繼電保護(hù)基本原理

繼電保護(hù)基本原理主講人：王培鵬1繼電保護(hù)的基本原理及其組成1.1

繼電保護(hù)的基本原理

要完成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)，首先必須“區(qū)分”電力系統(tǒng)的正常、不正常工作和故障三種運(yùn)行狀態(tài)，“甄別”出發(fā)生故障和出現(xiàn)異常的元件。而要進(jìn)行“區(qū)分和甄別”，必須需找電力元件在這三種運(yùn)行狀態(tài)下的可測(cè)參量（繼電保護(hù)主要測(cè)電氣量）的“差異”，提取和利用這些可測(cè)電氣量的“差異”，實(shí)現(xiàn)對(duì)正常、不正常工作和故障元件的快速“區(qū)分”。依據(jù)可測(cè)電氣量的不同差異，可以構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)。1.2繼電保護(hù)的基本組成

一般的繼電保護(hù)裝置由測(cè)量比較元件、邏輯判斷元件和執(zhí)行輸出元件三部分組成，如圖：相應(yīng)輸入量跳閘或信號(hào)

1．測(cè)量比較元件

測(cè)量比較元件測(cè)量通過被保護(hù)的電力元件的物理參量，并與給定的值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”、“0”、“1”性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)裝置是否應(yīng)該啟動(dòng)。根據(jù)需要繼電保護(hù)裝置往往有一個(gè)或者多個(gè)測(cè)量比較元件。常用的測(cè)量比較元件有：被測(cè)電氣量超過給定值動(dòng)作的過量繼電器，如過電流繼電器、過電壓繼電器；被測(cè)電氣量低于給定值動(dòng)作的欠量繼電器，如低電壓繼電器、阻抗繼電器；被測(cè)電壓、電流之間相位角滿足一定值而動(dòng)作的功率方向繼電器等。

2．邏輯判斷元件

邏輯判斷元件根據(jù)測(cè)量比較元件輸出邏輯信號(hào)的性質(zhì)、先后順序、持續(xù)時(shí)間等，使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍，最后確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘、發(fā)出信號(hào)或不動(dòng)作，并將對(duì)應(yīng)的指令傳給執(zhí)行輸出部分。

3．執(zhí)行輸出元件

執(zhí)行輸出元件根據(jù)邏輯判斷部分傳來的指令，發(fā)出跳開斷路器的跳閘脈沖及相應(yīng)的動(dòng)作信息、發(fā)出警報(bào)或不動(dòng)作。1.3繼電保護(hù)的工作回路

要完成繼電保護(hù)的任務(wù)，除需要繼電保護(hù)裝置外，必須通過可靠的繼電保護(hù)回路的正確工作，才能最后完成跳開故障元件的斷路器、對(duì)系統(tǒng)或電力元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)發(fā)出警報(bào)、正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作的任務(wù)。

在繼電保護(hù)的工作回路中一般包括：將通過一次電力設(shè)備的電流、電壓線性的轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合繼電保護(hù)等二次設(shè)備使用的電流、電壓，并使一次設(shè)備與二次設(shè)備隔離的設(shè)備，如電流、電壓互感器及其與保護(hù)裝置連接的電纜等；斷路器跳閘線圈及與保護(hù)裝置出口間的連接電纜；保護(hù)裝置及跳閘、信號(hào)回路設(shè)備的工作電源等。1.4繼電保護(hù)的工作配合

每一套保護(hù)都有預(yù)先嚴(yán)格劃定的保護(hù)范圍，只有在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障，該保護(hù)才動(dòng)作。為了確保故障元件能夠從電力系統(tǒng)中被切除，一般每個(gè)重要電力元件配備兩套保護(hù)，一套稱為主保護(hù)，一套稱為后備保護(hù)，當(dāng)保護(hù)裝置拒動(dòng)、保護(hù)回路中其他環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動(dòng)、工作電源不正常等造成主保護(hù)不能快速切除故障，這時(shí)需要后備保護(hù)來切除故障。

由后備保護(hù)動(dòng)作切除故障，一般會(huì)擴(kuò)大故障造成的影響。為了最大限度的縮小故障對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生的影響，應(yīng)確保由主保護(hù)快速切除任何類型的故障，一般后備保護(hù)都延時(shí)，等待主保護(hù)確實(shí)不動(dòng)作后才動(dòng)作。因此，主保護(hù)與后備保護(hù)之間存在動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作靈敏度的配合。2距離保護(hù)2.1

距離保護(hù)的基本原理與構(gòu)成

距離保護(hù)是利用短路時(shí)電壓、電流同時(shí)變化的特征，測(cè)量電壓與電流的比值，反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)裝置處的距離而工作的保護(hù)。其基本原理可以用下圖來說明?！玀NUmK3K2K1LK3LK1LK3LsetIm

按照繼電保護(hù)選擇性的要求，安裝在線路兩端的距離保護(hù)僅在線路MN內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置才應(yīng)該動(dòng)作，將相應(yīng)的斷路器跳開，而在保護(hù)區(qū)的反方向或本線路之外正方向短路時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作。為了保證在下級(jí)線路的出口處短路時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)作，在保護(hù)區(qū)的正方向（對(duì)于線路MN的M側(cè)保護(hù)來說，正方向就是由M指向N的方向）上設(shè)定一個(gè)小于本線路全長(zhǎng)的保護(hù)范圍，用整定距離Lset來表示。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，首先判斷故障的方向，若故障位于保護(hù)區(qū)的正方向上，則設(shè)法測(cè)出故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離Lk，并將Lk與Lset相比較，若Lk小于Lset，說明故障發(fā)生在保護(hù)范圍之內(nèi)，這時(shí)保護(hù)應(yīng)立即動(dòng)作，跳開相應(yīng)的斷路器；若Lk大于Lset，說明故障發(fā)生在保護(hù)范圍之外，這時(shí)保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作，相應(yīng)的斷路器跳開。若故障位于保護(hù)區(qū)的反方向上，則無需進(jìn)行比較和測(cè)量，直接判為區(qū)外故障而不動(dòng)作。3縱聯(lián)保護(hù)

輸電線路縱聯(lián)保護(hù)的工作需要兩端的信息，兩端保護(hù)要通過通信設(shè)備和通信快速的進(jìn)行信息的傳遞。隨著通信設(shè)備和通信技術(shù)的發(fā)展，繼電保護(hù)交換兩端信息的設(shè)備和技術(shù)也在發(fā)展、變化，輸電線路保護(hù)目前常用的通信方式有：導(dǎo)引線通信、電力線載波通信、微波通信、光纖通信等。下面主要介紹電力線載波通信和光纖通信?！玀NUmK3K2K1LK3LK1LK3Lset3.1電力線載波通信

將線路兩端的電流相位（或功率方向）信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號(hào)，經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號(hào)加載到輸電線路上，輸電線路本身作為高頻信號(hào)的通道將高頻載波信號(hào)傳到對(duì)側(cè)，對(duì)端再經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號(hào)接收，以實(shí)現(xiàn)各段電流相位（或功率方向）的比較。3.1.1電力載波信號(hào)的種類

按照高頻載波通道傳送的信號(hào)在縱聯(lián)保護(hù)中所起的作用不同，將電力載波信號(hào)分為閉鎖信號(hào)、允許信號(hào)和跳閘信號(hào)。1．閉鎖信號(hào)

閉鎖信號(hào)是阻止保護(hù)動(dòng)作于跳閘的信號(hào)。換句話說，無閉鎖信號(hào)是保護(hù)作用于跳閘的必要條件。只有同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件時(shí)保護(hù)才作用于跳閘：

a．本端保護(hù)元件動(dòng)作；

b．無閉鎖信號(hào)。

在閉鎖式方向比較高頻保護(hù)中，當(dāng)外部故障時(shí)，閉鎖信號(hào)自線路線路近故障點(diǎn)的一端發(fā)出，當(dāng)線路另一端收到閉鎖信號(hào)時(shí)，其保護(hù)元件雖然動(dòng)作，但不作用于跳閘；當(dāng)內(nèi)部故障時(shí)，任何一端都不發(fā)送閉鎖信號(hào)，兩端保護(hù)都收不到閉鎖信號(hào)，保護(hù)元件動(dòng)作后即作用于跳閘。2．允許信號(hào)

允許信號(hào)是允許保護(hù)動(dòng)作于跳閘的信號(hào)。換句話說，有允許信號(hào)是保護(hù)動(dòng)作于跳閘的必要條件。只有同時(shí)滿足下面兩個(gè)條件時(shí)，保護(hù)裝置才動(dòng)作于跳閘：

a．保護(hù)元件動(dòng)作；

b．有允許信號(hào)。

在允許式方向比較高頻保護(hù)中，當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，線路兩端互送允許信號(hào)，兩端保護(hù)都收到對(duì)端的允許信號(hào)，保護(hù)元件動(dòng)作后作用于跳閘；當(dāng)區(qū)外故障時(shí)，近故障端不發(fā)送允許信號(hào)，保護(hù)元件也不動(dòng)作，近故障端保護(hù)不能跳閘；遠(yuǎn)故障端的保護(hù)元件雖動(dòng)作，但收不到對(duì)端允許信號(hào)，保護(hù)不能動(dòng)