繼電保護(hù)原理及四性是什么？

一、繼電保護(hù)的原理

繼電保護(hù)主要是利用電力系統(tǒng)中元件發(fā)生短路或異常情況時(shí)的電氣量（電流、電壓、功率、頻率等）的變化構(gòu)成繼電保護(hù)動(dòng)作的原理，還有其他的物理量，如變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)伴隨產(chǎn)生的大量瓦斯和油流速度的增大或油壓強(qiáng)度的增高。大多數(shù)情況下，不管反應(yīng)哪種物理量，繼電保護(hù)裝置都包括測量部分（和定值調(diào)整部分）、邏輯部分、執(zhí)行部分。

（一）電力系統(tǒng)運(yùn)行中的參數(shù)（如電流、電壓、功率因數(shù)角）在正常運(yùn)行和故障情況時(shí)是有明顯區(qū)別的。繼電保護(hù)裝置就是利用這些參數(shù)的變化，在反映、檢測的基礎(chǔ)上來判斷電力系統(tǒng)故障的性質(zhì)和范圍，進(jìn)而作出相應(yīng)的反應(yīng)和處理（如發(fā)出警告信號(hào)或令斷路器跳閘等）。

（二）繼電保護(hù)裝置的原理分析

1、取樣單元

它將被保護(hù)的電力系統(tǒng)運(yùn)行中的物理量（參數(shù)）經(jīng)過電氣隔離并轉(zhuǎn)換為繼電保護(hù)裝置中比較鑒別單元可以接受的信號(hào)，由一臺(tái)或幾臺(tái)傳感器如電流、電壓互感器組成。

2、比較鑒別單元

包括給定單元，由取樣單元來的信號(hào)與給定信號(hào)比較，以便下一級(jí)處理單元發(fā)出何種信號(hào)。（正常狀態(tài)、異常狀態(tài)或故障狀態(tài)）比較鑒別單元可由4只電流繼電器組成，二只為速斷保護(hù)，另二只為過電流保護(hù)。電流繼電器的整定值即為給定單元，電流繼電器的電流線圈則接收取樣單元（電流互感器）來的電流信號(hào)，當(dāng)電流信號(hào)達(dá)到電流整定值時(shí)，電流繼電器動(dòng)作，通過其接點(diǎn)向下一級(jí)處理單元發(fā)出使斷路器最終掉閘的信號(hào)；若電流信號(hào)小于整定值，則電流繼電器不動(dòng)作，傳向下級(jí)單元的信號(hào)也不動(dòng)作。鑒別比較信號(hào)“速斷”、“過電流”的信息傳送到下一單元處理。

3、處理單元

接受比較鑒別單元來的信號(hào)，按比較鑒別單元的要求進(jìn)行處理，根據(jù)比較環(huán)節(jié)輸出量的大小、性質(zhì)、組合方式出現(xiàn)的先后順序，來確定保護(hù)裝置是否應(yīng)該動(dòng)作；由時(shí)間繼電器、中間繼電器等構(gòu)成。電流保護(hù)：速斷---中間繼電器動(dòng)作，過電流，時(shí)間繼電器動(dòng)作。

4、執(zhí)行單元

故障的處理通過執(zhí)行單元來實(shí)施。執(zhí)行單元一般分兩類：一類是聲、光信號(hào)繼電器；（如電笛、電鈴、閃光信號(hào)燈等）另一類為斷路器的操作機(jī)構(gòu)的分閘線圈，使斷路器分閘。

5、控制及操作電源

繼電保護(hù)裝置要求有自己獨(dú)立的交流或直流電源，而且電源功率也因所控制設(shè)備的多少而增減；交流電壓一般為220伏、110V；見《GB50053-2013 20kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》。

二、繼電保護(hù)的四性

對(duì)動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求：選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性。

（一） 可靠性

指保護(hù)該動(dòng)作時(shí)動(dòng)作，不該動(dòng)作時(shí)不動(dòng)作，就是既不能誤動(dòng)也不能拒動(dòng)，確保切除的是故障設(shè)備或線路。

（二）靈敏性

指在設(shè)備或線路的被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生金屬性短路時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)具有必要的靈敏系數(shù)。保證有故障就切除。

指在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)故障情況的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)在區(qū)內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應(yīng)出來。

通常，靈敏性用靈敏系數(shù)來衡量，并表示為Klm。

其中故障參數(shù)的最小、最大計(jì)算值是根據(jù)實(shí)際可能的最不利運(yùn)行方式、故障類型和短路點(diǎn)來計(jì)算的。

在《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程GB/T 14285-2016》中，對(duì)各類保護(hù)的靈敏系數(shù)Klm的要求都作了具體規(guī)定。

（三）選擇性

指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)切除故障，當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，才允許由相鄰設(shè)備、線路的保護(hù)或斷路器失靈保護(hù)切除故障。避免大面積停電。

選擇性是指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置僅將故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運(yùn)行，以盡量縮小停電范圍。

選擇性就是故障點(diǎn)在區(qū)內(nèi)就動(dòng)作，區(qū)外不動(dòng)作。當(dāng)主保護(hù)未動(dòng)作時(shí)，由近后備或遠(yuǎn)后備切除故障，使停電面積最小。因遠(yuǎn)后備保護(hù)比較完善（對(duì)保護(hù)裝置DL、二次回路和直流電源等故障所引起的拒絕動(dòng)作均起后備作用）且實(shí)現(xiàn)簡單、經(jīng)濟(jì)，應(yīng)優(yōu)先采用。

（四）速動(dòng)性

指保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除短路故障。其目的是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路的損壞程度，縮小故障波及范圍，提高自動(dòng)重合閘和備用電源或備用設(shè)備自動(dòng)投入的效果等。

快速切除故障。提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；減少用戶在低電壓下的動(dòng)作時(shí)間；減少故障元件的損壞程度，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

 一般的快速保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.06～0.12s，最快的可達(dá)0.01～0.04s。

一般的斷路器的動(dòng)作時(shí)間為0.06～0.15s，最快的可達(dá)0.02～0.06s。

繼電保護(hù)基本任務(wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號(hào)由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對(duì)相鄰地區(qū)供電的影響。

以上四個(gè)基本要求是設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)繼電保護(hù)的依據(jù)，又是分析評(píng)價(jià)繼電保護(hù)的基礎(chǔ)。這四個(gè)基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實(shí)際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進(jìn)行統(tǒng)一。

三、四性的先后順序

（一）可靠性
（二）靈敏性
（三）選擇性
（四）速動(dòng)性。

四、四性的矛盾性

（一）靈敏性和可靠性是相互矛盾的。

如果要滿足靈敏性，保護(hù)動(dòng)作定值就不能定的太高。但是保護(hù)定植如果太低，保護(hù)可能就不可靠。例如過負(fù)荷時(shí)，在受到擾動(dòng)時(shí)保護(hù)就動(dòng)作了。

（二）選擇性和速動(dòng)性是相互矛盾的。

電流保護(hù)一般分為三段式保護(hù)，其中三段有個(gè)配合的問題，靠保護(hù)定植的不同和時(shí)間的不同來配合。這樣就需要靠時(shí)間躲避保護(hù)區(qū)域交叉的問題，例如一段保護(hù)時(shí)間200ms，二段一般取500ms，當(dāng)一段失靈的時(shí)候要靠二段來動(dòng)作，500ms的時(shí)間無法滿足速動(dòng)性的要求。
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