什么是繼電保護(hù)，它的作用及原理又是什么？看完后終于懂了
閱讀次數(shù)：963 2022-03-28 09:48:15
當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件（如發(fā)電機(jī)、線路等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障危及電力系統(tǒng)安全運(yùn)行時(shí)，能夠向運(yùn)行值班人員及時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，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發(fā)展的一種自動(dòng)化措施和設(shè)備。實(shí)現(xiàn)這種自動(dòng)化措施的成套設(shè)備，一般通稱為繼電保護(hù)裝置。
本期就為大家詳細(xì)介紹繼電保護(hù)的基本原理、基本要求、基本任務(wù)、分類和常見故障分析及其處理。
繼電保護(hù)裝置必須具有正確區(qū)分被保護(hù)元件是處于正常運(yùn)行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護(hù)區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護(hù)裝置要實(shí)現(xiàn)這一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎(chǔ)來構(gòu)成。
電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：
短路時(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負(fù)荷電流增大至大大超過負(fù)荷電流。
b.電壓降低
當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時(shí)，系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點(diǎn)，電壓越低。
正常運(yùn)行時(shí)電流與電壓間的相位角是負(fù)荷的功率因數(shù)角，一般約為20°，三相短路時(shí)，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(hù)反方向三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角則是180°+(60°～85°)。
測(cè)量阻抗即測(cè)量點(diǎn)(保護(hù)安裝處)電壓與電流之比值。正常運(yùn)行時(shí)，測(cè)量阻抗為負(fù)荷阻抗；金屬性短路時(shí)，測(cè)量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗，故障后測(cè)量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。
不對(duì)稱短路時(shí)，出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序電流和負(fù)序電壓分量；單相接地時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運(yùn)行時(shí)是不出現(xiàn)的。利用短路故障時(shí)電氣量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù)。
此外，除了上述反應(yīng)工頻電氣量的保護(hù)外，還有反應(yīng)非工頻電氣量的保護(hù)，如瓦斯保護(hù)。
基本要求
繼電保護(hù)裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性四個(gè)基本要求。對(duì)于作用于繼電器跳閘的繼電保護(hù)，應(yīng)同時(shí)滿足四個(gè)基本要求，而對(duì)于作用于信號(hào)以及只反映不正常的運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置，這四個(gè)基本要求中有些要求可以降低。
選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí)，其繼電保護(hù)僅將故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除。
速動(dòng)性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大電流、低電壓運(yùn)行的時(shí)間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。
a.使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值(一般為0.7倍額定電壓)。
b.大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器和電動(dòng)機(jī)內(nèi)部故障。
c.中、低壓線路導(dǎo)線截面過小，為避免過熱不允許延時(shí)切除的故障。
d.可能危及人身安全、對(duì)通信系統(tǒng)造成強(qiáng)烈干擾的故障。
故障切除時(shí)間包括保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間，一般快速保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為0.04s～0.08s，最快的可達(dá)0.01s～0.04s，一般斷路器的跳閘時(shí)間為0.06s～0.15s，最快的可達(dá)0.02s～0.06s。
對(duì)于反應(yīng)不正常運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置，一般不要求快速動(dòng)作，而應(yīng)按照選擇性的條件，帶延時(shí)地發(fā)出信號(hào)。
靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運(yùn)行情況時(shí)，保護(hù)裝置的反應(yīng)能力，保護(hù)裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量。
能滿足靈敏性要求的繼電保護(hù)，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置和短路的類型如何，以及短路點(diǎn)是否有過渡電阻，都能正確反應(yīng)動(dòng)作，即要求不但在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)能可靠動(dòng)作，而且在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時(shí)也能可靠動(dòng)作。
被保護(hù)線路末端短路時(shí)，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護(hù)裝置的短路電流為最大運(yùn)行方式。
在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過保護(hù)裝置的短路電流為最小的運(yùn)行方式。
可靠性包括安全性和信賴性，是對(duì)繼電保護(hù)最根本的要求。
要求繼電保護(hù)在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作，即不發(fā)生誤動(dòng)。
要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)可靠動(dòng)作，即不拒動(dòng)。
繼電保護(hù)的誤動(dòng)作和拒動(dòng)作都會(huì)給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重危害，即使對(duì)于相同的電力元件，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，保護(hù)不誤動(dòng)和不拒動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響也會(huì)發(fā)生變化。
以上四個(gè)基本要求是設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)繼電保護(hù)的依據(jù)，又是分析評(píng)價(jià)繼電保護(hù)的基礎(chǔ)。這四個(gè)基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實(shí)際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進(jìn)行統(tǒng)一。
基本任務(wù)
電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：
①自動(dòng)、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(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。
②反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件（如有無(wú)經(jīng)常值班人員）而動(dòng)作于信號(hào)，以便值班員及時(shí)處理，或由裝置自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運(yùn)行就會(huì)引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予以切除。此時(shí)一般不要求保護(hù)迅速動(dòng)作，而是根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時(shí)，以免暫短地運(yùn)行波動(dòng)造成不必要的動(dòng)作和干擾而引起的誤動(dòng)。
③繼電保護(hù)裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動(dòng)化裝置配合，在條件允許時(shí)，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
有輸電線保護(hù)和主設(shè)備保護(hù)（如發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、電抗器、電容器等保護(hù)）。
有短路故障保護(hù)和異常運(yùn)行保護(hù)。前者又可分為主保護(hù)、后備保護(hù)和輔助保護(hù)；后者又可分為過負(fù)荷保護(hù)、失磁保護(hù)、失步保護(hù)、低頻保護(hù)、非全相運(yùn)行保護(hù)等。
③按保護(hù)裝置進(jìn)行比較和運(yùn)算處理的信號(hào)量分類
有模擬式保護(hù)和數(shù)字式保護(hù)，一切機(jī)電型、整流型、晶體管型和集成電路型（運(yùn)算放大器）保護(hù)裝置，它們直接反映輸入信號(hào)的連續(xù)模擬量，均屬模擬式保護(hù)；采用微處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)的保護(hù)裝置，它們反應(yīng)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(hù)。
有過電流保護(hù)、低電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、功率方向保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、縱聯(lián)保護(hù)、瓦斯保護(hù)等。
發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)運(yùn)行中有異?；虼嬖谌毕輹r(shí)，除了加強(qiáng)監(jiān)視外，對(duì)能引起誤動(dòng)的保護(hù)退其出口壓板，然后聯(lián)系繼保人員處理。
如有下列異常情況，均應(yīng)及時(shí)退出：
在發(fā)出“母差交流斷線”、“母差直流電壓消失”信號(hào)時(shí)；母差不平衡電流不為零時(shí)；無(wú)專用旁路母線的母聯(lián)開關(guān)串代線路操作及恢復(fù)倒閘操作中。
當(dāng)直流電源消失時(shí)；定期通道試驗(yàn)參數(shù)不符合要求時(shí)；裝置故障或通道異常信號(hào)發(fā)出無(wú)法復(fù)歸時(shí)；旁母代線路開關(guān)操作過程中。
當(dāng)采用的PT退出運(yùn)行或三相電壓回路斷線時(shí)；正常情況下助磁電流過大、過小時(shí)；負(fù)荷電流超過保護(hù)允許電流相應(yīng)段時(shí)。
總告警燈亮，同時(shí)四個(gè)保護(hù)（高頻、距離、零序、綜重）之一告警燈亮?xí)r，退出相應(yīng)保護(hù)；如果兩個(gè)CPU故障，應(yīng)退出該裝置所有保護(hù)；告警插件所有信號(hào)燈不亮，如果電源指示燈熄滅，說明直流消失，應(yīng)退出出口壓板，在恢復(fù)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(hào)，如CPU正常，說明保護(hù)與接口CPU間通訊回路異常，退出CPU巡檢開關(guān)處理，若信號(hào)無(wú)法復(fù)歸，說明CPU有致命缺陷，應(yīng)退出保護(hù)出口壓板并斷開巡檢開關(guān)處理。
在變壓器運(yùn)行中加油、濾油或換硅膠時(shí)；潛油泵或冷油器（散熱器）放油檢修后投入時(shí)；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(shí)；有載調(diào)壓開關(guān)油路上有人工作時(shí)。
繼電保護(hù)常見的故障分析
電流互感器的飽和對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的影響是非常之大。隨著配電系統(tǒng)設(shè)備終端負(fù)荷的不斷增容，如果發(fā)生短路，則短路電流會(huì)很大。如果是系統(tǒng)在靠近終端設(shè)備區(qū)的位置發(fā)生短路時(shí)，電流可能會(huì)達(dá)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，越大電流互感器誤差是隨著一次短路電流倍數(shù)增大而增大，當(dāng)電流速斷保護(hù)使靈敏度降低時(shí)就可能阻止動(dòng)作。在線路短路時(shí)，由于電流互感器的電流出現(xiàn)了飽和，而再次感應(yīng)的二次電流小或者接近于零，也會(huì)導(dǎo)致定時(shí)限過流保護(hù)裝置無(wú)法展開動(dòng)作。當(dāng)在配電系統(tǒng)的出口線過流保護(hù)拒絕動(dòng)作時(shí)而導(dǎo)致配電所進(jìn)口線保護(hù)動(dòng)作了，則會(huì)使整個(gè)配電系統(tǒng)出現(xiàn)斷電的狀況。
②開關(guān)保護(hù)設(shè)備的選擇不當(dāng)
開關(guān)保護(hù)設(shè)備的選擇是非常重要的一項(xiàng)工作，現(xiàn)在的多數(shù)配電都在高負(fù)荷密集的地區(qū)建立起開關(guān)站，也就是采用變電所—開關(guān)站—配電變壓器的供電輸電的模式。在未實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)自動(dòng)化的開關(guān)站內(nèi)，我們應(yīng)當(dāng)更多地采用負(fù)荷開關(guān)或與其組合的繼電器設(shè)備系統(tǒng)作為開關(guān)保護(hù)的設(shè)備。
繼電保護(hù)故障的處理方法和措施
用完好的元件代替被認(rèn)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找范圍；
通過對(duì)正常設(shè)備和非正常設(shè)備的相關(guān)技術(shù)參數(shù)對(duì)比，找出不正常設(shè)備的故障點(diǎn)。這個(gè)方法主要用于檢查接線錯(cuò)誤、定值校驗(yàn)過程中測(cè)試值與預(yù)想值有比較大差異的故障。在進(jìn)行改造和設(shè)備更換之后二次接線不能正確恢復(fù)時(shí)，可參照同類設(shè)備的接線。并在繼電器定值校驗(yàn)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)某一只繼電器測(cè)試值與整定值相差得比較遠(yuǎn)，此時(shí)，不可以輕易做出判斷，判斷該繼電器特性不好，應(yīng)當(dāng)調(diào)整繼電器上的刻度值，可用同只表計(jì)去測(cè)量其他相同回路同類繼電器進(jìn)行比較；
將回路某一段或一部分用短接線短接，來進(jìn)行判斷故障是否存在短接線范圍內(nèi)或者其他地方，這樣來確定故障范圍。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(dòng)作、判斷控制等轉(zhuǎn)換開關(guān)的接點(diǎn)是否完好。
合理的人員配置，使人員調(diào)度和協(xié)助能順利進(jìn)行，明確人員工作目標(biāo)，保證電力正常運(yùn)行；完善規(guī)章制度，根據(jù)繼電保護(hù)的特點(diǎn)，健全和完善保護(hù)裝置運(yùn)行管理的規(guī)章制度，繼電保護(hù)設(shè)備臺(tái)賬、運(yùn)行維護(hù)、事故分析、定期校驗(yàn)、缺陷處理等檔案應(yīng)逐步采用計(jì)算機(jī)管理跟蹤檢查、嚴(yán)格考核、實(shí)行獎(jiǎng)懲；對(duì)二次設(shè)備實(shí)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，對(duì)綜合自動(dòng)化變電站而言，容易實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
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