电力系统需要安全运行。电力系统出现故障可能造成停电。停电影响工厂生产。停电影响居民生活。继电保护装置很重要。继电保护装置像电力系统的“医生”。它时刻监视电力系统的状态。它发现故障立刻行动。它切断故障部分。它保证其他部分正常供电。这篇内容讨论继电保护的基本原理。这篇内容介绍常见保护类型。这篇内容分析新技术的发展。

继电保护的核心任务是隔离故障。电力系统有发电机。电力系统有变压器。电力系统有输电线路。电力系统有配电设备。这些设备可能发生短路。短路时电流突然增大。短路时电压突然降低。巨大的电流烧毁设备。故障可能扩大。整个电网可能崩溃。继电保护装置必须快速动作。它测量电流大小。它测量电压高低。它测量电流电压的角度关系。这些量不正常时装置启动。装置向断路器发出命令。断路器跳开。故障设备被切除。电网其他部分继续运行。

电流保护是最简单的保护。线路始端装设电流互感器。电流互感器测量线路电流。正常运行时电流较小。发生短路时电流变大。电流超过设定值保护启动。设定值叫整定值。整定值大于最大负荷电流。整定值小于最小短路电流。保护动作有时间延迟。延迟防止误动。相邻线路保护需要配合。远处故障由远处保护切除。远处保护拒动时近处后备保护动作。电流保护结构简单。电流保护成本低。电流保护用于低压配电网。电流保护有时不够灵敏。系统运行方式变化影响保护效果。

距离保护比电流保护更灵敏。距离保护测量阻抗。阻抗等于电压除以电流。线路正常时阻抗较大。线路故障时阻抗变小。阻抗大小反映故障距离。保护装置设定阻抗范围。阻抗低于定值保护启动。距离保护一段保护线路全长80%。距离保护一段没有延时。距离保护二段保护线路全长。距离保护二段有短延时。距离保护三段作为后备。距离保护受系统振荡影响。距离保护需要电压互感器。距离保护用于高压输电线路。

差动保护原理很可靠。差动保护比较两端电流。变压器两端装电流互感器。线路两端装电流互感器。正常运行时流入电流等于流出电流。差动电流几乎为零。内部故障时电流不相等。差动电流变得很大。差动电流超过定值保护动作。差动保护速度快。差动保护灵敏度高。差动保护需要通信通道。保护装置之间传输数据。光纤通道现在很普遍。差动保护是主保护的首选。差动保护用于重要变压器。差动保护用于重要发电机。差动保护用于重要母线。

发电机需要专门保护。发电机失磁保护很重要。发电机失去励磁电流。发电机从电网吸收无功。发电机可能过热。系统电压可能降低。失磁保护检测励磁电压。失磁保护检测机端阻抗。条件满足时保护动作。发电机还有负序电流保护。不对称故障产生负序电流。负序电流引起转子发热。保护装置测量负序电流大小。超过定值及时跳闸。发电机定子接地保护也重要。定子绕组绝缘损坏。单相接地故障发生。保护检测零序电压。保护动作发出信号或跳闸。

变压器保护有特殊性。变压器油箱内部故障产生瓦斯。轻微故障产生轻瓦斯。轻瓦斯动作发信号。严重故障产生重瓦斯。重瓦斯动作跳闸。变压器差动保护要注意不平衡电流。励磁涌流影响差动保护。励磁涌流是合闸时的暂态电流。励磁涌流含有大量二次谐波。保护装置识别二次谐波。二次谐波含量高时闭锁差动保护。变压器还需要过负荷保护。过负荷保护监视变压器温度。过负荷保护延长跳闸时间。过负荷保护先发告警信号。

继电保护装置本身在不断进步。早期是电磁型继电器。线圈铁片构成继电器。电流大时吸合触点。机械部件容易磨损。后来出现晶体管继电器。三极管二极管构成电路。体积变小速度变快。集成电路时期更先进。运算放大器组成保护电路。可靠性提高很多。现在是微机保护时代。核心是微型处理器。模拟量转换为数字量。计算机算法实现保护功能。微机保护功能强大。微机保护可以记录数据。微机保护可以联网通信。微机保护便于调试维护。

数字化变电站是发展方向。传统互感器被电子式互感器取代。电子式互感器输出数字信号。数字信号通过光纤传输。信号传输抗干扰能力强。合并单元收集互感器数据。合并单元发送数据到保护装置。保护装置之间共享信息。过程层网络实现数据交换。数字化变电站节省电缆。数字化变电站提高精度。数字化变电站为智能电网奠基。

智能算法开始应用。人工神经网络模仿人脑。神经网络学习大量故障数据。神经网络识别故障类型。神经网络判断故障位置。模糊逻辑处理不确定信息。故障信息有时不完整。模糊逻辑给出合理判断。专家系统存储专家知识。专家系统模拟专家决策。这些算法提高保护性能。这些算法适应复杂电网。

电网结构越来越复杂。新能源发电大量接入。风力发电出力不稳定。光伏发电受天气影响。新能源电源变化影响短路电流。传统保护可能误动。保护装置需要自适应能力。保护定值根据运行方式调整。广域保护系统开始研究。广域保护收集全网信息。广域保护协调多个保护装置。广域保护避免大停电。同步相量测量单元提供数据。相量测量单元测量电压相位。相位信息反映系统稳定状态。相量测量单元数据送主站分析。主站发现失稳风险提前控制。

继电保护面临新挑战。直流输电发展很快。直流线路故障特性不同。直流电流没有过零点。直流断路器开断困难。保护需要特殊原理。配电网出现分布式电源。故障电流方向可能改变。方向过流保护需要重新整定。保护配合更复杂。用户对供电可靠性要求更高。保护需要更快速。保护需要更精确。保护装置必须可靠运行。任何误动造成停电。任何拒动引发事故。设计制造要严格。现场调试要仔细。运行维护要定期。

继电保护是专门学科。它涉及电力系统分析。它涉及电子电路技术。它涉及计算机技术。它涉及通信技术。理论学习很重要。实践操作同样重要。学校实验室做保护实验。变电站现场看保护设备。故障录波图要会分析。保护动作报告要会看。工程师需要不断学习。新技术不断出现。老知识需要更新。团队协作很关键。设计人员制造人员配合。安装人员调试人员配合。运行人员检修人员配合。每个人做好自己工作。电网安全得到保障。

电力是现代社会的基础。没有电很多事不能做。继电保护守护电网安全。它默默工作不被人注意。它时刻准备应对故障。它快速切断故障点。它防止事故扩大。它保证电力持续供应。研究继电保护很有意义。提高保护性能很重要。探索新技术很重要。培养专业人才很重要。电网安全需要每个人努力。