继电保护的基本元件范文

导语：如何才能写好一篇继电保护的基本元件，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：变电站；继电保护；基本原理；瑕疵；完善

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）30-0103-02

在变电站的电力供应过程中，电力系统的检修和维护尤为重要，同时也是为电力系统提供持之以恒供电能力的一个重要渠道，在检修和维护中，继电保护则为重中之重，所谓的继电保护就是指在研究电力系统发生故障或者电力运行出现问题的情况下，在发展的过程中主要用有触电接触点的继电器来检修和保护电力系统以及发电机、变压器、输电线路等基本元件，使这些电路设备免受损害的一种具有针对性强的电力保护措施，在这种保护的基本原理中，用电力设备中最小的代价维护、检修其中的最大量的元件，达到检修成本最小的目的，同时也是对高科技元素的一种有效利用。这与我们通常所说的电力保护有所不同，它的基本任务是在电力系统发生故障时，利用最短的时间实现最大区域内的电力保护，其自动将故障设备从整个电力系统中切断或者由智能设备发出通报，使得维修人员迅速发现故障根源，减轻电路故障引起的危险。

1 变电站继电保护作用与基本组成

2 变电站继电保护的现状及问题

首先，人工智能手段的引入。人工智能体系引入继电保护过程中是对变电站系统管理的一大进步。如专家系统、人工神经网络ANN等被广泛地应用于非线性问题障碍的排除上，我们知道，电力系统的继电保护是一种较为典型的离散控制方式，它分布于电路系统的各个环节中，对于电路的正常或者故障状态都能进行常态评估，这也是进行保护的关键步骤。由于AI的逻辑能力以及逻辑思维的存在，AI已经成为在线评估的重要工具，在现实的电力系统的应用中也表现得越发频繁。与此同时，变压器保护、发电机保护以及自动重合闸保护等领域也对此进行了广泛的应用。但是在继电保护的电力应用中，人工智能手段的引入无疑也存在可靠与否等方面的考验或者说存在该方面的弊端，不得不引起电力研究领域的重视。

其次，继电保护系统与高科技领域紧密结合。在电力系统中，网络化的电力保护技术也已经成为主导，也就是说在进行电力保护的过程中实现网络化管理，把现有的高科技手段应用于电力测量、控制、保护以及通信一体化的数据传输方面，这都对电力保护起到了翻天覆地的变化。如数字变电站内光互感器、智能终端、GOOSE、SV等新技术的应用，在变电站内的继电保护方面应用高科技手段，大大减少了电路运行的危险性，使得各个需要保护的单元与重合闸装置在分析和处理数据上相互协调，达到匹配，即实现网格化管理，这虽然实现了变电站内继电保护的基本目的，但是这种技术在继电保护领域还处于初始阶段，很多关键技术还不成熟，不能成为主流，对国外先进技术的引入成为继电保护的一大问题。

最后，微机系统在继电保护中被大量使用。微机已经在20世纪开始大规模应用于各个领域，在变电站内的继电保护方面也应用频繁。微机进行保护主要的优点在于先进的计算能力和逻辑处理能力，能够提高继电保护的性能，近些年来，为了强化这种稳定性和敏锐性，必然就出现了对微机保护的改进措施，但是随着科技的发展，电力系统内引入微机保护的效率应该引起重视，如果滞后于微机技术的发展，继电保护就无实效性可言。

3 完善变电站内继电保护的基本思路

变电站内的小功率机器的继电保护在现阶段已经引起了足够的重视，如何实现继电保护的长效性、科学性，是一个亟需解决的课题，随着多年来的电力维修和保护的实践，总结出如下几点继电保护的基本思路：

首先，完善继电保护的可靠性与速度性。这种可靠主要体现在保护装置的可靠性方面，也就是说在电力系统出现故障时，保护装置能够及时有效地反映出电力所出现的具体问题，速度既体现在发现故障方面，还体现在维修速度方面，不能够出现误差，同时不能对整个电力系统的运作有较大的影响。电力系统是一个多元素构成的有机整体，机构相对复杂，并且在适用上各个元件所体现的价值寿命是不同的，因此可靠性显得尤为重要，要对各种设备的基本功能进行完善修整，实现操作无误差。

其次，继电保护实现选择性与灵敏性。在变电站的继电保护中，选择性是指在发生故障时，系统有选择地将元件与故障系统隔离分开，使之不受到更大的损害，不受损害的部分仍然能够继续工作，这个过程既要求选择性，同时也要求灵敏性，需要对受到损害的元件与未受损害的元件进行区分，并使之与系统有效隔离，实现系统的完整性运转，避免不必要的损失，快速保护动作时间在0.06～2.12s之间，最快可达0.01～0.04s。

最后，实现科技贯穿于整个继电保护过程。以上文中我们了解到，继电保护需要在高科技支撑下进行运作，也只有这样的运作能够对变电站电力系统的维护有一定的作用，对于吸收继电保护的先进科技是实现继电保护的有效途径，也是实现电力系统稳定发展的巨大支撑。

4 结语

变电站的继电保护是电力传输系统的一个重要环节，其工作的稳定性，需要我们对变电站安全运行以及电力系统的稳定进行全面掌握，对继电保护的上述研究只是其中的一个弱小方面，加强变电站的继电保护需要对整个电力产业以及电力科技的发展有较为熟悉的掌握，使得继电保护能够成为变电站电力系统维护的一个重要举措，同时也是我们电力行业发展的一个重要使命。

参考文献

[1] 郝治国，张保会，褚云龙.变压器励磁涌流鉴别技术的现状和发展[J].变压器，2005，（7）.

[2] 桂林，孙宇光，等.发电机内部故障仿真分析软件的应用实例[J].水电自动化与大坝监测，2003，（6）.

[3] 艾恒.继电保护装置初析[J]，中小企业管理与科技（下旬刊），2011，（7）.

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关键词：MATLAB；变压器；纵差动保护；教学

作者简介：黄力（1980-），男，湖北沙市人，三峡大学电气与新能源学院，讲师。（湖北 宜昌 443002）王身丽（1978-），女，湖北恩施人，湖北超高压输变电公司，工程师。（湖北 武汉 430050）

中图分类号：G642.0  文献标识码：A  文章编号：1007-0079（2011）36-0198-02

在电力系统中广泛地使用变压器来升高或降低电压。变压器是电力系统中不可缺少的重要电气设备。变压器故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响，同时大容量的变压器也是十分贵重的设备。因此配备性能良好、动作可靠的变压器继电保护装置显得尤为重要。

电力变压器纵差动保护是“继电保护”课程中非常重要的内容。目前，由于电力变压器的特殊性，很难在本科教学中对变压器保护进行直观的分析演示，极大地影响了课堂教学效果。对此，笔者就利用MATLAB仿真软件在电力变压器保护教学中的应用进行了研究。借助计算机仿真技术，将变压器纵差动保护原理直观地展示在学生的面前，并能对保护的特性进行深入研究。从而使学生能够真正深化对电力变压器纵差动保护原理的学习。

一、MATLAB简介

MATLAB是Mathwork公司推出的一套高效率的数值计算和可视化软件，适用于多种学科的大型仿真计算。它集数值分析、矩阵计算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境，对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集成工具箱。其中提供了专用电力系统模块PSB（Power System Block），它是一种针对电气系统的可视化建模与仿真工具。同时使用强大的PSB和MATLAB的仿真工具Simulink，将使一些复杂的、非线性的电气系统的建模与仿真变得简捷。

MATLAB/PSB以Simulink为运行环境，涵盖了电路、电力电子、电气传动、电机、电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型。它包括以下6类库元件：电源元件（Electrical sources），线路元件（Elements），电力电子元件（Power Electronics），电机元件（Machines），测量元件（Measurements），应用元件（application libraries）。用户可以选择不同的元件组合封装自己所需的模块，进行计算机数字仿真分析计算，可以用示波器进行波形输出。

二、变压器纵差动保护原理

变压器纵差动保护原理建立在基尔霍夫电流定律的基础上，不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时切除区内各种故障，具有独特的优点，因而被广泛用作变压器的主保护。

以双绕组单相变压器为例，图1所示为其原理接线图。，分别为变压器一次侧和二次侧的一次电流，参考方向为母线指向变压器；，为相应的电流互感器二次电流。流入差动继电器的差动电流为，纵差动保护的动作判据为：

式中，――纵差保护动作电流。

当变压器正常运行或区外故障时，，即。此时差动电流为零，保护不会动作。当变压器内部（包括变压器与电流互感器之间的引线）任一点发生故障时，相当于变压器内部多了一个故障支路，流入差动继电器的差动电流等于故障点电流（变换到电流互感器二次侧），只要故障电流大于差动继电器的动作电流，差动保护就能迅速动作。

在实际使用中，由于有流过差动回路的不平衡电流影响，变压器纵差动保护还需要躲过不平衡电流。不平衡电流的产生主要原因有：电流互感器的传变误差；变压器的励磁电流；变压器带负荷调节分接头等。因此在保护的整定计算中，分别按躲过外部短路故障时的最大平衡电流与变压器的最大励磁涌流进行分析计算。从得到的动作电流值中选取最大者，作为变压器纵差动保护的整定动作电流值。

在讲解不平衡电流过程中，变压器的励磁电流影响是教学的重点与难点。特别是在变压器空载合闸过程中，变压器由于铁芯的饱和，产生非常大的励磁涌流。若用动作电流来躲过其影响，将会使纵差动保护在变压器内部故障时灵敏度太低。如何通过其他措施来防止励磁涌流引起变压器纵差动保护的误动，是变压器纵差动保护的核心问题。

三、变压器差动保护模型

对于变压器纵差动保护原理，在理论分析的基础上，可以利用MATLAB PSB库中的元件搭建仿真模型进行分析讲解。其中主要使用的元件有三相变压器模型、三相故障模型以及相应的测量元件。由于这些元件已经封装好，只要设置好有关的参数，就可以很方便地应用在教学过程中。同时，对于电气量的观测通过相应的测量元件直接接入电路中，可以获得任何我们感兴趣的电气量。

变压器纵差动保护模型如图2所示。三相变压器的参数设定直接在参数对话框中输入，接线方式为Yg/Yg，变比为500kV/230kV，三相额定容量为450MVA（每相150MVA），额定频率为60Hz。一次绕组R1=0.002pu，L1=0.08pu；二次绕组R2=0.002pu，L2=0.08pu；Rm=500pu。三相初始磁通都设为0。

Sa、Sb、Sc分别为A相、B相、C相差动判断子模块，其内部结构如图3所示。In1、In2为变压器高压侧与低压侧电流的输入端。输入的两侧电流首先考虑变比的影响，再通过高压侧与低压侧电流差的绝对值与差动保护动作电流值进行比较，得出是否动作的逻辑值。在模型中，动作电流值可以取10倍的变压器二次侧额定电流值。

故障的设置利用三相故障模型，根据需要接入到仿真模型中。通过设置相应的参数，能够实现任意相的单相接地短路、两相短路、两相接地短路和三相短路，并能对发生故障的时间进行设定，满足不同的需要。这样教学过程中的演示与分析变得十分方便。

四、模型的教学应用

利用纵差动保护仿真模型，结合教材内容，我们能够很方便地讲解变压器纵差动保护的原理。

1.差动电流的测量

通过装在一次侧与二次侧的电流表获得电流的数据，进行标幺值的转换后，分析比较。对变压器正常运行、区内故障与区外故障分别进行设定，然后分析比较。

由表1可见，当在区内出现故障时，故障相的差动电流远大于动作电流值。纵差动保护可以很好地对故障进行判断，得出的结果与前面的理论分析完全相同。

2.变压器空载合闸

变压器的空载合闸将会产生非常大的励磁涌流。在分析时主要针对合闸过程中变压器的铁芯饱和情况以及励磁涌流的有关特性，设置电源初相角为0°，变压器各相的剩磁通都设为0，合闸时间设为0.01s，仿真时间从0～0.2s。

A相在合闸时出现励磁涌流，在合闸的瞬间高压侧与低压侧电流差值很大，并大大超过差动保护动作值。此动作为保护的误动作，励磁涌流是造成误动的原因。所以需要将励磁涌流与故障电流区别开来，使保护不发生误动。

对励磁涌流进行傅立叶变换发现，除基波和非周期分量外，高次谐波电流以二次谐波为最大，如表2所示。

3.防止励磁涌流引起的误动

利用励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特点，当检测到差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以防止励磁涌流引起误动。

二次谐波制动元件的动作判据为。其中I1、I2分别为差动电流中的基波分量和二次谐波分量的幅值；K2称为二次谐波制动比，按躲过各种励磁涌流下最小的二次谐波含量整定，整定范围通常为。

在差动判断子模块中，增加对差动电流的博立叶变化模块，对二次谐波的大小进行判断，从而实现防止励磁涌流引起的误动。

重复空载合闸实验，在合闸时，逻辑值没有变化，闭锁装置检测出差动电流二次谐波含量大于整定值，将差动继电器闭锁，防止了误动作。而在A相发生接地短路时，逻辑值从1到0，差动保护动作，不受闭锁装置的影响，能对故障进行正确的判断。因此，验证了二次谐波制动方法的可行。

五、结论

基于MATLAB的变压器纵差动保护仿真分析，能够直观地演示保护的动作过程。有利于学生对变压器纵差动保护原理的理解。仿真模型能够快速设定各种不同的故障情况，对于故障时变压器的电气量也能随时观测，为变压器纵差动保护原理教学提供了一个良好的演示平台。不仅提高了教学质量和效果，也提高了学生对变压器纵差动保护的学习兴趣，拓宽了视野，培养了创新能力。

参考文献：

[1]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理(第三版)[M].北京:中国电力出版社,2008.

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关键词：智能变电站；继电保护；试验方法

智能变电站是一种新型的低碳环保可靠的智能设备，主要特点是形成了全站信息的数字化传输和通信的网络化以及达到了信息的共享，采集，测量，控制和保护等功能都能够自动完成，并能够全天候的自动控制变电站运行状态，自动分析并调节的变电站。

1、传统变电站与智能变电站工作方式的不同

1.1 传统变电站的工作方式

（1）对新建的变电站或者新的电网线路进行继电保护相关设备的调试和验收是很有必要的。在这个过程中，继电保护班的人会和相关班组的人以及送变电工作人员一起对继电保护相关的信号系统进行检验和测试，其目的是保证继电保护装置能够正确的进行继电保护反应，设备动作与采集信息能够相互对应。整定值的确定也很重要，整定值是继电保护人员对设备进行整定的基本依据。

（2）一旦发现电网中有变电站或者线路运行方式发生了改变，就必须根据工作条例对相关的继电保护设备进行调节。例如，有时候会出现保护整定值发生改变的事情，这就需要继电保护的人员对继电保护设备进行重新的定值，定值后要进行一系列的测试，在确保合格之后就可以应用在电网中去。

（3）在变电站的日常运行中，对继电保护设备的维护是很重要的，继电保护人员需要定期的对设备进行测试。一旦在日常的常规测试中发现了问题，就必须立即停止使用有故障的继电保护装置，在处理完成测试合格之后，才可以继续使用。

（4）一旦发生系统故障，这对继电保护设备是很重大的故障，肯定会导致继电保护装置的动作不对应，一旦发生这种情况，就需要立即对继电保护设备进行抢修，使其尽快恢复正常工作。

1.2 智能电网的继保技术带来的挑战

（1）智能电网的继电保护装备和以前的传统的设备有很大的不同，无论在构造上还是运行的原理上都有区别，因此，需要很长时间去学习并熟悉掌握。由于继保系统构成的原理与现有保护设备有所不同，可能将使用到广域信息采集系统，而保护动作原理也不单使用本元件的信息，因此新的继保设备的使用方法也将与现有保护设备不同。

（2）智能电网中的继保设备，其保护调试方式与现有继保设备不同。智能电网的继电保护在运行的时候，是多条线路和设备的保护相互配合进行的，而且调度的过程和传统的调度方式也不一样，这就需要继电保护工作人员，要重新认识设备，并在厂家的指导下进行学习和培训。

（3）在日常的运行方式上，智能电网和传统电网是不同的。在智能变电站中，广域的保护比传统的保护复杂的多，智能变电站需要的是多个线路和设备的共同配合运行。当然，在智能电网中，一旦电网运行的方式发生变化，继电保护人员也会做一些工作，只是和传统的继电保护相比，智能变电站所需要工作人员做的工作就很少，这主要是因为智能变电站的智能化控制和自动调节能力很强，减少了很多人为的操作。

（4）在巡检方式上，智能电网和传统电网的继电保护设备也有很大不同。智能变电站自身具有二次设备的自动诊断技术，这对继电保护设备的巡检是一个巨大的进步，这样一来，就减少了很多的继电保护1人员的巡检工作。传统的电网继电保护故障巡检是需要很频繁的巡检的，而智能电网的继电保护设备通过自动诊断技术就可以知道故障原因，只需要工作人员进行针对性的检查并维修。

2、智能保护工作的试验流程

通入保护装置的将是以数字信号形式为主，在日常的周校需要相应的数子模拟装置进行，所以可以借鉴数字化变电站的调试方式进行，其方式如下：

二次系统集成商处负责出厂验收的工作，出厂验收主要是检查二次系统的硬件，功能和可靠性等。进行出厂验收通常需要满足以下几个条件：①二次系统已经在工厂环境下完成了软件的开发和系统集成，当然这个过程是系统集成商进行的；②系统集成商拥有完善的验收环境和验收设各，并具有完善的验收技术资料和资质：③设备供应商已经完成了出厂试验，达到了合同和技术规范的要求。

在现场的二次设备屏柜安装和二次电缆和熔接完成后，可以进行现场装置功能的调试工作。这个现场装置的调试主要是运用专用仪器在相关规范的范围内进行二次设备的功能和性能的测试。