當電力系統中的電力元件（如發電機、線路等）或電力系統本身發生了故障危及電力系統安全運行時，能夠向運行值班人員及時發出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令以終止這些事件發展的一種自動化措施和設備。實現這種自動化措施的成套設備，一般通稱為繼電保護裝置。
基本介紹
- 中文名：繼電保護裝置
- 外文名：relay protection equipment
- 屬性：物理裝置
- 電力元件：發電機、線路
- 組成：測量比較元件、邏輯判斷元件等
- 儀器：新型智慧型化測試儀器
發展歷史,構成,基本原理,特點,基本要求,選擇性,速動性,靈敏性,可靠性,裝置作用,裝置類型,技術指標,異常現象,
發展歷史
微機繼電保護測試儀是一個新型智慧型化測試儀器，以前的繼電保護試驗工具主要是用調壓器和移相器組合而成，體積笨重，精度不高，已不能滿足現代微機繼電保護的校驗工作。隨著科學技術的不斷發展，微機繼電保護已廣泛運用於線路保護，主變差動保護，勵磁控制等各個領域，變電站綜合自動化已成為主流。 現代微機繼電保護測試儀可分為兩種形式，一種是採用傳統的OCL功放，體積大，重量在25Kg左右，比較笨重，功放管工作在放大區，時間長了容易損壞，且動態範圍窄，精度不高。另一種是採用開關電源，功放採用數字功放，體積小，重量輕，效率高，是繼電保護測試儀的發展方向。 可對各類型電壓、電流、頻率、功率、阻抗、諧波、差動、同期等繼電器以手動或自動方式進行測試，可模擬各種故障類型進行距離、零序保護裝置定值校驗和保護裝置的整組試驗，可自動掃描微機和數字型變壓器、發變組差動保護比率制動曲線，具備GPS觸發功能。 繼電保護微機型測試裝置是保證電力系統安全可靠運行的一種重要測試工具。隨著計算機技術、微電子技術、電力電子技術的飛速發展，套用最新技術成果不斷推出新型高性能微機繼電保護測試裝置是技術進步的必然趨勢。繼電保護測試裝置是保證電力系統安全可靠運行的一種重要測試工具。隨著現代電力系統規模的不斷擴大，對電力系統運行和管理的可靠性、高效性要求的不斷提高，繼電保護人員的測試工作變得更加頻繁和複雜。在計算機技術、微電子技術、電力電子技術飛速發展，套用最新技術成果不斷推出新型高性能繼電保護測試儀是技術進步的必然趨勢，也是時代賦予我們的責任。繼電保護測試儀是在參照中華人民共和國電力行業標準《繼電保護微機型試驗裝置技術條件》（DL/T 624 ─ 1997）的基礎上，充分使用現代先進的微電子技術和器件實現的一種新型小型化微機繼電保護測試儀。它採用可單機獨立運行，亦可聯接其它電腦運行的先進結構，主機內置高性能工控機和高速數位訊號處理器，真16位DAC模組、新型模組式高保真大功率功放，自帶TFT真彩色LCD顯示器和嵌入式微機鍵盤。既可以單機獨立操作，也可以連線筆記本電腦操作。操作功能強大，體積小，精度高。既具有大型測試儀優越的性能、先進的功能，又具有小型測試儀小巧靈活、操作簡便、可靠性高。
繼電保護裝置
繼電保護裝置構成
1、測量比較元件
2、邏輯判斷元件
3、執行輸出元件
基本原理
繼電保護主要是利用電力系統中元件發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、執行部分。
①、電力系統運行中的參數（如電流、電壓、功率因數角）在正常運行和故障情況時是有明顯區別的。繼電保護裝置就是利用這些參數的變化，在反映、檢測的基礎上來判斷電力系統故障的性質和範圍，進而作出相應的反應和處理（如發出警告信號或令斷路器跳閘等）。
繼電保護裝置的原理圖②、繼電保護裝置的原理框圖分析：
A、取樣單元---它將被保護的電力系統運行中的物理量（參數）經過電氣隔離並轉換為繼電保護裝置中比較鑑別單元可以接受的信號，由一台或幾台感測器如電流、電壓互感器組成。
B、比較鑑別單元---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出何種信號。（正常狀態、異常狀態或故障狀態）比較鑑別單元可由4隻電流繼電器組成，二隻為速斷保護，另二隻為過電流保護。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出使斷路器最終掉閘的信號；若電流信號小於整定值，則電流繼電器不動作，傳向下級單元的信號也不動作。鑑別比較信號“速斷”、“過電流”的信息傳送到下一單元處理。
C、處理單元---接受比較鑑別單元來的信號，按比較鑑別單元的要求進行處理，根據比較環節輸出量的大小、性質、組合方式出現的先後順序，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。（延時過程）
D、執行單元---故障的處理通過執行單元來實施。執行單元一般分兩類：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。
E、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，功率1KVA以上。
特點
1、智慧型型主機，主機採用高性能數位訊號處理器。
2、單機獨立運行。
3、連線電腦運行。
4、16位DAC晶片。
5、大螢幕LCD顯示庫。
繼電保護裝置
繼電保護裝置6、"傻瓜式"操作。
7、新型高保真功放。
8、電流、電壓直接輸出。
9、自我保護。
10、接點豐富。
11、主機一體化單機箱結構。
12、性價比高。
基本要求
繼電保護裝置應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求：這四“性”之間緊密聯繫，既矛盾又統一。
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，才允許由相鄰設備保護、線路保護或斷路器失靈保護來切除故障。上、下級電網（包括同級）繼電保護之間的整定，應遵循逐級配合的原則，以保證電網發生故障時有選擇性地切除故障。切斷系統中的故障部分，而其它非故障部分仍然繼續供電。
速動性
---指保護裝置應儘快切除短路故障，其目的是提高系統穩定性，減輕故障設備和線路的損壞程度，縮小故障波及範圍，提高自動重合閘和備用設備自動投入的效果。
靈敏性
---指在設備或線路的被保護範圍內發生金屬性短路時，保護裝置應具有必要的靈敏係數（規程中有具體規定）。通過繼電保護的整定值來實現。整定值的校驗一般一年進行一次。
可靠性
---指繼電保護裝置在保護範圍內該動作時應可靠動作，在正常運行狀態時，不該動作時應可靠不動作。任何電力設備（線路、母線、變壓器等）都不允許在無繼電保護的狀態下運行，可靠性是對繼電保護裝置性能的最根本的要求。
說明：繼電保護的整定、校驗應由上一級供電部門進行。（收費）
裝置作用
①、監視電力系統的正常運行，當被保護的電力系統元件發生故障時，應該由該元件的繼電保護裝置迅速準確地給脫離故障元件最近的斷路器發出跳閘命令，使故障元件及時從電力系統中斷開，以最大限度地減少對電力系統元件本身的損壞，降低對電力系統安全供電的影響。當系統和設備發生的故障足以損壞設備或危及電網安全時，繼電保護裝置能最大限度地減少對電力系統元件本身的損壞，降低對電力系統安全供電的影響。（如：單相接地、變壓器輕、重瓦斯信號、變壓器溫升過高等）。
繼電保護裝置
繼電保護裝置②、反應電氣設備的不正常工作情況，並根據不正常工作情況和設備運行維護條件的不同發出信號，提示值班員迅速採取措施，使之儘快恢復正常，或由裝置自動地進行調整，或將那些繼續運行會引起事故的電氣設備予以切除。反應不正常工作情況的繼電保護裝置允許帶一定的延時動作。
③、實現電力系統的自動化和遠程操作，以及工業生產的自動控制。如：自動重合閘、備用電源自動投入、遙控、遙測等。
裝置類型
①、電流保護：（按照保護的整定原則，保護範圍及原理特點）
A、過電流保護---是按照躲過被保護設備或線路中可能出現的最大負荷電流來整定的。如大電機啟動電流（短時）和穿越性短路電流之類的非故障性電流，以確保設備和線路的正常運行。為使上、下級過電流保護能獲得選擇性，在時限上設有一個相應的級差。
B、電流速斷保護---是按照被保護設備或線路末端可能出現的最大短路電流或變壓器二次側發生三相短路電流而整定的。速斷保護動作，理論上電流速斷保護沒有時限。即以零秒及以下時限動作來切斷斷路器的。
過電流保護和電流速斷保護常配合使用，以作為設備或線路的主保護和相鄰線路的備用保護。
繼電保護裝置
繼電保護裝置C、定時限過電流保護---在正常運行中，被保護線路上流過最大負荷電流時，電流繼電器不應動作，而本級線路上發生故障時，電流繼電器應可靠動作；定時限過電流保護由電流繼電器、時間繼電器和信號繼電器三元件組成（電流互感器二次側的電流繼電器測量電流大小→時間繼電器設定動作時間→信號繼電器發出動作信號）；定時限過電流保護的動作時間與短路電流的大小無關，動作時間是恆定的。（人為設定）
D、反時限過電流保護---繼電保護的動作時間與短路電流的大小成反比，即短路電流越大，繼電保護的動作時間越短，短路電流越小，繼電保護的動作時間越長。在10KV系統中常用感應型過電流繼電器。（GL－型）
②、電壓保護：（按照系統電壓發生異常或故障時的變化而動作的繼電保護）
A、過電壓保護---防止電壓升高可能導致電氣設備損壞而裝設的。（雷擊、高電位侵入、事故過電壓、操作過電壓等）10KV開閉所端頭、變壓器高壓側裝設避雷器主要用來保護開關設備、變壓器；變壓器低壓側裝設避雷器是用來防止雷電波由低壓側侵入而擊穿變壓器絕緣而設的。
B、欠電壓保護---防止電壓突然降低致使電氣設備的正常運行受損而設的。
C、零序電壓保護---為防止變壓器一相絕緣破壞造成單相接地故障的繼電保護。主要用於三相三線制中性點絕緣（不接地）的電力系統中。零序電流互感器的一次側為被保護線路（如電纜三根相線），鐵芯套在電纜上，二次繞組接至電流繼電器；電纜相線必須對地絕緣，電纜頭的接地線也必須穿過零序電流互感器；原理：正常運行及相間短路時，一次側零序電流為零（相量和），二次側內有很小的不平衡電流。當線路發生單相接地時，接地零序電流反映到二次側，並流入電流繼電器，當達到或超過整定值時，動作並發出信號。（變壓器零序電流互感器串接於零線端子出線銅排）
③、瓦斯保護：油浸式變壓器內部發生故障時，短路電流所產生的電弧使變壓器油和其它絕緣物產生分解，並產生氣體（瓦斯），利用氣體壓力或衝力使氣體繼電器動作。故障性質可分為輕瓦斯和重瓦斯，當故障嚴重時（重瓦斯）氣體繼電器觸點動作，使斷路器跳閘並發出報警信號。輕瓦斯動作信號一般只有信號報警而不發出跳閘動作。
變壓器初次投入、長途運輸、加油、換油等原因，油中可能混入氣體，積聚在氣體繼電器的上部（玻璃視窗能看到油位下降，說明有氣體），遇到此類情況可利用瓦斯繼電器頂部的放氣閥（螺絲擰開）放氣，直至瓦斯繼電器內充滿油。考慮安全，最好在變壓器停電時進行放氣。容量在800KVA及以上的變壓器應裝設瓦斯保護。
繼電保護裝置
繼電保護裝置④差動保護：這是一種按照電力系統中，被保護設備發生短路故障，在保護中產生的差電流而動作的一種保護裝置。常用做主變壓器、發電機和並聯電容器的保護裝置，按其裝置方式的不同可分為：
A、橫聯差動保護---常用作發電機的短路保護和並聯電容器的保護，一般設備的每相均為雙繞組或雙母線時，採用這種差動保護。
B、縱聯差動保護---一般常用作主變壓器的保護，是專門保護變壓器內部和外部故障的主保護。
⑤高頻保護：這是一種作為主系統、高壓長線路的高可靠性的繼電保護裝置。我國已建成的多條500KV的超高壓輸電線路就要求使用這種可行性、選擇性、靈敏性和動作迅速的保護裝置。高頻保護分為相差高頻保護；方向高頻保護。
相差高頻保護的基本原理是比較兩端電流的相位的保護。規定電流方向由母線流向線路為正，從線路流向母線為負。就是說，當線路內部故障時，兩側電流同相位而外部故障時，兩側電流相位差180度。方向高頻保護的基本工作原理是，以比較被保護線路兩端的功率方向，來判別輸電線路的內部或外部故障的一種保護裝置。
⑥距離保護：這種繼電保護也是主系統的高可靠性、高靈敏度的繼電保護，又稱為阻抗保護，這種保護是按照長線路故障點不同的阻抗值而整定的。
⑦平衡保護：這是一種作為高壓並聯電容器的保護裝置。繼電保護有較高的靈敏度，對於採用雙星形接線的並聯電容器組，採用這種保護較為適宜。它是根據並聯電容器發生故障時產生的不平衡電流而動作的一種保護裝置。
⑨方向保護：這是一種具有方向性的繼電保護。對於環形電網或雙回線供電的系統，某部分線路發生故障時，而故障電流的方向符合繼電保護整定的電流方向，則保護裝置可靠地動作，切除故障點。
技術指標
◆交流電壓輸出 0～250V連續可調，最大輸出容量600VA,過量程保護260V。
◆交流電流輸出 0～50A，0～100A連續可調 0～50A時，開路電壓10V。 0～100A時，開路電壓5V。過載保護動作電流120A。
繼電保護裝置
繼電保護裝置◆直流電壓輸出 0～250V連續可調，最大電流2A，過量程保護260V,過載保護動作電流2.1A±5%。
◆直流電流輸出 0～200mA 0～5A連續可調 0～200mA時，開路電壓48V，過載保護動作電流230mA。 0～5A時，開路電壓24V,過載保護動作電流5.2A。 ●標準12路電流電壓輸出，靈活組織 可12路（6路電壓、6路電流）同時輸出 可6路電流或6路電壓單獨輸出。
異常現象
1、電流某相插孔間報警燈亮,並有報警聲：此相電流開路或負載超過實際輸出範圍,檢查接線及負荷後再試。
2、功放電源一投或一輸出電壓立即跳開功放，電源指示燈閃爍紅光並有報警聲：彈開功放按鈕，檢查電壓迴路有否短路或嚴重過載。
繼電保護裝置
繼電保護裝置3、測試過程中，跳開功放電源：首先軟體停止操作輸出，然後彈起功放按鈕,自保護信號應復歸，電源指示燈發綠光並停止報警聲。再按下功放按鈕，再繼續試驗。若彈起面板功放按鈕後，不能復歸自保護信號，或再次按下按鈕後，自保護再次動作，應考慮是否大電流長時間輸出。
