继电保护实训

摘要母线是电力系统变电站中最重要的设备之一，它起着汇集和分配电能的作用。

母线保护是保障母线安全和可靠运行的保护设备。

获取保护性能和可靠性更高的母线保护是母线保护研究的方向。

母线保护相关技术是以继电保护技术为基础的研究对象，围绕母线保护装置在设计整定、保护安装、灵敏性调试和安全运行各个阶段相关技术原则和母线保护装置的相关反措要求等方面开展研究。

关键词：母线保护技术原理整定计算第一部分继电保护概述研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。

因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路、母线等）使之免遭损害，所以沿称继电保护。

1.1继电保护技术的发展电力系统继电保护的基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内自动将故障设备从系统中切除，或者给出信号由值班人员消除异常工况的根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。

简史19世纪的最后25年里，作为最早的继电保护装置熔断器已开始应用。

电力系统的发展，电网结构日趋复杂，短路容量不断增大，到20世纪初期产生了作用于断路器的电磁型继电保护装置。

虽然在1928年电子器件已开始被应用于保护装置，但电子型静态继电器的大量推广和生产，只是在50年代晶体管和其他固态元器件迅速发展之后才得以实现。

静态继电器有较高的灵敏度和动作速度、维护简单、寿命长、体积小、消耗功率小等优点，但较易受环境温度和外界干扰的影响。

1965年出现了应用计算机的数字式继电保护。

大规模集成电路技术的飞速发展,微处理机和微型计算机的普遍应用,极大地推动了数字式继电保护技术的开发，目前微机数字保护正处于日新月异的研究试验阶段，并已有少量装置正式运行。

继电保护技术发展快速从电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型，一直到微机型，母线保护也由过去的固定连接式母线完全差动保护、电流相位比较式母线差动保护，发展到现在的中阻抗比率制动母线差动保护和微机母线差动保护。

迄今为止，在电网中广泛应用过的母联电流比相式差动保护、电流相位比较式差动保护、比率制动式差动保护，经各发、供电单位多年电网运行经验总结，普遍认为就适应母线运行方式、故障类型、过渡电阻等方面而言，无疑是按分相电流差动原理构成的比率制动式母差保护效果最佳。

随着我国电网电压等级的提高，新型传感器的应用以及1EC-61850标准(变电站通信网络与系统)的推行，母线保护技术也必将提高到一个新的水平中阻抗比率制动母线差动保护和集中式微机母线差动保护以其良好的性能在目前的市场占据主导地位，分布式微机母线保护将是未来的主要发展方向。

1.2继电保护的种类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CPU×ERR 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）瓦斯保护。

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1.3继电保护的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、高频（载波）保护等。

1.4系统保护概述实现继电保护功能的设备称为继电保护装置。

虽然继电保护有多种类型,其装置也各不相同,但都包含着下列主要的环节：①信号的采集，即测量环节；②信号的分析和处理环节；③判断环节；④作用信号的输出环节。

以上所述仅限于组成电力系统的各元件（发电机、变压器、母线、输电线等）的继电保护问题，而各国电力系统的运行实践已经证明，仅仅配置电力系统各元件的继电保护装置，还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。

大电力系统的安全稳定运行，首先必须建立在电力系统的合理结构布局上，这是系统规划设计和运行调度工作中必须重视的问题。

在此基础上，系统保护的合理配置和正确整定，同时配合系统安全自动装置（如解列装置、自动减负荷、切水轮发电机组、快速压汽轮发电机出力、自动重合闸、电气制动等），达到电力系统安全运行的目的。

鉴于机、炉、电诸部分构成电力生产中不可分割的整体，任一部分的故障均将影响电力生产的安全，特别是大机组的不断增加和系统规模的迅速扩大，使大电力系统与大机组的相互影响和协调问题成为电能安全生产的重大课题。

电力系统继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉设备的承受能力，机、炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。

为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护装置，还应积极研究和推广故障预测技术，以期实现防患于未燃，进一步提高大机组的安全可靠性。

1.5继电保护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：(1) 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。

(2) 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值下降，且越靠近短路点，电压越低。

(3) 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°)。

(4) 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。

1.6对继电保护的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切除故障，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：(1)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)。

(2)大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。

(3)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。

(4)可能危及人身安全、对通信系统或铁路信号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。

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；系统最小运行方式：在同样短路故障情况下，系统等效阻抗为最大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。

保护装置的灵敏性是用灵敏系数来衡量。

4）可靠性可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。

安全性：要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。

信赖性：要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。

继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害。