继电保护基本原理

继电保护基本原理主讲人：王培鹏1继电保护的基本原理及其组成1.1

继电保护的基本原理

要完成电力系统继电保护的基本任务，首先必须“区分”电力系统的正常、不正常工作和故障三种运行状态，“甄别”出发生故障和出现异常的元件。而要进行“区分和甄别”，必须需找电力元件在这三种运行状态下的可测参量（继电保护主要测电气量）的“差异”，提取和利用这些可测电气量的“差异”，实现对正常、不正常工作和故障元件的快速“区分”。依据可测电气量的不同差异，可以构成不同原理的继电保护。1.2继电保护的基本组成

一般的继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件三部分组成，如图：相应输入量跳闸或信号

1．测量比较元件

测量比较元件测量通过被保护的电力元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”、“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。根据需要继电保护装置往往有一个或者多个测量比较元件。常用的测量比较元件有：被测电气量超过给定值动作的过量继电器，如过电流继电器、过电压继电器；被测电气量低于给定值动作的欠量继电器，如低电压继电器、阻抗继电器；被测电压、电流之间相位角满足一定值而动作的功率方向继电器等。

2．逻辑判断元件

逻辑判断元件根据测量比较元件输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出部分。

3．执行输出元件

执行输出元件根据逻辑判断部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。1.3继电保护的工作回路

要完成继电保护的任务，除需要继电保护装置外，必须通过可靠的继电保护回路的正确工作，才能最后完成跳开故障元件的断路器、对系统或电力元件的不正常运行状态发出警报、正常运行时不动作的任务。

在继电保护的工作回路中一般包括：将通过一次电力设备的电流、电压线性的转变为适合继电保护等二次设备使用的电流、电压，并使一次设备与二次设备隔离的设备，如电流、电压互感器及其与保护装置连接的电缆等；断路器跳闸线圈及与保护装置出口间的连接电缆；保护装置及跳闸、信号回路设备的工作电源等。1.4继电保护的工作配合

每一套保护都有预先严格划定的保护范围，只有在保护范围内发生故障，该保护才动作。为了确保故障元件能够从电力系统中被切除，一般每个重要电力元件配备两套保护，一套称为主保护，一套称为后备保护，当保护装置拒动、保护回路中其他环节损坏、断路器拒动、工作电源不正常等造成主保护不能快速切除故障，这时需要后备保护来切除故障。

由后备保护动作切除故障，一般会扩大故障造成的影响。为了最大限度的缩小故障对电力系统正常运行产生的影响，应确保由主保护快速切除任何类型的故障，一般后备保护都延时，等待主保护确实不动作后才动作。因此，主保护与后备保护之间存在动作时间和动作灵敏度的配合。2距离保护2.1

距离保护的基本原理与构成

距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，反应故障点到保护装置处的距离而工作的保护。其基本原理可以用下图来说明。～～MNUmK3K2K1LK3LK1LK3LsetIm

按照继电保护选择性的要求，安装在线路两端的距离保护仅在线路MN内部发生故障时，保护装置才应该动作，将相应的断路器跳开，而在保护区的反方向或本线路之外正方向短路时，保护装置不应动作。为了保证在下级线路的出口处短路时保护不误动作，在保护区的正方向（对于线路MN的M侧保护来说，正方向就是由M指向N的方向）上设定一个小于本线路全长的保护范围，用整定距离Lset来表示。当系统发生短路故障时，首先判断故障的方向，若故障位于保护区的正方向上，则设法测出故障点到保护安装处的距离Lk，并将Lk与Lset相比较，若Lk小于Lset，说明故障发生在保护范围之内，这时保护应立即动作，跳开相应的断路器；若Lk大于Lset，说明故障发生在保护范围之外，这时保护不应动作，相应的断路器跳开。若故障位于保护区的反方向上，则无需进行比较和测量，直接判为区外故障而不动作。3纵联保护

输电线路纵联保护的工作需要两端的信息，两端保护要通过通信设备和通信快速的进行信息的传递。随着通信设备和通信技术的发展，继电保护交换两端信息的设备和技术也在发展、变化，输电线路保护目前常用的通信方式有：导引线通信、电力线载波通信、微波通信、光纤通信等。下面主要介绍电力线载波通信和光纤通信。～～MNUmK3K2K1LK3LK1LK3Lset3.1电力线载波通信

将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高频信号，经过高频耦合设备将高频信号加载到输电线路上，输电线路本身作为高频信号的通道将高频载波信号传到对侧，对端再经过高频耦合设备将高频信号接收，以实现各段电流相位（或功率方向）的比较。3.1.1电力载波信号的种类

按照高频载波通道传送的信号在纵联保护中所起的作用不同，将电力载波信号分为闭锁信号、允许信号和跳闸信号。1．闭锁信号

闭锁信号是阻止保护动作于跳闸的信号。换句话说，无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件。只有同时满足下面两个条件时保护才作用于跳闸：

a．本端保护元件动作；

b．无闭锁信号。

在闭锁式方向比较高频保护中，当外部故障时，闭锁信号自线路线路近故障点的一端发出，当线路另一端收到闭锁信号时，其保护元件虽然动作，但不作用于跳闸；当内部故障时，任何一端都不发送闭锁信号，两端保护都收不到闭锁信号，保护元件动作后即作用于跳闸。2．允许信号

允许信号是允许保护动作于跳闸的信号。换句话说，有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。只有同时满足下面两个条件时，保护装置才动作于跳闸：

a．保护元件动作；

b．有允许信号。

在允许式方向比较高频保护中，当区内故障时，线路两端互送允许信号，两端保护都收到对端的允许信号，保护元件动作后作用于跳闸；当区外故障时，近故障端不发送允许信号，保护元件也不动作，近故障端保护不能跳闸；远故障端的保护元件虽动作，但收不到对端允许信号，保护不能动