繼電保護原理及四性是什么？

一、繼電保護的原理

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

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

（二）繼電保護裝置的原理分析

1、取樣單元

它將被保護的電力系統(tǒng)運行中的物理量（參數(shù)）經(jīng)過電氣隔離并轉換為繼電保護裝置中比較鑒別單元可以接受的信號，由一臺或幾臺傳感器如電流、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與給定信號比較，以便下一級處理單元發(fā)出何種信號。（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，另二只為過電流保護。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，當電流信號達到電流整定值時，電流繼電器動作，通過其接點向下一級處理單元發(fā)出使斷路器最終掉閘的信號；若電流信號小于整定值，則電流繼電器不動作，傳向下級單元的信號也不動作。鑒別比較信號“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，按比較鑒別單元的要求進行處理，根據(jù)比較環(huán)節(jié)輸出量的大小、性質、組合方式出現(xiàn)的先后順序，來確定保護裝置是否應該動作；由時間繼電器、中間繼電器等構成。電流保護：速斷---中間繼電器動作，過電流，時間繼電器動作。

4、執(zhí)行單元

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

5、控制及操作電源

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

二、繼電保護的四性

對動作于跳閘的繼電保護，在技術上一般應滿足四個基本要求：選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。

（一） 可靠性

指保護該動作時動作，不該動作時不動作，就是既不能誤動也不能拒動，確保切除的是故障設備或線路。

（二）靈敏性

指在設備或線路的被保護范圍內發(fā)生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏系數(shù)。保證有故障就切除。

指在規(guī)定的保護范圍內，對故障情況的反應能力。滿足靈敏性要求的保護裝置應在區(qū)內故障時，不論短路點的位置與短路的類型如何，都能靈敏地正確地反應出來。

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、最大計算值是根據(jù)實際可能的最不利運行方式、故障類型和短路點來計算的。

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

（三）選擇性

指首先由故障設備或線路本身的保護切除故障，當故障設備或線路本身的保護或斷路器拒動時，才允許由相鄰設備、線路的保護或斷路器失靈保護切除故障。避免大面積停電。

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

選擇性就是故障點在區(qū)內就動作，區(qū)外不動作。當主保護未動作時，由近后備或遠后備切除故障，使停電面積最小。因遠后備保護比較完善（對保護裝置DL、二次回路和直流電源等故障所引起的拒絕動作均起后備作用）且實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，應優(yōu)先采用。

（四）速動性

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

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作時間；減少故障元件的損壞程度，避免故障進一步擴大。

 一般的快速保護動作時間為0.06～0.12s，最快的可達0.01～0.04s。

一般的斷路器的動作時間為0.06～0.15s，最快的可達0.02～0.06s。

繼電保護基本任務是：當電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，在可能實現(xiàn)的最短時間和最小區(qū)域內，自動將故障設備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。

以上四個基本要求是設計、配置和維護繼電保護的依據(jù)，又是分析評價繼電保護的基礎。這四個基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結構和用戶的性質，辯證地進行統(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，保護動作定值就不能定的太高。但是保護定植如果太低，保護可能就不可靠。例如過負荷時，在受到擾動時保護就動作了。

（二）選擇性和速動性是相互矛盾的。

電流保護一般分為三段式保護，其中三段有個配合的問題，靠保護定植的不同和時間的不同來配合。這樣就需要靠時間躲避保護區(qū)域交叉的問題，例如一段保護時間200ms，二段一般取500ms，當一段失靈的時候要靠二段來動作，500ms的時間無法滿足速動性的要求。
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