繼電保護(hù)的基本知識
一、繼電保護(hù)的任務(wù)和要求
1.繼電保護(hù)的任務(wù)
為保證供配電系統(tǒng)的安全運行，避免過負(fù)荷和短路引起的過電流對系統(tǒng)的影響，在供配電系統(tǒng)中要裝有不同類型的過電流保護(hù)裝置。常用的過電流保護(hù)裝置有熔斷器保護(hù)、低壓斷路器保護(hù)和繼電保護(hù)。其中繼電保護(hù)廣泛應(yīng)用于高壓供配電系統(tǒng)中，其保護(hù)功能很多，而且是實現(xiàn)供配電自動化的基礎(chǔ)。
繼電保護(hù)裝置是指能反映供配電系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生的故障或不正常工作狀態(tài)，并能動作于斷路器跳閘或起動信號裝置發(fā)出預(yù)報信號的一種自動裝置。
繼電保護(hù)的主要任務(wù)如下：
（1）自動、迅速、有選擇性地將故障元件從供配電系統(tǒng)切除，使其他非故障部分迅速恢復(fù)正常供電；
（2）能正確反映電氣設(shè)備的不正常運行狀態(tài)，發(fā)出預(yù)報信號，以便操作人員采取措施，恢復(fù)電氣設(shè)備正常工作；
（3）與供配電系統(tǒng)的自動裝置（如自動重合閘裝置、備用電源自動投入裝置等）配合，提高供電系統(tǒng)的運行可靠性。
建筑供配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的特點是簡單、有效、可靠，且有較強的抗干擾能力。
2.對繼電保護(hù)的基本要求
繼電保護(hù)的設(shè)計應(yīng)以合理的運行方式和可能的故障類型為依據(jù)，并應(yīng)滿足選擇性、速動性、可靠性、靈敏性四項基本要求。
(1)選擇性
選擇性是指首先由故障設(shè)備或線路本身的保護(hù)切除故障。當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，繼電保護(hù)裝置動作，只切除故障元件，并使停電范圍最小，以減小故障停電造成的影響。保護(hù)裝置這種能挑選故障元件的能力稱為保護(hù)的選擇性。
(2)速動性
為了減小由于故障引起的損失，減少用戶在故障時低電壓下的工作時間，以及提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，要求繼電保護(hù)裝置在發(fā)生故障時盡快動作并將故障切除。快速地切除故障部分可以防止故障擴(kuò)大，減輕故障電流對電氣設(shè)備的損壞程度，加快供電系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，提高供電系統(tǒng)運行的可靠性。
(3)可靠性
可靠性是指保護(hù)裝置應(yīng)該動作時動作，不應(yīng)該動作時不動作。為保證可靠性，宜選用盡可能簡單的保護(hù)方式，采用可靠的元件和盡可能簡單的回路構(gòu)成性能良好的裝置，并應(yīng)有必要的檢測、閉鎖和雙重化等措施。保護(hù)裝置應(yīng)便于整定、調(diào)試和運行維護(hù)。
(4)靈敏性
靈敏性是指繼電保護(hù)在其保護(hù)范圍內(nèi)對發(fā)生故障或不正常工作狀態(tài)時的反應(yīng)能力。過電流保護(hù)的靈敏度SP用其保護(hù)區(qū)內(nèi)在電力系統(tǒng)為最小運行方式時的最小短路電流Ik，min與保護(hù)裝置一次動作電流，即保護(hù)裝置動作電流換算到一次電路的值，OP，1的比值來表示，即SP=Ik，min/IOP，1
對不同作用的保護(hù)裝置和被保護(hù)設(shè)備，所要求的靈敏度是不同的，在《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)范》(GB50062;1992)中都有規(guī)定。
另外,上述介紹的四項基本要求對于一個具體的保護(hù)裝置不一定都是同等重要的，而應(yīng)有所側(cè)重。例如，電力變壓器是供配電系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，對其保護(hù)裝置的靈敏度要求較高；而對一般電力線路的保護(hù)裝置，就要求其選擇性較高。
二、繼電保護(hù)的基本原理
電力系統(tǒng)發(fā)生故障時會引起電流的增加、電壓的降低以及電流與電壓間相位的變化，因此，電力系統(tǒng)中所采用的各種繼電保護(hù)大多數(shù)是利用故障時物理量與正常運行時物理量的差別來構(gòu)成的，例如，反映電流增大的過電流保護(hù)、反映電壓降低(或升高)的低電壓(或過電壓)保護(hù)等。
繼電保護(hù)原理結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。它由三部分組成，（1）測量部分;;用來測量被保護(hù)設(shè)備輸入的有關(guān)信號(電流、電壓)等，并和已給定的整定值進(jìn)行比較判斷是否應(yīng)該起動；（2）邏輯部分;;根據(jù)測量部分各輸出量的大小、性質(zhì)及其組合或輸出順序，使保護(hù)裝置按照一定的邏輯程序工作，并將信號傳輸給執(zhí)行部分；（3）執(zhí)行部分;;根據(jù)邏輯部分傳輸?shù)男盘枺詈笸瓿杀Ｗo(hù)裝置所負(fù)擔(dān)的任務(wù)，給出跳閘或信號脈沖。
如圖2所示為線路過電流保護(hù)基本原理示意圖，用以說明繼電保護(hù)的組成和基本原理。圖2中，電流繼電器KA的線圈接于被保護(hù)線路電流互感器TA的二次回路，即保護(hù)的測量回路，它監(jiān)視被保護(hù)線路的運行狀態(tài)，測量線路中電流的大小。在正常運行情況下，當(dāng)線路中通過最大負(fù)荷電流時，繼電器不動作；當(dāng)被保護(hù)線路K點發(fā)生短路時，線路上的電流突然增大，電流互感器TA二次側(cè)的電流也按變比相應(yīng)增大，當(dāng)通過電流繼電器KA的電流大于其整定值時，繼電器立即動作，觸點閉合，接通邏輯電路中時間繼電器KT的線圈回路，時間繼電器起動并根據(jù)短路故障持續(xù)的時間作出保護(hù)動作的邏輯判斷，時間繼電器KT動作，其延時觸點閉合，接通執(zhí)行回路中的信號繼電器KS和斷路器QF的跳閘線圈回路，使斷路器跳閘，切除短路故障。
三、斷電器的構(gòu)成和分類
1.繼電器的作用
繼電器是一種在其輸入的物理量(電氣量或非電氣量)達(dá)到規(guī)定值時，其電氣輸出電路被接通或分?jǐn)嗟淖詣与娖鳌?/p>
繼電器一般由感受元件、比較元件和執(zhí)行元件三個主要部分組成。
（1）感受元件將感受到的物理量(如電流、電壓)的變化情況綜合后送到比較元件。
（2）比較元件將感受元件送來的物理量與預(yù)先給定的物理量(整定值)相比較，根據(jù)比較的結(jié)果向執(zhí)行元件發(fā)出指令。
（3）執(zhí)行元件根據(jù)來自比較元件的指令自動完成繼電器所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，例如向斷路器發(fā)出跳閘脈沖或進(jìn)行其他操作。
2.繼電器的分類
繼電器的種類很多，目前一般分類方法如下：
（1）按繼電器動作和構(gòu)成原理可分為電磁型、感應(yīng)型、整流型、極化型、半導(dǎo)體型、熱力型等繼電器。
（2）按照繼電器反映物理量的性質(zhì)可分為電流、電壓、時間、信號、功率、方向、阻抗、頻率等繼電器。
繼電器又可分為反映電氣量增加和反映電氣量減少兩大類。前者為過量繼電器，如過電流繼電器等，后者為欠量繼電器，如欠電壓繼電器等。
除此之外，還有一類反映非電氣量參數(shù)而動作的繼電器，如氣體，瓦斯，繼電器、溫度繼電器等。
3.繼電器的表示方法
我國繼電器型號的編制是以漢語拼音字母表示的，由動作原理代號、主要功能代號、設(shè)計序號及主要規(guī)格代號所組成，其表示形式如下：
設(shè)計序號及主要規(guī)格用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，繼電器的主要規(guī)格代號常用來表示觸點的形式及數(shù)量。例如，DL-11/10表示電磁型電流繼電器，其中第一個數(shù)字"1"表示設(shè)計序號(10系列)，第二個"1"表示有一對動合觸點，
"10"表示最大動作電流為10A。
4.常用繼電器
35kV及以下電力網(wǎng)中的電力線路和電氣設(shè)備繼電保護(hù)裝置(包括供電系統(tǒng))，除了日漸推廣的微機(jī)保護(hù)外，仍大量采用電磁型和感應(yīng)型繼電器。下面重點介紹幾種反映單一電氣量的電磁型繼電器的結(jié)構(gòu)、原理及特性。
（1）電磁式電流繼電器
電磁式電流繼電器在繼電保護(hù)裝置中作為起動元件，如圖3所示為DL系列電磁式電流繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部接線圖。
電磁式電流繼電器的工作原理如下，當(dāng)線圈2通過電流IKA時，電磁力矩M1試圖使可動舌片3向順時針方向旋轉(zhuǎn)。在正常工作時，由于IKA較小，其所產(chǎn)生的電磁力矩不足以克服彈簧4的反抗力矩M2，故舌片3不會轉(zhuǎn)動，不會帶動可動觸點5與靜觸點6閉合；在短路故障時，IKA將大大增加，M1>M2，使舌片3轉(zhuǎn)動，帶動可動觸點5與靜觸點6接觸而使其閉合。
能使過電流繼電器剛好動作并使觸點閉合的電流IKA值稱為該繼電器的動作電流，用IOP表示。在繼電器動作后，逐漸減小IKA。當(dāng)繼電器剛好返回到原始位置時所對應(yīng)的IKA值稱為返回電流，用Ire表示。上述定義還可以說成，使繼電器常開接點閉合的最小電流稱為動作電流IOP；使繼電器閉合的常開觸點斷開的最大電流稱為返回電流Ire。繼電器的返回電流Ire與其動作電流IOP的比值稱為返回系數(shù)Kre(其值一般小于1)，即Kre=Ire/IO
（2）電磁式電壓繼電器
電磁式電壓繼電器的結(jié)構(gòu)、工作原理與電磁式電流繼電器基本相同。不同之處是，電壓繼電器的線圈是電壓線圈，其匝數(shù)多而線徑細(xì)，而電流繼電器的線圈為電流線圈，其匝數(shù)少而線徑粗。
電磁式電壓繼電器有過電壓和欠電壓兩大類，其中欠電壓繼電器在工廠供電系統(tǒng)應(yīng)用較多
類似過電流繼電器，欠電壓繼電器的動作電壓UOP是使其動作的最大電壓，而它的返回電壓Ure是使其返回的最小電壓，返回系數(shù)Kre=Ure/UOP。由于欠電壓繼電器的返回電壓Ure大于動作電壓UOP，所以其返回系數(shù)Kre>1，一般為1~1.2。
（3）電磁式時間繼電器
時間繼電器在保護(hù)裝置中起延時作用，以保證保護(hù)裝置動作的選擇性。
DS系列電磁式時間繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由電磁機(jī)構(gòu)和鐘表延時機(jī)構(gòu)兩部分組成，電磁機(jī)構(gòu)主要起鎖住和釋放鐘表延時機(jī)構(gòu)作用，鐘表延時機(jī)構(gòu)起準(zhǔn)確延時作用。時間繼電器的線圈按短時工作設(shè)計。
(4)電磁式中間繼電器
中間繼電器的作用是為了擴(kuò)充保護(hù)裝置出口繼電器的接點數(shù)量和容量，也可以使觸點閉合或斷開時帶有不大的延時(0.4~0.8s)，或者通過繼電器的自保持以適應(yīng)保護(hù)裝置的需要。
中間繼電器的工作原理一般按電磁原理構(gòu)成，如圖5所示為DZ系列電磁式中間繼電器結(jié)構(gòu)圖。
(5)電磁式信號繼電器
信號繼電器用于各保護(hù)裝置回路中，作為保護(hù)動作的指示器。信號繼電器一般按電磁原理構(gòu)成，繼電器的電磁起動機(jī)構(gòu)采用吸引銜鐵式，由直流電源供電。DX系列信號繼電器的結(jié)構(gòu)如圖6所示。在正常情況下，繼電器線圈中沒有電流通過，信號繼電器在正常位置。當(dāng)繼電器線圈中有電流流過時，信號牌落下或凸出，指示信號繼電器掉牌。為了便于分析故障的原因，要求信號指示不能隨電氣量的消失而消失。因此，信號繼電器須設(shè)計為手動復(fù)歸式。
信號繼電器可分為串聯(lián)信號繼電器(電流信號繼電器)和并聯(lián)信號繼電器(電壓信號繼電器)，其接線方式如圖7所示。實際使用時，一般采用電流型信號繼電器。
