继电保护的工作原理详解

为了完成继电保护所负担的任务，要求它能正确区分电力系统的正常运行状态、故障状态与不正常运行状态，可根据电力系统发生故障或不正常运行状态前、后的电气量变化特征构成继电保护。

电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征如下：

（1）电流增大。

短路时，故障点与电源之间的电气元件上的电流，将由负荷电流值增大到远远超过额定负荷电流。

（2）电压降低。

电力系统发生相间短路或接地短路故障时，电力系统各点的相间电压或相电压值均下降，且越靠近短路点，电压下降越多，短路点电压最低可降至零。

（3）电压与电流之间的相位角发生改变。

正常运行时，相同的电压与电流之间的相位角即负荷的功率因数角，一般约为20°；三相金属性短路时，相同电压与电流之间的相位角即阻抗角，对于架空线路，一般为60°～85°；在反方向三相短路时，电压与电流之间的相位角为180°+（60°～85°）。

（4）测量阻抗发生变化。(www.xing528.com)

测量阻抗即测量点（保护安装处）电压与电流相量的比值，即Z/U = I。以线路故障为例，正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗，金属性短路时，测量阻抗为线路阻抗，故障后测量阻抗模值显著减小，而阻抗角增大。

（5）出现负序和零序分量。

正常运行时，电力系统只有正序分量，当发生不对称短路时，将出现负序分量和零序分量。

（6）电气元件流入和流出电流的关系发生变化。

对任一正常运行的电气元件，根据基尔霍夫定律，其流入电流应等于流出电流，但电气元件内部发生故障时，其流入电流不再等于流出电流。

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，可构成过电流保护和电流速断保护；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位角的变化可构成功率方向保护；根据故障时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；高频保护则是利用高频通道来传递线路两端电流相位、大小和短路功率方向信号的一种保护；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。这些继电保护既可作为基本的继电保护元件，也可作进一步的逻辑组合，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，除了反映各种工频电气量的保护外，还有反映非工频电气量的保护，如超高压输电线的行波保护，以及反映非电气量的电力变压器的瓦斯保护、过热保护等。

反映电气元件不正常运行状态的继电保护，主要根据不正常运行状态下电压和电流变化的特征来构成。