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继电保护的作用及原理

当电力系统中的电力元件（如发电机、线路等）或电力系统本身

发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出

警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件

发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施的成套设备，一

般通称为继电保护装置。

本期就为大家详细介绍继电保护的基本原理、基本要求、基本任

务、分类和常见故障分析及其处理。

1、基本原理。继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处

于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功

能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气

物理量变化的特征为基础来构成。

电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是：a.电流增

大短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负

荷电流增大至大大超过负荷电流。

b.电压降低当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间

电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。

c.电流与电压之间的相位角改变正常运行时电流与电压间的相

位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电

压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而

在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°

+(60°～85°)。

d.测量阻抗发生变化测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流

之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻

抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。

不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现

负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压

分量。这些分量在正常运行时是不出现的。利用短路故障时电气量的

变化，便可构成各种原理的继电保护。

此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气

量的保护，如瓦斯保护。

2、基本要求。继电保护装置为了完成它的任务，必须在技术上

满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性四个基本要求。对于作用于继

电器跳闸的继电保护，应同时满足四个基本要求，而对于作用于信号

以及只反映不正常的运行情况的继电保护装置，这四个基本要求中有

些要求可以降低。

①选择性选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，

其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或

线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切

除。

②速动性速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少

设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提

高系统并列运行的稳定性。一般必须快速切除的故障有：

a.使发电厂或重要用户的母线电压低于有效值(一般为0.7倍额定

电压)。

b.大容量的发电机、变压器和电动机内部故障。

c.中、低压线路导线截面过小，为避免过热不允许延时切除的故

障。

d.可能危及人身安全、对通信系统造成强烈干扰的故障。

故障切除时间包括保护装置和断路器动作时间，一般快速保护的动作

时间为0.04s～0.08s，最快的可达0.01s～0.04s，一般断路器的跳闸时

间为0.06s～0.15s，最快的可达0.02s～0.06s。对于反应不正常运行情

况的继电保护装置，一般不要求快速动作，而应按照选择性的条件，

带延时地发出信号。

③灵敏性灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路

故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力，保护装置的灵敏性

是用灵敏系数来衡量。

能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短

路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正

确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动

作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路

故障时也能可靠动作。

系统最大运行方式：被保护线路末端短路时，系统等效阻抗最小，

通过保护装置的短路电流为最大运行方式。

系统最小运行方式：在同样短路故障情况下，系统等效阻抗为最

大，通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。

④可靠性可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要

求。

a.安全性要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生

误动。

b.信赖性要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的

故障时可靠动作，即不拒动。

继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害，即使

对于相同的电力元件，随着电网的发展，保护不误动和不拒动对系统

的影响也会发生变化。

以上四个基本要求是设计、配置和维护继电保护的