繼電保護(hù)的重要性

1、1. 1 繼電保護(hù)的作用及基本原理1.1.1 繼電保護(hù)的作用1.1.1.1 電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能發(fā)生各種 故障 和不正常運(yùn)行 狀態(tài)，最常見(jiàn)同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種形式的短路，如相間短路、接地短路等。短路故障可能產(chǎn)生的后果：（1）流經(jīng)故障點(diǎn)的很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞。（2）短路電流流經(jīng)非故障電氣元件時(shí)，由于發(fā)熱和電動(dòng)力的作用，引起它們的損壞或縮短它們的使用壽命。（3） 電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量。（4）破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作

2、遭到破壞，但沒(méi)有發(fā)生故障， 這種情況屬于不正常運(yùn)行狀態(tài) ：（1）例如，因負(fù)荷超過(guò)電氣設(shè)備的額定值而引起的電流升高( 一般又稱 過(guò)負(fù)荷 )，就是一種最常見(jiàn)的不正常運(yùn)行狀態(tài)。由于過(guò)負(fù)荷，使元件載流部分和絕緣材料的溫度不斷升高，加速絕緣的老化和損壞，就可能發(fā)展成故障。（2）系統(tǒng)中出現(xiàn)功率缺額而引起的頻率降低（3）發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷而產(chǎn)生的過(guò)電壓（4）以及電力系統(tǒng)發(fā)生振蕩故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，都可能在電力系統(tǒng)中引起事故 。事故，就是指系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對(duì)用戶少送電或電能質(zhì)量變壞到不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備的損壞。系統(tǒng)事故的發(fā)生，除了由于自然條件的因素( 如遭受雷擊

3、等) 以外，一般都是由于設(shè)備制造上的缺陷、 設(shè)計(jì)和安裝的錯(cuò)誤、檢修質(zhì)量不高或運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)而引起的。因此， 只要充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，正確地掌握客觀規(guī)律，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的維護(hù)和檢修，就可以大大減少事故發(fā)生的幾率。1.1.1.2 繼電保護(hù)的定義繼電保護(hù)裝置， 就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。注：在電力部門(mén)常用 “繼電保護(hù)” 一詞泛指繼電保護(hù)技術(shù)或由各種繼電保護(hù)裝置組成的繼電保護(hù)系統(tǒng)。在電子式靜態(tài)保護(hù)裝置和微機(jī)保護(hù)裝置出現(xiàn)以后，雖然傳統(tǒng)的繼電器元件已被電子元件或計(jì)算機(jī)所代替，但仍沿用此名稱。1.1.1.3 繼電保護(hù)的作用在電力系統(tǒng)中，

4、繼電保護(hù)裝置的基本任務(wù)（作用）是: （1）當(dāng)電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)，能自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其它無(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。（2）當(dāng)電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件( 例如有無(wú)經(jīng)常值班人員) ，動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘。 此時(shí)一般不要求保護(hù)迅速動(dòng)作，而是根據(jù)當(dāng)時(shí)電力系統(tǒng)和元件的危害程度規(guī)定一定的延時(shí)，以免誤動(dòng)作。1.1.2 繼電保護(hù)的基本原理1.1.2.1 繼電保護(hù)的基本原理現(xiàn)以最簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)裝置為例，來(lái)說(shuō)明繼電保護(hù)的組成和基本工作原理。在圖 1.1 所示的輸電線路過(guò)電流保護(hù)裝置的原理

5、接線圖中, 電流繼電器ka 的線圈接于被保護(hù)線路電流互感器ta 的二次回路，這就是保護(hù)的測(cè)量回路，它監(jiān)視被保護(hù)線路的運(yùn)行狀態(tài)，測(cè)量線路中電流的大小。在正常運(yùn)行情況下，線路中通過(guò)負(fù)荷電流時(shí)，電流繼電器ka不動(dòng)作；當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生短路故障時(shí)，流入繼電器ka線圈回路的電流大于繼電器的動(dòng)作電流時(shí)， 電流繼電器立即動(dòng)作，其接點(diǎn)閉合， 接通邏輯回路中時(shí)間繼電器kt 的線圈回路，時(shí)間繼電器起動(dòng)并經(jīng)延時(shí)后接點(diǎn)閉合，接通執(zhí)行回路中的信號(hào)繼電器ks和斷路器 qf跳閘線圈 y回路，使斷路器qf跳閘，切除故障。（圖 1.1 線路過(guò)電流保護(hù)裝置單相原理接線圖）可見(jiàn)，這種繼電保護(hù)裝置的核心是電流繼電器，它通過(guò)電流互感器受

6、電，經(jīng)常測(cè)量著線路電流值的變化，并與整定值進(jìn)行比較，一旦超過(guò)整定值就動(dòng)作，向斷路器跳閘機(jī)構(gòu)送出跳閘命令，同時(shí)發(fā)出繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。1.1.2.2 繼電保護(hù)的組成繼電保護(hù)裝置主要都包括三個(gè)部分：測(cè)量部分、邏輯部分、執(zhí)行部分。（保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)方框圖）1.1.2.3 繼電保護(hù)各組成部分的作用繼電保護(hù)裝置中各組成部分的作用是：（1） 測(cè)量部分 。將電流互感器、電壓互感器二次側(cè)的電流、電壓或其它被測(cè)物理量進(jìn)行適當(dāng)變換，提供邏輯部分所需要的輸入量。（2） 邏輯部分 。如利用電流繼電器、阻抗繼電器等元件完成被測(cè)物理量與整定值的比較，當(dāng)被測(cè)量符合整定值條件時(shí)，邏輯部分輸出保護(hù)動(dòng)作指令。（3） 執(zhí)行部分 。完成對(duì)

7、邏輯部分所輸出保護(hù)動(dòng)作指令的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)一定控制要求的直流電路，經(jīng)過(guò)它去接通所需要的跳閘電路和信號(hào)電路。1.1.3 繼電保護(hù)的發(fā)展簡(jiǎn)史1、繼電保護(hù)原理的發(fā)展過(guò)程：1890 年后出現(xiàn)了裝于斷路器上并直接作用于斷路器的一次式( 直接反應(yīng)于一次短路電流) 的電磁型過(guò)電流繼電器。19 世紀(jì)初，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電器才開(kāi)始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護(hù)。這個(gè)時(shí)期可認(rèn)為是繼電器保護(hù)技術(shù)發(fā)展的開(kāi)端。1901 年出現(xiàn)了感應(yīng)型過(guò)電流繼電器。1908 年提出了比較被保護(hù)元件兩端電流的電流差動(dòng)保護(hù)原理。1910 年方向電流保護(hù)開(kāi)始得到應(yīng)用，在此時(shí)期也出現(xiàn)了將電流與電壓比較的保護(hù)原理，并導(dǎo)致了1920 年后距離保護(hù)裝置的

8、出現(xiàn)。隨著電力系統(tǒng)載波通信的發(fā)展，在1927 年前后，出現(xiàn)了利用高壓輸電線上高頻載波電流傳送和比較輸電線兩端功率方向或電流相位的高頻保護(hù)裝置。20 世紀(jì) 50 年代就出現(xiàn)了利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波實(shí)現(xiàn)快速繼電保護(hù)的設(shè)想，經(jīng)過(guò) 20 余年的研究，終于誕生了行波保護(hù)裝置。2、繼電保護(hù)裝置的元件、材料、保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)形式和制造工藝的發(fā)展機(jī)電式保護(hù)裝置、靜態(tài)保護(hù)裝置和數(shù)字式保護(hù)裝置三個(gè)發(fā)展階段。20 世紀(jì) 50 年代前，繼電保護(hù)原理主要以機(jī)電式保護(hù)裝置為主。50 年代后，隨著晶體管的發(fā)展，出現(xiàn)了晶體管保護(hù)裝置。這種保護(hù)裝置體積小、動(dòng)作速度快、無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，經(jīng)過(guò)20 余年的研究與實(shí)踐，晶體管式保護(hù)裝置的抗

9、干擾問(wèn)題從理論和實(shí)際都得到了滿意的解決。20 世紀(jì) 70 年代，晶體管保護(hù)在我國(guó)被大量采用。20 世紀(jì) 80 年代后期，靜態(tài)繼電保護(hù)裝置由晶體管式向集成電路式過(guò)渡，成為靜態(tài)繼電保護(hù)的主要形式。20 世紀(jì)60 年代末，提出小型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的設(shè)想，但由于價(jià)格昂貴，難于實(shí)際采用。隨著微處理器技術(shù)的快速發(fā)展和價(jià)格的急劇下降，在20 世紀(jì) 70 年代后期，便出現(xiàn)了性能比較完善的微機(jī)保護(hù)樣機(jī)并投入運(yùn)行。20 世紀(jì) 80 年代微機(jī)保護(hù)在硬件和軟件技術(shù)方面已趨成熟，進(jìn)入90 年代，微機(jī)保護(hù)已在我國(guó)大量應(yīng)用，主運(yùn)算器由8 位機(jī)、 16 位機(jī)發(fā)展到目前的32 位機(jī)； 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理器件由a/d 轉(zhuǎn)換器、 壓

10、頻轉(zhuǎn)換器 (vfc)，發(fā)展到數(shù)字信號(hào)處理器 (dsp)。這種由計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成的繼電保護(hù)稱為數(shù)字式繼電保護(hù)，也稱微機(jī)保護(hù)。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)信息共享的優(yōu)越性，微機(jī)保護(hù)可以占有全系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和信息，此外， 應(yīng)用自適應(yīng)原理和人工智能方法可以使保護(hù)原理、性能和可靠性得到進(jìn)一步的發(fā)展和提高，使繼電保護(hù)技術(shù)沿著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自適應(yīng)和保護(hù)、測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)通信于一體的方向不斷發(fā)展。1.2 繼電保護(hù)的分類(lèi)及基本要求1.2.1 繼電保護(hù)裝置的分類(lèi)繼電保護(hù)裝置一般可以按反應(yīng)的物理量不同、被保護(hù)對(duì)象的不同、組成元件的不同以及作用的不同等方式來(lái)分類(lèi)，例如：（1）根據(jù)保護(hù)裝置反應(yīng)物理量的不同可分為：電流保護(hù)、電壓保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)等。（2）根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的不同可分為：發(fā)電機(jī)保護(hù)、輸電線保護(hù)、母線保護(hù)、變壓器保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)等。 在電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)中，主要有 110kv（或 220 kv）輸電線保護(hù)、牽引變壓器保護(hù)、牽引網(wǎng)饋線保護(hù)及并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置保護(hù)等。（3）根據(jù)保護(hù)裝置的組成元件不同可分為：電磁型、半導(dǎo)體型、數(shù)字型及微機(jī)保護(hù)裝置等。（4）根據(jù)保護(hù)裝置的作用不同可分為