繼電保護知識詳解

繼電保護知識詳解

一、基本原理

繼電保護裝置必須具有正確區(qū)分被保護元件是處于正常運行狀態(tài)還是

發(fā)生了故障，是保護區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護裝置要實現(xiàn)這

一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎(chǔ)

來構(gòu)成。

電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：

1）電流增大

短路時故障點與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負荷電

流增大至大大超過負荷電流。

2）電壓降低

當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值下

降，且越靠近短路點，電壓越低。

3）電流與電壓之間的相位角改變

正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數(shù)角，一般約為20。,

三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般

為60。?85。，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角

則是180°+（60。~85°）。

4）測量阻抗發(fā)生變化

測量阻抗即測量點（保護安裝處）電壓與電流之比值。正常運行時，測量

阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗，故障后測

量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。

不對稱短路時，出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現(xiàn)負序電

流和負序電壓分量；單相接地時，出現(xiàn)負序和零序電流和電壓分量c這

些分量在正常運行時是不出現(xiàn)的。利用短路故障時電氣量的變化，便可

構(gòu)成各種原理的繼電保護。

此外，除了上述反應(yīng)工頻電氣量的保護外，還有反應(yīng)非工頻電氣量的保

護，如瓦斯保護。

二、基本要求

繼電保護裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動性、

靈敏性和可靠性四個基本要求。對于作用于繼電器跳閘的繼電保護，應(yīng)

同時滿足四個基本要求，而對于作用于信號以及只反映不正常的運行情

況的繼電保護裝置，這四個基本要求中有些要求可以降低。

L選擇性

選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護僅將

故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護或斷路

器拒動時，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護將故障切除。

2、速動性

速動性是指繼電保護裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大

電流、低電壓運行的時間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的

穩(wěn)定性。

一般必須快速切除的故障有：

1Y吏發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值（一般為0.7倍額定電壓）。

2）大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內(nèi)部故障。

3）中、低壓線路導(dǎo)線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障。

4）可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)造成強烈干擾的故障。

故障切除時間包括保護裝置和斷路器動作時間，一般快速保護的動作時

間為0.04s~0.08s,最快的可達0.01s~0.04s,一般斷路器的跳閘時

間為0.06s~0.15s,最快的可達0.02s~0.06s。

4、可靠性

可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護最根本的要求。

1）安全性

要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動。

2）信賴性

要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動作的故障時可靠動作,

即不拒動。

繼電保護的誤動作和拒動作都會給電力系統(tǒng)帶來嚴重危害，即使對于相

同的電力元件，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，保護不誤動和不拒動對系統(tǒng)的影響也

會發(fā)生變化。

以上四個基本要求是設(shè)計、配置和維護繼電保護的依據(jù)，又是分析評價

繼電保護的基礎(chǔ)。這四個基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著

矛盾。因此，在實際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地

進行統(tǒng)一。

三、基本任務(wù)

電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務(wù)是：

1、自動、迅速、有選擇性也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，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。

2、反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件（如有無

經(jīng)常值班人員）而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進

行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行就會引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予

以切除。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件

的危害程度規(guī)定一定的延時，以免暫短地運行波動造成不必要的動作和

干擾而引起的誤動。

3、繼電保護裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件

允許時，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復(fù)供電，從而提高

電力系統(tǒng)運行的可靠性。

四、分類

繼電保護可按以下4種方式分類:

1、按被保護對象分類

有輸電線保護和主設(shè)備保護（如發(fā)電機、變壓器、母線、電抗器、電容

器等保護）。

2、按保護功能分類

有短路故障保護和異常運行保護。前者又可分為主保護、后備保護和輔

助保護；后者又可分為過負荷保護、失磁保護、失步保護、低頻保護、

非全相運行保護等。

3、按保護裝置進行比較和運算處理的信號量分類

有模擬式保護和數(shù)字式保護，一切機電型、整流型、晶體管型和集成電

路型（運算放大器）保護裝置，它們直接反映輸入信號的連續(xù)模擬量,

均屬模擬式保護；采用微處理機和微型計算機的保護裝置，它們反應(yīng)的

是將模擬量經(jīng)采樣和模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的離散數(shù)字量，這是數(shù)字式保護。

4、按保護動作原理分類

有過電流保護、低電壓保護、過電壓保護、功率方向保護、距離保護、

差動保護、縱聯(lián)保護、瓦斯保護等。

五、異常

發(fā)現(xiàn)繼電保護運行中有異?；虼嬖谌毕輹r，除了加強監(jiān)視外，對能引起

誤動的保護浪其出口壓板，然后聯(lián)系繼保人員處理。

如有下列異常情況，均應(yīng)及時退出：

1、母差保護

在發(fā)出〃母差交流斷線〃、〃母差直流電壓消失〃信號時；母差不平衡

電流不為零時；無專用旁路母線的母聯(lián)開關(guān)串代線路操作及恢復(fù)倒閘操

作中。

2、高頻保護

當(dāng)直流電源消失時；定期通道試驗參數(shù)不符合要求時；裝置故障或通道

異常信號發(fā)出無法復(fù)歸時；旁母代線路開關(guān)操作過程中。

3、距離保護

當(dāng)采用的PT退出運行或三相電壓回路斷線時；正常情況下助磁電流過

大、過小時；負荷電流超過保護允許電流相應(yīng)段時。

4、微機保護

總告警燈亮，同時四個保護（高頻、距離、零序、綜重）之一告警燈亮

時，退出相應(yīng)保護；如果兩個CPU故障，應(yīng)退出該裝置所有保護；告

警插件所有信號燈不亮，如果電源指示燈熄滅，說明直流消失，應(yīng)退出

出口壓板，在恢復(fù)直流電源后再投入；總告警燈及呼喚燈亮，且打印顯

示CPUxERR信號，如CPU正常，說明保護與接口CPU間通訊回路異

常，退出CPU巡檢開關(guān)處理，若信號無法復(fù)歸，說明CPU有致命缺陷,

應(yīng)退出保護出口壓板并斷開巡檢開關(guān)處理。

5、瓦斯保護

在變壓器運行中加油、濾油或換硅膠時；潛油泵或冷油器（散熱器）放

油檢修后投入時；需要打開呼吸系統(tǒng)的放氣門或放油塞子，或清理吸濕

器時；有載調(diào)壓開關(guān)油路上有人工作時。

六、繼電保護常見的故障分析

1、電流互感飽和故障

電流互感器的飽和對電力系統(tǒng)繼電保護的影響是非常之大。隨著配電系

統(tǒng)設(shè)備終端負荷的不斷增容，如果發(fā)生短路，則短路電流會很大。如果

是系統(tǒng)在靠近終端設(shè)備區(qū)的位置發(fā)生短路時，電流可能會達到或者接近

電流互感器單次額定電流的100倍以上。在常態(tài)短路情況下，越大電流

互感器誤差是隨著一次短路電流倍數(shù)增大而增大，當(dāng)電流速斷保護使靈

敏度降低時就可能阻止動作。在線路短路時，由于電流互感器的電流出

現(xiàn)了飽和，而再次感應(yīng)的二次電流小或者接近于零，也會導(dǎo)致定時限過

流保護裝置無法展開動作。當(dāng)在配電系統(tǒng)的出口線過流保護拒絕動作時

而導(dǎo)致配電所進口線保護動作了，則會使整個配電系統(tǒng)出現(xiàn)斷電的狀況。

2、開關(guān)保護設(shè)備的選擇不當(dāng)

開關(guān)保護設(shè)備的選擇是非常重要的一項工作，現(xiàn)在的多數(shù)配電都在高負

荷密集的地區(qū)建立起開關(guān)站，也就是采用變電所一開關(guān)站一配電變壓器

的供電輸電的模式。在未實現(xiàn)繼電保護自動化的開關(guān)站內(nèi)，我們應(yīng)當(dāng)更

多地采用負荷開關(guān)或與其組合的繼電器設(shè)備系統(tǒng)作為開關(guān)保護的設(shè)備。

七、繼電保護故障的處理方法和措施

1、常見的繼電保護故障的處理方法

1）替換法

用完好的元件代替被認定有故障的元件，來判斷它的好與壞，可以快速

縮小故障的查找范圍；

2）參照法

通過對正常設(shè)備和非正常設(shè)備的相關(guān)技術(shù)參數(shù)對比，找出不正常設(shè)備的

故障點。這個方法主要用于檢查接線錯誤、定值校驗過程中測試值與預(yù)

想值有比較大差異的故障。在進行改造和設(shè)備更換之后二次接線不能正

確恢復(fù)時，可參照同類設(shè)備的接線。并在繼電器定值校驗時，如果發(fā)現(xiàn)

某一只繼電器測試值與整定值相差得比較遠，此時，不可以輕易做出判

斷，判斷該繼電器特性不好，應(yīng)當(dāng)調(diào)整繼電器上的刻度值，可用同只表

計去測量其他相同回路同類繼電器進行比較；

3）短接法

將回路某一段或一部分用短接線短接，來進行判斷故障是否存在短接線

范圍內(nèi)或者其他地方，這樣來確定故障范圍。此法主要是用在電磁鎖失

靈、電流回路開路、切換繼電器不動作、判斷控制等轉(zhuǎn)換開關(guān)的接點是

否完