一、繼電保護的原理

繼電保護主要是利用電力系統中元件發生短路或異常情況時的電氣量（電流、電壓、功率、頻率等）的變化構成繼電保護動作的原理，還有其他的物理量，如變壓器油箱内故障時伴随産生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強度的增高。大多數情況下，不管反應哪種物理量，繼電保護裝置都包括測量部分（和定值調整部分）、邏輯部分、執行部分。

（一）電力系統運行中的參數（如電流、電壓、功率因數角）在正常運行和故障情況時是有明顯區别的。繼電保護裝置就是利用這些參數的變化，在反映、檢測的基礎上來判斷電力系統故障的性質和範圍，進而作出相應的反應和處理（如發出警告信号或令斷路器跳閘等）。

（二）繼電保護裝置的原理分析

1、取樣單元

它将被保護的電力系統運行中的物理量（參數）經過電氣隔離并轉換為繼電保護裝置中比較鑒别單元可以接受的信号，由一台或幾台傳感器如電流、電壓互感器組成。

2、比較鑒别單元

包括給定單元，由取樣單元來的信号與給定信号比較，以便下一級處理單元發出何種信号。（正常狀态、異常狀态或故障狀态）比較鑒别單元可由4隻電流繼電器組成，二隻為速斷保護，另二隻為過電流保護。電流繼電器的整定值即為給定單元，電流繼電器的電流線圈則接收取樣單元（電流互感器）來的電流信号，當電流信号達到電流整定值時，電流繼電器動作，通過其接點向下一級處理單元發出使斷路器最終掉閘的信号；若電流信号小于整定值，則電流繼電器不動作，傳向下級單元的信号也不動作。鑒别比較信号“速斷”、“過電流”的信息傳送到下一單元處理。

3、處理單元

接受比較鑒别單元來的信号，按比較鑒别單元的要求進行處理，根據比較環節輸出量的大小、性質、組合方式出現的先後順序，來确定保護裝置是否應該動作；由時間繼電器、中間繼電器等構成。電流保護：速斷---中間繼電器動作，過電流，時間繼電器動作。

4、執行單元

故障的處理通過執行單元來實施。執行單元一般分兩類：一類是聲、光信号繼電器；（如電笛、電鈴、閃光信号燈等）另一類為斷路器的操作機構的分閘線圈，使斷路器分閘。

5、控制及操作電源

繼電保護裝置要求有自己獨立的交流或直流電源，而且電源功率也因所控制設備的多少而增減；交流電壓一般為220伏、110V；見《GB50053-2013 20kV及以下變電所設計規範》。

二、繼電保護的四性

對動作于跳閘的繼電保護，在技術上一般應滿足四個基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。

（一） 可靠性

指保護該動作時動作，不該動作時不動作，就是既不能誤動也不能拒動，确保切除的是故障設備或線路。

（二）靈敏性

指在設備或線路的被保護範圍内發生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏系數。保證有故障就切除。

指在規定的保護範圍内，對故障情況的反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應在區内故障時，不論短路點的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正确地反應出來。

通常，靈敏性用靈敏系數來衡量，并表示為Klm。

其中故障參數的最小、最大計算值是根據實際可能的最不利運行方式、故障類型和短路點來計算的。

在《繼電保護和安全自動裝置技術規程GB/T 14285-2016》中，對各類保護的靈敏系數Klm的要求都作了具體規定。

（三）選擇性

指首先由故障設備或線路本身的保護切除故障，當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備、線路的保護或斷路器失靈保護切除故障。避免大面積停電。

選擇性是指電力系統發生故障時，保護裝置僅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電範圍。

選擇性就是故障點在區内就動作，區外不動作。當主保護未動作時，由近後備或遠後備切除故障，使停電面積最小。因遠後備保護比較完善（對保護裝置DL、二次回路和直流電源等故障所引起的拒絕動作均起後備作用）且實現簡單、經濟，應優先采用。

（四）速動性

指保護裝置應能盡快地切除短路故障。其目的是提高系統穩定性，減輕故障設備和線路的損壞程度，縮小故障波及範圍，提高自動重合閘和備用電源或備用設備自動投入的效果等。

快速切除故障。提高系統穩定性；減少用戶在低電壓下的動作時間；減少故障元件的損壞程度，避免故障進一步擴大。

一般的快速保護動作時間為0.06～0.12s，最快的可達0.01～0.04s。

一般的斷路器的動作時間為0.06～0.15s，最快的可達0.02～0.06s。

繼電保護基本任務是：當電力系統發生故障或異常工況時，在可能實現的最短時間和最小區域内，自動将故障設備從系統中切除，或發出信号由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區供電的影響。

以上四個基本要求是設計、配置和維護繼電保護的依據，又是分析評價繼電保護的基礎。這四個基本要求之間是相互聯系的，但往往又存在着矛盾。因此，在實際工作中，要根據電網的結構和用戶的性質，辯證地進行統一。

三、四性的先後順序

（一）可靠性

（二）靈敏性

（三）選擇性

（四）速動性。

四、四性的矛盾性

（一）靈敏性和可靠性是相互矛盾的。

如果要滿足靈敏性，保護動作定值就不能定的太高。但是保護定植如果太低，保護可能就不可靠。例如過負荷時，在受到擾動時保護就動作了。

（二）選擇性和速動性是相互矛盾的。

電流保護一般分為三段式保護，其中三段有個配合的問題，靠保護定植的不同和時間的不同來配合。這樣就需要靠時間躲避保護區域交叉的問題，例如一段保護時間200ms，二段一般取500ms，當一段失靈的時候要靠二段來動作，500ms的時間無法滿足速動性的要求。

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