绝对值符号中各量的阻抗角相同，则它们可以直接进行代数相加，于是得到LZ 21型方向阻抗继电器最小精工电流的表达式：

LZ 21型方向阻抗继电器的Zpu=f（Im）曲线如图2-19所示，图中阴影部分为继电器的动作区。在静态情况下当Zm＜Zpu•min时，方向阻抗继电器出现不动作区，亦即死区。