精講繼電保護作用及分類之一

正文

總則

繼電保護和安全自動裝置應符合可靠性(信賴性和安全性)、選擇性、靈敏性和速動性的要求。當確定其配置和構成方案時，應綜合考慮以下幾個方面：

a.電力設備和電力網的結構特點和運行特點；

b.故障出現的概率和可能造成的後果；

c.電力系統的近期發展情況；

d.經濟上的合理性；

e.國內和國外的經驗。

繼電保護和安全自動裝置的分類

a、電力變壓器保護；

b、中性點直接接地電力網中的線路保護 ；

c、中性點直接接地電力網中的線路保護 ；

d、母線保護；

e、斷路器失靈保護；

f、電力電容器保護；

g、並聯電抗器保護等。

安全自動裝置

a、重合閘；

b、自動投入；

c、自動低頻減載；

d、系統安全自動控制;

e、同步並列 l其次還有用於與繼電保護和安全自動裝置有關的二次迴路。

1.繼電保護和安全自動裝置是電力系統的重要組成部分。確定電力網結構、廠站主接線和運行方式時，必須與繼電保護和安全自動裝置的配置統籌考慮，合理安排。繼電保護和安全自動裝置的配置方式要滿足電力網結構和廠站主接線的要求，並考慮電力網和廠站運行方式的靈活性。對導致繼電保護和安全自動裝置不能保證電力系統安全運行的電力網結構形式、廠站主接線形式、變壓器接線方式和運行方式，應限制使用。

2、應根據審定的電力系統設計或審定的系統接線圖及要求，進行繼電保護和安全自動裝置的系統設計。在系統設計中，除新建部分外，還應包括對原有系統繼電保護和安全自動裝置不符合要求部分的改造設計。為便於運行管理和有利於性能配合，同一電力網或同一廠站內的繼電保護和安全自動裝置的型式，不宜品種過多。

3、電力系統中，各電力設備和線路的原有繼電保護和安全自動裝置，凡能滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性要求的，均應予以保留。凡是不能滿足要求的，應逐步進行改造。

4、繼電保護和安全自動裝置的新產品，應按國家規定的要求和程序進行鑒定，合格后，方可推廣使用。設計、運行單位應積極創造條件支持新產品的試用。

一、繼電保護在電力系統的作用及其分類

繼電保護與安全自動裝置(以下簡稱保護裝置)是保證電網安全運行、保護電氣設備的主要裝置，是組成電力系統整體的不可缺少的重要部分。保護裝置配置使用不當或不正確動作，必將引起事故或使事故擴大，損壞電氣設備，甚至造成整個電力系統崩潰瓦解。因此，繼電保護人員與電網調度及基層單位運行人員一樣，是電網生產第一線人員。 l系統故障的發生，除了由於自然條件的因素（如遭受雷擊、鳥糞污染等）一般都是由於設備本身的製造問題、人員安裝檢修質量不高而引起的，山東電網2004年上半年統計：繼電保護動作5101次，正確率為99%。

繼電保護的分類：

1、繼電保護 電力系統中的電力設備和線路，應裝設短路故障和異常運行保護裝置。電力設備和線路短路故障的保護應有主保護和後備保護，必要時可再增設輔助保護。

1.1主保護——滿足系統穩定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護設備和線路故障的保護。

1.2後備保護——主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護。後備保護可分為遠後備和近後備兩種方式。a.遠後備——當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護來實現的後備。

b.近後備——當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護實現後備的保護；是當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現的後備保護。

1.3輔助保護——為補充主保護和後備保護的性能或當主保護和後備保護退出運行而增設的簡單保護。

1.4異常運行保護——反應被保護電力設備或線路異常運行狀態的保護。繼電保護裝置應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。

a可靠性——指保護該動作時應動作，不該動作時不動作。為保證可靠性，宜選用可能的最簡單的保護方式，應採用由可靠的元件和儘可能簡單的迴路構成的性能良好的裝置，並應具有必要的檢測、閉鎖和雙重化等措施。保護裝置應便於整定、調試和運行維護。

b選擇性——指首先由故障設備或線路本身的保護切除故障，當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備、線路的保護或斷路器失靈保護切除故障。

為保證選擇性，對相鄰設備和線路有配合要求的保護和同一保護內有配合要求的兩元件(如起動與跳閘元件或閉鎖與動作元件)，其靈敏係數及動作時間，在一般情況下應相互配合。 當重合於本線路故障，或在非全相運行期間健全相又發生故障時，相鄰元件的保護應保證選擇性。在重合閘后加速的時間內以及單相重合閘過程中，發生區外故障時，允許被加速的線路保護無選擇性。

在某些條件下必須加速切除短路時，可使保護無選擇性動作，但必須採取補救措施。例如採用自動重合閘或備用電源自動投入來補救。

c靈敏性——指在設備或線路的被保護範圍內發生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏係數。

靈敏係數應根據不利正常(含正常檢修)運行方式和不利的故障類型計算。

d速動性——保護裝置應能儘快地切除短路故障，其目的是提高系統穩定性，減輕故障設備和線路的損壞程度，縮小故障波及範圍，提高自動重合閘和備用電源或備用設備自動投入的效果等。

4、主保護、近後備、遠後備順口溜：

故障來了保護動，主要事故主切除

如果開關有毛病，失靈保護來幫助

還有遠跳做後盾，「二取二」的立大功

平時紮實做傳動，萬事如意保安平

出乎意外靠後備，齊心協力縮範圍

遠近保護不能少，萬無一失警惕到。

在各類保護裝置接於電流互感器二次繞組時，應考慮到既要消除保護死區，同時又要儘可能減輕電流互感器本身故障時所產生的影響。

5、當採用遠後備方式，變壓器或電抗器後面發生短路時，由於短路電流水平低，而且對電網不致造成影響以及在電流助增作用很大的相鄰線路上發生短路等情況下，如果為了滿足相鄰保護區末端短路時的靈敏性要求，將使保護過分複雜或在技術上難以實現時，可以縮小後備保護作用的範圍。

6、如由於短路電流衰減、系統振蕩和電弧電阻的影響，可能使帶時限的保護拒絕動作時，應根據具體情況，設置按短路電流或阻抗初始值動作的瞬時測定迴路或採取其他措施。但無論採用哪種措施，都不應引起保護誤動作。

7、電力設備或電力網的保護裝置，除預先規定的以外，都不允許因系統振蕩引起誤動作。

電力變壓器保護

在電力網的繼電保護中，變壓器保護根據保護不同作用而分為三種：主保護、後備保護、輔助保護。繼電保護快速切除故障對電力系統的好處有：（1）提高電力系統的穩定性；

（2）電壓恢復快，電動機容易自啟動並迅速恢復正常，從而減少對用戶的影響；

（3）減輕電力設備的損壞程度，防止故障進一步擴大；

（4）短路點易於去遊離，提高重合閘的成功率。 l 除去變壓器保護，非電量保護可以補充變壓器保護的不足之處，例如變壓器的輕瓦斯、重瓦斯、壓力釋放、冷卻器全停、油位、油溫、線圈溫度等稱為非電量保護，其中的重瓦斯為主保護動作跳閘，其它用於發信號。

以RCS-978系列數字式變壓器保護為例，介紹保護範圍：適用於500kV及以下電壓等級、需要提供雙套主保護、雙套後備保護的各種接線方式的變壓器，RCS-978用於500kV系統時的技術說明如下。

1對電力變壓器的下列故障及異常運行方式，應按本節的規定裝設相應的保護裝置。

a.繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地側的單相接地短路；b.繞組的匝間短路；c.外部相間短路引起的過電流；d.中性點直接接地電力網中，外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓；e.過負荷；f.過勵磁；g.油麵降低；h.變壓器溫度及油箱壓力升高和冷卻系統故障。2、0.8MVA及以上油浸式變壓器和0.4MVA及以上車間內油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護：當殼內故障產生輕微瓦斯或油麵下降時，應瞬時動作於信號；當產生大量瓦斯時，應動作於斷開變壓器各側斷路器。帶負荷調壓的油浸式變壓器的調壓裝置，亦應裝設瓦斯保護。3、對變壓器引出線、套管及內部的短路故障，應按下列規定，裝設相應的保護作為主保護。保護瞬時動作於斷開變壓器的各側斷路器。

非電量的原理如下

⑴瓦斯繼電器

原理：在油箱與油枕的連接中部安裝。當變壓器內部故障時，絕緣物產生一定數量氣體，氣體順連通管進人油枕時衝動氣體繼電器，氣體數量不多時，繼電器油位下降，接通信號裝置，發出信號。短路嚴重時大量油及氣體衝動內擋扳，迅速接通保護裝置，自動切斷各側電源。

接線： 接線前注意其安裝，應解開固定開口杯繩子，用探針檢查接點動作靈活，重瓦斯兩個干簧接點按照國家反措要求必須串聯接線使用。水平安裝箭頭方向指向儲油櫃，並且沿繼電器方向變壓器有3 % 的高度。跳閘及信號聯動接線正確，瓦斯繼電器裝防雨罩（塑料或不鏽鋼），並且裝設牢固。

試驗：內部檢查良好，引線絕緣合格，國家《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》DL/T684-1999中規定：動作容積10MVA以上的變壓器，整定為250 - 300 ml，500kV變壓器QJ-80型冷卻方式強迫油循環流速試驗整定1.3 - 1.4m/s，可用專用試驗儀在室內進行。

⑵ 壓力釋放閥

原理與接線：噴油口徑為130 mm²時，開啟壓力70 - 85 kpa，關閉壓力37.5 -45.5 kpa。事故時將油箱內壓力釋放出來，動作時間2 mS左右, 防止油箱變形及破裂，同時啟動微動接點用於發信號，通知檢修人員迅速處理。 接線 ：通常壓力釋放閥本體箱蓋左右各一個，使用電纜與瓦斯繼電器等電纜一起在本體上敷設整齊至端子箱。

注意

1 . 接線盒引出三頭，一是公共頭，常閉和常開。

2.接線接常開接點（手動復歸后的狀態），不能接微動接點彈出保持狀態時的開接點，以防繼電保護誤動。 沒有插頭連接的採用焊接並包紮后使用熱縮塑料管工藝固定。試驗 ：外觀、微動開關靈活、可靠。壓力釋放器由廠家經過一系列的嚴格試驗和檢查，各項技術指標應達到設計要求，安裝時可以手動釋放器按扭動作、返回，使用電池燈、萬用表檢查，確定信號接點接觸良好。

在某500kV輸變電工程開關站對安裝在5組電抗器上的20隻釋放閥，都用以上方法進行了認真的檢查，效果良好。要經常清掃護罩里的可能積存的灰塵、積雪等雜物，使釋放器正常工作。

⑶溫度計

原理：

1、利用電流互感器二次電流變送測量繞組溫度、整定跳閘例如BWR-04Y溫度控制器，同時利用PT100熱電阻進行遠方變壓器在線監視的XMZ-Y數字溫度顯示器。

2、利用PT100熱電阻進行就地監視油溫例如WTYK - 802A（TH）溫度控制器和遠方變壓器在線監視的XMT數字溫度顯示器。

接線 ：採用三線引線連接熱電阻，雖然克服線長度對儀錶的影響，也應線徑及長度相同，遠傳KVV4×1.5電纜應取最短長度，且應採用電纜溝方式敷設。因導線過渡多，為接線正確，使用數字式萬用表檢查R1、R2之間阻值為線阻，R1、R2與R3之間為100歐姆左右。這樣控制室與就地顯示溫度數值一致，誤差<±5% 。

試驗 ：驗收設備試驗恆溫槽必須使用油浴，在50 - 100ºC內，恆定10分鐘後讀數誤差 <±2°C。數顯溫度計的檢驗可根據Pt100分度值採用標準電阻箱作為信號輸入，信號接點可靠。溫控器在出廠時已設定為第一上限55ºC、第二上限80ºC。溫度設定值及試驗動作可以通過溫控器的兩隻控溫開關調整，其它部分如溫度指針不可撥動，以免造成誤差及損壞。在無人值班時通過TT系列變壓器溫度變送器對變壓器的上層油溫遙測，實現對電力變壓器的冷卻器的自動控制。

⑷油位表

原理：當油枕中的油位由於溫度和其它原因而升高、降低時，油位計的浮球與機械部分傳動，當油上升MAX或下降MIN時，報警，實現對油位的遠方監視。接線電纜線絕緣>10MΩ，接點情況要求在油枕在未安裝之前測量正確，檢查當提桿靜止時，指針是否指到MIN，提桿轉動120º后，指針應指到MAX，並無卡澀現象，接點動作返回接觸良好，為遠方測量作好準備。

⑸強油通風冷卻系統

變壓器冷卻系統起著控制、自動投入、過載短路保護及發出冷卻系統故障信號。在工地安裝時，首先檢查廠家匯控箱是否符合設計要求，自動裝置聯動風冷 、備自投、輔助系統投入、電源相序正確等。分控箱中的熱繼電器應在冷卻器正常運行時用鉗型電流表測量出油泵和風扇的工作電流，按測得的工作電流進行整定。中間、時間繼電器按試驗大綱、設計要求試驗和整定，控制箱的各繼電器、控制開關、設備應用標籤紙註明編號及用途。

RCS－978裝置中可提供一台變壓器所需要的全部電量保護，主保護和後備保護可共用同一TA。這些保護包括：穩態比率差動 、差動速斷 、工頻變化量比率差動 、零序比率差動/分側比率差動 、複合電壓閉鎖方向過流 、零序方向過流、過激磁、相間阻抗、零序過壓、間隙零序過流

後備保護可以根據需要靈活配置於各側。

當變壓器區外故障時，有較大的穿越性短路電流流過變壓器，這時變壓器的差動保護不應動作 。諧波制動的變壓器縱聯差動保護中，設置差動速斷元件的主要原因是為了防止在區內故障，較高的短路水平時，由於電流互感器的飽和產生高次諧波量增加，導致差動元件拒動。 另外還包括以下異常告警功能：

過負荷報警 、起動冷卻器、過載閉鎖有載調壓 、零序電壓報警 、差流異常報警 、零序差流異常報警 、差動迴路TA斷線

在電力網的繼電保護中，變壓器保護根據保護不同作用而分為三種：主保護、後備保護、輔助保護。繼電保護快速切除故障對電力系統的好處有：（1）提高電力系統的穩定性；

（2）電壓恢復快，電動機容易自啟動並迅速恢復正常，從而減少對用戶的影響；

（3）減輕電力設備的損壞程度，防止故障進一步擴大；

（4）短路點易於去遊離，提高重合閘的成功率。 l 除去變壓器保護，非電量保護可以補充變壓器保護的不足之處，例如變壓器的輕瓦斯、重瓦斯、壓力釋放、冷卻器全停、油位、油溫、線圈溫度等稱為非電量保護，其中的重瓦斯為主保護動作跳閘，其它用於發信號。

縱聯差動保護應符合下列要求：a.應能躲過勵磁涌流和外部短路產生的不平衡電流。b.應在變壓器過勵磁時不誤動。c.差動保護範圍應包括變壓器套管及其引出線。如不能包括引出線時，應採取快速切除故障的輔助措施。

但在某些情況下，例如60kV或110kV電壓等級的終端變電所和分支變電所，以及具有旁路母線的電氣主接線，在變壓器斷路器退出工作由旁路斷路器代替時，縱聯差動保護亦可以利用變壓器套管內的電流互感器，而對引出線可不再採取快速切除故障的輔助措施。

線路保護

330～500kV中性點直接接地電力網中的線路保護 一般情況下，應按下列原則實現主保護雙重化：

1設置兩套完整、獨立的全線速動主保護；

2兩套主保護的交流電流、電壓迴路和直流電源彼此獨立；

3每一套主保護對全線路內發生的各種類型故障(包括單相接地、相間短路、兩相接地、三相短路、非全相運行故障及轉移故障等)，均能無時限動作切除故障；

4每套主保護應有獨立選相功能，實現分相跳閘和三相跳閘；

5斷路器有兩組跳閘線圈，每套主保護分別起動一組跳閘線圈；

6兩套主保護分別使用獨立的遠方信號傳輸設備。若保護採用專用收發信機，其中至少有一個通道完全獨立，另一個可與通信復用。如採用復用載波機，兩套主保護應分別採用兩台不同的載波機。

330～500kV線路的後備保護應按下列原則配置：1線路保護採用近後備方式。

2每條線路都應配置能反應線路各種類型故障的後備保護。當雙重化的每套主保護都有完善的後備保護時，可不再另設後備保護。只要其中一套主保護無後備，則應再設一套完整的獨立的後備保護。

3對相間短路，後備保護宜採用階段式距離保護。

4對接地短路，應裝設接地距離保護並輔以階段式或反時限零序電流保護；對中長線路，若零序電流保護能滿足要求時，也可只裝設階段式零序電流保護。接地後備保護應保證在接地電阻不大於300Ω時，能可靠地有選擇性地切除故障。

5正常運行方式下，保護安裝處短路，電流速斷保護的靈敏係數在1.2以上時，還可裝設電流速斷保護作為輔助保護。

6根據一次系統過電壓的要求裝設過電壓保護。

7對各類雙斷路器接線方式的線路，其保護應符合有關規定。

母線保護

母線上發生短路故障的機率雖然比輸電線路少，但母線是多元件的匯合點，母線故障如不快速切除，會使事故擴大，甚至破壞系統穩定，危及整個系統的安全運行，後果十分嚴重。在雙母線系統中，若能有選擇性的快速切除故障母線，保證健全母線繼續運行，具有重要意義。因此，在高壓電網中要求普遍裝設母線保護裝置。

對發電廠和變電所的35～110kV電壓的母線，在下列情況下應裝設專用的母線保護：1、110kV雙母線。

2、110kV單母線，重要發電廠或110kV以上重要變電所的35～66kV母線，按需要快速切除母線上的故障時。

3、35～66kV電力網中，主要變電所的35～66kV雙母線或分段單母線需快速而有選擇地切除一段或一組母線上故障，以保證系統安全穩定運行和可靠供電時。

4、對220～500kV母線，應裝設能快速有選擇地切除故障的母線保護。對1個半斷路器接線，每組母線宜裝設兩套母線保護。

5、對於發電廠和主要變電所的3～10kV分段母線及並列運行的雙母線，一般可由發電機和變壓器的後備保護實現對母線的保護。

在下列情況下，應裝設專用母線保護：1、須快速而有選擇地切除一段或一組母線上的故障，以保證發電廠及電力網安全運行和重要負荷的可靠供電時。

2、當線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時。

以RCS-915AB保護為例：母線保護裝置的斷路器失靈保護有兩種方式可供選擇。

方式一：與線路的失靈起動裝置配合，將其失靈接點與電壓切換接點串聯提供給本裝置，本保護檢測到此接點動作時，斷路器失靈保護專用起動元件動作並展寬500ms。經過失靈保護電壓閉鎖，經跳母聯時限跳開母聯，經失靈時限切除該元件所在母線的各個連接元件。線路保護採用近後備方式，對220～500kV分相操作的斷路器，可只考慮斷路器單相拒動的情況。

方式二：由保護跳閘接點起動，當失靈保護檢測到此接點動作時，若該元件的任一相電流大於失靈相電流定值（可整定是否再經零序電流或負序電流閉鎖），則經過失靈保護電壓閉鎖起動失靈保護。失靈保護起動后經跟跳延時再次動作於該線路斷路器，經跳母聯延時動作於母聯，經失靈延時切除該元件所在母線的各個連接元件。

斷路器失靈保護

電力系統的斷路器是發電廠和變電所中重要的電氣設備之一，是投切負荷高壓電流，保護瞬時切除各種短路電流的重要設備。隨著電力系統向大電網、大機組、超高壓、大容量迅猛發展，220~500kV斷路器投運量以25%~35%的速率增長，並且SF6斷路器以技術先進為電力系統安全穩定運行作出了貢獻。但是通過2001年的設備定檢中，斷路器拒跳、壓力異常現象時有發生。

例如：

1、某500kV變電站定檢中的220kV某線斷路器B相拒跳，檢查為跳閘線圈由於機械原因嚴重燒壞；

2、某500kV變電站定檢中的#2變壓器高壓側的B相斷路器合閘后突然失靈，液壓泄露嚴重，表計指示為零，拒分閘。高壓線路保護為永久性故障，故障線路、變壓器的斷路器不正常跳開，線路保護採用遠後備方式。

如果由其它線路或變壓器的後備保護切除故障將擴大停電範圍，則斷路器失靈保護短延時動作，斷開與拒動斷路器連接在同一母線上的所有電源支路的斷路器。因此，斷路器失靈故障率儘管少，卻是電氣設備中最嚴重的故障，後果十分嚴重，母線失靈保護動作，將造成電力系統瓦解，使大面積用戶遭受停電，並使電氣設備遭到破壞，因而首先重視斷路器本身質量的可信賴性，同時對斷路器失靈保護裝置的 動作可靠、靈敏、迅速性要求更為嚴格。必須根據原理要求，試驗正確，實現失靈保護100%的投入正確性。

RCS-923斷路器失靈保護，為斷路器失靈起動及輔助保護，也可作為母聯或分段開關的電流保護 。

(1)失靈起動；

(2) 過流保護；

(3)充電保護；

(4) 不一致保護。

RCS-921斷路器失靈保護，失靈保護及自動重合閘 ，接線與角形結線的斷路器 保護。

(1) 跟跳本開關；

(2) 失靈保護；

(3) 死區保護；

(4) 充電保護；

(5) 不一致保護；

(6) 溝通三跳；

(7) 后合跳閘。

在什麼情況下使用斷路器保護？

A、線路保護採用遠後備方式，如果由其他線路或變壓器的後備保護切除故障將擴大停電範圍(例如採用多角形接線，雙母線或分段單母線等時)，並引起嚴重後果時。

B、如斷路器與電流互感器之間發生故障，不能由該迴路主保護切除，而由其他線路和變壓器後備保護切除又將擴大停電範圍，並引起嚴重後果時。

斷路器失靈保護應符合下列要求：A、為提高動作可靠性，必須同時具備下列條件，斷路器失靈保護方可起動：

B、故障線路或設備的保護能瞬時復歸的出口繼電器動作后不返回；

C、斷路器末斷開的判別元件，可採用能夠快速復歸的相電流元件。相電流判別元件的定值，應在保證線路末端故障有足夠靈敏度的前提下，盡量按大於負荷電流整定。

D、一般不考慮由變壓器保護起動斷路器失靈保護。如變壓器保護起動斷路器失靈保護時，也必須設有相電流元件，並不允許由瓦斯保護動作起動失靈保護。

E、發電機變壓器組的保護，宜起動斷路器失靈保護。考慮到發電機故障時，發電機保護可能延時返回，為了提高安全性，斷路器末斷開的判別元件，宜採用雙重化構成和迴路的方式。

斷路器失靈保護動作時間，應按下述原則整定：a.宜無時限再次動作於本斷路器跳閘；

b.對雙母線(或分段單母線)接線，以較短時限(大於故障線路或電力設備跳閘時間及保護裝置返回時間之和)動作於斷開母聯或分段斷路器；

c.再經一時限動作於斷開與拒動斷路器連接在同一母線上的所有有電源支路的斷路器。

斷路器失靈保護，當採用多元件公用出口時，其出口迴路應經閉鎖觸點控制，以減少較多一次元件被誤切除的可能性。斷路器失靈保護的出口迴路可與母差保護共用，也可單獨設置。

當與母差保護共用時，閉鎖元件的靈敏係數應按失靈保護的要求整定。斷路器失靈保護動作時，應對有關斷路器的自動重合閘裝置進行閉鎖。

1個半斷路器接線方式的斷路器失靈保護中，反映斷路器動作狀態的相電流判別元件宜分別檢查每台斷路器的電流，以判別那台斷路器拒動。當一串中的中間斷路器拒動時，則應採取使對側斷路器跳閘的措施，並閉鎖重合閘。

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