继电保护常识

继电保护常识

电力系统的运行要求安全可靠，但由于受自然条件、设备及人为因素的影响(如雷击、内部过电压或运行人员误操作等)，有时会发生各种故障和不正常运行状态，继电保护正是保证设备安全、防止电网大面积停电的最有效的手段。 一、 继电保护的基本任务

继电保护被称为是电力系统的卫士，是任何电力系统必不可少的组成部分，对保证系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。它的基本任务有

1. 当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择性地将故障元件或设备从电力系统中切除，使故障单元免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行，防止故障进一步扩大。

2. 当发生不正常工作情况时，根据系统运行维护的要求，自动、及时地选择信号上传给运行人员进行处理，或者减载、跳闸切除那些继续运行会引起故障的电气设备。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，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。

随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统的全局和整体出发，研究故障元件被相应继电保护装置动作而切除后，系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复系统的正常运行。这些正

是系统保护所需研究的内容。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减小到最短。

二、 继电保护的基本原理

电力系统从正常情况运行到故障或不正常运行时，它的电气量（电流、电压的大小和它们之间的相位角等）会发生非常显著的变化，继电保护就是利用电气量的突变来鉴别系统有无发生故障或不正常运行状态，根据电气量的变化测量值与系统正常时的电气参数的对比来检测故障类型和故障范围，以便有选择的切除故障。 三、 继电保护的基本性能 1. 安全性

继电保护装置应在不该动作时可靠地不动作，即不应发生误动作现象。 2. 可靠性

继电保护装置应在该动作时可靠地动作，即不应发生拒动作现象。 3. 速动性

继电保护装置应能以可能的最短时限将故障部分或异常工况从系统中切除或消除。这样可以使

（1）系统电压恢复快，减少对广大用户的影响 （2）电气设备的损坏程度降低 （3）防止故障进一步扩大

（4）有利于闪络处绝缘强度的恢复，提高了自动重合闸的成功率

一般主保护的动作时间在1～2s以内，后备保护根据其特点，动作时间相应增加。 4. 灵敏性

表示继电保护装置反映故障的能力。 5. 选择性

继电保护装置应在可能的最小区间将故障部分从系统中切除，以保证最大限度地向无故障部分继续供电。

除了以上五个基本的要求外，在实际的选用中，还必须考虑到经济性，在能实现电力系统安全运行的前提下，尽量采用投资少、维护费用低的保护装置。 四、 继电保护的分类 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。短路故障保护又可分为主保护、后备保护和辅助保护。当主保护失灵，后备保护作为主保护的后备也会反应故障，切除故障电源；异常运行保护分为过负荷保护、失磁保护、失步保护、低频保护、非全相运行保护等。 2.1 主保护

满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护称为主保护。 2.2 后备保护

后备保护是主保护或断路器拒动时，能够以较长的时间切除故障的保护。如变压器的主保护为差动保护和重瓦斯保护。其它保护均为后备保护，一般有零序保护、过流保护、过负荷保护，此外还有油温、油面监控保护，中性点间隙保护等。后备保护又分为远后备保护和近后备保护两种。 2.2.1 远后备保护

远后备保护是指当主保护或断路器拒动时，由相邻的保护元件来切除故障。如变压器主保护失灵，那就只能靠它的后备保护来反应故障了。

2.2.2 近后备保护

近后备保护是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现后备的保护。是指双重的保护元件，即当一个保护元件失灵，会由另外一个与它具有相同功能的保护元件来切除故障。如变压器主保护中，设置了差动保护，也设置了瓦斯保护、温度保护等 2.3 辅助保护

电力系统继电保护的辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或需要加速切除严重故障而增加的简单保护。 3. 按保护装置的信号量分类

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、高频（载波）保护等。 五、 常见的继电保护 1. 差动保护

差动保护是把任何一部分电气设备或线路看作一个整体，进出它的电流在正常情况下应该是相等的，即其A、B、C三相的单独每一相进出电流的差值正常应该是零，若差值超过定值则差动保护动作跳开所有进出开关。

差动保护范围是构成差动保护的电流互感器之间的电气设备（可以是线路，发电机，电动机，变压器等）。差动保护对保护区外故障不会动作。在区内故障时，可以瞬时动作。

差动保护都是严重的短路或接地故障，在未查明原因，解除故障前不得送电。造成差动一般有三个原因：相间短路、接地、构成保护的电流互感器接线松动。比如A、B相间短路后，A相进入电流直接从B相进线返回，造成A相流出电流不等于A相流入电流，从而产

生差流，保护动作。

变压器差动保护是指对变压器内部短路故障的保护，就是检测变压器的上侧与下侧电流的差值，如果差值为零的话，表明不存在内部短路，如果差值不等于零的话，表明变压器存在内部故障。变压器差动保护与电动机差动及母线差动保护相类似。 2. 瓦斯保护和温度保护

瓦斯保护和温度保护反应变压器油的异常。变压器油是起绝缘和冷却作用的，因为变压器内部会因为电流的热效应而发热，电流越大，温度越高，如果绕组短路，会在瞬间产生很高的热量，变压器油会因为受热而产生气体，当气体到达一定密度后，瓦斯继电器会动作；从这里可以看出，如果反应绕组电流故障的主保护失灵，那它还可以通过油温、气体的变化来反应故障，差动保护和瓦斯、温度等保护互为近后备保护。 3. 过电流保护

过电流保护是当电流超过预定最大值时，使保护装置动作的一种保护方式。主要包括短路保护和过载保护两种类型。 3.1 短路保护

短路保护也称速断保护，整定电流大、瞬时动作。电磁式电流脱扣器(或继电器)、熔断器常用作短路保护元件。

速断保护是为了克服过电流保护在靠近电源端的保护装置动作时限长，采用提高整定值，以限制动作范围的办法，这样就不必增加时限可以瞬时动作，其动作是按躲过最大运行方式下短路电流来考虑的，所以不能保护线路全长，它只能保护线路的一部分，系统运行方式的变化影响电流速断的保护范围。 3.2 过载保护

过载保护整定电流较小，分为定时限过流保护和反时限过流保护。热继电器、延时型电磁式电流继电器常用作过载保护元件。在没有太大冲击电流的情况下，熔断器也常用作过载保护元件。 3.2.1 定时限过流继电保护

继电保护的动作时间固定不变，与短路电流的大小无关，称为定时限过流继电保护。定时限过流继电保护的时间是由时间继电器设定的，时间继电器在一定的范围内连续可调，使用时可根据给定时间进行整定。

3.2.2 反时限过电流保护

继电保护的动作时间与短路电流的大小成反比，称为反时限过流继电保护。短路电流越大，这种保护动作的时间越短；短路电流越小，保护动作的时间越长。使用在输电线路上的反时限过电流保护，能更快的切除被保护线路首端的故障。 4. 过电压保护

过电压是指在供电系统中出现的线路电压高于额定值的故障电压或异常电压。分为雷电过电压和系统内过电压。

4.1 雷电过电压

由于自然界雷电直击输电线路或杆塔，或者由于大气中雷雨云放电而在输电线上感应出的过电压。它又分三类：直击雷过电压、感应雷过电压和侵入雷电波过电压。 4.2 系统内过电压

系统内过电压是因为电力系统内部因操作、故障、谐振等引起的过电压。无论哪种过电压，作用的时间都很短暂，仅为几十微秒。操作过电压和故障过电压的数值一般为额定相电压的2～4.5倍，而大气过电压可达额定相电压的8～12倍。

为了保护电力系统的稳定运行和人员、设备的安全，经过实践和数值分析，规定了各电压等级电力系统的绝缘值。 5. 低电压保护

低电压保护是当电源电压低于设定值是时，保护电路动作，并发出报警信号。 6. 低周保护

低周保护是当电源频率“高”于设定值时，保护电路就动作，并发出报警信号。 7. 零序保护

在大短路电流接地系统中发生接地故障后，就有零序电流、零序电压和零序功率出现，利用这些电气量构成保护接地短路的继电保护装置统称为零序保护。

零序电流保护在运行中需注意以下问题:

(1)当电流回路断线时,可能造成保护误动作。可以利用相邻电流互感器零序电流闭锁的方法防止这种误动作。

(2)当电力系统出现不对称运行时，出现零序电流。 (3)地理位置靠近的平行线路，当其中一条线路故障时，可能引起另一条线路出现感应零序电流，造成反方向侧零序方向继电器误动作。可以改用负序方向继电器，来防止上述方向继电器误判断。 8. 失磁保护

当发电机的励磁突然消失或部分消失时，发电机与系统失去同步，从而破坏了负荷与电源间的稳定运行，甚至引起电压崩溃而使系统瓦解。这是不允许的，因此必须加装失磁保护。

发电机失磁的原因主要有：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、及回路发生故障等。 9. 非全相运行保护

电力系统在运行时，由于各种原因，断路器三相可能断开一相或两相，造成非全相运行。非全相运行保护就是反映断路器非全相运行状态的保护，并跳开已处于不正常状态的断路器。系统非全相运行的时间应有所限制，这是因为：

①系统要求

当系统处于非全相运行状态时，系统中出现的负序、零序等分量对电气设备产生一定危害。

②保护要求

由于出现负序、零序等分量，使得系统中的一些保护可能处于启动状态，可能使一些保护(如零序电流保护)动作跳闸，误断开正常运行的线路。