什么是繼電保護，它的作用及原理又是什么？看完后終于懂了
閱讀次數：865 2022-03-28 09:48:15
當電力系統中的電力元件（如發(fā)電機、線(xiàn)路等）或電力系統本身發(fā)生了故障危及電力系統安全運行時(shí)，能夠向運行值班人員及時(shí)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發(fā)展的一種自動(dòng)化措施和設備。實(shí)現這種自動(dòng)化措施的成套設備，一般通稱(chēng)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(wù)、分類(lèi)和常見(jiàn)故障分析及其處理。
繼電保護裝置必須具有正確區分被保護元件是處于正常運行狀態(tài)還是發(fā)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(shí)現這一功能，需要根據電力系統發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎來(lái)構成。
電力系統發(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備和輸電線(xiàn)路上的電流將由負荷電流增大至大大超過(guò)負荷電流。
b.電壓降低
當發(fā)生相間短路和接地短路故障時(shí)，系統各點(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。
正常運行時(shí)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(shí)，電流與電壓之間的相位角是由線(xiàn)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(shí)，電流與電壓之間的相位角則是180°+(60°～85°)。
測量阻抗即測量點(diǎn)(保護安裝處)電壓與電流之比值。正常運行時(shí)，測量阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時(shí)，測量阻抗轉變?yōu)榫€(xiàn)路阻抗，故障后測量阻抗顯著(zhù)減小，而阻抗角增大。
不對稱(chēng)短路時(shí)，出現相序分量，如兩相及單相接地短路時(shí)，出現負序電流和負序電壓分量；單相接地時(shí)，出現負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時(shí)是不出現的。利用短路故障時(shí)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。
基本要求
繼電保護裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿(mǎn)足選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性四個(gè)基本要求。對于作用于繼電器跳閘的繼電保護，應同時(shí)滿(mǎn)足四個(gè)基本要求，而對于作用于信號以及只反映不正常的運行情況的繼電保護裝置，這四個(gè)基本要求中有些要求可以降低。
選擇性就是指當電力系統中的設備或線(xiàn)路發(fā)生短路時(shí)，其繼電保護僅將故障的設備或線(xiàn)路從電力系統中切除，當故障設備或線(xiàn)路的保護或斷路器拒動(dòng)時(shí)，應由相鄰設備或線(xiàn)路的保護將故障切除。
速動(dòng)性是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障，以減少設備及用戶(hù)在大電流、低電壓運行的時(shí)間，降低設備的損壞程度，提高系統并列運行的穩定性。
a.使發(fā)電廠(chǎng)或重要用戶(hù)的母線(xiàn)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、變壓器和電動(dòng)機內部故障。
c.中、低壓線(xiàn)路導線(xiàn)截面過(guò)小，為避免過(guò)熱不允許延時(shí)切除的故障。
d.可能危及人身安全、對通信系統造成強烈干擾的故障。
故障切除時(shí)間包括保護裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間，一般快速保護的動(dòng)作時(shí)間為0.04s～0.08s，最快的可達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0.02s～0.06s。
對于反應不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動(dòng)作，而應按照選擇性的條件，帶延時(shí)地發(fā)出信號。
靈敏性是指電氣設備或線(xiàn)路在被保護范圍內發(fā)生短路故障或不正常運行情況時(shí)，保護裝置的反應能力，保護裝置的靈敏性是用靈敏系數來(lái)衡量。
能滿(mǎn)足靈敏性要求的繼電保護，在規定的范圍內故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置和短路的類(lèi)型如何，以及短路點(diǎn)是否有過(guò)渡電阻，都能正確反應動(dòng)作，即要求不但在系統最大運行方式下三相短路時(shí)能可靠動(dòng)作，而且在系統最小運行方式下經(jīng)過(guò)較大的過(guò)渡電阻兩相或單相短路故障時(shí)也能可靠動(dòng)作。
被保護線(xiàn)路末端短路時(shí)，系統等效阻抗最小，通過(guò)保護裝置的短路電流為最大運行方式。
在同樣短路故障情況下，系統等效阻抗為最大，通過(guò)保護裝置的短路電流為最小的運行方式。
可靠性包括安全性和信賴(lài)性，是對繼電保護最根本的要求。
要求繼電保護在不需要它動(dòng)作時(shí)可靠不動(dòng)作，即不發(fā)生誤動(dòng)。
要求繼電保護在規定的保護范圍內發(fā)生了應該動(dòng)作的故障時(shí)可靠動(dòng)作，即不拒動(dòng)。
繼電保護的誤動(dòng)作和拒動(dòng)作都會(huì )給電力系統帶來(lái)嚴重危害，即使對于相同的電力元件，隨著(zhù)電網(wǎng)的發(fā)展，保護不誤動(dòng)和不拒動(dòng)對系統的影響也會(huì )發(fā)生變化。
以上四個(gè)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(jià)繼電保護的基礎。這四個(gè)基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著(zhù)矛盾。因此，在實(shí)際工作中，要根據電網(wǎng)的結構和用戶(hù)的性質(zhì)，辯證地進(jìn)行統一。
基本任務(wù)
①自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，使故障元件免于繼續遭到破壞，保證其他無(wú)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)，并根據運行維護的條件（如有無(wú)經(jīng)常值班人員）而動(dòng)作于信號，以便值班員及時(shí)處理，或由裝置自動(dòng)進(jìn)行調整，或將那些繼續運行就會(huì )引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設備予以切除。此時(shí)一般不要求保護迅速動(dòng)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(shí)，以免暫短地運行波動(dòng)造成不必要的動(dòng)作和干擾而引起的誤動(dòng)。
③繼電保護裝置還可以與電力系統中的其他自動(dòng)化裝置配合，在條件允許時(shí)，采取預定措施，縮短事故停電時(shí)間，盡快恢復供電，從而提高電力系統運行的可靠性。
有輸電線(xiàn)保護和主設備保護（如發(fā)電機、變壓器、母線(xiàn)、電抗器、電容器等保護）。
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(guò)負荷保護、失磁保護、失步保護、低頻保護、非全相運行保護等。
③按保護裝置進(jìn)行比較和運算處理的信號量分類(lèi)
有模擬式保護和數字式保護，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/數轉換后的離散數字量，這是數字式保護。
有過(guò)電流保護、低電壓保護、過(guò)電壓保護、功率方向保護、距離保護、差動(dòng)保護、縱聯(lián)保護、瓦斯保護等。
發(fā)現繼電保護運行中有異?；虼嬖谌毕輹r(shí)，除了加強監視外，對能引起誤動(dòng)的保護退其出口壓板，然后聯(lián)系繼保人員處理。
在發(fā)出“母差交流斷線(xiàn)”、“母差直流電壓消失”信號時(shí)；母差不平衡電流不為零時(shí)；無(wú)專(zhuān)用旁路母線(xiàn)的母聯(lián)開(kāi)關(guān)串代線(xiàn)路操作及恢復倒閘操作中。
當直流電源消失時(shí)；定期通道試驗參數不符合要求時(shí)；裝置故障或通道異常信號發(fā)出無(wú)法復歸時(shí)；旁母代線(xiàn)路開(kāi)關(guān)操作過(guò)程中。
當采用的PT退出運行或三相電壓回路斷線(xiàn)時(shí)；正常情況下助磁電流過(guò)大、過(guò)小時(shí)；負荷電流超過(guò)保護允許電流相應段時(shí)。
總告警燈亮，同時(shí)四個(gè)保護（高頻、距離、零序、綜重）之一告警燈亮時(shí)，退出相應保護；如果兩個(gè)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(shuō)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(shuō)明保護與接口CPU間通訊回路異常，退出CPU巡檢開(kāi)關(guān)處理，若信號無(wú)法復歸，說(shuō)明CPU有致命缺陷，應退出保護出口壓板并斷開(kāi)巡檢開(kāi)關(guān)處理。
在變壓器運行中加油、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(kāi)呼吸系統的放氣門(mén)或放油塞子，或清理吸濕器時(shí)；有載調壓開(kāi)關(guān)油路上有人工作時(shí)。
繼電保護常見(jiàn)的故障分析
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(zhù)配電系統設備終端負荷的不斷增容，如果發(fā)生短路，則短路電流會(huì )很大。如果是系統在靠近終端設備區的位置發(fā)生短路時(shí)，電流可能會(huì )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，越大電流互感器誤差是隨著(zhù)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(shí)就可能阻止動(dòng)作。在線(xiàn)路短路時(shí)，由于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于零，也會(huì )導致定時(shí)限過(guò)流保護裝置無(wú)法展開(kāi)動(dòng)作。當在配電系統的出口線(xiàn)過(guò)流保護拒絕動(dòng)作時(shí)而導致配電所進(jìn)口線(xiàn)保護動(dòng)作了，則會(huì )使整個(gè)配電系統出現斷電的狀況。
開(kāi)關(guān)保護設備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(kāi)關(guān)站，也就是采用變電所—開(kāi)關(guān)站—配電變壓器的供電輸電的模式。在未實(shí)現繼電保護自動(dòng)化的開(kāi)關(guān)站內，我們應當更多地采用負荷開(kāi)關(guān)或與其組合的繼電器設備系統作為開(kāi)關(guān)保護的設備。
繼電保護故障的處理方法和措施
用完好的元件代替被認定有故障的元件，來(lái)判斷它的好與壞，可以快速縮小故障的查找范圍；
通過(guò)對正常設備和非正常設備的相關(guān)技術(shù)參數對比，找出不正常設備的故障點(diǎn)。這個(gè)方法主要用于檢查接線(xiàn)錯誤、定值校驗過(guò)程中測試值與預想值有比較大差異的故障。在進(jìn)行改造和設備更換之后二次接線(xiàn)不能正確恢復時(shí)，可參照同類(lèi)設備的接線(xiàn)。并在繼電器定值校驗時(shí)，如果發(fā)現某一只繼電器測試值與整定值相差得比較遠，此時(shí)，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回路同類(lèi)繼電器進(jìn)行比較；
將回路某一段或一部分用短接線(xiàn)短接，來(lái)進(jìn)行判斷故障是否存在短接線(xiàn)范圍內或者其他地方，這樣來(lái)確定故障范圍。此法主要是用在電磁鎖失靈、電流回路開(kāi)路、切換繼電器不動(dòng)作、判斷控制等轉換開(kāi)關(guān)的接點(diǎn)是否完好。
合理的人員配置，使人員調度和協(xié)助能順利進(jìn)行，明確人員工作目標，保證電力正常運行；完善規章制度，根據繼電保護的特點(diǎn)，健全和完善保護裝置運行管理的規章制度，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(shí)行獎懲；對二次設備實(shí)行狀態(tài)監測方法，對綜合自動(dòng)化變電站而言，容易實(shí)現繼電保護狀態(tài)監測。
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