在電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行中，繼電保護裝置宛如忠誠的衛(wèi)士，發(fā)揮著至關重要的作用。當電力系統(tǒng)中的電力元件（如發(fā)電機、線路等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生故障，危及電力系統(tǒng)安全運行時，繼電保護裝置能夠向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令，以終止這些事件的發(fā)展。本期將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。

     一、基本原理

   繼電保護裝置必須具備準確區(qū)分被保護元件是處于正常運行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，以及是保護區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。這一功能的實現(xiàn)，是基于電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征。

電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化呈現(xiàn)出以下主要特征：

1. 電流增大：短路時，故障點與電源之間的電氣設備和輸電線路上的電流會從負荷電流急劇增大至遠超負荷電流的水平。這是因為短路導致電路阻抗大幅減小，根據(jù)歐姆定律，電流會相應增大。
2. 電壓降低：當發(fā)生相間短路和接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值會下降，并且越靠近短路點，電壓越低。這是由于短路點的阻抗減小，使得電壓分配發(fā)生變化。
3. 電流與電壓之間的相位角改變：正常運行時，電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數(shù)角，一般約為 20°。三相短路時，電流與電壓之間的相位角由線路的阻抗角決定，通常為 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變?yōu)?180° + (60° - 85°)。
4. 測量阻抗發(fā)生變化：測量阻抗即測量點（保護安裝處）電壓與電流之比值。正常運行時，測量阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。

    此外，不對稱短路時會出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時，會出現(xiàn)負序電流和負序電壓分量；單相接地時，會出現(xiàn)負序和零序電流和電壓分量，這些分量在正常運行時是不存在的。利用短路故障時電氣量的這些變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護。除了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，它主要用于變壓器等設備內(nèi)部故障的保護。

     二、基本要求

     繼電保護裝置為了完成其任務，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。對于作用于繼電器跳閘的繼電保護，應同時滿足這四個基本要求；而對于作用于信號以及只反映不正常運行情況的繼電保護裝置，部分要求可以適當降低。

1. 選擇性：當電力系統(tǒng)中的設備或線路發(fā)生短路時，繼電保護僅將故障的設備或線路從電力系統(tǒng)中切除。當故障設備或線路的保護或斷路器拒動時，應由相鄰設備或線路的保護將故障切除，以確保無故障部分的正常運行。
2. 速動性：繼電保護裝置應能盡快切除故障，以減少設備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。一般來說，必須快速切除的故障包括使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值（通常為 0.7 倍額定電壓）、大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內(nèi)部故障、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以及可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)造成強烈干擾的故障等。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，快可達 0.01s - 0.04s，一般斷路器的跳閘時間為 0.06s - 0.15s，快可達 0.02s - 0.06s。對于反應不正常運行情況的繼電保護裝置，通常不要求快速動作，而是按照選擇性的條件，帶延時地發(fā)出信號。
3. 靈敏性：指電氣設備或線路在被保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力，用靈敏系數(shù)來衡量。能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時，不論短路點的位置和短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應動作。這意味著它不僅要在系統(tǒng)運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統(tǒng)運行方式下經(jīng)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(tǒng)運行方式是指被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗，通過保護裝置的短路電流為的運行方式；系統(tǒng)運行方式則是在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為，通過保護裝置的短路電流為的運行方式。
4. 可靠性：包括安全性和信賴性，是對繼電保護根本的要求。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(fā)生誤動；信賴性要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)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(tǒng)帶來嚴重危害，并且隨著電網(wǎng)的發(fā)展，保護不誤動和不拒動對系統(tǒng)的影響也會發(fā)生變化。

這四個基本要求相互聯(lián)系，但又常常存在矛盾。在實際工作中，需要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進行統(tǒng)一。

     三、基本任務

     電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務主要有以下幾點：

1. 自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行。
2. 反應電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件（如有無經(jīng)常值班人員）而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行就會引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設備予以切除。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免暫短的運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(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。

     四、分類

    繼電保護可按以下 4 種方式進行分類：

1. 按被保護對象分類：有輸電線保護和主設備保護（如發(fā)電機、變壓器、母線、電抗器、電容器等保護）。不同的被保護對象具有不同的特點和故障類型，因此需要采用不同的保護方式。
2. 按保護功能分類：有短路故障保護和異常運行保護。前者又可分為主保護、后備保護和輔助保護；后者又可分為過負荷保護、失磁保護、失步保護、低頻保護、非全相運行保護等。主保護是指能快速、有選擇性地切除被保護設備和線路故障的保護；后備保護是在主保護或斷路器拒動時，用來切除故障的保護；輔助保護則是為了補充主保護和后備保護的不足而增設的保護。
3. 按保護裝置進行比較和運算處理的信號量分類：有模擬式保護和數(shù)字式保護。一切機電型、整流型、晶體管型和集成電路型（運算放大器）保護裝置，它們直接反映輸入信號的連續(xù)模擬量，均屬模擬式保護；采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(jīng)采樣和模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換后的離散數(shù)字量，這是數(shù)字式保護。數(shù)字式保護具有精度高、可靠性強、功能豐富等優(yōu)點，是繼電保護發(fā)展的趨勢。
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(lián)保護、瓦斯保護等。不同的保護動作原理適用于不同的故障類型和運行情況，例如過電流保護主要用于防止電路中的電流過大，而瓦斯保護則主要用于變壓器內(nèi)部故障的保護。

    五、異常情況處理

     當發(fā)現(xiàn)繼電保護運行中有異?；虼嬖谌毕輹r，除了加強監(jiān)視外，對能引起誤動的保護應退其出口壓板，然后聯(lián)系繼保人員處理。以下異常情況均應及時退出相關保護：

1. 母差保護：在發(fā)出 “母差交流斷線”“母差直流電壓消失” 信號時；母差不平衡電流不為零時；無專用旁路母線的母聯(lián)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；定期通道試驗參數(shù)不符合要求時；裝置故障或通道異常信號發(fā)出無法復歸時；旁母代線路開關操作過程中。
3. 距離保護：當采用的 PT 退出運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；告警插件所有信號燈不亮，如果電源指示燈熄滅，說明直流消失，應退出出口壓板，在恢復直流電源后再投入；總告警燈及呼喚燈亮，且打印顯示 CPU×ERR 信號，如 CPU 正常，說明保護與接口 CPU 間通訊回路異常，退出 CPU 巡檢開關處理，若信號無法復歸，說明 CPU 有致命缺陷，應退出保護出口壓板并斷開巡檢開關處理。
5. 瓦斯保護：在變壓器運行中加油、濾油或換硅膠時；潛油泵或冷油器（散熱器）放油檢修后投入時；需要打開呼吸系統(tǒng)的放氣門或放油塞子，或清理吸濕器時；有載調(diào)壓開關油路上有人工作時。

    六、常見故障分析及處理方法

1.  電流互感飽和故障：電流互感器的飽和對電力系統(tǒng)繼電保護影響極大。隨著配電系統(tǒng)設備終端負荷的不斷增容，如果發(fā)生短路，短路電流會很大。當系統(tǒng)在靠近終端設備區(qū)的位置發(fā)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(tài)短路情況下，電流互感器誤差會隨著短路電流倍數(shù)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。在線路短路時，由于電流互感器的電流出現(xiàn)了飽和，而再次感應的二次電流小或者接近于零，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(tǒng)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(tǒng)出現(xiàn)斷電的狀況。
2. 開關保護設備的選擇不當：開關保護設備的選擇至關重要?，F(xiàn)在多數(shù)配電在高負荷密集的地區(qū)建立起開關站，采用變電所 — 開關站 — 配電變壓器的供電輸電模式。在未實現(xiàn)繼電保護自動化的開關站內(nèi)，應更多地采用負荷開關或與其組合的繼電器設備系統(tǒng)作為開關保護的設備。

    七、常見故障處理方法和確保正常運行的措施

1. 常見的繼電保護故障處理方法
   • 替換法：用完好的元件代替被認定有故障的元件，以此判斷元件的好壞，可快速縮小故障的查找范圍。
   • 參照法：通過對正常設備和非正常設備的相關技術參數(shù)對比，找出不正常設備的故障點。該方法主要用于檢查接線錯誤、定值校驗過程中測試值與預想值有較大差異的故障。在進行改造和設備更換之后二次接線不能正確恢復時，可參照同類設備的接線。在繼電器定值校驗時，如果發(fā)現(xiàn)某一只繼電器測試值與整定值相差較遠，此時不能輕易判斷該繼電器特性不好，應當調(diào)整繼電器上的刻度值，可用同只表計去測量其他相同回路同類繼電器進行比較。
   • 短接法：將回路某一段或一部分用短接線短接，來判斷故障是否存在于短接線范圍內(nèi)或者其他地方，從而確定故障范圍。此法主要用于電磁鎖失靈、電流回路開路、切換繼電器不動作、判斷控制等轉(zhuǎn)換開關的接點是否完好。
2. 確保繼電保護正常運行的措施
   • 合理的人員配置，使人員調(diào)度和協(xié)助能順利進行，明確人員工作目標，保證電力正常運行。
   • 完善規(guī)章制度，根據(jù)繼電保護的特點，健全和完善保護裝置運行管理的規(guī)章制度，繼電保護設備臺賬、運行維護、事故分析、定期校驗、缺陷處理等檔案應逐步采用計算機管理，跟蹤檢查、嚴格考核、實行獎懲。
   • 對二次設備實行狀態(tài)監(jiān)測方法，對于綜合自動化變電站而言，容易實現(xiàn)繼電保護狀態(tài)監(jiān)測。