继电保护装置的组成与原理

（1）模拟型继电保护装置。这种保护装置的构成种类很多，就一般情况而言，它们都是由测量回路、逻辑回路和执行回路三个主要部分组成，其原理如图12所示。测量回路的作用是测量与被保护电气元件工作状态有关物理量的变化，如电流、电压变化，以确定电力系统是否发生了短路故障或出现了不正常工作状态；逻辑回路的作用是当电力系统发生故障时，根据测量回路的输出信号进行逻辑判断，以确定保护装置是否应该动作，并向执行元件发出相应信号；执行回路的作用是执行逻辑回路的判断结果，发出切除故障的跳闸脉冲或指示不正常运行情况的信号。

图12　保护装置的构成

现以图13所示的简单的线路过电流保护装置为例，说明继电保护的组成和工作原理。

图13　线路过电流保护装置单相原理接线图

测量回路由电流互感器TA的二次绕组连接电流继电器KA组成。电流互感器的作用是将被保护元件的大电流变成小电流，并将保护装置与高压隔离。在正常运行时，通过被保护元件的电流为负荷电流，小于电流继电器KA的动作电流，电流继电器不动作，其触点不闭合。当线路发生短路故障时，流经电流继电器的电流大于继电器的动作电流，电流继电器立即动作，其触点闭合，将逻辑回路中的时间继电器KT绕组回路接通电源，时间继电器KT动作，经整定时间tset后闭合其触点，接通执行回路中的信号继电器KS绕组和断路器QF的跳闸绕组YR回路，使断路器QF跳闸，切除故障线路。同时，信号继电器KS动作，其触点闭合发出远方信号和就地信号，并自保持，该信号由值班人员做好记录后，手动复归。

（2）数字型的微机继电保护装置。这种保护装置是把被保护元件输入的模拟电气量经模/数转换器（A/D）变换成数字量，利用计算机进行处理和判断。微机继电保护装置由硬件部分和软件部分两部分组成。图14为微机保护硬件部分原理接线图。

图14　微机继电保护硬件部分原理接线图(https://www.xing528.com)

被保护元件的模拟量（交流电压、交电流）经电流互感器TA和电压互感器TV进入到微机继电保护的模拟量输入通道。由于需要同时输入多路电压或电流（如三相电压和三相电流），因此要配置多路输入通道。在输入通道中，电量变换器将电流和电压变成适用于微机保护用的低电压量（±5～±10V），再由模拟低通滤波器（ALF）滤除直流分量、低频分量和高频分量及各种干扰波后，进入采样保持电路（S/H），将一个在时间上连续变化的模拟量转换为在时间上的离散量，完成对输入模拟量的采样。通过多路转换开关（MPX）将多个输入电气量按输入时间前后分开，依次送到模/数转换器（A/D），将模拟量转换为数字量进入计算机系统进行运算处理，判断是否发生故障，通过开关量输出通道输出，经光电隔离电路送到出口继电器发出跳闸脉冲给断路器跳闸绕组YR，使断路器跳闸，切除系统故障部分。

人机接口部件的作用是建立起微机型保护与使用者之间的信息联系，以便对装置进行人工操作、调试和得到反馈信息；外部通信接口部件的作用是提供计算机局域通信网络以及远程通信网络的信息通道。

软件部分是根据保护工作原理和动作要求来编制计算程序，不同原理的保护其计算程序也不同。微机保护的计算程序是根据保护工作原理的数学表达式来编制的，即计算机继电保护的算法。通过不同的算法可以实现各种保护功能。由于微机保护的动作由程序决定，易于实现某些复杂形状的动作特性；同时利用计算机的记忆功能，能够自适应系统的运行状态，保留事件记录，有利于故障后保护动作行为的分析；另外，由于采取数字运算方式处理电气量，避免了传统电气、机械元件引起的各种误差，提高了保护精度。由于计算机是一种可编程装置，通过更换EPROM芯片，可以很方便地修改程序、变换保护特性、改善保护功能，以适应运行情况变化的需要。同时，各类型保护的计算机硬件和外围设备是通用的，只要计算程序不同，就可以得到不同原理的保护。使用硬件类同、所需设备减少、经济性较好、维护方便，而且计算机根据系统运行方式的改变能自动改变运作的整定值，使保护具有更大的灵敏性。保护用计算机有诊断能力，不断地检查和诊断保护本身的故障，并及时处理，大大地提高了保护装置的可靠性，并能实现快速动作的要求。计算机本身具有自检功能，可以对保护的主要部件连续不断地进行检测，能够及时发现并消除大多数随机故障，避免保护装置的误动和拒动；对于某些不能自动消除的故障也能及时报警。

电力系统继电保护根据被保护对象不同，分为发电厂、变电站电气设备的继电保护和输电线路的继电保护。前者是发电机、变压器、母线和电动机等元件的继电保护，简称为元件保护；后者是指电力网及电力系统中输电线路的继电保护，简称为线路保护。

按作用不同，继电保护又可分为主保护、后备保护和辅助保护。