继电保护的基本原理和继电保护装置的组成

由各种类型的发电厂、输电设备和配电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统，我们把它统称为电力系统。一般将电能通过的设备成为电力系统成为电力电力系统的一次设备，如发电机、变压器、断路器、输电电路等，对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备，被称为电力系统的二次设备。继电保护装置就属于电力系统的二次设备。

一、继电保护装置的基本原理

为了完成继电保护的任务，继电保护就必须能够区别是正常运行还是非正常运行或故障，要区别这些状态，关键的就是要寻找这些状态下的参量情况，找出其间的差别，从而构成各种不同原理的保护。

1.利用基本电气参数的区别

发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的变化，可以构成如下保护：

(1)过电流保护。单侧电源线路如图1-1所示，若在BC段上发生三相短路，则从电源到短路点k之间将流过很大的短路电流I_k，可以使保护2反应这个电流增大而动作于跳闸。

(2)低电压保护。如图1所示，短路点k的电压U_k降到零，各变电站母线上的电压都有所下降，可以使保护2反应于这个下降的电压而动作。   

图1：单侧电源线路

(3)距离保护。距离保护反应于短路点到保护安装地之间的距离（或测量阻抗）的减小而动作。如图1所示，设以Z_k表示短路点到保护2（即变电站B母线）之间的阻抗，则母线上的残余电压为：

U_B=I_kZ_ko Z_B

就是在线路始端的测量阻抗，它的大小正比于短路点到保护2之间的距离。

2.利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差别

图2所示为双侧电源网络。若统一规定电流的正方向是从母线流向线路，则对线路AB两侧电流相位（或功率方向）的分析如下。

图2：双侧电源网络
a——正常运行情况；b——线路AB外部短路情况；c——线路AB内部短路情况

正常运行时，A、B两侧电流的大小相等，相位相差180°；当线路AB外部故障时，A、B两侧电流仍大小相等，相位相差180°；当线路AB内部短路时，A、B两侧电流一般大小不相等，在理想情况下（两侧电动势同相位且全系统的阻抗角相等），两侧电流同相位。从而可以利用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构成各种差动原理的保护（内部故障时保护动作），如纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等。

3．序分量是否出现

电气元件在正常运行（或发生对称短路）时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，一般负序和零序都较大。因此，根据这些分量的是否存在可以构成零序保护和负序保护。此种保护装置具有良好的选择性和灵敏性。

4．反应于非电气量的保护

反应于变压器油箱内部故障时所发生的气体而构成气体（瓦斯）保护；反应于电动机绕组的温度升高而构成过负荷保护等。

二、继电保护装置的组成

继电保护的种类虽然很多，但是在一般情况下，都是有三个部分组成的，即测量部分、逻辑部分和执行部分。其原理结构如图3所示。

图3：继电保护装置的原理结构图

1.测量部分

测量部分是测量被保护元件工作状态（正常工作、非正常工作或故障状态）的一个或几个物理量，并和已给的整定值进行比较，从而判断保护是否应该启动。

2．逻辑部分

逻辑部分的作用是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，使保护装置按一定的逻辑程序工作，后传到执行部分。

3．执行部分

执行部分的作用是根据逻辑部分送的信号，后完成保护装置所担负的任务。如故障时，动作于跳闸；不正常运行时，发出信号；正常运行时，不动作。