2020黑龙江国家电网校园招聘：电力系统继电保护基础知识讲解

　　继电保护的目的是对所保护的对象进行保护和监控，当设备出现异常或故障时，根据设定好的延时动作于报警或跳闸。而继电保护设备的调试就是确保故障时，保护装置能够准确、快速地动作。  

 

      当电力系统中的电力元件(如发电机、线路)或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时，需要有向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令，以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施、用于保护电力元件的成套硬件设备，一般通称为继电保护装置。继电保护装置是保证电力元件安全运行的基本的装备。

 

     1电力系统继电保护的作用

 

　　电力系统为什么要设置继电保护呢？因为在电力系统运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态：1、各种形式短路：最危险和最常见的故障。会产生很大短路电流和电弧，使故障元件损坏；短路电流引起非故障元件损坏或缩短寿命；部分地区电压降低，影响用户；破坏系统并列运行的稳定性，严重时造成系统瓦解。2、不正常运行状态：电气元件正常工作遭破坏，但没有故障。过负荷（最常见的不正常运行状态）、频率降低、过电压、系统振荡等。故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。

 

　　如何应对电力系统故障？首先采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性。如在设备制造、工程设计等方面采取绝缘配合，设置避雷线等；在设备使用上，加强对设备的维护和检修。其次采取各种措施减轻故障发生所带来的危害。如可以利用限流器、消弧线圈等装置；减轻危害最有效的方法之一就是迅速而有选择性地切除（隔离）故障元件。

 

      2继电保护的类型

 

　　由于电力系统的电压等级越来越高，电网和设备的容量越来越大，保护的原理也越来越先进，保护也越来越复杂，所以使用的继电保护装置的种类也很多。按照被测量的电气量来划分，现在常用的继电保护有以下四类：

 

     1.反映电流量数值变化的保护。包括各种正负序电流量的增大或减小。例如各种电器设备上都装设的过流保护，是采用最多的保护。

 

     2.反映电压量数值变化的保护。包括各种正负序电压量的降低或升高。例如低电压保护。

 

     3.反映两个或多个电气量之间相位变化的保护。包括电流与电压之间的相位变化、电流与电流之间的相位变化、电压与电压之间的相位变化。例如方向保护、差动保护、同期检测。

 

     4.反映系统阻抗变化的保护。根据电工原理可知，阻抗反映的是电流与电压之间的关系，例如距离保护。

 

　　继电保护装置的组成

 

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继电保护的构成原理虽然很多，但是在一般情况下，整套继电保护装置是由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件三部分组成的。如图所示。

 

 

 

     1 测量比较元件

 

　　测量比较元件测量通过被保护的电力元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出 “是”或“非”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。根据需要继电保护装置旺旺具有一个或多个测量比较元件。常用的测量比较元件由：被测电气量超过给定值而动作的继电器，如过流继电器、过电压继电器等；被测电气量低于给定值而动作的欠量继电器，如低电压继电器、阻抗继电器等；被测电压、电流之间相位角满足一定值而动作的继电器，如功率方向继电器。

 

     2 逻辑判断元件

 

　　逻辑判断元件根据测量比较元件输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出元件。

 

     3执行输出元件

 

　　执行输出元件根据逻辑判断元件传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出报警或不动作

 

     4继电保护装置的分类

 

     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。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。

 

     5对继电保护的基本要求

 

　　动作于跳闸的继电保护，在技术上一般满足四条基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

 

     1.选择性

 

　　选择性是指继电保护装置动作时，仅将故障故障元件从电力系统中切除，保证系统中非故障元件仍然能够继续安全运行，使停电范围尽量缩小。为此，保护要尽力跳开离故障点最近的断路器，如图所示。

 

 

     2.速动性

 

　　速动性是指尽可能快地切除故障，以减少设备及永华在大短路电流、低电压下的运行时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性以及自动重合闸和备用电源自动投入装置的动作成功率。

 

     3.灵敏性

 

　　灵敏性是指保护装置对其保护范围内发生的故障或不正常工作状态的反映能力。满足灵敏性要求的保护装置是在规定的保护范围内部故障时，在系统任意的运行条件下，无论短路点的位置、短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，当发生短路时都能灵敏反映。灵敏性通常用灵敏系数Ksen或灵敏度来衡量。

 

　　在GB／T 14285—2006《继电保护及安全自动装置技术规程》中，对各类保护灵敏性系数的要求都做了具体规定。

 

     4.可靠性

 

　　可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了他应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在发生任何其他该保护不应该动作的故障时，则不应该误动作。

 

　　保护装置的可靠性主要依赖于保护装置本身的质量和运维水平。一般说来，保护装置的组成元件质量越高、接线越简单、回路中继电器的触点数量越少，则可靠性越高。同时，精细的制造工艺、正确的调整试验、良好的运行维护以及丰富的运行经验，对于提高保护的可靠性也具有重要的作用。

 

　　保护装置的误动和拒动都会给电力系统造成试验的危害。但提高其不误动作的可靠性和不拒动的可靠性的措施常常是相互矛盾的。由于电力系统的结构和符合性质的不同，误动和拒动的危害程度也有所不同，因而提高保护装置可靠性的着重点在各种具体情况下也有所不同。

 

     6继电保护的配合

 

　　每一套保护都有预先严格划定的保护范围，只有在保护范围内故障，该保护才动作。为了确保故障元件能够被切除，电力系统中的每一个重要元件都必须配备至少两套保护，一套称为主保护，另一套称为后备保护，使电力系统的每一处都处在保护范围的覆盖下，系统任意点的故障都能被自动发现并切除。每一个电力元件如何配置保护、配置几套保护，以及各电力元件继电保护之间怎样配合，需要根据电力元件的重要程度及其对系统影响的重要程度等因素决定。

 

　　主保护：反应被保护元件自身的故障并以尽可能短的延时，有选择性地切除故障的保护称为主保护。

 

　　后备保护：当主保护拒动时起作用，从而动作于相应断路器以切除故障元件。

 

　　近后备保护：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。

 

　　远后备保护：当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。

 

　　辅助保护：为补充主保护和后备保护的不足，而增设的较简单的保护。

 

　　主保护、后备保护的示例如图2-3所示。

 

　　为了最大限度地减小故障对电力系统产生的影响，应保证由主保护快速切除任何类型的故障，一般后备保护都延时动作，等待主保护确实不动作后才动作。因此，主保护与后备保护之间存在动作时间和动作灵敏度的配合。