電力系統繼電保護的作用與任務

【摘要】通常把用于保護電力設備的自動裝置稱為繼電保護裝置，而把用于保護電力系統的稱為電力系統安全自動裝置。繼電保護裝置是一種以能及時反應電氣設備發(fā)生故障和不正常運行狀態(tài)時的物理量與正常運行時的差別為判據構成的自動裝置，能作用于斷路器跳閘或發(fā)出信號，因此它是保證電力設備安全運行的基本裝備，任何電力元件不得在無繼電保護的狀態(tài)下運行。

【關鍵詞】電力系統；繼電保護；作用；任務

一、繼電保護的基本性能要求

對電網繼電保護的基本性能要求，包括可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。這些要求之間，有的相輔相成，有的相互制約，需要針對不同的使用條件，分別地進行協調。對這些問題的研究分析，是電網繼電保護系統運行部門的頭等大事。

1.選擇性?；竞x是保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統中切除，使停電范圍盡量減小，以保證系統中非故障部分繼續(xù)安全運行。

2.靈敏性。保護裝置對其保護范圍內的故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力稱為靈敏性（靈敏度）。靈敏性常用靈敏系數來衡量。它是在保護裝置的測量元件確定了動作值后，按最不利的運行方式、故障類型、保護范圍內的指定點校驗，并滿足有關規(guī)定的標準。

3.速動性。速動性是指繼電保護裝置應以盡可能快的速度斷開故障元件。這樣就能減輕故障設備的損壞程度，減小用戶在低電壓情況下工作的時間，提高電力系統運行的穩(wěn)定性。

4.可靠性。可靠性是指在保護裝置規(guī)定的保護范圍內發(fā)生它應該反應的故障時，保護裝置應可靠地動作（即不拒動）。而在不屬于該保護動作的其他任何情況下，則不應該動作（即不誤動）。選擇繼電保護方案時，除設置需滿足以上四項基本性能外，還應注意其經濟性。即不僅考慮保護裝置的投資和運行維護費，還必須考慮因裝置不完善而發(fā)生拒動或誤動對國民經濟和社會生活造成的損失。

二、繼電保護的任務

1.當被保護的電力設備發(fā)生故障時，應該由該設備的繼電保護裝置自動地、迅速地、有選擇地向離故障設備最近的斷路器發(fā)出跳閘命令，將故障設備從電力系統中切除，保證無故障設備繼續(xù)運行，并防止故障設備繼續(xù)遭到破壞。

2.當電力系統出現不正常運行狀態(tài)時，根據不正常工作情況和設備運行維護條件的不同，或發(fā)出信號使值班人員能及時采取措施，或由裝置自動進行調整（如減負荷），避免不必要的動作和由于干擾而引起的誤動作。反應不正常工作狀態(tài)的繼電保護，通常都不需要立即動作，可帶一定的延時。

3.繼電保護與自動重合閘裝置配合，可在輸電線路發(fā)生瞬時性故障時，迅速恢復故障線路的正常運行，從而提高供電的可靠性。

由此可見，繼電保護在電力系統中的主要作用是：防止事故的發(fā)生和發(fā)展，限制事故的影響和范圍，最大限度地確保電力系統安全運行。繼電保護是電力系統中一個重要的組成部分，對保證整個電力系統的安全運行具有十分重要的意義。

二、繼電保護的基本原理與構成

1.繼電保護的基本原理

1.電流保護。電力系統發(fā)生故障時總是伴隨著電流的增大，電流保護就是反應于被保護設備通過的電流增大，超過它的簽定位而動作的保護，即測量值多于整定值）時保護動作，如相電流保護、零序電流保護。

2.電壓保護。電力系統發(fā)生故障時電壓必然降低，反應于電壓降低而動作的保護為低電壓保護；當電力系統出現電壓過高的不正常運行狀態(tài)時，反應于電壓升高的保護為過電壓保護。

3.距離保護。除電流大小外，還配以母線電壓的變化進行綜合判斷，實現的用于反應故障點到保護安裝處電氣距離的保護為距離保護，也稱低阻抗保護。電網正常運行時，電壓與電流的比值是負荷的阻抗，一般較大；而電力系統發(fā)生故障時，保護感受到的電壓與電流的比值為故障點到保護安裝處的阻抗，遠遠小于負荷阻抗。

4.功率方向保護。是利用電壓和電流間的相位關系作為故障及其方向的判據。正常運行時測到的電壓與電流間的相位角是負荷的阻抗角，一般為20°一30°，而故障時測到的阻抗角是線路阻抗角，—般為60一70°。此外，一般規(guī)定流過保護的電流正方向是母線流向線路。若故障時流過保護的電流滯后于電壓為線路阻抗角φ，則可判定為正方向故障，若流過保護的電流滯后于電壓的角度為180°十φ則可判為反方向故障。

以上保護均反應設備一側電氣量信息，具有明顯的缺點，就是無法區(qū)分本設備末端和相鄰設備始端故障，因為這兩個位置的故障，反映在保護安裝處的電壓、電流量沒有顯著區(qū)別。因此很難迅速切除保護范圍內任意點的故障。為此提出了反應兩側（多側）電氣量信息的保護原理，即差動保護。

差動保護己成為變壓器、發(fā)動機、母線等元件設備的主保護，而應用在輸電線路上則以縱聯保護的形式出現。這是因為輸電線路較長，需要將—側電氣量信息通過通信設備和通道傳到另一側去，兩側的電氣量才能進行比較判斷，即線路兩側之間發(fā)生的是縱向聯系，所以稱為輸電線路縱聯保護。縱聯保護兩端比較的電氣量可以是流過兩端的電流相量、電流相位和功率方向等，比較不同的電氣量信息可構成不同原理的縱聯保護。此外，將一端的電氣量或用于被比較的特征傳送到對端，可以來用不同的傳輸通道和性術，如有采用通過輸電線路本身在工頻信號上疊加一個高頻載波信號的技術，稱為高頻保護。高頻保護中比較兩側功率方向的稱為方向高頻保護，而比較兩側電流相位的稱為相差高頻保護。

2.繼電保護的構成

繼電保護原理雖然體現了電氣設備運行狀態(tài)的判別依據，但電氣量信息的采集、判斷，以及繼電保護發(fā)出斷路器跳閘命令等還需要一定的硬件設備才能實現，即需要繼電保護裝置。一般繼電保護裝置由測量比較、邏輯判斷和執(zhí)行輸出三部分組成，如圖1所示。

（1）測量比較部分。測量比較部分是根據保護原理測量被保護對象的有關電氣量，與己給定的整定值進行比較，根據比較的結果，給出“是”、“非”、“0”或“1”性質的一組邏輯信號，從而判斷保護是否應該起動。這部分通常由一個或多個測量比較元件構成，常見的如過電流繼電器、阻抗繼電器、功率方向繼電器、差動繼電器等。

（2）邏輯判斷部分。邏輯判斷部分是根據各測量比較元件輸出的邏輯狀態(tài)、性質、先后順序、持續(xù)時間等，使保護裝置按一定的邏輯關系判斷故障的類型和范圍，最后確定是否應該使斷路器跳閘、發(fā)出信號或不動作，并將有關命令傳給執(zhí)行部分。繼電保護中常用的邏輯回路有 “或”、“與”“否”、“延時起動”、“延時返回”以及“記憶”等回路。

（3）執(zhí)行輸出部分。執(zhí)行輸出部分是根據邏輯判斷部分傳送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務。如故障時動作于跳閘；不正常運行時，發(fā)出信號：正常運行時，不動作等。

參考文獻

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