【精品】第一章保护装置组成及配置原则

继电保护装置组成及配置原则在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。

切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件的保护装置才有可能满足这个要求。

这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。

在电子式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器已被电子元件或计算机所代替，但仍沿用此名称。

在电力部门常用继电保护一词泛指继电保护技术或各种继电保护装置组成的继电保护系统。

继电保护装置一词则指各种具体的装置。

继电保护装置，就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

它的基本任务是：（1）自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏,保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（例如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸.此时一般不要求保护迅速动作，而时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。

第一节继电保护装置的组成一、继电保护装置的组成在一般的情况下，发生短路之后,总是伴随有电流增大、电压降低、线路始端测量阻抗的减小,以及电压与电流之间相位角的变化。

因此，利用正常运行与故障时这些基本参数，便可以构成各种不同原理的继电保护，例如：①反应于电流增大而动作的过电流保护；②反应于电压降低而动作的低电压保护；③反应于短路点到保护安装地点之间的距离(或测量阻抗的减小）而动作的距离保护（或低阻抗保护）等。

利用每个电器元件在内部故障与外部故障（包括正常运行情况）时,两侧电流相位或功率方向的差别，就可以构成各种差动原理的保护，如纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等。

差动原理的保护只能在被保护元件的内部故障时动作，而不反应外部故障。

因而被认为具有绝对的选择性。

在按照上述原理构成各种继电保护装置时，可以使它们的参数反应于每相中的电流和电压（如相电流、相或线电压)，也可以使之仅反应于其中的某一全对称分量（如负序、零序或正序）的电流或电压。

由于在正常运行情况下,负序和零序分量不会出现，而在发生不对称接地短路时,它们都具有较大的数值,在发生不接地的不对称短路时，虽然没有零序分量，但负序分量却很大,因此，利用这些分量构成的保护装置，一般都具有良好的选择性和灵敏性，这正是这种保护装置获得广泛应用的原因。

除上述反应于各种电气量的保护以外，还有根据电气设备的特点实现反应非电气量的保护。

例如，当变压器油箱内部的绕组短路时，反应于油被分解所产生的气体而构成的瓦斯保护；反应于电动机绕组的温度升高而构成的过负荷或过热保护等。

二、电力系统继电保护工作的特点继电保护在电力系统中作用及其对电力系统安全连续供电的重要性，要求继电保护必须具备有一定的性能、特点，动作于跳闸的继电保护，在技术上一般满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性，为了更好的处理好四个基本要求之间的辨证统一关系。

三、继电保护装置的发展在继电保护原理的发展过程中，构成继电保护装置的元件、材料、保护装置的结构型式和制造工艺也发生了巨大的变革。

50年代以前的继电保护装置都是由电磁型、感应型或电动型继电器组成的.上世纪50年代，由于半导体晶体管的发展,开始出现了晶体管式继是保护装置.这种保护装置体积小，功率消耗小，动作速度快，无机械转动部分，称为电子式静态保护装置晶体管保护装置易受电力系统中或外界的电磁干扰的影响而误动或损坏，当时其工作可靠性低于机电式保护装置。

但经过20余年长期的研究和实践，抗干扰问题从理论上和实践上都得到了满意的解决，使晶体管继电保护的正确动作率达到了和机电式保护装置同样的水平。

70年代是晶体管继电保护装置在我国大量采用的时期,满足了当时电力系统向超高压、大容量方向发展的需要。

电子式业方面集成电路技术的发展，有可能将数十全或更多的晶体管集成在一个半导体芯片上，从而出现了体积更小、工作更加可靠的集成运算放大器和其它集成电路元件。

这促使静态继电保护装置向集成电路化方向发展。

80年代后期，标志着静态继电保护从第一代（晶体管式)向第二代(集成电路式）的过渡。

目前,集成电路继电保护装置已取代晶体管继电保护装置，成为静态继电保护装置的主要形式。

在60年代,有人担出用小型计算机实现继电保护的设想。

因当时小型计算机价格昂贵，难以在实用上采用。

但由此开始了对继电保护计算机算法的大量研究，对后来微机计算机式继电保护（简称微机保护）的发展奠定了理论基础.随着微处理器技术的迅速发展及其价格急剧下降，在70年代后半期,出现了比较完善的微机保护样机，并投入到一些国家推广应用，这就是第三代的静态继电保护装置。

微机保护具有巨大的计算、分析和逻辑判断能力，有存储记忆功能，因而可用以实现任何性能完善且复杂的保护原理。

微机保护可用同一硬件实现不同的保护原理,这使保护装置的制造大为简化，也容易实行保护装置的标准化。

微机保护除了保护功能外，还可兼有故障录波、故障测距、事件顺序记录和调度计算机交换信息等辅助功能，这对简化保护的调试、事故分析和事故后的处理等都有生重大意义.由于微机保护装置的巨大优越性和潜力,因而受到运行人员的欢迎，进入90年代以来,在我国得到大量应用，将成为继电保护装置的主要型式。

可以说微机保护代表着电国系统继电保护的未来,将成为未来电力系统保护、控制、运行调度及事故处理的统一计算机系统的组成部分.第二节主保护、后备保护及辅助保护在电网的继电保护中，可根据保护的不同作用而分为种：主保护、后备保护和辅助保护。

一、主保护主保护作用：满足系统稳定及设备安全要求切除被保护设备和全线路的故障.当系统某元件发生故障时，保护装置必须以最快的速度将距离故障点最近的断路器断开，使系统无故障部分能继续正常运行，这样才能保护系统的稳定和设备的安全。

根据以上所述,能够起到主保护作用的有：电流电压保护(例如三段式过流中的第Ⅰ段)、平行线路的横联差动保护及电流平衡保护、能从线路两端快速切除故障的纵差动保护和高频保护等.某些后备保护在特殊情况下也可以起到主保护的作用.例如：平行线路当其中有一路退出运行时，横联差动保护就要退出运行，此时就有接于两回线电流之和的阶段式过流保护担任主保护工作;当系统动稳定允许线路一侧以保护第Ⅱ段时限切除故障时,则可以用带时限阶段特性的距离保护和零序电流保护中的I段和第Ⅱ段作为主保护.二、后备保护后备保护是指：当主保护或断路器拒动时，用于切除故障的保护。

后备保护与主保护的不同点是:主保护只对本元件100％的范围进行保护,而后备保护却大大超过了这一范围；主保护是无时限或有短时限地切断故障点，而后备保护却有较长的时限。

例如过流保护(三段式过流保护的第Ⅲ段）以及距离保护的第Ⅲ段，就可以作为本元件主保护的后备保护以及相邻元件的后备保护。

后备保护可分为远后备和近后备两种方式。

（一）远后备当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护实现后备,称为远后备。

电力系统中各个元件原则上都应当有两套保护，即装在本元件上的主保护和装在相邻元件的后备保护。

如图1—1所示，装在线路断路器QF1上的保护,除作为本线路L1的主保护外,还要作为相邻元件（线路L2和变压器）的后备保护。

这两种任务往往可由一套保护装置来承担，如采用三段式过流或三段式距离保护就是这样。

图1—1（L)为保护1和保护2的延时特性.由图看出，保护1可作为保护2的后备。

例如，在线路L2的K点发生短路,而保护2或断路器QF2拒绝动作时，保护1经Ⅲ段延时后动作于QF1跳闸。

某些主保护如差动保护等只对本元件的故障作出反应，而在被保护元件的外部故障时不反应，那么就应该装设后备保护，作为本元件和相邻元件的后备。

例如变压器主保护采用纵联差动保护，在保护两侧连接差动保护的电流互感器以外发生短路，变压器差动就不能反应。

当降压变压器低压侧所连接的母线上没有安装保护装置而发生短路时，变压器的后备保护就能起到保护的作用.远后备的优点是简单，对相邻元件的保护、断路器以及有关设备都起到后备作用,所以在3—35kV及110KV网络中得到广泛应用。

在220KV的线路保护中,如能实现远后备时，则采用远后备方式，或同时采用远近结合的后备方式。

远后备保护的缺点是:(1）在许多情况下后备保护的灵敏度不够。

例如距离保护,当在保护安装处与故障点之间连接有其他分支电源时，这些电源将供给附加的短路电流（助增电流)，使通过故障线路的电流大于流入保护装置的电流，如图1—2所示。

Ik=IAB +ICB，由于ICB的加入使得B母线上的残压升高，结果导致A母线的残压升高,而阻抗继电器测量元件得到的实际值为Z=UA /IAB升高，使Z也变大，从而后备保护的动作范围大大缩短，甚至起不到相邻元件后备保护的作用.(2)动作时限比较长，因为它必须与相邻线路的后备保护相配合，所以动作时限往往不能满足系统稳定的要求。

(3）在连接复杂的电网中，远后备不能实现有选择的阶段后备。

(二）近后备实现近后备有两种方式，一种是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护实现后备；另一种是当断路器拒动时，由断路器失灵保护实现后备。

近后备实质上是对主保护在一定程度上的补充。

我们知道，主保护就是对被保护元件的全部实现保护。

例如,对线路的100％范围进行保护，而近后备的实质也就是当线路在100%范围内发生故障,且主保护拒动时实现保护作用.另外,在超高压电网中的元件保护中也往往采用双重保护，例如电压等级在220kV及以上的变压器保护和母线保护中装设双重差动保护等。

双重保护的作用就是互为备用，当某一套保护拒动时,另一套保护可以动作跳闸，其实质也是一种近后备的作用。

还有一些属于远近结合的备用保护,例如三段式电流保护中的第Ⅲ段等；作为高频保护后备的零序保护和距离保护的第Ⅲ段等。

近后备的优点是：能可靠地起到后备作用，动作速度快，在结构复杂的电网中，能够实现有选择的阶段后备。

当然，近后备作为主保护的补充，将增加保护的复杂性和投资费用，这是它的缺点。

当保护元件的断路器失灵拒绝跳闸时，另一种近后备保护方式就称为断路器失灵保护。

断路器失灵保护是通过故障元件的保护,作用于同一变电所相邻元件断路器并使其跳闸的接线。

断路器失灵保护是近后备中防止断路器拒动的一项有效措施,当远后备不能满足系统要求时，可考虑装设断路器失灵保护。

断路器失灵保护主要用于110kV及以上电压等级的电网中。

三、辅助保护为了补充主保护的不足(例如为了消除主保护或后备保护元件的死区）或为加速切除某部分故障而增加的保护称为辅助保护。