電力江湖行
當電力系統中的電力元件（如發電機、線路等）或電力系統本身發生了故障危及電力系統安全執行時，能夠向執行值班人員及時發出警告訊號，或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令以終止這些事件發展的一種自動化措施和裝置。實現這種自動化措施的成套裝置，一般通稱為繼電保護裝置。
本期就為大家詳細介紹繼電保護的基本原理、基本要求、基本任務、分類和常見故障分析及其處理。
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基本原理
繼電保護裝置必須具有正確區分被保護元件是處於正常執行狀態還是發生了故障，是保護區內故障還是區外故障的功能。保護裝置要實現這一功能，需要根據電力系統發生故障前後電氣物理量變化的特徵為基礎來構成。
電力系統發生故障後，工頻電氣量變化的主要特徵是：
a.電流增大
短路時故障點與電源之間的電氣裝置和輸電線路上的電流將由負荷電流增大至大大超過負荷電流。
b。電壓降低
當發生相間短路和接地短路故障時，系統各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。
c。電流與電壓之間的相位角改變
正常執行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數角，一般約為20°，三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為60°～85°，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是180°+（60°～85°）。
d。測量阻抗發生變化
測量阻抗即測量點（保護安裝處）電壓與電流之比值。正常執行時，測量阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗轉變為線路阻抗，故障後測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。
不對稱短路時，出現相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現負序電流和負序電壓分量；單相接地時，出現負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常執行時是不出現的。利用短路故障時電氣量的變化，便可構成各種原理的繼電保護。
此外，除了上述反應工頻電氣量的保護外，還有反應非工頻電氣量的保護，如瓦斯保護。
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基本要求
繼電保護裝置為了完成它的任務，必須在技術上滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個基本要求。對於作用於繼電器跳閘的繼電保護，應同時滿足四個基本要求，而對於作用於訊號以及只反映不正常的執行情況的繼電保護裝置，這四個基本要求中有些要求可以降低。
①選擇性
選擇性就是指當電力系統中的裝置或線路發生短路時，其繼電保護僅將故障的裝置或線路從電力系統中切除，當故障裝置或線路的保護或斷路器拒動時，應由相鄰裝置或線路的保護將故障切除。
②速動性
速動性是指繼電保護裝置應能儘快地切除故障，以減少裝置及使用者在大電流、低電壓執行的時間，降低裝置的損壞程度，提高系統並列執行的穩定性。
一般必須快速切除的故障有：
a。使發電廠或重要使用者的母線電壓低於有效值（一般為0。7倍額定電壓）。
b。大容量的發電機、變壓器和電動機內部故障。
c。中、低壓線路導線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障。
d。可能危及人身安全、對通訊系統造成強烈干擾的故障。
故障切除時間包括保護裝置和斷路器動作時間，一般快速保護的動作時間為0。04s～0。08s，最快的可達0。01s～0。04s，一般斷路器的跳閘時間為0。06s～0。15s，最快的可達0。02s～0。06s。
對於反應不正常執行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應按照選擇性的條件，帶延時地發出訊號。
③靈敏性
靈敏性是指電氣裝置或線路在被保護範圍內發生短路故障或不正常執行情況時，保護裝置的反應能力，保護裝置的靈敏性是用靈敏係數來衡量。
能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規定的範圍內故障時，不論短路點的位置和短路的型別如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應動作，即要求不但在系統最大執行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統最小執行方式下經過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。
系統最大執行方式：
被保護線路末端短路時，系統等效阻抗最小，透過保護裝置的短路電流為最大執行方式。
系統最小執行方式：
在同樣短路故障情況下，系統等效阻抗為最大，透過保護裝置的短路電流為最小的執行方式。
④可靠性
可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護最根本的要求。
a。安全性
要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發生誤動。
b。信賴性
要求繼電保護在規定的保護範圍內發生了應該動作的故障時可靠動作，即不拒動。
繼電保護的誤動作和拒動作都會給電力系統帶來嚴重危害，即使對於相同的電力元件，隨著電網的發展，保護不誤動和不拒動對系統的影響也會發生變化。
以上四個基本要求是設計、配置和維護繼電保護的依據，又是分析評價繼電保護的基礎。這四個基本要求之間是相互聯絡的，但往往又存在著矛盾。因此，在實際工作中，要根據電網的結構和使用者的性質，辯證地進行統一。
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基本任務
電力系統繼電保護的基本任務是：
①自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，使故障元件免於繼續遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常執行。
②反應電氣元件的不正常執行狀態，並根據執行維護的條件（如有無經常值班人員）而動作於訊號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調整，或將那些繼續執行就會引起損壞或發展成為事故的電氣裝置予以切除。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據對電力系統及其元件的危害程度規定一定的延時，以免暫短地執行波動造成不必要的動作和干擾而引起的誤動。
③繼電保護裝置還可以與電力系統中的其他自動化裝置配合，在條件允許時，採取預定措施，縮短事故停電時間，儘快恢復供電，從而提高電力系統執行的可靠性。
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分類
繼電保護可按以下4種方式分類：
①按被保護物件分類
有輸電線保護和主裝置保護（如發電機、變壓器、母線、電抗器、電容器等保護）。
②按保護功能分類
有短路故障保護和異常執行保護。前者又可分為主保護、後備保護和輔助保護；後者又可分為過負荷保護、失磁保護、失步保護、低頻保護、非全相執行保護等。
③按保護裝置進行比較和運算處理的訊號量分類
有模擬式保護和數字式保護，一切機電型、整流型、電晶體型和積體電路型（運算放大器）保護裝置，它們直接反映輸入訊號的連續模擬量，均屬模擬式保護；採用微處理機和微型計算機的保護裝置，它們反應的是將模擬量經取樣和模/數轉換後的離散數字量，這是數字式保護。
④按保護動作原理分類
有過電流保護、低電壓保護、過電壓保護、功率方向保護、距離保護、差動保護、縱聯保護、瓦斯保護等。
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異常
發現繼電保護執行中有異常或存在缺陷時，除了加強監視外，對能引起誤動的保護退其出口壓板，然後聯絡繼保人員處理。
如有下列異常情況，均應及時退出：
①母差保護
在發出“母差交流斷線”、“母差直流電壓消失”訊號時；母差不平衡電流不為零時；無專用旁路母線的母聯開關串代線路操作及恢復倒閘操作中。
②高頻保護
當直流電源消失時；定期通道試驗引數不符合要求時；裝置故障或通道異常訊號發出無法復歸時；旁母代線路開關操作過程中。
③距離保護
當採用的PT退出執行或三相電壓回路斷線時；正常情況下助磁電流過大、過小時；負荷電流超過保護允許電流相應段時。
④微機保護
總告警燈亮，同時四個保護（高頻、距離、零序、綜重）之一告警燈亮時，退出相應保護；如果兩個CPU故障，應退出該裝置所有保護；告警外掛所有訊號燈不亮，如果電源指示燈熄滅，說明直流消失，應退出出口壓板，在恢復直流電源後再投入；總告警燈及呼喚燈亮，且列印顯示CPU×ERR訊號，如CPU正常，說明保護與介面CPU間通訊迴路異常，退出CPU巡檢開關處理，若訊號無法復歸，說明CPU有致命缺陷，應退出保護出口壓板並斷開巡檢開關處理。
⑤瓦斯保護
在變壓器執行中加油、濾油或換矽膠時；潛油泵或冷油器（散熱器）放油檢修後投入時；需要開啟呼吸系統的放氣門或放油塞子，或清理吸溼器時；有載調壓開關油路上有人工作時。
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繼電保護常見的故障分析
①電流互感飽和故障
電流互感器的飽和對電力系統繼電保護的影響是非常之大。隨著配電系統裝置終端負荷的不斷增容，如果發生短路，則短路電流會很大。如果是系統在靠近終端裝置區的位置發生短路時，電流可能會達到或者接近電流互感器單次額定電流的100倍以上。在常態短路情況下，越大電流互感器誤差是隨著一次短路電流倍數增大而增大，當電流速斷保護使靈敏度降低時就可能阻止動作。線上路短路時，由於電流互感器的電流出現了飽和，而再次感應的二次電流小或者接近於零，也會導致定時限過流保護裝置無法展開動作。當在配電系統的出口線過流保護拒絕動作時而導致配電所進口線保護動作了，則會使整個配電系統出現斷電的狀況。
②開關保護裝置的選擇不當
開關保護裝置的選擇是非常重要的一項工作，現在的多數配電都在高負荷密集的地區建立起開關站，也就是採用變電所—開關站—配電變壓器的供電輸電的模式。在未實現繼電保護自動化的開關站內，我們應當更多地採用負荷開關或與其組合的繼電器裝置系統作為開關保護的裝置。
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繼電保護故障的處理方法和措施
①常見的繼電保護故障的處理方法
a.替換法
用完好的元件代替被認定有故障的元件，來判斷它的好與壞，可以快速縮小故障的查詢範圍；
b.參照法
透過對正常裝置和非正常裝置的相關技術引數對比，找出不正常裝置的故障點。這個方法主要用於檢查接線錯誤、定值校驗過程中測試值與預想值有比較大差異的故障。在進行改造和裝置更換之後二次接線不能正確恢復時，可參照同類裝置的接線。並在繼電器定值校驗時，如果發現某一隻繼電器測試值與整定值相差得比較遠，此時，不可以輕易做出判斷，判斷該繼電器特性不好，應當調整繼電器上的刻度值，可用同只表計去測量其他相同迴路同類繼電器進行比較；
c.短接法
將回路某一段或一部分用短接線短接，來進行判斷故障是否存在短接線範圍內或者其他地方，這樣來確定故障範圍。此法主要是用在電磁鎖失靈、電流回路開路、切換繼電器不動作、判斷控制等轉換開關的接點是否完好。
②確保繼電保護正常執行的措施
合理的人員配置，使人員排程和協助能順利進行，明確人員工作目標，保證電力正常執行；完善規章制度，根據繼電保護的特點，健全和完善保護裝置執行管理的規章制度，繼電保護裝置臺賬、執行維護、事故分析、定期校驗、缺陷處理等檔案應逐步採用計算機管理跟蹤檢查、嚴格考核、實行獎懲；對二次裝置實行狀態監測方法，對綜合自動化變電站而言，容易實現繼電保護狀態監測。
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編輯：江湖君
