當電力系統中的電力元件（如發電機、線路等）或電力系統本身發生了故障危及電力系統安全運行時，能夠向運行值班人員及時發出警告信号，或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令以終止這些事件發展的一種自動化措施和設備。實現這種自動化措施的成套設備，一般通稱為繼電保護裝置。

本期就為大家詳細介紹繼電保護的基本原理、基本要求、基本任務、分類和常見故障分析及其處理。

一、基本原理

繼電保護裝置必須具有正确區分被保護元件是處于正常運行狀态還是發生了故障，是保護區内故障還是區外故障的功能。保護裝置要實現這一功能，需要根據電力系統發生故障前後電氣物理量變化的特征為基礎來構成。

電力系統發生故障後，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備和輸電線路上的電流将由負荷電流增大至大大超過負荷電流。

2）電壓降低

當發生相間短路和接地短路故障時，系統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，測量阻抗轉變為線路阻抗，故障後測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。

不對稱短路時，出現相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現負序電流和負序電壓分量；單相接地時，出現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的。利用短路故障時電氣量的變化，便可構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。

二、基本要求

繼電保護裝置為了完成它的任務，必須在技術上滿足選擇性、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，而對于作用于信号以及隻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。

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選擇性

選擇性就是指當電力系統中的設備或線路發生短路時，其繼電保護僅将故障的設備或線路從電力系統中切除，當故障設備或線路的保護或斷路器拒動時，應由相鄰設備或線路的保護将故障切除。

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速動性

速動性是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障，以減少設備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設備的損壞程度，提高系統并列運行的穩定性。

一般必須快速切除的故障有：

1）使發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）大容量的發電機、變壓器和電動機内部故障。

3）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。

4）可能危及人身安全、對通信系統造成強烈幹擾的故障。

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，帶延時地發出信号。

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靈敏性

靈敏性是指電氣設備或線路在被保護範圍内發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來衡量。

能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規定的範圍内故障時，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，都能正确反應動作，即要求不但在系統最大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統最小運行方式下經過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。

系統最大運行方式：

被保護線路末端短路時，系統等效阻抗最小，通過保護裝置的短路電流為最大運行方式。

系統最小運行方式：

在同樣短路故障情況下，系統等效阻抗為最大，通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式。

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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，即不發生誤動。

2）信賴性

要求繼電保護在規定的保護範圍内發生了應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帶來嚴重危害，即使對于相同的電力元件，随着電網的發展，保護不誤動和不拒動對系統的影響也會發生變化。

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、基本任務

電力系統繼電保護的基本任務是：

1、自動、迅速、有選擇性地将故障元件從電力系統中切除，使故障元件免于繼續遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢複正常運行。

2、反應電氣元件的不正常運行狀态，并根據運行維護的條件（如有無經常值班人員）而動作于信号，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調整，或将那些繼續運行就會引起損壞或發展成為事故的電氣設備予以切除。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據對電力系統及其元件的危害程度規定一定的延時，以免暫短地運行波動造成不必要的動作和幹擾而引起的誤動。

3、繼電保護裝置還可以與電力系統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，盡快恢複供電，從而提高電力系統運行的可靠性。

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備保護（如發電機、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、後備保護和輔助保護；後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号量分類

有模拟式保護和數字式保護，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号的連續模拟量，均屬模拟式保護；采用微處理機和微型計算機的保護裝置，它們反應的是将模拟量經采樣和模/數轉換後的離散數字量，這是數字式保護。

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、縱聯保護、瓦斯保護等。

五、異常

發現繼電保護運行中有異常或存在缺陷時，除了加強監視外，對能引起誤動的保護退其出口壓闆，然後聯系繼保人員處理。

如有下列異常情況，均應及時退出：

1、母差保護

在發出“母差交流斷線”、“母差直流電壓消失”信号時；母差不平衡電流不為零時；無專用旁路母線的母聯開關串代線路操作及恢複倒閘操作中。

2、高頻保護

當直流電源消失時；定期通道試驗參數不符合要求時；裝置故障或通道異常信号發出無法複歸時；旁母代線路開關操作過程中。

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；告警插件所有信号燈不亮，如果電源指示燈熄滅，說明直流消失，應退出出口壓闆，在恢複直流電源後再投入；總告警燈及呼喚燈亮，且打印顯示CPU×ERR信号，如CPU正常，說明保護與接口CPU間通訊回路異常，退出CPU巡檢開關處理，若信号無法複歸，說明CPU有緻命缺陷，應退出保護出口壓闆并斷開巡檢開關處理。

5、瓦斯保護

在變壓器運行中加油、濾油或換矽膠時；潛油泵或冷油器（散熱器）放油檢修後投入時；需要打開呼吸系統的放氣門或放油塞子，或清理吸濕器時；有載調壓開關油路上有人工作時。

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繼電保護的影響是非常之大。随着配電系統設備終端負荷的不斷增容，如果發生短路，則短路電流會很大。如果是系統在靠近終端設備區的位置發生短路時，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。在常态短路情況下，越大電流互感器誤差是随着一次短路電流倍數增大而增大，當電流速斷保護使靈敏度降低時就可能阻止動作。在線路短路時，由于電流互感器的電流出現了飽和，而再次感應的二次電流小或者接近于零，也會導緻定時限過流保護裝置無法展開動作。當在配電系統的出口線過流保護拒絕動作時而導緻配電所進口線保護動作了，則會使整個配電系統出現斷電的狀況。

2、開關保護設備的選擇不當

開關保護設備的選擇是非常重要的一項工作，現在的多數配電都在高負荷密集的地區建立起開關站，也就是采用變電所—開關站—配電變壓器的供電輸電的模式。在未實現繼電保護自動化的開關站内，我們應當更多地采用負荷開關或與其組合的繼電器設備系統作為開關保護的設備。

七、繼電保護故障的處理方法和措施

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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範圍；

2）參照法

通過對正常設備和非正常設備的相關技術參數對比，找出不正常設備的故障點。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。在進行改造和設備更換之後二次接線不能正确恢複時，可參照同類設備的接線。并在繼電器定值校驗時，如果發現某一隻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，應當調整繼電器上的刻度值，可用同隻表計去測量其他相同回路同類繼電器進行比較；

3）短接法

将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範圍内或者其他地方，這樣來确定故障範圍。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、判斷控制等轉換開關的接點是否完好。

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确保繼電保護正常運行的措施

合理的人員配置，使人員調度和協助能順利進行，明确人員工作目标，保證電力正常運行；完善規章制度，根據繼電保護的特點，健全和完善保護裝置運行管理的規章制度，繼電保護設備台賬、運行維護、事故分析、定期校驗、缺陷處理等檔案應逐步采用計算機管理跟蹤檢查、嚴格考核、實行獎懲；對二次設備實行狀态監測方法，對綜合自動化變電站而言，容易實現繼電保護狀态監測。

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