繼電保護基本原理

繼電保護基本原理主講人：王培鵬1繼電保護的基本原理及其組成1.1

繼電保護的基本原理

要完成電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務(wù)，首先必須“區(qū)分”電力系統(tǒng)的正常、不正常工作和故障三種運行狀態(tài)，“甄別”出發(fā)生故障和出現(xiàn)異常的元件。而要進行“區(qū)分和甄別”，必須需找電力元件在這三種運行狀態(tài)下的可測參量（繼電保護主要測電氣量）的“差異”，提取和利用這些可測電氣量的“差異”，實現(xiàn)對正常、不正常工作和故障元件的快速“區(qū)分”。依據(jù)可測電氣量的不同差異，可以構(gòu)成不同原理的繼電保護。1.2繼電保護的基本組成

一般的繼電保護裝置由測量比較元件、邏輯判斷元件和執(zhí)行輸出元件三部分組成，如圖：相應(yīng)輸入量跳閘或信號

1．測量比較元件

測量比較元件測量通過被保護的電力元件的物理參量，并與給定的值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”、“0”、“1”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護裝置是否應(yīng)該啟動。根據(jù)需要繼電保護裝置往往有一個或者多個測量比較元件。常用的測量比較元件有：被測電氣量超過給定值動作的過量繼電器，如過電流繼電器、過電壓繼電器；被測電氣量低于給定值動作的欠量繼電器，如低電壓繼電器、阻抗繼電器；被測電壓、電流之間相位角滿足一定值而動作的功率方向繼電器等。

2．邏輯判斷元件

邏輯判斷元件根據(jù)測量比較元件輸出邏輯信號的性質(zhì)、先后順序、持續(xù)時間等，使保護裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍，最后確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘、發(fā)出信號或不動作，并將對應(yīng)的指令傳給執(zhí)行輸出部分。

3．執(zhí)行輸出元件

執(zhí)行輸出元件根據(jù)邏輯判斷部分傳來的指令，發(fā)出跳開斷路器的跳閘脈沖及相應(yīng)的動作信息、發(fā)出警報或不動作。1.3繼電保護的工作回路

要完成繼電保護的任務(wù)，除需要繼電保護裝置外，必須通過可靠的繼電保護回路的正確工作，才能最后完成跳開故障元件的斷路器、對系統(tǒng)或電力元件的不正常運行狀態(tài)發(fā)出警報、正常運行時不動作的任務(wù)。

在繼電保護的工作回路中一般包括：將通過一次電力設(shè)備的電流、電壓線性的轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合繼電保護等二次設(shè)備使用的電流、電壓，并使一次設(shè)備與二次設(shè)備隔離的設(shè)備，如電流、電壓互感器及其與保護裝置連接的電纜等；斷路器跳閘線圈及與保護裝置出口間的連接電纜；保護裝置及跳閘、信號回路設(shè)備的工作電源等。1.4繼電保護的工作配合

每一套保護都有預(yù)先嚴(yán)格劃定的保護范圍，只有在保護范圍內(nèi)發(fā)生故障，該保護才動作。為了確保故障元件能夠從電力系統(tǒng)中被切除，一般每個重要電力元件配備兩套保護，一套稱為主保護，一套稱為后備保護，當(dāng)保護裝置拒動、保護回路中其他環(huán)節(jié)損壞、斷路器拒動、工作電源不正常等造成主保護不能快速切除故障，這時需要后備保護來切除故障。

由后備保護動作切除故障，一般會擴大故障造成的影響。為了最大限度的縮小故障對電力系統(tǒng)正常運行產(chǎn)生的影響，應(yīng)確保由主保護快速切除任何類型的故障，一般后備保護都延時，等待主保護確實不動作后才動作。因此，主保護與后備保護之間存在動作時間和動作靈敏度的配合。2距離保護2.1

距離保護的基本原理與構(gòu)成

距離保護是利用短路時電壓、電流同時變化的特征，測量電壓與電流的比值，反應(yīng)故障點到保護裝置處的距離而工作的保護。其基本原理可以用下圖來說明?！玀NUmK3K2K1LK3LK1LK3LsetIm

按照繼電保護選擇性的要求，安裝在線路兩端的距離保護僅在線路MN內(nèi)部發(fā)生故障時，保護裝置才應(yīng)該動作，將相應(yīng)的斷路器跳開，而在保護區(qū)的反方向或本線路之外正方向短路時，保護裝置不應(yīng)動作。為了保證在下級線路的出口處短路時保護不誤動作，在保護區(qū)的正方向（對于線路MN的M側(cè)保護來說，正方向就是由M指向N的方向）上設(shè)定一個小于本線路全長的保護范圍，用整定距離Lset來表示。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，首先判斷故障的方向，若故障位于保護區(qū)的正方向上，則設(shè)法測出故障點到保護安裝處的距離Lk，并將Lk與Lset相比較，若Lk小于Lset，說明故障發(fā)生在保護范圍之內(nèi)，這時保護應(yīng)立即動作，跳開相應(yīng)的斷路器；若Lk大于Lset，說明故障發(fā)生在保護范圍之外，這時保護不應(yīng)動作，相應(yīng)的斷路器跳開。若故障位于保護區(qū)的反方向上，則無需進行比較和測量，直接判為區(qū)外故障而不動作。3縱聯(lián)保護

輸電線路縱聯(lián)保護的工作需要兩端的信息，兩端保護要通過通信設(shè)備和通信快速的進行信息的傳遞。隨著通信設(shè)備和通信技術(shù)的發(fā)展，繼電保護交換兩端信息的設(shè)備和技術(shù)也在發(fā)展、變化，輸電線路保護目前常用的通信方式有：導(dǎo)引線通信、電力線載波通信、微波通信、光纖通信等。下面主要介紹電力線載波通信和光纖通信?！玀NUmK3K2K1LK3LK1LK3Lset3.1電力線載波通信

將線路兩端的電流相位（或功率方向）信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l信號，經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號加載到輸電線路上，輸電線路本身作為高頻信號的通道將高頻載波信號傳到對側(cè)，對端再經(jīng)過高頻耦合設(shè)備將高頻信號接收，以實現(xiàn)各段電流相位（或功率方向）的比較。3.1.1電力載波信號的種類

按照高頻載波通道傳送的信號在縱聯(lián)保護中所起的作用不同，將電力載波信號分為閉鎖信號、允許信號和跳閘信號。1．閉鎖信號

閉鎖信號是阻止保護動作于跳閘的信號。換句話說，無閉鎖信號是保護作用于跳閘的必要條件。只有同時滿足下面兩個條件時保護才作用于跳閘：

a．本端保護元件動作；

b．無閉鎖信號。

在閉鎖式方向比較高頻保護中，當(dāng)外部故障時，閉鎖信號自線路線路近故障點的一端發(fā)出，當(dāng)線路另一端收到閉鎖信號時，其保護元件雖然動作，但不作用于跳閘；當(dāng)內(nèi)部故障時，任何一端都不發(fā)送閉鎖信號，兩端保護都收不到閉鎖信號，保護元件動作后即作用于跳閘。2．允許信號

允許信號是允許保護動作于跳閘的信號。換句話說，有允許信號是保護動作于跳閘的必要條件。只有同時滿足下面兩個條件時，保護裝置才動作于跳閘：

a．保護元件動作；

b．有允許信號。

在允許式方向比較高頻保護中，當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時，線路兩端互送允許信號，兩端保護都收到對端的允許信號，保護元件動作后作用于跳閘；當(dāng)區(qū)外故障時，近故障端不發(fā)送允許信號，保護元件也不動作，近故障端保護不能跳閘；遠故障端的保護元件雖動作，但收不到對端允許信號，保護不能動