[科普中国]-继电保护装置

发展历史

微机继电保护测试仪是一个新型智能化测试仪器，以前的继电保护试验工具主要是用调压器和移相器组合而成，体积笨重，精度不高，已不能满足现代微机继电保护的校验工作。随着科学技术的不断发展，微机继电保护已广泛运用于线路保护，主变差动保护，励磁控制等各个领域，变电站综合自动化已成为主流。 现代微机继电保护测试仪可分为两种形式，一种是采用传统的OCL功放，体积大，重量在25Kg左右，比较笨重，功放管工作在放大区，时间长了容易损坏，且动态范围窄，精度不高。另一种是采用开关电源，功放采用数字功放，体积小，重量轻，效率高，是继电保护测试仪的发展方向。 可对各类型电压、电流、频率、功率、阻抗、谐波、差动、同期等继电器以手动或自动方式进行测试，可模拟各种故障类型进行距离、零序保护装置定值校验和保护装置的整组试验，可自动扫描微机和数字型变压器、发变组差动保护比率制动曲线，具备GPS触发功能。 继电保护微机型测试装置是保证电力系统安全可靠运行的一种重要测试工具。随着计算机技术、微电子技术、电力电子技术的飞速发展，应用最新技术成果不断推出新型高性能微机继电保护测试装置是技术进步的必然趋势。继电保护测试装置是保证电力系统安全可靠运行的一种重要测试工具。随着现代电力系统规模的不断扩大，对电力系统运行和管理的可靠性、高效性要求的不断提高，继电保护人员的测试工作变得更加频繁和复杂。在计算机技术、微电子技术、电力电子技术飞速发展，应用最新技术成果不断推出新型高性能继电保护测试仪是技术进步的必然趋势，也是时代赋予我们的责任。继电保护测试仪是在参照中华人民共和国电力行业标准《继电保护微机型试验装置技术条件》（DL/T 624 ─ 1997）的基础上，充分使用现代先进的微电子技术和器件实现的一种新型小型化微机继电保护测试仪。它采用可单机独立运行，亦可联接其它电脑运行的先进结构，主机内置高性能工控机和高速数字信号处理器，真16位DAC模块、新型模块式高保真大功率功放，自带TFT真彩色LCD显示器和嵌入式微机键盘。既可以单机独立操作，也可以连接笔记本电脑操作。操作功能强大，体积小，精度高。既具有大型测试仪优越的性能、先进的功能，又具有小型测试仪小巧灵活、操作简便、可靠性高。

构成1、测量比较元件

2、逻辑判断元件

3、执行输出元件1

基本原理继电保护主要是利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量（电流、电压、功率、频率等）的变化构成继电保护动作的原理，还有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分（和定值调整部分）、逻辑部分、执行部分。

①、电力系统运行中的参数（如电流、电压、功率因数角）在正常运行和故障情况时是有明显区别的。继电保护装置就是利用这些参数的变化，在反映、检测的基础上来判断电力系统故障的性质和范围，进而作出相应的反应和处理（如发出警告信号或令断路器跳闸等）。

②、继电保护装置的原理框图分析：

A、取样单元---它将被保护的电力系统运行中的物理量（参数）经过电气隔离并转换为继电保护装置中比较鉴别单元可以接受的信号，由一台或几台传感器如电流、电压互感器组成。

B、比较鉴别单元---包括给定单元，由取样单元来的信号与给定信号比较，以便下一级处理单元发出何种信号。（正常状态、异常状态或故障状态）比较鉴别单元可由4只电流继电器组成，二只为速断保护，另二只为过电流保护。电流继电器的整定值即为给定单元，电流继电器的电流线圈则接收取样单元（电流互感器）来的电流信号，当电流信号达到电流整定值时，电流继电器动作，通过其接点向下一级处理单元发出使断路器最终掉闸的信号；若电流信号小于整定值，则电流继电器不动作，传向下级单元的信号也不动作。鉴别比较信号“速断”、“过电流”的信息传送到下一单元处理。

C、处理单元---接受比较鉴别单元来的信号，按比较鉴别单元的要求进行处理，根据比较环节输出量的大小、性质、组合方式出现的先后顺序，来确定保护装置是否应该动作；由时间继电器、中间继电器等构成。电流保护：速断---中间继电器动作，过电流——时间继电器动作。（延时过程）

D、执行单元---故障的处理通过执行单元来实施。执行单元一般分两类：一类是声、光信号继电器；（如电笛、电铃、闪光信号灯等）另一类为断路器的操作机构的分闸线圈，使断路器分闸。

E、控制及操作电源---继电保护装置要求有自己独立的交流或直流电源，而且电源功率也因所控制设备的多少而增减；交流电压一般为220伏，功率1KVA以上。2

特点1、智能型主机，主机采用高性能数字信号处理器。

2、单机独立运行。

3、连接电脑运行。

4、16位DAC芯片。

5、大屏幕LCD显示库。

6、"傻瓜式"操作。

7、新型高保真功放。

8、电流、电压直接输出。

9、自我保护。

10、接点丰富。

11、主机一体化单机箱结构。

12、性价比高。

基本要求继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。

选择性---指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护来切除故障。上、下级电网（包括同级）继电保护之间的整定，应遵循逐级配合的原则，以保证电网发生故障时有选择性地切除故障。切断系统中的故障部分，而其它非故障部分仍然继续供电。

速动性---指保护装置应尽快切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用设备自动投入的效果。

灵敏性---指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数（规程中有具体规定）。通过继电保护的整定值来实现。整定值的校验一般一年进行一次。

可靠性---指继电保护装置在保护范围内该动作时应可靠动作，在正常运行状态时，不该动作时应可靠不动作。任何电力设备（线路、母线、变压器等）都不允许在无继电保护的状态下运行，可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。

说明：继电保护的整定、校验应由上一级供电部门进行。（收费）

装置作用①、监视电力系统的正常运行，当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响。当系统和设备发生的故障足以损坏设备或危及电网安全时，继电保护装置能最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响。（如：单相接地、变压器轻、重瓦斯信号、变压器温升过高等）。

②、反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同发出信号，提示值班员迅速采取措施，使之尽快恢复正常，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。

③、实现电力系统的自动化和远程操作，以及工业生产的自动控制。如：自动重合闸、备用电源自动投入、遥控、遥测等。

装置类型①、电流保护：（按照保护的整定原则，保护范围及原理特点）

A、过电流保护---是按照躲过被保护设备或线路中可能出现的最大负荷电流来整定的。如大电机启动电流（短时）和穿越性短路电流之类的非故障性电流，以确保设备和线路的正常运行。为使上、下级过电流保护能获得选择性，在时限上设有一个相应的级差。

B、电流速断保护---是按照被保护设备或线路末端可能出现的最大短路电流或变压器二次侧发生三相短路电流而整定的。速断保护动作，理论上电流速断保护没有时限。即以零秒及以下时限动作来切断断路器的。

过电流保护和电流速断保护常配合使用，以作为设备或线路的主保护和相邻线路的备用保护。

C、定时限过电流保护---在正常运行中，被保护线路上流过最大负荷电流时，电流继电器不应动作，而本级线路上发生故障时，电流继电器应可靠动作；定时限过电流保护由电流继电器、时间继电器和信号继电器三元件组成（电流互感器二次侧的电流继电器测量电流大小→时间继电器设定动作时间→信号继电器发出动作信号）；定时限过电流保护的动作时间与短路电流的大小无关，动作时间是恒定的。（人为设定）

D、反时限过电流保护---继电保护的动作时间与短路电流的大小成反比，即短路电流越大，继电保护的动作时间越短，短路电流越小，继电保护的动作时间越长。在10KV系统中常用感应型过电流继电器。（GL－型）

E、无时限电流速断---不能保护线路全长，它只能保护线路的一部分，系统运行方式的变化，将影响电流速断的保护范围，为了保证动作的选择性，其起动电流必须按最大运行方式（即通过本线路的电流为最大的运行方式）来整定，但这样对其它运行方式的保护范围就缩短了，规程要求最小保护范围不应小于线路全长的15%。另外，被保护线路的长短也影响速断保护的特性，当线路较长时，保护范围就较大，而且受系统运行方式的影响较小，反之，线路较短时，所受影响就较大，保护范围甚至会缩短为零。

②、电压保护：（按照系统电压发生异常或故障时的变化而动作的继电保护）

A、过电压保护---防止电压升高可能导致电气设备损坏而装设的。（雷击、高电位侵入、事故过电压、操作过电压等）10KV开闭所端头、变压器高压侧装设避雷器主要用来保护开关设备、变压器；变压器低压侧装设避雷器是用来防止雷电波由低压侧侵入而击穿变压器绝缘而设的。

B、欠电压保护---防止电压突然降低致使电气设备的正常运行受损而设的。

C、零序电压保护---为防止变压器一相绝缘破坏造成单相接地故障的继电保护。主要用于三相三线制中性点绝缘（不接地）的电力系统中。零序电流互感器的一次侧为被保护线路（如电缆三根相线），铁芯套在电缆上，二次绕组接至电流继电器；电缆相线必须对地绝缘，电缆头的接地线也必须穿过零序电流互感器；原理：正常运行及相间短路时，一次侧零序电流为零（相量和），二次侧内有很小的不平衡电流。当线路发生单相接地时，接地零序电流反映到二次侧，并流入电流继电器，当达到或超过整定值时，动作并发出信号。（变压器零序电流互感器串接於零线端子出线铜排）

**③、瓦斯保护：**油浸式变压器内部发生故障时，短路电流所产生的电弧使变压器油和其它绝缘物产生分解，并产生气体（瓦斯），利用气体压力或冲力使气体继电器动作。故障性质可分为轻瓦斯和重瓦斯，当故障严重时（重瓦斯）气体继电器触点动作，使断路器跳闸并发出报警信号。轻瓦斯动作信号一般只有信号报警而不发出跳闸动作。

变压器初次投入、长途运输、加油、换油等原因，油中可能混入气体，积聚在气体继电器的上部（玻璃窗口能看到油位下降，说明有气体），遇到此类情况可利用瓦斯继电器顶部的放气阀（螺丝拧开）放气，直至瓦斯继电器内充满油。考虑安全，最好在变压器停电时进行放气。容量在800KVA及以上的变压器应装设瓦斯保护。

**④差动保护：**这是一种按照电力系统中，被保护设备发生短路故障，在保护中产生的差电流而动作的一种保护装置。常用做主变压器、发电机和并联电容器的保护装置，按其装置方式的不同可分为：

A、横联差动保护---常用作发电机的短路保护和并联电容器的保护，一般设备的每相均为双绕组或双母线时，采用这种差动保护。

B、纵联差动保护---一般常用作主变压器的保护，是专门保护变压器内部和外部故障的主保护。

**⑤高频保护：**这是一种作为主系统、高压长线路的高可靠性的继电保护装置。我国已建成的多条500KV的超高压输电线路就要求使用这种可行性、选择性、灵敏性和动作迅速的保护装置。高频保护分为相差高频保护；方向高频保护。

相差高频保护的基本原理是比较两端电流的相位的保护。规定电流方向由母线流向线路为正，从线路流向母线为负。就是说，当线路内部故障时，两侧电流同相位而外部故障时，两侧电流相位差180度。方向高频保护的基本工作原理是，以比较被保护线路两端的功率方向，来判别输电线路的内部或外部故障的一种保护装置。

**⑥距离保护：**这种继电保护也是主系统的高可靠性、高灵敏度的继电保护，又称为阻抗保护，这种保护是按照长线路故障点不同的阻抗值而整定的。

**⑦平衡保护：**这是一种作为高压并联电容器的保护装置。继电保护有较高的灵敏度，对于采用双星形接线的并联电容器组，采用这种保护较为适宜。它是根据并联电容器发生故障时产生的不平衡电流而动作的一种保护装置。

**⑧负序及零序保护：**这是作为三相电力系统中发生不对称短路故障和接地故障时的主要保护装置。

**⑨方向保护：**这是一种具有方向性的继电保护。对于环形电网或双回线供电的系统，某部分线路发生故障时，而故障电流的方向符合继电保护整定的电流方向，则保护装置可靠地动作，切除故障点。

技术指标◆交流电压输出 0～250V连续可调，最大输出容量600VA,过量程保护260V。

◆交流电流输出 0～50A，0～100A连续可调 0～50A时，开路电压10V。 0～100A时，开路电压5V。过载保护动作电流120A。

◆直流电压输出 0～250V连续可调，最大电流2A，过量程保护260V,过载保护动作电流2.1A±5%。

◆直流电流输出 0～200mA 0～5A连续可调 0～200mA时，开路电压48V，过载保护动作电流230mA。 0～5A时，开路电压24V,过载保护动作电流5.2A。 ●标准12路电流电压输出，灵活组织 可12路（6路电压、6路电流）同时输出 可6路电流或6路电压单独输出。

异常现象1、电流某相插孔间报警灯亮,并有报警声：此相电流开路或负载超过实际输出范围,检查接线及负荷后再试。

2、功放电源一投或一输出电压立即跳开功放，电源指示灯闪烁红光并有报警声：弹开功放按钮，检查电压回路有否短路或严重过载。

3、测试过程中，跳开功放电源：首先软件停止操作输出，然后弹起功放按钮,自保护信号应复归，电源指示灯发绿光并停止报警声。再按下功放按钮，再继续试验。若弹起面板功放按钮后，不能复归自保护信号，或再次按下按钮后，自保护再次动作，应考虑是否大电流长时间输出。3