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继电保护原理概念汇总


继电保护原理概念汇总
利用故障时电气量的变化特征,可以构成各种作用原理的继电保护。例如,根据短路 故障时电流增大,可构成电流速断保护和过电流保护;根据短路故障时电压降低,可构成低 电压保护和电压速断保护; 根据短路故障时电流与电压之间相角的变化, 可构成功率方向保 护;根据电压与电流比值的变化,可构成距离保护;根据故障时被保护元件两端电流相位和 大小的变化,可构成差动保

护;根据不对称短路故障出现的相序分量,可构成灵敏的序分量 保护。上述保护还可构成更为复杂的继电保护,例如,将过电流保护与方向保护组合,构成 方向电流保护。此外,除了反应各种电气量的保护外,还有反应非电气量的保护,如电力变 压器的瓦斯保护和过热保护等。

一、电网相间短路的电流电压保护
根据电流整定值选取的原则不同, 电流保护可分为无时限电流速断保护、 带时限电流速 断保护和定时限过电流保护三种。 1、无时限电流速断保护 根据电力系统对继电保护的要求, 可以使电流保护的动作不带时限 (只有继电器本身固 有动作时间) ,构成瞬动保护,为了保证动作的选择性,采取动作电流按躲过被保护线路外 部短路时最大短路电流来整定。 这种保护装置称为无时限电流速断保护 (又被称为第Ⅰ段电 流保护或瞬动Ⅰ段电流保护) 。无时限电流速断保护不能保护线路全长,它存在线路末端保 护死区。无时限电流速断保护动作电流值最大。 2、带时限电流速断保护 由于无时限电流速断保护不能保护线路全长, 其保护范围外的故障必须由另外的保护来 切除。 为了保证速动性的要求, 用尽可能短的时限来切除该部分的故障。 可增设第二套保护, 即 II 段电流速断保护。为了获得选择性,II 段电流速断保护必须带时限,以便和相邻的 I 段电流速断保护相配合, 通常所带时限只比无时限电流速断保护大一个或两个时限级差Δ t, 所以称它为带时限电流速断保护。 带时限电流速断保护范围包括本线路全长和相邻线路一部 分, 但不会超过相邻线路的无时限电流速断保护和降压变压器电流速断保护的保护范围。 带 时限电流速断保护动作电流值相比无时限电流速断保护要小得多。 3、定时限过电流保护 定时限过电流保护(简称过电流保护) ,即电流保护的第 III 段。它的动作电流按照躲过 最大负荷电流来整定,并以时限来保证动作的选择性。它不仅能保护本线路全长,而且也能 保护相邻线路的全长,不仅可作本级线路的近后备保护,还可作为相邻线路的远后备保护。 如果故障越靠近电源侧,则短路电流越大,而电流保护的动作切除故障的时间越长,这是定 时限过电流保护的主要缺点。 所以, 在电力系统电流保护中采用电流速断保护或带时限电流 速断保护作为本级线路的主保护, 采用过电流保护作为本级线路的近后备保护, 作为相邻线 路的远后备保护。

二、电力系统的接地保护
我国电力系统中采用的中性点接地方式, 通常有中性点直接接地方式、 中性点经过消弧 线圈接地方式和中性点不接地方式三种。一般 110KV 及其以上电压等级的电力系统都采用 中性点直接接地方式,3—35KV 的电力系统都采用中性点不接地或者经过消弧线圈接地的 方式。中性点直接接地电力系统中发生单相接地故障时,因中性点直接接地,在故障相中流 过很大的短路电流, 所以这种电力系统又称为大接地电流电力系统。 而中性点不直接接地 (包 括中性点经过消弧线圈接地)系统当发生单相接地故障时,由于不构成短路回路,接地故障

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电流往往比负荷电流小得多,所以这种电力系统称为小接地电流电力系统。 接地分为工作接地和保护接地。工作接地又称为技术接地,如杆塔接地,变压器中性点 接地,CT 及 PT 中性点接地等,主要是为了抽取某些需要的电气量及保护电气设备而装设 的接地。保护接地又称为安全接地,如变电所构架接地,电气设备外壳接地,试验仪器接地 等等,主要是防止设备因绝缘不良漏电对人身的伤害。 零序电压、零序电流都属于接地保护。

三、电网的距离保护
所谓距离保护, 就是指反应保护安装处至故障点的距离, 并根据这一距离的远近而确定 动作时限的一种保护装置。 测量保护安装处至故障点的距离实际上是测量保护安装处至故障 点之间的阻抗,该阻抗为保护安装处的电压与电流的比值。短路点越靠近保护安装处,其测 量阻抗就越小,则保护的时限就越短;反之,故障点越远,其测量阻抗就越大,则保护动作 时限就越长,这样保证了保护有选择性地切除故障线路。

四、电网的差动保护
1、差动保护分为纵联差动保护和横联差动保护。线路纵联差动保护的动作原理是基于 比较被保护线路始端和末端电流的大小和相位的原理构成的。 简单说就是如果输电线路首段 和末端电流(或功率)不一致,存在差异,则说明线路中间有短路点,此时则要切除线路故 障。为此,在线路两端安装了具有相同型号和变比的电流互感器,它们的二次绕组用二次辅 助导线连接起来, 其连接方式应该使正常运行时或外部发生短路故障时, 继电器中没有电流, 而在被保护线路内部短路故障时, 其电流等于流向故障点的短路电流。 纵差保护装置的保护 范围是线路两端电流互感器之间的距离,在保护范围外短路,保护不动作,所以它不能作为 相邻线路的后备保护。 2、横联方向差动保护,它是基于反应两回线路中电流之差的大小及方向的一种保护。 在阻抗相同的两条平行线路上可装设横联差动方向保护。 横联差动方向保护反应的是平行线 路的内部故障,而不反应平行线路的外部故障。 3、母差保护,基于基尔霍夫第一定律原理进行判断和动作的。即对任一正常运行的电 气元件,其流入电流应等于流出电流,但元件内部发生故障时,其流入电流不再等于流出电 流,会存在差流。因为母线上只有进出线路,正常运行情况,进出电流的大小相等,相位相 同。如果母线发生故障,这一平衡就会破坏。有的保护采用比较电流是否平衡,有的保护采 用比较电流相位是否一致,有的二者兼有,一旦判别出母线故障,立即启动保护动作元件, 跳开母线上的所有断路器。 如果是双母线并列运行, 有的保护会有选择地跳开母联开关和有 故障母线的所有进出线路断路器,以缩小停电范围。

五、变压器的保护
变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。 油箱内部故障有: 绕组的相间短路、 绕组的匝间短路、直接接地系统侧绕组的接地短路。油箱的外部故障主要有:油箱外部绝缘 套管、引出线上发生相间短路或一相碰接箱壳(直接接地短路) 。 变压器的异常工作状态有:过负荷、过电流、油位下降、油温过高、外部接地短路引起 的中性点过电压、绕组过电压或者频率降低引起的过励磁等。 1、变压器的差动保护:变压器的差动保护用来反应变压器绕组、引出线及套管上各种短路 故障, 是变压器的主保护之一。 变压器差动保护范围是变压器各侧电流互感器之间的一次电 气部分。变压器差动保护虽然能保护变压器内部和外部故障,动作迅速,灵敏系数高,但是 接线复杂,多用于大容量重要的变压器主保护。且它并不能保护所有内部故障,如变压器油

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位下降,匝间短路等,因为匝间电流常小于动作电流,因此采用瓦斯保护作为主保护,对变 压器内部故障全面保护。 2、变压器的瓦斯保护:油浸式变压器邮箱内发生故障时,由于故障点的局部高温使变压器 油温升高油内空气被排出形成上升气泡, 若故障点产生电弧, 则变压器油和其他绝缘材料分 解出大量气体,这些气体自油箱流向油枕上部,故障越严重,产生的气体越多,流向油枕气 流速度越快。当变压器内部发生轻微故障时,产生少量气体,汇集在瓦斯继电器上部,迫使 瓦斯继电器内油面下降,这时,开口油杯所受浮力减小而失去平衡,导致轻气体触点闭合而 发出轻瓦斯动作信号,同理,当变压器漏油时,同样由于油面下降而发出轻瓦斯信号。当变 压器内部发生严重故障时, 油箱内产生大量气体, 变压器油箱和油枕之间连导管中出现强烈 的油流,当油流流速达到整定速度值时,油流对挡板的冲击力克服弹簧的作用力,挡板被冲 动,进而导致重气体触点闭合,发出跳闸脉冲,断开变压器各侧断路器。利用上述原理实现 的保护称为瓦斯保护。 瓦斯保护和差动保护均为变压器的主保护,在容量较大的变压器上要同时采用,气体 保护接线简单,灵敏度高动作迅速,但它只能反应油箱内部故障,不能保护油箱外的引出线 和套管上的故障,而上述两种故障只能靠差动保护动作于跳闸,因此,瓦斯保护也不能单独 作为变压器的主保护。 3、变压器的电流速断保护:对于容量较小的变压器,可以在电源侧装设电流速断保护。它 与气体保护互相配合,可以保护变压器内部故障和电源侧套管及引出线上全部故障。 4、变压器的零序保护:在 110kV 及以上中性点直接接地的电网中,接地故障的几率很大, 因此对于中性点直接接地电网中的变压器, 在其高压侧应装设零序保护, 用来反映接地故障, 并用作变压器主保护的后备保护及相邻元件接地故障的后备保护。 5、其它后备保护:变压器相间短路的后备保护既是变压器主保护的后备保护,又是相邻母 线或线路的后备保护。 变压器相间短路的后备保护可采用过电流保护、 带低电压的过电流保 护、复合电压过电流保护、负序过电流保护等。如果变压器过负荷运行时间过长,势必会影 响绕组绝缘寿命,因此还必须设置过负荷保护。

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