电力系统继电保护与自动装置原理基础

电力系统继电保护与自动装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，故障是在保护区内还是区外的功能。继电保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。

电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：

1）电流增大

在电力系统中，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将由负荷电流增大至故障电流，且数值大大超过负荷电流。

2）电压降低

在电力系统中，当发生相间短路和接地短路故障时，系统中各点的相间电压或相电压值将下降，且越靠近短路点，电压数值越低。

3）电流与电压之间的相位角改变

在电力系统中，一般情况下，正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，通常约为20°；三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向发生三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°+（60°～85°），显然，两者相位角相差了180°。(www.xing528.com)

4）测量阻抗发生变化

在电力系统中，测量阻抗为测量点（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。

5）电压、电流序分量的变化

根据电力系统暂态理论，在电力系统中发生不对称短路时，将会出现不同的相序分量，例如，两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；在单相接地时，将出现负序和零序电流、电压分量。这些分量在正常运行时是不会出现的。

综上所述，在电力系统中，利用短路故障时电气量的变化特征，便可构成各种原理的继电保护与自动装置。

上述保护都是基于工频电气量的，所谓工频是指电力系统的发电、输电、变电与配电设备以及工业与民用电气设备所采用的交流电的工作频率，单位为赫兹（Hz）。我国电力系统采用的工频为50 Hz，有些国家采用的是60 Hz。

此外，除了上述反映工频电气量的保护外，还有反映非工频电气量的保护以及非电气量的保护。所谓非工频电气量是指非工频变化的电气量；非电气量是指电气参量之外的物理量，比如：温度、压力、气体含量、酸碱度、噪声、长度、光照度等，利用这些非电气量的故障特征所构成的保护即为非电气量的保护。