浅谈继电保护的原理及应用分析 武鹏

浅谈继电保护的原理及应用分析武鹏

摘要：继电保护是电力系统设计有关事故时减小停电范围、限制事故对设备损

害的一个领域。电力系统继电保护方式的设计与配置是否合理，直接影响电力系

统的安全运行，故选择保护方式时，要满足继电保护的基本要求。选择保护方式

和正确的整定计算，以保证电力稀有的安全运行。

关键词：继电保护；原理；应用

序言：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。

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，以期实现防患于未然，进一步提高大机组的安全可靠性

一、组成：

一般情况而言，整套继电保护装置由测量元件、逻辑环节和执行输出三部分

组成。

测量比较部分

测量比较部分是测量通过被保护的电气元件的物理参量，并与给定的值进行

比较，根据比较的结果，给出“是”“非”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置

是否应该启动。

逻辑部分

逻辑部分使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是

应该使断路器跳闸、发出信号或是否动作及是否延时等，并将对应的指令传给执

行输出部分。

执行输出部分

执行输出部分根据逻辑传过来的指令，最后完成保护装置所承担的任务。如

在故障时动作于跳闸，不正常运行时发出信号，而在正常运行时不动作等。

二、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。

三、网络化

计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生

产和社会生活的面貌发生了根本变化。它深刻影响着各个工业领域，也为各个工

业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，除了差动保护和纵联保护外，所

有继电保护装置都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除

故障元件，缩小事故影响范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外

早已提出过系统保护的概念，这在当时主要指安全自动装置。因继电保护的作用

不只限于切除故障元件和限制事故影响范围（这是首要任务），还要保证全系统

的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息的数据，各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调动作，确保

系统的安全稳定运行。

对于一般的非系统保护，实现保护装置的计算机联网也有很大的好处。继电

保护装置能够得到的系统故障信息愈多，则对故障性质、故障位置的判断和故障

距离的检测愈准确。对自适应保护原理的研究已经过很长的时间，也取得了一定

的成果，但要真正实现保护对系统运行方式和故障状态的自适应，必须获得更多

的系统运行和故障信息，只有实现保护的计算机网络化，才能做到这一点。

对于某些保护装置实现计算机联网，也能提高保护的可靠性。天津大学1993

年针对未来三峡水电站500kV超高压多回路母线提出了一种分布式母线保护的原理，初步研制成功了这种装置。

由上述可知，微机保护装置网络化可大大提高保护性能和可靠性，这是微机

保护发展的必然趋势。

四、保护、控制、测量、数据通信一体化

在实现继电保护的计算机化和网络化的条件下，保护装置实际上就是一台高

性能、多功能的计算机，是整个电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可从

网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件

的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此，每个微机保护装置不

但可完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可完成测量、控制、数

据通信功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。

目前，为了测量、保护和控制的需要，室外变电站的所有设备，如变压器、

线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。所敷设的大量控制电缆

不但要大量投资，而且使二次回路非常复杂。但是如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的计算机装置，就地安装在室外变电站的被保护设备旁，将

被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主

控室，则可免除大量的控制电缆。如果用光纤作为网络的传输介质，还可免除电

磁干扰。现在光电流互感器（OTA）和光电压互感器（OTV）已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用OTA和OTV的情况下，保护装置应放

在距OTA和OTV最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OTA和OTV的光信

号输入到此一体化装置中并转换成电信号后，一方面用作保护的计算判断；另一

方面作为测量量，通过网络送到主控室。从主控室通过网络可将对被保护设备的

操作控制命令送到此一体化装置，由此一体化装置执行断路器的操作。1992年天

津大学提出了保护、控制、测量、通信一体化问题，并研制了以TMS320C25数字