继电保护作用及原理

继电保护作用及原理

1.基本原理

继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状

态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置

要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的

特征为基础来构成。

电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：

a.电流增大

短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由

负荷电流增大至大大超过负荷电流。

b.电压降低

当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电

压侑下降，日.越靠近短路点，电压越低。

c.电流与电压之间的相位角改变

正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约

为20。，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决

定的，一般为60。〜85。，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之

间的相位角则是180。+（60。〜85。）。

d.测量阻抗发生变化

测量阻抗即测量点（保护安装处）电压与电流之比值。正常运行时,

测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故

障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。

不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现

负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压

分量。这些分量在正常运行时是不出现的。利用短路故障时电气量的

变化，便可构成各种原理的继电保护。

此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气

量的保护，如瓦斯保护。

2.基本要求

继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上满足选择性、速

动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。对于作用于继电器跳闸的继电

保护，应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号以及只反映不正

常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有些要求可以降低。

①选择性

选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保

护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保

护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。

②速动性

速动性是指继电保护装置应能尽快地力除故障，以减少设备及用

户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并

列运行的稳定性。

一般必须快速切除的故障有：

a.使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值（一般为0.7倍额定电

压）。

b.大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。

c.中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故障。

d.可能危及人身安全、对通信系统造成强烈干扰的故障。

故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的

动作时间为0.04s〜0.08s,最快的可达0.01s〜0.04s,一般断路器的跳

闸时间为0.06s〜0.15s,最快的可达0.02s〜0.06s。

对于反应不正常运行情况的继电保护装置，一般不要求快速动作,

而应按照选择性的条件，带延时地发出信号。

③灵敏性

灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不

正常运行情况时，保护装置的反应能力，保护装置的灵敏性是用灵敏

系数来衡量。

能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短

路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正

确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动

作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路

故障时也能可靠动作。

系统最大运行方式：

被保护线路末端短路时，系统等效阻抗最小，通过保护装置的短

路电流为最大运行方式。

无经常值班人员）而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自

动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气

设备予以切除。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统

及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短地运行波动造成不必

要的动作和干扰而引起的误动。

③继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条

件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而

提高电力系统运行的可靠性。

4.分类

继电保护可按以下4种方式分类：

①按被保护对象分类

有输电线保护和主设备保护（如发电机、变压器、母线、电抗器、

电容器等保护）。

②按保护功能分类

有短路故障保护和异常运行保护。前者又可分为主保护、后备保

护和辅助保护；后者又可分为过负荷保护、失磁保护、失步保护、低

频保护、非全相运行保护等。

③按保护装置进行比较和运算处理的信号量分类

有模拟式保护和数字式保护，一切机电型、整流型、晶体管型和

集成电路型（运算放大器）保护装置，它们直接反映输入信号的连续

模拟量，均属模拟式保护；采用微处理机和微型计算机的保护装置,

它们反应的是将模拟量经采样和模/数转换后的离散数字量，这是数

字式保护。

④按保护动作原理分类

有过电流保护、低电压保护、过电压保护、功率方向保护、距离

保护、差动保护、纵联保护、瓦斯保护等。

5.异常

发现继电保护运行中有异常或存在缺陷时，除了加强监视外，对

能引起误动的保护退其出口压板，然后联系继保人员处理。

如有下列异常情况，均应及时退出：

①母差保护

在发出〃母差交流断线〃、〃母差直流电压消失〃信号时；母差不平

衡电流不为零时"无专用旁路母线的母联开关串代线路操作及恢复倒

闸操作中。

②高频保护

当直流电源消失时；定期通道试验参数不符合要求时；装置故障

或通道异常信号发出无法复归时；旁母代线路开关操作过程中。

③距离保护

当采用的PT退出运行或三相电压回路断线时；正常情况下助磁

电流过大、过小时；负荷电流超过保护允许电流相应段时。

④微机保护

总告警灯亮，同时四个保护（高频、距离、零序、综重）之一告

警灯亮时，退出相应保护；如果两个CPU故障，应退出该装置所有

保护；告警插件所有信号灯不亮，如果电源指示灯熄灭，说明直流消

失，应退出出口压板，在恢复直流电源后再投入；总告警灯及呼唤灯

亮，且打印显示CPUxERR信号，如CPU正常，说明保护与接口CPU

间通讯回路异常，退出CPU巡检开关处理，若信号无法复归，说明

CPU有致命缺陷，应退出保护出口压板并断开巡检开关处理。

⑤乩斯保护

在变压器运行中加油、滤油或换硅胶时；潜油泵或冷油器（散热

器）放油检修后投入时；需要打开呼吸系统的放气门或放油塞子，或

清理吸湿器时；有载调压开关油路上有人工作时。

6.继电保护常见的故障分析

①电流互感饱和故障

电流互感器的饱和对电力系统继电保护的影响是非常之大。随着

配电系统设备终端负荷的不断增容，如果发生短路，则短路电流会很

大。如果是系统在靠近终端设备区的位置发生短路时，电流可能会达

到或者接近电流互感器单次额定电流的100倍以上。在常态短路情况

下，越大电流互感器误差是随着一次短路电流倍数增大而增大，当电

流速断保护使灵敏度降低时就可能阻止动任。在线路短路时，由于电

流互感器的电流出现了饱和，而再次感应的二次电流小或者接近于零,

也会导致定时限过流保护装置无法展开动作。当在配电系统的出口线

过流保护拒绝动作时而导致配电所进口线保护动作了，则会使整个配

电系统出现断电的状况。

②开关保护设备的选择不当

开关保护设备的选择是非常重要的一项工作，现在的多数配电都

在高负荷密集的地区建立起开关站，也就是采用变电所一开关站一配

电变压器的供电输电的模式。在未实现继电保护自动化的开关站内，

我们应当更多地采用负荷开关或与其组合的继电器设备系统作为开

关保护的设备。

7.继电保护故障的处理方法和措施

①常见的继电保护故障的处理方法

a.替换法

用完好的元件代替被认定有故障的元件，来判断它的好与坏，可

以快速缩小故障的查找范围；

b.参照法

通过对正常设备和非正常设备的相关技术参数对比，找出不正常

设备的故障点。这个方法主要用于检查接线错误、定值校验过程中测

试值与预想值有比较大差异的故障。在进行改造和设备更换之后二次

接线不能正确恢复时，可参照同类设备的接线。并在继电器定值校验

时，如果发现某一只继电器测试值与整定值相差得比较远，此时，不

可以轻易做出判断，判断该继电器特性不好，应当调整继电器上的刻

度值，可用同只表计去测量其他相同回路同类继电器进行比较；

c.短接法

将回路某一段或一部分用短接线短接，来进行判断故障是否存在

短接线范围内或者其他地方，这样来确定故障范围。此法主要是用在

电磁锁失灵、电流回路开路、切换继电器不