电力系统继电保护relay protection of electric power system

电力系统在运行中，反应电气元件发生故障或不正常运行状态，并自动、迅速、有选择地将电气元件从电力系统中切除，或根据运行维护条件，发出信号、减轻负荷或跳闸的保护系统。
当系统发生故障时，总是伴随着电流的加大、电压降低、线路始端测量阻抗的减小、或电压与电流之间相位的变化。利用正常运行与故障时这些参数的区别，便可以构成各种不同原理的继电保护系统，例如：过电流继电保护可以反应于电流的增大而动作；低电压继电保护可以反应于电压的降低而动作；距离继电保护可以反应于短路点到保护安装地点之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作等。为保证电力系统的可靠性，常采用双侧电源供电，利用每个电气元件在内部故障与外部故障（包括正常运行情况）时，两侧电流相位或功率方向的差别，可以构成各种差动原理的保护，如纵差继电保护、相差继电保护、方向高频继电保护等。差动原理的保护只能在被保护元件的内部故障时动作，而对外部故障是不反应的。
根据不同原理构成的继电保护系统，可以使它们的参数反应于每相中的电流和电压，也可以使之反应于其中的某一个对称分量(如正序、负序和零序)的电流和电压，电力系统中发生不对称短路时，负序和零序分量都具有较大数值，因此，利用这些分量构成的继电保护系统，都有很好的选择性和灵敏性。除此之外，还有根据电气设备的特点实现反应非电量的保护系统。例如：当变压器油箱内部故障时，反应于所产生的气体而构成瓦斯保护系统；反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护系统等。
继电保护系统的组成 一般由三部分组成：❶测量部分，测量从被保护对象输入的有关信号，并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该动作；
❷逻辑部分，根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使保护系统按一定逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分；
❸执行部分，根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护系统所负担的任务，如故障时断路器跳闸，不正常运行时发出信号，正常运行时不动作等。
继电保护系统的要求 应满足四项要求：❶选择性，保护动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。当用户有两个电源供电时，继电保护有选择性的动作，就可以保证不中断用户的供电；而用户只具有一个电源时，线路上的故障虽是有选择性的切除，但也会造成用户的停电。在要求继电保护系统有选择性的同时，还须考虑到继电器或断路器有拒动的可能，因而就需要考虑后备保护。
❷速动性，快速地切除故障，可以提高电力系统运行的可靠性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度，因此，在故障发生时，应力求保护系统能迅速动作切除故障。迅速而又保证选择性的保护系统，一般都比较复杂且价格较贵，但电力系统在很多情况下，允许保护系统切除故障有一定的延时，因此，对保护系统的速动性的要求，应根据具体情况确定，必须快速切除的故障有： 根据系统稳定的要求，必须快速切除高压线路上发生的故障； 使发电厂或重要用户的母线电压低于允许值(一般为0.6额定电压)的故障；大容量的发电机、变压器以及电动机内部发生的故障；1～10千伏线路导线截面小，不允许延时切除的故障等。故障切除的总时间等于保护系统和断路器动作时间之和。一般快速保护的动作时间为0.08～0.12秒，最快的可达0.02～0.04秒，一般断路器的动作时间为0.1～0.15秒，最快的可达0.05～0.06秒。
❸灵敏性，对于保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力，通常用灵敏系数来衡量。
❹可靠性，在规定的保护范围内发生属于该保护系统应动作的故障时，它不应拒动；而在任何其他不属于它该动作的情况，它不应误动。一般其组成元件的质量越高、接线越简单、回路中的继电器触点越少，保护工作越可靠。同时，正确的调试、良好的运行维护以及丰富的运行经验，对于保护的可靠性也具有重要的作用。此外，还要求技术先进、维护方便及价格低廉。
电力系统继电保护系统的发展 到19世纪电力网和电气机械的保护仍然是利用熔丝，20世纪初才逐步使用继电保护装置，如电磁型、感应型过电流、差动保护、方向过电流保护、距离保护及高频保护等。19世纪中叶，随着电子技术的发展，遂有晶体管保护问世，在计算机技术发展后，出现计算机型保护和大规模集成电路型保护系统。