在电力系统的稳定运行中，继电保护装置宛如忠诚的卫士，发挥着至关重要的作用。当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身发生故障，危及电力系统安全运行时，继电保护装置能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的发出跳闸命令，以终止这些事件的发展。本期将为大家详细介绍继电保护的基本原理、基本要求、基本任务、分类和常见故障分析及其处理。

     一、基本原理

   继电保护装置必须具备准确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，以及是保护区内故障还是区外故障的功能。这一功能的实现，是基于电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征。

电力系统发生故障后，工频电气量变化呈现出以下主要特征：

1. 电流增大：短路时，故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流会从负荷电流急剧增大至远超负荷电流的水平。这是因为短路导致电路阻抗大幅减小，根据欧姆定律，电流会相应增大。
2. 电压降低：当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值会下降，并且越靠近短路点，电压越低。这是由于短路点的阻抗减小，使得电压分配发生变化。
3. 电流与电压之间的相位角改变：正常运行时，电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为 20°。三相短路时，电流与电压之间的相位角由线路的阻抗角决定，通常为 60° - 85°。而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则变为 180° + (60° - 85°)。
4. 测量阻抗发生变化：测量阻抗即测量点（保护安装处）电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。

    此外，不对称短路时会出现相序分量，如两相及单相接地短路时，会出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，会出现负序和零序电流和电压分量，这些分量在正常运行时是不存在的。利用短路故障时电气量的这些变化，便可构成各种原理的继电保护。除了反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量的保护，如瓦斯保护，它主要用于变压器等设备内部故障的保护。

     二、基本要求

     继电保护装置为了完成其任务，必须在技术上满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。对于作用于继电器跳闸的继电保护，应同时满足这四个基本要求；而对于作用于信号以及只反映不正常运行情况的继电保护装置，部分要求可以适当降低。

1. 选择性：当电力系统中的设备或线路发生短路时，继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除。当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除，以确保无故障部分的正常运行。
2. 速动性：继电保护装置应能尽快切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。一般来说，必须快速切除的故障包括使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值（通常为 0.7 倍额定电压）、大容量的发电机、变压器和电动机内部故障、中低压线路导线截面过小为避免过热不允许延时切除的故障以及可能危及人身安全、对通信系统造成强烈干扰的故障等。故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作时间为 0.04s - 0.08s，快可达 0.01s - 0.04s，一般断路器的跳闸时间为 0.06s - 0.15s，快可达 0.02s - 0.06s。对于反应不正常运行情况的继电保护装置，通常不要求快速动作，而是按照选择性的条件，带延时地发出信号。
3. 灵敏性：指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力，用灵敏系数来衡量。能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作。这意味着它不仅要在系统运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。系统运行方式是指被保护线路末端短路时，系统等效阻抗，通过保护装置的短路电流为的运行方式；系统运行方式则是在同样短路故障情况下，系统等效阻抗为，通过保护装置的短路电流为的运行方式。
4. 可靠性：包括安全性和信赖性，是对继电保护根本的要求。安全性要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动；信赖性要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害，并且随着电网的发展，保护不误动和不拒动对系统的影响也会发生变化。

这四个基本要求相互联系，但又常常存在矛盾。在实际工作中，需要根据电网的结构和用户的性质，辩证地进行统一。

     三、基本任务

     电力系统继电保护的基本任务主要有以下几点：

1. 自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。
2. 反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件（如有无经常值班人员）而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短的运行波动造成不必要的动作和干扰而引起的误动。
3. 继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。

     四、分类

    继电保护可按以下 4 种方式进行分类：

1. 按被保护对象分类：有输电线保护和主设备保护（如发电机、变压器、母线、电抗器、等保护）。不同的被保护对象具有不同的特点和故障类型，因此需要采用不同的保护方式。
2. 按保护功能分类：有短路故障保护和异常运行保护。前者又可分为主保护、后备保护和辅助保护；后者又可分为过负荷保护、失磁保护、失步保护、低频保护、非全相运行保护等。主保护是指能快速、有选择性地切除被保护设备和线路故障的保护；后备保护是在主保护或断路器拒动时，用来切除故障的保护；辅助保护则是为了补充主保护和后备保护的不足而增设的保护。
3. 按保护装置进行比较和运算处理的信号量分类：有模拟式保护和数字式保护。一切机电型、整流型、型和型（）保护装置，它们直接反映输入信号的连续模拟量，均属模拟式保护；采用微处理机和微型计算机的保护装置，它们反应的是将模拟量经采样和模 / 数转换后的离散数字量，这是数字式保护。数字式保护具有精度高、可靠性强、功能丰富等优点，是继电保护发展的趋势。
4. 按保护动作原理分类：有过电流保护、低电压保护、过电压保护、功率方向保护、距离保护、差动保护、纵联保护、瓦斯保护等。不同的保护动作原理适用于不同的故障类型和运行情况，例如过电流保护主要用于防止电路中的电流过大，而瓦斯保护则主要用于变压器内部故障的保护。

    五、异常情况处理

     当发现继电保护运行中有异常或存在缺陷时，除了加强监视外，对能引起误动的保护应退其出口压板，然后联系继保人员处理。以下异常情况均应及时退出相关保护：

1. 母差保护：在发出 “母差交流断线”“母差直流电压消失” 信号时；母差不平衡电流不为零时；无专用旁路母线的母联开关串代线路操作及恢复倒闸操作中。
2. 高频保护：当直流电源消失时；定期通道试验参数不符合要求时；装置故障或通道异常信号发出无法复归时；旁母代线路开关操作过程中。
3. 距离保护：当采用的 PT 退出运行或三相电压回路断线时；正常情况下助磁电流过大、过小时；负荷电流超过保护允许电流相应段时。
4. 微机保护：总告警灯亮，同时四个保护（高频、距离、零序、综重）之一告警灯亮时，退出相应保护；如果两个 CPU 故障，应退出该装置所有保护；告警插件所有信号灯不亮，如果电源指示灯熄灭，说明直流消失，应退出出口压板，在恢复直流电源后再投入；总告警灯及呼唤灯亮，且打印显示 CPU×ERR 信号，如 CPU 正常，说明保护与接口 CPU 间通讯回路异常，退出 CPU 巡检开关处理，若信号无法复归，说明 CPU 有致命缺陷，应退出保护出口压板并断开巡检开关处理。
5. 瓦斯保护：在变压器运行中加油、滤油或换硅胶时；潜油泵或冷油器（散热器）放油检修后投入时；需要打开呼吸系统的放气门或放油塞子，或清理吸湿器时；有载调压开关油路上有人工作时。

    六、常见故障分析及处理方法

1.  电流互感饱和故障：电流互感器的饱和对电力系统继电保护影响极大。随着配电系统设备终端负荷的不断增容，如果发生短路，短路电流会很大。当系统在靠近终端设备区的位置发生短路时，电流可能会达到或者接近电流互感器单次额定电流的 100 倍以上。在常态短路情况下，电流互感器误差会随着短路电流倍数增大而增大，当电流速断保护使灵敏度降低时就可能阻止动作。在线路短路时，由于电流互感器的电流出现了饱和，而再次感应的二次电流小或者接近于零，也会导致定时限过流保护装置无法展开动作。当在配电系统的出口线过流保护拒绝动作时而导致配电所进口线保护动作了，则会使整个配电系统出现断电的状况。
2. 开关保护设备的选择不当：开关保护设备的选择至关重要。现在多数配电在高负荷密集的地区建立起开关站，采用变电所 — 开关站 — 配电变压器的供电输电模式。在未实现继电保护自动化的开关站内，应更多地采用负荷开关或与其组合的继电器设备系统作为开关保护的设备。

    七、常见故障处理方法和确保正常运行的措施

1. 常见的继电保护故障处理方法
   • 替换法：用完好的元件代替被认定有故障的元件，以此判断元件的好坏，可快速缩小故障的查找范围。
   • 参照法：通过对正常设备和非正常设备的相关技术参数对比，找出不正常设备的故障点。该方法主要用于检查接线错误、定值校验过程中测试值与预想值有较大差异的故障。在进行改造和设备更换之后二次接线不能正确恢复时，可参照同类设备的接线。在继电器定值校验时，如果发现某一只继电器测试值与整定值相差较远，此时不能轻易判断该继电器特性不好，应当调整继电器上的刻度值，可用同只表计去测量其他相同回路同类继电器进行比较。
   • 短接法：将回路某一段或一部分用短接线短接，来判断故障是否存在于短接线范围内或者其他地方，从而确定故障范围。此法主要用于电磁锁失灵、电流回路开路、切换继电器不动作、判断控制等转换开关的接点是否完好。
2. 确保继电保护正常运行的措施
   • 合理的人员配置，使人员调度和协助能顺利进行，明确人员工作目标，保证电力正常运行。
   • 完善规章制度，根据继电保护的特点，健全和完善保护装置运行管理的规章制度，继电保护设备台账、运行维护、事故分析、定期校验、缺陷处理等档案应逐步采用计算机管理，跟踪检查、严格考核、实行奖惩。
   • 对二次设备实行状态监测方法，对于综合自动化变电站而言，容易实现继电保护状态监测。