【继电保护】继电保护的基本原理

一．电力系统

1.由生产和输送电能的设备所组成的系统，如发电机/变压器/母线/输电线路/配电线路等，简单说由发/变/输/用所组成的系统叫电力系统。

2.设备区分

一次设备：直接生产电能和输送电能的设备。如发电机/变压器/母线/输电线路/断路器/电抗器/电流互感器/电压互感器等。

二次设备：对一次设备的运行进行监视/测量/控制/信息处理及保护的设备，如仪表，继电器/自动装置/控制设备/通信及控制电缆等。

二．电力系统专注问题

由于电力系统故障的后果是十分严重，可能直接造成设备损坏/人身伤亡和破坏电力系统安全稳定运行，从而直接或间接地给国民经济带来难以估计巨大损失，因此电力系统关注的是：安全可靠，稳定运行。

三．电力系统的三种工况

正常运行状态；故障状态；不正常运行状态。而继电保护主要是在故障状态和不正常运行状态起作用。

四．继电保护装置

就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务简单说是：故障时跳闸，不正常运行时发出信号。

五．继电保护的基本原理和保护装置的组成

为完成继电器保护所担负的任务，显然应该要求它正确地区分系统正常运行于发生故障或不正常运行状态之间的差别，以实现保护。

如图1—1（a）（b）所示的单侧电源网络接线图，（这是一种简单的系统），图1-1（a）为正常运行情况，每条线路上都流过由它供电的负荷电流if(一般比较小)，由电压和电流之比所代表的“测量阻抗”Zf称为负荷阻抗，其值一般很大。图1-1（b）表示当系统发生故障时的情况，例如在线路B-C上发生路三相短路，则短路点的电压Ud降低到零，从电源到短路点之间

将流过很大的短路电流Id，各变电所母线上的电压也将在不同程度上有很大的降低（称之为残压）。设以Zd表示短路点到变电所B母线之间的阻抗，根据欧姆定律很显然Zd要大大小于Zf。即短路阻抗要大大小于负载阻抗。

六．继电保护分类

在一般情况下，发生短路之后，只是伴随有电流的增大，电压的降低，线路始端测量阻抗的减小，以及电压与电流之间相位角的变化。因此，利用正常运行与故障时这些基本参数的区别，就可以构成各种不同原理的保护。

第一类：利用比较正常运行与故障时电气参量（U,I,Z,f）的区别，便可以构成各种不同原理的继电保护；反应于电流增大而动作的过电流保护；反应于电压降低而动作的低电压保护；反应于阻抗降低而动作的距离保护，反应于频率降低而动作的低（或欠）频保护等。

第二类：首先规定两个前提——一个规定电流的正方向是从母线指向线路；第二个一定是双端电源。

如图1-2（a）,（b）所示的双端电源网络接线。分析1-2（a）,（b）图中BC线路靠近B母线侧电流的情况，我们发现在正常运行的负荷电流和故障时的短路电流的相位发生了180o的变化。因此利用比较正常运行（包括外部故障）与内部故障时，两侧电流相位或功率方向的差别，就可以构成故障差动原理的

保护。例如纵联差动保护，相差高频保护，方向高频保护等。差动原理的保护只反应内部故障，不反应外部故障，因而被认为具有绝对的选择性。

七．对电力系统继电保护的基本要求

动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性，速动性，灵敏性和可靠性。

a)选型性

    定义：继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。

如图1-3所示单侧电源网络中，当d1点短路时，应由距短路点近的保护1和2动作跳闸，将故障线路切除，变电所B则仍可由另一条无故障的线路3-4继续供电。

原则：就近原则，即系统短路时，应用距离故障点近的保护切除相应的断路器。

主保护——能在全线范围速动的保护。

后备保护——作为主保护的后备，不能在全线范围速动，要带一定的延时，分为远后备和近后备。

b)速动性

所谓速动性，就是发生故障时，保护装置能迅速切除故障。对不同的电压等级要求不一样，对110KV及以上的系统，保护装置和断路器总的切除故障时间为100ms，因此保护动作时间只有几十个毫秒（一般30毫秒左右），而对于35KV及以下系统，保护动作时间可以为500ms。

c)灵敏性

继电保护的灵敏性，是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。其灵敏性有的保护是用保护范围来衡量，有的保护是用灵敏系数来衡量。

d)可靠性

保护装置的可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作；而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。简单说就是：该动的时候动，不该动的时候不动。该动的时候不动是属于拒动，不该动的时候动是属于误动。不管是拒动还是误动，都是不可靠。

以上四个基本要求中，可靠性是较为重要的，选择性失关键，灵敏性必须足够，速动性则应达到必要的程度。我们所有的继电保护装置都是围绕这四个做文章，当然不同的保护，对这些侧重点不一样的，有的侧重于选择性，有的侧重于速动性，有时候为了保证主要的属性可能牺牲一些其他的属性。

八．继电保护的发展过程

   继电保护技术是随着电力系统的发展以及技术水平的进步而发展起来的，早期的熔断器就是较为简单的过电流保护，以后经历路机电型，整流型，晶闸管型，集成电路型，微机型五个阶段，而现在微机型继电保护又进入第三代和第四代。