继电保护原理及应用解析

为了完成继电保护的任务，首先需要正确区分电力系统正常运行、故障和不正常运行状态之间的差别，找出电力系统被保护范围内电气元件（输电线路、发电机、变压器等）发生故障或不正常运行时的特征。根据电力系统发生故障或不正常运行状态前后电气物理量的变化特征为基础构成继电保护装置。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大大超过额定负荷电流值。

（2）电压降低。系统发生相间短路或接地短路故障时，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，同相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，同相电压与电流之间相位角即阻抗角，对于架空线路，一般为60°～85°；而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。测量阻抗即为测量点（保护安装处）电压相量与电流相量之比值，即。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）出现负序分量和零序分量。正常运行时，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。(www.xing528.com)

（6）电气元件流入电流和流出电流的关系发生变化。对于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；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。这些继电保护既可以作为基本的继电保护元件，也可以通过它们做进一步逻辑组合，构成更为复杂的继电保护，例如，将过流保护与方向保护组合，构成方向电流保护。构成各种继电保护装置时，可使它们反映每相中的某一个或几个基本电气参数（如相电流或相电压等），也可以使之反映这些基本参数的一个或几个对称分量（如负序、零序或正序量），例如，利用零序量构成接地保护，利用负序量构成相间保护。另外，还可以使其反应基本参数的某次谐波分量，如发电机三次谐波定子单相接地保护等。上述的基本故障特征是故障或不正常运行时的稳态参数，即故障发生且稳定后得到的，以这些特征量构成的继电保护称作稳态保护。随着微机继电保护的深入发展，各种以电力系统故障瞬时信息为故障特征的瞬态保护应运而生，例如，建立在小波分析基础上的输电线路行波保护，它利用小波分析捕捉故障电流行波波头在故障点和两保护安装处之间的传播时间差Δt来确定故障点的位置，从而确定故障是否发生在区内，保护是否应该动作。

此外，除了反映各种工频电气量的保护原理外，还有反应非工频电气量的保护，如超高压输电线路的行波保护和反应非电气量的电力变压器的气体（瓦斯）保护、过热保护等。

对于反映电气元件不正常运行情况的继电保护，主要根据不正常运行情况时电压和电流变化的特征来构成。