繼電保護作用及原理

繼電保護作用及原理

1.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：

a.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。

b.電壓降低

當發(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

壓侑下降，日.越靠近短路點，電壓越低。

c.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。）。

d.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。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，除了上述反應工頻電氣量的保護外，還有反應非工頻電氣

量的保護，如瓦斯保護。

2.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。

①選擇性

選擇性就是指當電力系統(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，當故障設(shè)備或線路的保

護或斷路器拒動時，應由相鄰設(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能盡快地力除故障，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：

a.使發(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）。

b.大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內(nèi)部故障。

c.中、低壓線路導線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障。

d.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。

對于反應不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作,

而應按照選擇性的條件，帶延時地發(fā)出信號。

③靈敏性

靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不

正常運行情況時，保護裝置的反應能力，保護裝置的靈敏性是用靈敏

系數(shù)來衡量。

能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時，不論短

路點的位置和短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正

確反應動作，即要求不但在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時能可靠動

作，而且在系統(tǒng)最小運行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路

故障時也能可靠動作。

系統(tǒng)最大運行方式：

被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護裝置的短

路電流為最大運行方式。

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，采取預定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復供電，從而

提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。

4.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。

5.異常

發(fā)現(xiàn)繼電保護運行中有異常或存在缺陷時，除了加強監(jiān)視外，對

能引起誤動的保護退其出口壓板，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倒

閘操作中。

②高頻保護

當直流電源消失時；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)出無法復歸時；旁母代線路開關(guān)操作過程中。

③距離保護

當采用的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，退出相應保護；如果兩個CPU故障，應退出該裝置所有

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，應退出出口壓板，在恢復直流電源后再投入；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，若信號無法復歸，說明

CPU有致命缺陷，應退出保護出口壓板并斷開巡檢開關(guān)處理。

⑤乩斯保護

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。

6.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，當電

流速斷保護使靈敏度降低時就可能阻止動任。在線路短路時，由于電

流互感器的電流出現(xiàn)了飽和，而再次感應的二次電流小或者接近于零,

也會導致定時限過流保護裝置無法展開動作。當在配電系統(tǒng)的出口線

過流保護拒絕動作時而導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

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)，

我們應當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。

7.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

a.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；

b.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，應當調(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；

c.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