浅析电力系统继电保护的应用

浅析电力系统继电保护的应用

摘要：作为一种主要的保护手段，继电保护对电力维护起着非常重要的作用，

提高了系统运行的可靠性。本文主要论述了继电保护在电力系统中的应用，并对

其未来的发展趋势进行了预测。

关键词：电力系统继电保护应用趋势

引言

由于受自然因素、人为因素(如：设计和安装不合理、运行维护不当、检修质

量低等)的影响，常常会导致电力系统发生短路故障或不正常运转等。这些事故的

发生通常会伴随很大的短路电流，使得系统电压大大降低。而且还会带来一些严

重的后果：①烧坏电气设备；②产生的热量会造成电气设备的绝缘损伤，缩短

其使用寿命；③影响电力系统的稳定性，严重时会导致系统崩溃，造成巨大的损失。鉴于上述的严重后果，因此电力系统的继电保护是势在必行的。

1 继电保护的基本原理

继电保护的基本原理是利用电力系统发生故障或处于非正常运转状态时，系

统的各种物理量与正常运转条件下的各种物理量进行对比，根据之间的差别来判

断异常或故障，发出警示信号，并通过断路器切除故障设备。

当电力系统发生故障时，常伴有电压大幅降低、电流急剧增大、相位角改变

等异常现象。因此，根据发生故障时系统各物理量与正常运转时的差别，可以制

造出多种不同原理的继电保护装置。如：根据电压降低构成的低电压保护，根据

电流增大构成的电流保护，根据相位角的变化构成的功率保护等。除此之外，还

有如电力变压器的瓦斯保护、超高压输电线的行波保护及电动机组过热保护等非

工频电气物理量的保护。

2 继电保护的应用

2.1 输配电线路的接地保护根据中性点接地方式的不同，我国的电力系统可

分为小电流接地系统和大电流接地系统两种。小电流接地系统也称作中性点不接

地系统，这种系统中保护的任务只是单纯的发出信号，如果系统发生接地故障，

仍可保持继续运行一段时间。大电流接地系统也称为中性点直接接地系统，系统

中保护的任务是当发生接地故障时，及时的跳闸以切除故障设备。本文主要介绍

小电流接地系统的接地保护。

正常情况下，小电流接地系统的中性点对地电压为零，三相对地电压对称。

即使发生单相接地短路故障也不会对负荷的供电造成影响。小电流接地系统的保

护方式可采用：①零序电流保护。其原理是利用系统发生单相接地短路故障时，非故障线路的零序电流小于故障线路的零序电流。零序电流保护的保护动作更灵敏，对于有条件安装零序电流互感器的线路，通常采用该种保护方式。②零序电压保护。当系统运行正常时，无零序电压，且三相电压对称，三个电压表分别显

示各自的相电压。当发生单相接地故障时，信号继电器会发出警示信号，原因是

系统各处都出现了零序电压。针对这种情况，可以利用电压表的读数判断，因为

非故障相的电压值会升高，而发生故障相的电压值会降低。③零序功率方向保护。对于有些情况下的单相接地故障，非故障线路的零序电流与故障线路的零序电流

差别很小，此时可以采用零序功率方向保护进行区分，能较好的满足灵敏度要求。

2.2 电力变压器保护作为电力系统中一个非常重要的元件，变压器能否正常

的运转将对系统的稳定性和供电的可靠性产生巨大的影响。为了防止因故障造成

的不应有的损失，需对变压器进行必要的继电保护。

2.2.1 变压器的瓦斯保护。当变压器的油箱内发生故障时，一些绝缘材料和变

压器油会在故障电弧的作用下，发生分解并产生气体。瓦斯保护作为大型变压器

内部故障的重要保护，具有独特的优点，其原理是利用油箱内部发生故障时，重

瓦斯的保护动作，能够灵敏的跳开变压器各侧的断路器并发出警示信号。

2.2.2 变压器相间短路的后备保护。通常变压器的相间短路后备保护都配置过

电流保护。①过电流保护。过电流保护的保护装置主要是安装在电源两侧的时间元件和电流元件，其原理是当电流元件启动后，经过设定的延时时间后，会自动

跳开变压器电源侧的断路器。②微机型变压器阻抗保护。其原理是当阻抗保护的阻抗元件合起动元件均动作，TV断线检测元件不动作，且阻抗保护的压板投入，经过设定的延时时间后，保护动作于跳闸。

2.2.3 变压器的接地保护。①中性点直接接地运行的变压器接地保护。通常采用两段式零序电流保护，且每段保护均设置两个动作时限，由变压器中性点电流

互感器的二次侧产生零序电流。②中性点不接地运行的变压器接地保护。这种情况下，通常采用零序过电压保护。

2.3 发电机保护为了保证发电机的正常运转，通常应装设主保护和后备保护。发电机的主保护包括：①匝间短路保护。当定子绕组匝间短路时，会引起故障使得短接部分处温度升高，绝缘破损，甚至会损坏发电机。对于定子绕组为双星型

接线且中性点引出6个端子的发电机，匝间保护的形式通常是装设的单原件式横

插保护。而对于大功率的发电机，其中性点处只引出3个端子，一般采用反应纵

向零序电压的匝间短路保护。②纵联差动保护。其是利用比较中性点侧与发电机机端侧相位与电流大小的原理构成的。③定子绕组单相接地保护。对于与母线直接相连的发电机，当单相接地电流高于允许值时，应装设接地保护。④发电机失磁保护。

发电机的后备保护包括：①定子绕组过负荷保护。对于定子绕组过负荷能力

较低的发电机，其定子绕组过负荷保护由作用于信号的定时限部分和作用于跳闸

的反时限部分组成。②外部短路引起的定子绕组过电流保护。主要包括复合电压起动的过电流保护、过电流保护和单相式低电压起动的过电流保护三种方式。③定子绕组过电压保护。其主要目的是为了防止发电机在突然甩负荷时，定子绕组

的绝缘被击穿。④逆功率保护。逆功率保护可以长时限作用于解列，短时限作用于信号。⑤失步保护。其通常是保护动作于信号。⑥低频率保护。可以避免汽

轮机低频运行时造成的叶片损伤、振动等，保护作用于信号。

2.4 母线保护

2.4.1 母线保护的基本原理。①差动原理的母线保护。差动原理母线保护的实质是基尔霍夫第一电流定理。其实现方法是：将特性和变化均相同的、专用的电

流互感器安装在所有母线连接的元件上；互感器二次绕组在母线侧的端子互相连

接后，将母线差动保护装置接入。②相位比较原理的母线保护。其特点是：与幅值无关，保护原理是比较相位；提高了母线保护使用的灵敏性，且不必考虑不平

衡电流问题。

2.4.2 母线保护的实现方式。母线保护应满足可靠性、快速性和选择性，并尽

可能的简化结构。对于小电流接地系统，母线保护只需反应相间短路，可采用两

相式接线方式。而对于大电流接地系统，母线保护则应采用三相式接线方式。母

线保护的实现方式主要有两种，即装设专用母线和利用供电元件的保护装置实现

母线保护。

3 结束语