继电保护原理与应用任海江

继电保护原理与应用任海江

任海江

（国网能源哈密煤电有限公司新疆哈密839000）

摘要：电力系统的继电保护是当电力系统发生故障时，自动地迅速地有选择地将故障设备从电力系统切除，保证电力系统其余部分迅速恢复正常运行，并使故障设备不再继续遭受损害。因此，选择继电保护方式尤为重要，根据实际情况合理配置各种继电保护装置，以适应频繁变化的电力系统运行方式，确保电力系统的安全运行，为用户提供高质量的电能。

关键词：原则；意义；继电保护；变压器保护；配置；发展趋势

1继电保护的原则

电力系统中发生故障时，若不采取有效措施，势必给经济带来重大损失。因此，一旦电力系统中出现故障时，必须尽快地将故障切除，恢复正常运行，减少对用电单位的影响；而当出现不正常运行方式时要及时处理，以免引起设备故障。继电保护的任务就是自动、迅速、有选择性地将系统中的故障切除，或在系统出现不正常运行情况时，发出各种信号。

继电保护是用来保护电力系统和用电设备安全可靠运行的一种装置。人们发现在电力系统中发生短路时，会产生很大的电流，因此，首先出现了反应电流的保护装置。最初的电流保护就是熔断器，而且把它作为重要电气设备的保护。随着电力系统的发展，设备和系统容量都越来越大，系统接线也越来越复杂，因此在许多情况下，单靠熔断器就不能很好地满足快速、灵敏、有选择地断开故障的要求，于是就开始采用继电器作用于断路器跳闸的继电保护装置。

2继电保护的意义

继电保护的主要任务是自动、迅速地将故障元件从系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它部分迅速恢复运行。继电保护对电力系统的安全运行具有重要意义。

电力变压器是电力系统的重要电气设备，随着电力工业的迅速发展，电网的规模和密集程度越来越大，其负荷也越来越大。电力变压器的故障时有发生，尤其是大型电力变压器，其能否正常巡行将影响整个电网架构的可靠性和安全性。基于此对电力变压器的常见故障和不正常状态进行分析，根据变压器的容量大小、电压的高低及重要程度，设计合理的继电保护装置。

电力变压器的内部故障一班分为二类，油箱内故障和油箱外故障。不正常状态一般包括过电流、过负荷、过励磁、油面降低或油位升高等。采取的保护配置有主保护和后备保护，主保护包括比率差动、差动速断的差动保护和本体轻重瓦斯、有载重瓦斯、压力释放、冷控失电、油温高、油位高低等的非电量保护，后备保护包括高、中、低后备保护[1]。

3继电保护发展现状

回顾我国电力系统的继电保护技术发展的过程，完成了机电式、晶体管、集成电路和计算机继电保护四个历史剪短。60年代是我国机电式继电保护大量使用的年代，为我国继电保护技术的发展奠定了坚实基础。自50年代末，晶体管继电保护已开始研究，60-80年代是晶体管继电保护发展和广泛使用的年代。70年代中期，基于集成运算放大器的集成电路保护已开始研究，80年代末产品形成系列，逐渐取代晶体管保护，这是集成电路保护时代。国内微机保护的研究开始于70年代末，起步较晚，发展迅速，可以说90年代开始已进入微机保护时代。目前，在高压线路、低压网络、各种主电气设备如电力变压器都有相应的微机保护装置在系统中巡行。由于我国经济发展不均衡，地区差异等因素，也存在多种保护方式并存的情况。

4电力变压器保护中存在的问题

4.1励磁电流及涌流问题

励磁涌流是变压器所特有的，在变压器空载投入电源或外部故障后电压恢复过程中，会出现励磁涌流。合闸时，变压器铁芯中的磁通急剧增大，使铁芯瞬间饱和，这时出现数值很大的冲击励磁电流，可以达到变压器额定电流的5至10倍。励磁涌流幅值大且衰减，含有非周期分量；中小型变压器励磁涌流大（可达10倍以上），衰减快；大型变压器一般不超过4-5倍，衰减慢。由于内部磁路的关系，变压器励磁电流成了差动保护不平衡电流的一个来源。变压器正常运行时，励磁电流通常低于额定电流1，所以设定差动保护动作值可准确判断变压器内部故障与外部故障。但是，电力变压器运行条件复杂，当变压器过励磁运行时，励磁电流可达到变压器额定电流的水平，将会引起差动保护的误动作。另外，励磁涌流可与短路电流相比拟，励磁涌流经电源侧，造成变压器二测电流不平衡，导致差动保护误动作。为保证变压器差动保护正常工作，应根据实际情况采取措施予以消除。

4.2110KV变电站电力变压器零序保护存在的问题

在有效接地系统中，变压器中性点对地偏移电压被限制在一定的水平，中性点间隙保护不会产生作用。配置间隙保护的目的，是为了防止非有效接地系统中零序电压升高对变压器绝缘造成的危害。只有当系统发生单相接地故障，有关的中性点直接接地变压器全部跳闸，而带电源的中性点不接地变压器仍保留在故障电网中时，放电间隙才放电，以降低对地电压，避免对变压器绝缘造成危害。间隙击穿会产生截波，对变压器匝间绝缘不利，因此，在单相接地故障引起零序电压升高时，我们更希望由零序过电压保护完成切除变压器的任务。相反，间隙电流保护则存在一定程度的偶然性，可能因种种原因使间隙电流保护失去作用，从这个意义讲，对于保护变压器中性点绝缘而言，零序过电压保护比间隙电流保护更重要，零序过电压保护通常和间隙电流保护一起共同构成变压器中性点绝缘保护。所以仅设置间隙电流保护而没有零序过电压保护是不够完善的，特别是当间歇性击穿时，放电电流无法持续，间隙电流保护将不起作用[2]。

4.3微机保护设计中主变后背保护的探讨

主变10kV侧仅装10kV复合电压过流保护并不能满足速动性要求。在保护整定中，三卷主变10kV侧过流的时间一般整定为2.5s或3.0s，双卷主变10kV不设过流保护，而110kV侧过流时间达2.0s或2.5s。现系统的容量越来越大，10kV侧短路电流也越来越大。随着10kV短线路不断增加，10kV线路离变电所近区故障几率也越来越大，由于开关拒动或保护拒动短路电流较长时间冲击变压器，对变压器构成极大威胁。

5国内继电保护应用现状

5.1由于我国的各地区能源分布不均匀，而各地区的经济发展水平差别较大，并且南北气候差别较大，因此为了调配能源，国内原来相对较独立的各大电网之间的联系将越来越紧密，并且电源中心与负荷中心的距离也相对较远。随着电力建设力度的加快，国内各大电网将呈现以下主要特点

5.1.1并网容量会越来越大。

5.1.2彼此之间的依赖越来越多，并因季节不同而不同。

5.1.3由于直流输电在长距离输电中的优势明显，连接各大电网的直流线路和换流站越来越多。

5.1.4电压等级可能升级为500KV以上的电网。

5.1.5各大电网的内部结构将趋向更加合理。

5.2电力系统的发展也直接影响着继电保护运行环境，主要表现在

5.2.1电网供电容量和短路容量的增大，意味着设备的动稳定和热稳定将越来越严峻，对继电保护的速动性和选择性有更高的要求。

5.2.2短路容量的增大，电流互感器的饱和现象将越来越严重，这对差动保护等将产生重要影响。

5.2.3直流输电在系统发生故障时，将出现换相失败和谐波量增大现象，这就构成继电保护新的运行环境，给继电保护提出新的课题。目前已有线路保护因换流站换相失败而误动[3]。

5.2.4电网中电源和负荷缺少就地平衡，稳定性问题将越来越突出，也给继电保护提出更高的要求。

5.2.5电压等级的提高将要求保护的可靠性进一步提高，此外，在更高电压等级的系统发生短路的过程中将有新的现象出现，也就要求继电保护有新的适应性。

6总结

继电保护对电力系统的安全运行，起着不可替代的作用，是电力系统正常运行的重要保障。随着科学技术的发展，继电保护技术呈现出微机化、网络化、智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化的发展趋势。本文有一些论点存在局限性，未能从深度和广度来探讨，要做好继电保护，就要对继电保护原理和应用有深刻的了解，及时掌握继电保护新产品的开发和应用，关注继电保护的发展方向。

参考文献：

[1]杨晓敏.电力系统继电保护原理及应用.第一版.北京：中国电力出版社出版，2006.8

[2]黄碧怡.浅谈继电保护中存在的问题及解决措施.

[3]陈淑华.继电保护及二次回路.