继电器保护的基本原理范文

导语：如何才能写好一篇继电器保护的基本原理，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】变压器；差动保护；故障；措施

前言

随着电力事业的发展，超高压输电线路在我国的建设越来越普遍，大容量超高压的大型电力变压器的应用也随之扩大，这就要求变压器保护不仅可靠，而且要快速。但是变压器保护的发展远远落后于系统发展的速度，据统计目前变压器保护动作正确率普遍不高，有时候会出现一些原因不明的误动，传统的保护原理、保护方法面临严峻的挑战。因此研究出可靠的判据，防止变压器保护误动，具有较大的理论和工程应用价值。因此，本文重点分析变压器差动保护的基本原理、差动保护误动作的原因以及防范措施。

一、差动保护的基本原理

变压器的主保护一般选用电流纵差动保护，其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，可以无延时的切除保护区内各种故障，具有很多优良特点。图1所示为双绕组单相变压器纵差动保护的原理接线图，i1、i2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。

根据上式，正常运行和变压器外部故障时，差动电流为零，保护不会动作；如果变压器内部任何一点故障时，包括电流互感器与变压器之间的引线，只要故障电流大于差动保护继电器的动作电流时，差动保护就可以迅速动作。

当变压器电流互感器饱和、变压器变比调整等时，差动保护会产生不平衡电流。针对不同状况引起的不同的不平衡电流，需要引入制动电流，使差动保护不误动作。根据制动电流与差动电流比值大小来判断保护是否动作，这种判据方法称为比率差动。差动保护要根据变压器变比及各侧电流互感器变比将各侧二次电流进行折算，使差动电流能真实反映实际一次差动电流。

二、差动保护误动的原因

变压器差动保护装置的准确动作依赖于保护正确的整定值与正确的接线。由于变压器各侧的绕组接线方式、电压等级、电流互感器的型号、比率都不同，而且主变压器的短路电流、励磁涌流、铁芯饱和等诸多因素的影响，使变压器差动保护取样的不平衡电流值可达到一个较大的数量级数值，尤其是在整定值不匹配或者保护接线不正确的情况下，产生的不平衡电流将大于保护的整定值，此时就会造成误动，就会对电网运行带来严重的危害。

变压器差动保护误动的原因很多，下面给出一些常见的误动作原因：

（1）常见原因是变压器分接头调整问题，一般变压器高压绕组有调压分接头，有的还要求变压器能够有载调压，此时会导致不平衡电流增大，当大于保护的整定值时就会造成保护误动；

（2）由变压器涌流引起的差动保护误动事故也较常见，一般情况下变压器铁芯没有饱和，其工作在线性区域，此时励磁电流较小，差动保护一般不会误动，但在一些过渡过程中或变压器带有冲击负荷时，变压器的铁芯就会出现饱和现象，产生几倍甚至十几倍额定电流的励磁涌流，容易引起变压器差动保护误动；

（3）变压器如果在保护区外发生故障时，变压器一次侧电流的非周期分量较大，如变压器各侧的电流互感器饱和特性不一样，易引起某一侧的电流互感器饱和，产生暂态不平衡电流，可能会引起差动保护误动。在外部故障切除过程中，由于电流互感器的局部暂态饱和也可能会引起差动保护的误动；

（4）在稳态过励磁情况下，变压器也会有励磁电流剧增的状况出现，就会引起差动保护非选择性的误动；

（5）如果变压器内部匝间轻微有故障时，虽然流过短路环的电流很大，但流入差动回路的电流可能很小，可能小于保护的整定值，此时就会影响到差动保护的灵敏动作。

在一般变电站中，差动保护是主变压器的主保护，其安全可靠性对变压器保护影响最为关键。变压器的差动保护在变压器正常运行和区外故障时，理想状况下流入差动继电器的电流为零，保护装置不动作。但是在工程中变压器在正常运行或区外故障时都有可能产生较大的不平衡电流，不平衡电流有可能大于差动保护的整定动作值，就可能引起变压器差动保护的误动作。

三、差动保护误动作防预措施

变压器差动保护误动作会给电网安全稳定运行造成很大威胁，同时也会造成巨大的经济损失，所以必须对变压器差动保护采取防预措施。

（1）变压器差动保护的电流互感器应选用D级电流互感器。如果工程运行中的差动保护已选用了其他型号的电流互感器，为了消除不平衡电流，变压器两侧的电流互感器应按10%误差曲线选择，而且在整定变压器差动继电器的动作电流时要引入同型号系数Ktx，修正型号异同的影响，以防止继电器误动；

（2）电力系统中运行的变压器差动保护装置通常采用DCD-2型差动继电器DCD-2型差动继电器是由DC-11/0.2型电流继电器和带短路线圈的速饱和变流器组成的，变压器励磁涌流带来的不平衡电流影响能够被其短路线圈可靠地消除；

（3）在变压器正常运行和保护区外故障时，尽量减少差动电压，减少稳态时的不平衡电流，防止继电器误动；

（4）改进差动继电器，比如更换容量较大的继电器接点、增长继电器接点距离等，可以有效解决继电器合闸时的击穿问题，防止继电器误动；

（5）在变压器运行过程中，要定期检查差动继电器的工作状况是否正常。运行维护人员要定期检查变压器差动保护的工作状况，及时发现潜在问题，做好预防措施。

正确应用变压器的纵联差动保护是电力系统安全生产的重要保障之一，运行中对差动保护要求有很高的可靠性。变压器的结构复杂，特点独特，因此必须严格按规程要求认真分析变压器运行的各个细节，全面了解变压器纵联差动保护的原理与特点，采取相应措施，合理选择变压器电流互感器，提高和增强继电保护运行人员的技术水平和责任心，杜绝事故发生，确保差动保护可靠动作，从而保证变压器可靠运行。

四、结束语

本文总结了变压器差动保护误动作的几种典型原因，并介绍了差动保护误动作的防治措施。大量研究表明：差动保护原理应用于变压器不够完善，因为变压器不同于输电线路，不适用基尔霍夫电流定律，因为变压器不是纯电路设备，它是由磁路联系的若干独立电路组成的。因此在工程中要积极研究更为完善的变压器微机保护，严格根据有关规程和导则判断变器的故障性质，以采取合理的措施进行处理，避免事故的发生，以保证变压器的安全、可靠、经济运行。

参考文献：

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2002.

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摘 要 文章介绍了低压电器柜元件的设计原理，并分别对低压断路器，接触器，继电器和熔断器设计原理结构进行分析。

关键词 低压电器柜 工作原理 设计

一、低压断路器

低压断路器通常又被称为自动空气开关，这是一种工作时需要有电参与的源操作的开关设备，它在低压配电的断路过程中使用非常广泛，通常是在不经常操作的低压配电设施当中可认为是电源开关，并有较为完善的灭弧装置，既可以有手动开关作用，又可以自动的进行对失压、欠压、断相、过载和短路等故障时电器的保护。断路器不仅可以导通和断开正常负载的电流和过载的电流，而且可以导通和断开短路电流。断路器可来分配电能，对于不频繁启动异步电机，为了达到可以保护电动机以及电源等设备，当它们发生非常严重的过载故障、短路故障以及欠电压故障等情况时，可以自动切断所能电路，以实现对整个运行线路的保护，将损失减少到最低限度。

低压断路器所拥有的种类非常多，按照其不同作用可分为按性能分有配电保护断路器、电动机保护断路器、家庭用电和类似家庭用电断路器以及发生漏点故障时及时保护的断路器；若按不同的性能划分可分为一般式、多功能式、高性能、智能型和可通信智能型等类型；若按灭弧时所用介质划分，有空气式和真空式。

（一）塑料外壳型低压断路器。作为低压配电开关柜中应用非常普遍的一种控制元件，塑料外壳型低压断路器可作为配电线路、电动机、照明电路及电热器等设备的电源控制及开关保护，其基本结构是由触头和灭弧系统、操作部分、各种脱扣元件、附件等多个基本结构组成。

（二）低压断路器的主要用途：具有限流分段功能；可以进行电路保护；对于过载情况可延时保护；具有一定的隔离能力。

二、接触器

接触器是一种可以自动控制的电器，可用于一般的低压配置系统中，通常用来在距离较远线路中控制电气设备，经常用于操作交直流主回路当中，通常在大容量电路中、交流或者直流电动机的自动控制当中应用也较为广泛。

接触器如果按照其灭弧能力分类，可分为真空式、油浸式和电气电磁式等；若按照触头控制而形成的电流种类进行分类可分为交流式、直流式、机械连锁式、切换电容式等。

（一）接触器的基本结构

a、电磁机构：线圈、动铁芯（即衔铁）和静铁芯，而且二者均采用均采用硅钢片的结构；b、触头结构：主触头、辅助触头（主触头主要用于通断电路，辅助触头用于控制电路），均与动铁芯联动；c、灭弧结构；d、释放弹簧系统；e、接线端子；f、绝缘外壳及基座等。

其中，容量处于中小型的接触器通选取用直动式电磁系统，主触头与辅助触头一般选取双断点桥式结构；若是大容量系统，选用绕棱角转动结构，主触头选用单断点式。交流接触器一般选取多纵缝灭弧；直流接触器一般选取磁吹式灭弧。

（二）交流式接触器及其原理

其工作原理是利用电磁来控制电路，从而使衔铁动作，带动触头的转换。当线圈没有电时，由于弹簧的作用力使得衔铁和主触头处于断开状态；当线圈有电时，弹簧克服弹力使得衔铁与主触头接触，电路处于闭合状态，与此同时，辅助触头也跟随动作。

三、继电器

继电器是一种可以进行自动控制以及逻辑转换的一种元件，在电气领域中，凡是涉及到逻辑控制的场所，均要使用继电器。因此，继电器有非常多的种类，在使用过程中需进行选择。

继电器是一种通过对输入量改变的感知（无论是电量变化还是非电量变化），相对应的改变输出量，输出量通过控制触头来转换逻辑。继电器的逻辑特性非常强，在实现逻辑转换的过程中，“通”、“断”分别用“0”、“1”。

继电器的分类：

如果依信号分类，可将继电器分为直流、交流、电压、电流、时间、温度、脉冲、压力、中间继电器等等；如果依照产品的类型可分为固体式、静态式、接触式继电器等；如果依靠接触头的功率可分为高度灵敏继电器、灵敏继电器、通用型继电器；如果按输出头容量可分为节能型、微功率型、弱功率型、小功率型、中功率型、大功率型继电器等。在这些分类中，电磁式继电器应用较为普遍。

电磁式继电器是一种可以控制信号的继电器，同样也有交、直流不同类型，种类也非常多。它的基本原理与结构和接触器基本原理与结构类似，唯一不同之处在于由于继电器每个触头容许的电流量较小，所以触头数量很多，而且没有特定的灭弧装置，体积不大，动作反应快，因此只能用于逻辑转换。工业中若需要在线路中间转换信号或者进行小型功率的输送，通常采用小型电磁继电器。

四、熔断器

熔断器用于短路保护，它的工作原理是由于热效应原理。通常串联于电路当中，若发生短路故障或线路中突然出现过大电流超过其最大值时，它将迅速自身产生热量融化自身熔体，从而断开电路，起到保护作用。断路器根据使用电压可分为高压断路器和低压断路器；根据结构可分为敞开式、半封闭式、管式和喷射式熔断器。

熔断器串联于被保护的电路当中，当电路发生短路或严重过流时，电流超过规定值一段时间后，以它本身产生的热量使融化体融化而快速分断电路，从而保护电路。在熔断器工作时，需要与其他的保护电气开关相互配合，短路电流在其一定范围内可满足保护要求。

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关键词：继电器；电气工程；自动低压电器；应用

中图分类号：TM585

前 言

在电气工程中，继电器是不可或缺的设备之一，它的应用能够进一步降低自动化低压电器设备故障的发生几率。而想要使继电器充分发挥出自身的保护作用，应当进行合理选型，并确保继电器的运行可靠性。只有这样，才能使继电器在电气工程中的作用获得最大程度地发挥。

1 继电器的基本原理与作用

1.1 继电器的基本原理

现如今，随着科学技术水平的不断提高，电气系统的自动化程度也越来越高，继电器作为电气系统中较为重要的组成部分之一，其应用也越来越广泛。就继电器而言，其常常被用于

保护电气设备的运行安全性，如变压器、马达、发电机以及输电线路短路保护等等。当电力系统出现异常故障时，继电器可以向值守人员发出告警信号，而想要确保继电器能够发挥出应用的作用，其应当具备以下功能特性：其一，安全性和可靠性，这是一个合格的继电器必须具备的特性，只有这样才能避免继电器本身出现故障；其二，快速反应能力。能够以最短时间消除可以消除的所有故障；其三，选择性。继电器应当能够确保电力系统始终向无故障区域进行供电；其四，灵敏性。电力系统运行过程中的参数在正常运行和发生故障情况下的区别是非常明显的，继电器就是通过这些参数的具体变化情况，在反映和检测的基础之上对电力系统的故障性质和故障影响范围进行判断，并作出相应的反应和处理。

继电器的基本工作原理如下：由取样单元负责将被保护设备运行过程中的物理量经过电气隔离并将之转换为继电保护装置中比较鉴别单元能够接收到的信号，然后根据该单元的要求进行相应处理，再按照比较环节输出量的性质、大小以及组合方式出现顺序的先后确定出继电保护装置是否需要动作。

1.2 继电器的作用

继电器本身具有以下优点：标准化程度高、通用性好、能够使电路简化等，正是因为继电器的这些优点使其被广泛应用于工业自动化控制以及家电产品等领域当中。但是有些专家认为，在电子元器件当中，继电器是最不可靠的一种装置，并且在整机的可靠性设计当中，往往将继电器、可调电感器以及电位器等装置列为不用或是少用的元件。然而，因为继电器在控制电路中有着十分独特的电气和物理特性，其断路状态下的高绝缘电阻以及通路状态下的低导通电阻是其它任何电子器件都无法比拟的。为此，确保继电器的运行可靠性成为业界研究的重点课题之一。电子元器件的可靠性应当包括以下两个方面的内容，即固有可靠性和使用可靠性。其中前者是元器件可靠的基础，一般都是通过设计和制造厂商来进行控制，以确保制造出来的元器件能够达到要求的可靠性等级，而后者则是整机可靠性的基础，必须阐明的是，使用高可靠质量等级的元器件却并一定能够制造出高可靠性的整机，这是因为里面涉及到使用可靠性的问题。使用可靠性具体是指按照各种元器件的特性通过可靠性设计方法，最大限度地发挥出元器件固有可靠性的作用，进而达到整机的可靠性要求。与其它电子元器件相比，继电器是由机械传动和电磁两个部分构成的，这种结构更加复杂，因而继电器的可靠性就显得相对较差，若是实际使用过程中采取一定的防范措施，则能够使其达到理想中的效果。此外，继电器可靠性不高除了自身质量原因外，使用方法不当也是一个原因。因此，想要使继电器能够充分发挥出自身的作用，不但应当进一步完善自身的质量，而且还必须合理使用。

2 继电器在电气工程中的应用

2.1 电磁类继电器的应用

1）电磁继电器的特性。此类继电器的主要特性是输入-输出，也就是我们通常所说的继电特性，其特性曲线如图1 所示。当继电器的输入量X 由0 增至X2 之前，继电器输出量Y 为0 ；当输入量X 增至X2 时，继电器吸合，此时输出量为Y1，如果X 继续增大，Y 保持不变；当X 减小至X1 时，继电器释放，此时输出量由Y1 变为0，若是X 继续减小，Y 值均为0。图1 中的X2 是继电器的吸合值，想要使继电器完成吸合这一过程，输入量就必须≥ X2 ；X1 是继电器的释放值，想要使继电器完成释放这一过程，输入量则必须≥ X1。继电器的返回系数则可以用f K 表示， 1 2 K X / X f = ，这是继电器较为重要的一个参数，并且f K 本身是能够调节的，这样一来即便输入量的波动变化较大也不会引起继电器误动作。通常情况下，欠电压继电器对返回系数的要求相对较高， f K 值应当> 0.6。假设某一继电器的f K =0.66，吸合电压为额定电压的90%，那么当电压低于额定电压的50% 时，继电器便会释放，

进而达到欠电压保护的目的。此外，继电器的吸合与释放时间也是比较重要的参数之一。其中吸合时间主要是指从线圈接受电信号到衔铁完成吸合过程所需要的时间，而释放时间则是指从线圈失电到衔铁完全释放所需要的时间。通常情况下，继电器的吸合与释放时间为0.05-0.15，该数值的大小对继电器的操作频率会有一定的影响。

2.2 非电磁类继电器的应用

非电磁类继电器又被称为热继电器，即FR，这种类型的继电器常常被用于电力拖动系统当中电动机负载的过载保护。在实际运行过程中，电动机常常会出现过载的现象，一般时间

较短、绝缘绕组在允许温升范围内的过载是可以经常出现的，但是若过载情况比较严重、时间较长，便会引起电动机绝缘过早老化，这样会导致电动机的使用寿命缩短，如果过载情况非常严重，还有可能造成电动机烧损的后果。为此，对电动机进行过载保护就显得非常重要。FR 主要由双金属片、热元件以及触点等组成，其中热元件是由发热电阻丝制作而成，双金属片具体是由两种热膨胀系数不停的金属辗压而成，当双金属片受热时便会出现弯曲变形的情况。实际使用时，可将热元件串接到电动机的主电路上，同时将常闭触点串接在电动机的控制电路当中。当电动机处于运转的状态时，虽然热元件所产生出来的热量也会使双金属出现弯曲的情况，但是并不足以是FR的触点发生动作；而当电动机过载时，双金属片的弯曲位移便会随之不断增大，在这一过程中会推动导板是常闭触点断开，进而起到切断电动机控制电路的作用，这样便不会造成电动机因过载损坏。通常情况下，FR 动作之后不会自动复位，需要等待双金属片完全冷却后手动按下复位按钮才会恢复到原位。FR 动作电流的调节可通过旋转凸轮到不同的位置来实现。

参考文献：

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（一）10KV供电系统在电力系统中的重要位置

电力系统是由发电、变电、输电、配电和用电等五个环节组成的。在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。由于其覆盖的地域极其辽阔、运行环境极其复杂以及各种人为因素的影响，电气故障的发生是不可避免的。由于电力系统的特殊性，上述五个环节应是环环相扣、时时平衡、缺一不可，是在同一时间内完成的。在电力系统中的任何一处发生事故，都有可能对电力系统的运行产生重大影响。10KV供电系统是电力系统的一部分。它能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常的运行。因此要全面地理解和执行地区电业部门的有关标准和规程以及相应的国家标准和规范。

（二）10KV系统中应配置的继电保护

按照工厂企业10KV供电系统的设计规范要求，在10KV的供电线路、配电变压器和分段母线上一般应设置以下保护装置：1、10KV线路应配置的继电保护。2、10KV配电变压器应配置的继电保护。（1）当配电变压器容量小于400KVA时：一般采用高压熔断器保护；（2）当配电变压器容量为400～630KVA，高压侧采用断路器时，应装设过电流保护，而当过流保护时限大于0.5s时，还应装设电流速断保护；（3）当配电变压器容量为800KVA及以上时，应装设过电流保护，而当过流保护时限大于0.5s时，还应装设电流速断保护；对于油浸式配电变压器还应装设气体保护。3、10KV分段母线应配置继电保护。

（三）10KV系统中继电保护的配置现状

目前，一般企业高压供电系统中均为10KV系统。除早期建设的10KV系统中，较多采用的是直流操作的定时限过电流保护和瞬时电流速断保护外，近些年来飞速建设的电网上一般均采用了环网或手车式高压开关柜，继电保护方式多为交流操作的反时限过电流保护装置。很多重要企业为双路10KV电源、高压母线分段但不联络或虽能联络但不能自动投入。

二、继电保护的基本概念

在10KV系统中装设继电保护装置的主要作用是通过缩小事故范围或预报事故的发生，来达到提高系统运行的可靠性，并最大限度地保证供电的安全和不间断。在10KV系统中的继电保护装置是供电系统能否安全可靠运行的不可缺少的重要组成部分。

（一）对继电保护装置的基本要求

对继电保护装置的基本要求有四点：1、选择性。当供电系统中发生故障时，继电保护装置应能选择性地将故障部分切除。也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器，以保证系统中其它非故障部分能继续正常运行。系统中的继电保护装置能满足上述要求的，就称为有选择性，否则就称为没有选择性。2、灵敏性。灵敏性系指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力。在保护装置的保护范围内，不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样，保护装置均不应产生拒绝动作。但在保护区外发生故障时，又不应该产生错误动作。3、速动性。速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障。4、可靠性。

（二）继电保护的基本原理

1、电力系统故障的特点。电力系统中的故障种类很多，但最为常见、危害最大的应属各种类型的短路事故。一旦出现短路故障，就会伴随其产生三大特点。即：电流将急剧增大、电压将急剧下降、电压与电流之间的相位角发生变化。

2、继电保护的类型。在电力系统中以上述物理量的变化为基础，利用正常运行和故障时各物理量的差别就可以构成各种不同原理和类型的继电保护装置。

三、几种常用电流保护的分析

1、反时限过电流保护。继电保护的动作时间与短路电流的大小有关，短路电流越大，动作时间越短；短路电流越小，动作时间越长，这种保护就叫做反时限过电流保护。反时限过电流保护是由GL-15（25）感应型继电器构成的。当供电线路发生相间短路时，感应型继电器KA1或（和）KA2达到整定的一定时限后动作，首先使其常开触点闭合，这时断路器的脱扣器YR1或（和）YR2因有KA1或（和）KA2的常闭触点分流（短路），而无电流通过，故暂时不会动作。

2、定时限过电流保护。继电保护的动作时间与短路电流的大小无关，时间是恒定的，时间是靠时间继电器的整定来获得的。时间继电器在一定范围内是连续可调的，这种保护方式就称为定时限过电流保护。

3、零序电流保护。电力系统中发电机或变压器的中性点运行方式，有中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地三种方式。10KV系统采用的是中性点不接地的运行方式。

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【关键词】微机线路保护；重合闸充；故障处理；研究

0.前言

我国微机保护装置经过近二十年的发展、更新、升级，其理论、原理、性能、功能、硬件已经相当完善，能够最大程度适应电力系统运行需要，过多对微机保护装置的干预，对电网的安全运行反而是不利的。目前，我们运行管理的理念和观念却还处在一个趋向保守的状态，在微机保护装置运行、管理上存在不少的误区，已经严重影响到变电站自动化进程。本文主要分析了微机线路保护装置重合闸的充电条件及发生“异常自动重合”的主要原因，并提出了相应的现场解决方案。

1.故障事例

电力系统的故障中，大多数是送电线路的故障（特别是架空线路），电力系统的运行经验表明架空线路的故障大都是瞬时的，因此，线路保护动作跳开开关后再进行一次合闸，就可提高供电的可靠性。进入20世纪90年代后，微机保护装置开始推广应用，继电保护微机化率已达100％。但多年的现场实际应用中，发现中低压线路微机保护（如：LFP-900系列线路微机保护）的控制回路与重合闸回路之间的配合有问题，导致微机线路保护出现多次“异常自动重合”的现象。

事例1：2011年10月28日，某110　kV变电站1台10　kV出线开关（该开关为SIEMENS-8BK20手车开关，保护配置为LFP-966微机线路保护）在线路故障时重合未成，调度发令将该开关置于“试验”位置（即将线路转为检修状态），值班员在将手车开关由“工作”位置移至“试验”位置后开关即自行合上，保护装置的保护动作报告为重合闸动作。

事例2：2011年11月1日，某220kV变电站1台110　kV出线开关（该开关为GIS组合电气开关，保护配置LFP-941微机线路保护）在线路故障时重合未成，调度发令该出线改线路检修状态，值班员在将该单元的线路刀闸拉开后，将GIS汇控柜内的“远方/就地”开关切至“远方”时开关自行合上，保护装置的保护动作报告亦为重合闸动作。

以上2个事例中，实际动作情况均出现“异常自动重合”现象，为现场工作带来极大困扰。

2.原因分析

针对上述情况，继电保护人员结合现场操作的步骤及微机线路保护的重合闸充、放电条件，进行了详细的分析。

LFP-966，LFP-941微机线路保护装置的重合闸充电条件有3个（见图1）：（1）保护装置内的双位置继电器KKJ在合闸状态；（2）保护装置内的跳闸位置继电器TWJ在分闸状态；（3）外部无闭锁重合闸信号。

这3个条件为“与”的关系，只有三者全部满足，重合闸才会充电。图1中，KKJ为双位置继电器；BC为外部闭锁合闸开入量；TWJ为分闸位置继电器；CH为重合闸投退软压板；CHJ为重合闸出口中间继电器；tcd为重合闸充电时间；tch为重合闸延时时间。由此可见，现场运行操作中，必是由于在特定条件下，全部满足了3个条件，才会出现“异常自动重合”的现象。

事例1中，当开关重合未成后，值班员未将保护的双位置继电器KKJ复位，至使开关的控制回路在“不对应”状态（KKJ在合闸状态，断路器在分闸状态），当手车开关由“工作”位置移至“试验”位置过程中，开关的联锁机构位置辅助接点S33断开，造成TWJ继电器失磁返回，此时满足重合闸充电条件，重合闸开始充电，手车开关到“试验”位置时（时间超过15　s，重合闸已充好电），S33接点接通，TWJ继电器励磁动作，此时满足重合闸不对应启动条件，重合闸保护动作出口合上开关（见图2）。

图中，S33为联锁机构位置行程接点（试验、工作位置通）；S1为开关辅助接点；S3为弹簧储能接点。事例2中，当开关重合未成后，值班员亦未将保护的双位置继电器KKJ复位，至使开关的控制回路在“不对应”状态。而GIS组合电气开关的二次回路设计，将刀闸的操作切换开关的接点接在断路器的控制回路中，这种设计考虑了就地操作刀闸时可以闭锁断路器的操作。因此实际运行中，当运行人员操作出线刀闸时，一旦将GIS汇控柜内“远方/就地”切换开关切至“就地”时，断路器的合闸回路断开，造成TWJ失磁返回，此时重合闸开始充电，而操作完出线刀闸后，运行人员将切换开关切至“远方”时又接通断路器的合闸回路，TWJ励磁动作，此时重合闸充电完成，保护装置又判断路器在“不对应”状态，满足重合闸不对应启动条件，重合闸保护动作出口合上开关。

而在正常遥控、手动分开断路器时，KKJ继电器被复位（分闸状态），重合闸不能充电，无论TWJ如何动作，不能满足重合闸充电条件，也就不会出现“自动重合”的现象了。

3.解决方案

根据以上分析，解释了断路器在特定条件下发生“异常自动重合”现象的原因。据此分析，结合现场情况，继电保护人员提出了4种解决方案：

（1）运行人员在发生断路器保护动作跳闸、重合不成后调整断路器状态时，必须先用人工方式对微机线路保护的双位置继电器KKJ进行复位，使微机线路保护的重合闸不能充电，再进行其他的操作；

（2）运行人员在发生断路器保护动作跳闸、重合不成后调整断路器状态时，必须先将保护装置的直流电源断开，操作结束后再恢复保护装置的直流电源；

（3）考虑将保护装置的TWJ、HWJ继电器的常闭接点串接后作为闭锁重合闸保护的开入量接入保护，在控制回路断线时闭锁重合闸，但保护装置的备用接点中无符合此要求的接点，不能实现；

（4）联系厂家修改保护程序，将充电条件的第二条改为由合闸位置继电器HWJ判别，但改动已成熟运行的保护装置内部程序，是否会对其他保护的正确性和可靠性造成影响，难以评估。

经过比较，可行的为第一条方案，继电保护人员将造成微机线路保护在特定条件下发生“异常自动重合”的原因给运行人员做了详尽的分析，公司运行部门亦梳理了所有特定条件下会出现“异常自动重合”现象的线路，并修改现场运行规程，明确规定了操作步骤。

通过规范操作步骤的方法，一举解决了中、低压线路微机保护控制回路与重合闸回路之间存在的配合问题，经过实际运行，该措施是有效的。目前，公司此类线路保护均运行正常，且在特定条件下均再未出现“异常自动重合”现象。

参考文献：

[1]高永昌.电力系统继电保护[M].北京：水利电力出版社1990.

[2]崔家佩，等．电力系统继电保护与安全自动装置整定计算［M］．北京：中国电力出版社．

[3]陈曾田，电力变压器保护（第二版）［M］．北京：中国电力出版社．

篇6

关键词：电力系统；断电保护；运行

1 继电保护的基本概念

继电保护是指研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路、母线等）使之免遭损害，所以沿称继电保护。电力系统继电保护的基本任务是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内自动将故障设备从系统中切除，或者给出信号由值班人员消除异常工况的根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性工程涉及到元件失效数据的统计和处理，系统可靠性的定量评定，运行维护，可靠性和经济性的协调等各方面。具体到继电保护装置，其可靠性是指在该装置规定的范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒动作，而在任何其它该保护不应动作的情况下，它不应误动作。继电保护装置的拒动和误动都会给电力系统造成严重危害。

2 保护装置评价指标

2.1 继电保护装置属于可修复元件，在分析其可靠性时，应该先正确划分其状态，常见的状态有：①正常运行状态。这是保护装置的正常状态。②检修状态。为使保护装置能够长期稳定运行，应定期对其进行检修，检修时保护装置退出运行。③正常动作状态。这是指被保护元件发生故障时，保护装置正确动作于跳闸的状态。④误动作状态。是指保护装置不应动作时，它错误动作的状态。例如，由于整定错误，发生区外故障时，保护装置错误动作于跳闸。⑤拒动作状态。是指保护装置应该动作时，它拒绝动作的状态。例如，由于整定错误或内部机械故障而导致保护装置拒动。⑥故障维修状态。保护装置发生故障后对其进行维修时所处的状态。

2.2 目前常用的评价统计指标有

2.2.1 正确动作率即一定期限内 （例如一年）被统计的继电保护装置的正确动作次数与总动作次数之比。用公式表示为：正确动作率=（正确动作次数，总动作次数）×100用正确动作率可以观测该继电保护系统每年的变化趋势，也可以反映不同的继电保护系统（如 220kv 与 500kv）之间的对比情况，从中找出薄弱环节。

2.2.2 可靠度 r（t）是指元件在起始时刻正常的条件下，在时间区间（0，t）不发生故障的概率。对于继电保护装置，注意力主要集中在从起始时刻到首次故障的时间。

2.2.3 可用率 a（t）是指元件在起始时刻正常

工作的条件下，时刻t 正常工作的概率。可靠度与可用率的不同在于，可靠度中的定义要求元件在时间区间（0，t）连续的处于正常状态，而可用率则无此要求。

2.2.4 故障率是指元件从起始时刻直到时刻t 完好条件下，在时刻 t 以后单位时间里发生故障的概率。

2.2.5 平均无故障工作时间建设从修复到首次故障之间的时间间隔为无故障工作时间，则其数学期望值为平均无故障工作时间。

2.2.6 修复率 m（t）是指元件自起始时刻直到时刻 t故障的条件下，自时刻t以后每单位时间里修复的概率

3 10kv 供电系统继电保护

10KV 供电系统是电力系统的一部分。它能否安全、稳定、可靠地运行，不但直接关系到企业用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常的运行。

3.1 10KV 供电系统的几种运行状况

3.1.1 供电系统的正常运行这种状况系指系统中各种设备或线路均在其额定状态下进行工作；各种信号、指示和仪表均工作在允许范围内的运行状况。

3.1.2 供电系统的故障这种状况系指某些设备或线路出现了危及其本身或系统的安全运行，并有可能使事态进一步扩大的运行状况。

3.1.3供电系统的异常运行这种状况系指系统的正常运行遭到了破坏，但尚未构成故障时的运行状况。

3.2 10KV供电系统继电保护装置的任务

3.2.1在供电系统中运行正常时，它应能完整地、安全地监视各种设备的运行状况，为值班人员提供可靠的运行依据。

3.2.2 如供电系统中发生故障时，它应能自动地、迅速地、有选择性地切除故障部分，保证非故障部分继续运行。

3.3 几种常用电流保护的分析

3.3.1 反时限过电流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小有关，短路电流越大，动作时间越短；短路电流越小，动作时间越长，这种保护就叫做反时限过电流保护。反时限过电流保护虽外部接线简单，但内部结构十分复杂，调试比较困难；在灵敏度和动作的准确性、速动性等方面也远不如电磁式继电器构成的继电保护装置。

3.3.2 定时限过电流保护继电保护的动作时间与短路电流的大小无关，时间是恒定的，时间是靠时间继电器的整定来获得的。时间继电器在一定范围内是连续可调的，这种保护方式就称为定时限过电流保护。继电器的构成。定时限过电流保护是由电磁式时间继电器（作为时限元件）、电磁式中间继电器（作为出口元件）、电磁式电流继电器（作为起动元件）、电磁式信号继电器（作为信号元件）构成的。它一般采用直流操作，须设置直流屏。定时限过电流保护的基本原理。在10kV中性点不接地系统中，广泛采用的两相两继电器的定时限过电流保护。它是由两只电流互感器和两只电流继电器、一只时间继电器和一只信号继电器构成。

4 总结

提高不拒动和误动作，是继电保护可靠性的核心。在城市电网配电系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起。为了确保供电系统的正常运行，必须正确地设置继电保护装置并准确整定各项相关定值，从而保证系统的正常运行。

参考文献

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【关键词】电力系统；继电保护；新技术

引言

在电力系统中，继电保护的主要功能是对各类故障以及不安全运行工况进行研究并制定相应的反事故对策。过去，采用有触点的继电器进行电力系统元件保护是主要手段；科学技术在不断发展，电网朝着更高电压等级、更大单机装机容量、大电网互联的方向发展，这给继电保护工作带来了更高的要求，微机保护也应运而生。本文对继电保护的新技术发展现状进行分析。

1 继电保护技术的发展历程

19世纪末期，为了防止短路时设备被损坏出现了熔断器，从此形成了最初的过流保护。上世纪初出现了电流差动保护、方向性电流保护、距离保护以及高频保护；这些保护的基本原理相似，都是通过对故障后的稳态工频量进行测量，从而判断故障[1]；时至今日，这一保护原理在电力系统中仍有应用，并起着主导作用。随后，出现了行波保护，它主要反映工频突变量。上世纪60年代，通过对计算机的利用进行继电保护开始被人们提出，但是受技术限制并没有投入实际应用，而仅仅停留在研究阶段。随着计算机技术的飞速发展，微机保护开始出现，它自出现之日起，就表现出许多模拟式保护无法企及的优点，并很快投入使用。我国的微机保护研究开始于上世纪70年代，到90年代，我国的继电保护进入到微机保护数字化时代。对继电保护的发展历程进行分析，它总是依据电网的需要，吸取最新的科研成果不断完善自身。

2 继电保护新技术

2.1 信息网络技术

继电保护开始从模拟式和数字式向着信息化的方向发展。就变电站的综合自动化而言，具有灵活的配置；如果采用传统的远方终端装置与当地监控系统相配合的方式，相关信息可以通过遥信输入回路送到RTU中；另外，还可以通过串行口与RTU实现信息传递。如果采用全分散式，则是将保护单元和控制单元就地安装于主设备旁。

2.2 可编程控制器的应用

可以将PLC看成是一种特殊的工业计算机，其体系结构适用于编程语言；在包含有继电器的控制系统中，需要用导线将分立元件连接起来，这种方式不利于复杂逻辑关系的实现，同时也不利于定期进行操作任务的改变。而采用PLC后可以避免这类问题，采用编程的方式实现传统分立元件的连接；此外，还可以利用PLC中的辅助继电器实现传统机械触点继电器的功能。

2.3 智能化技术

上世纪90年代以来，人工智能技术被应用于电力系统中，继电保护的研究也开始向智能化的方向发展。就人工神经网络而言，它能够实现信息的分布式存储，能够进行并行处理和自组织、自学习[2]。近年来，在继电保护领域，出现了采用人工神经网络技术判别故障类型，测定故障距离等。

2.4 自适应控制技术

在继电保护中使用自适应控制技术，它可以根据电网的运行方式以及故障的变化对保护性能和定值等进行改变，这是一种新型的继电保护方式；其基本思想是：实现保护与电网中各种变化相适应，从而改善保护的性能。这种方法有利于系统响应的改善，增强继电保护的可靠性。

2.5 变电所综合自动化技术

在传统的二次系统中，各专业有严格的界限，设备的划分也十分明显；采用综合自动化后，这一原则被打破，变电站的自动化有了更新的内容，保护装置与调度中心的通信也不再受到阻碍。科学技术的不断发展，综合自动化系统将会朝着功能完善、智能水平高的方向发展，电网也将迈向新的水平。

2.6 广域保护技术

所谓广域保护，是指在全国联网的背景下，对保护防线的合理配置提供方案；其具体定义为：基于电网中的多点信息，快速准确可靠的切除故障，并且对切除故障后的系统进行研究分析；对存在的不稳定因素采取可行的控制措施，它不仅实现了继电保护，而且还实现了自动控制功能。当前，可以将广域保护技术分为两大类：一是对广域信息的利用，用于实现安全的监视和控制，对稳定边界进行计算，实现状态评估等；二是通过广域信息实现继电保护。

2.7 新型互感器的应用

光电流互感器、光电压互感器及相关保护的出现引发了继电保护的一场革命。在电力事业较为发达的国家，光电流互感器和光电压互感器已经被投入现场运行；它们与传统的互感器相比具有较多优点，如：实现了强弱电的绝缘隔离，不受电磁干扰的影响，不会出现电流互感器磁保护问题，具有更宽的频率响应。这些优点决定了其在未来的发展地位，也将彻底改变继电保护的应用条件及方式。

2.8 微机保护新思想

微机保护发展的关键原因之一是新算法的出现；当前，模糊控制、自适应控制以及综合优化控制已经被成功应用于微机保护中[3]。已有学者提出利用网络化通用硬件及软件平台实现新算法，相关研究和试验证明：网络应用具有较高的可靠性。

3 结束语

技术的发展永远没有终点，这也给继电保护的发展带来了生机和希望，同时也给继电保护工作者带来了挑战。在实践中，应该依据市场的变化和电网的需要，制定相应的检测方法及标准，保证继电保护产品的质量。

参考文献：

[1]何世恩，岳桓宇，夏经德.继电保护技术的发展与展望[J].甘肃电力技术，2010（5）.

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【关键词】交流操作；电流互感器；变比误差

0.绪论

在配电网络用户侧，变电所的断路器操作电源主要有两种方式：直流操作电源是由蓄电池或整流器等设备单独提供的；交流操作电源可有两种途径获得：①取自所用电变压器，②当保护、控制、信号回路的容量不大时，可取自电流互感器、电压互感器的二次侧。

基于电源的不同，配电室的断路器的操作方式亦采用直流操作方式和交流操作方式两种。相对于直流操作方式的造价高、环境污染大和电源稳定无法保证的缺点而言，交流操作具有无需直流设备，节省投资和占地，结构简单，易于维护的优点受到供电企业的青睐。所谓交流操作，系指不设蓄电池组、充电机等直流设备，断路器用交流电压分、合闸操作，电流保护动作时将断路器电流脱扣线圈（亦称塞流线圈）串接到电流互感器（以下简称CT）二次电流回路，用故障时的二次电流掉闸。

1.交流操作保护回路的缺点

交流操作保护回路虽然使用过流脱扣器构成保护，也有潜在的不安全因素。故障时一旦GLJ电流断电器或ZJ5型中间继电器的接点配合不好，以及接点卡涩出现常开接点不能及时闭合，CT二次绕组还会出现开路的情况。此时流经CT一次侧的故障电流很大，会在二次侧产生很高的电压，破坏CT的绝缘，烧毁二次回路，使得系统故障时不堪重负，变比误差增大，容易发生速断保护拒动。因此，人们一直认为交流操作保护可靠性差，在配网干线及重要用户不宜采用。

2.交流操作保护基本原理

二次额定5A CT交流操作断路器保护原理示意如上图。

GLJ--静态型过流继电器，内设电流速断和反时限过流保护。

SLQ—塞流线圈，即电流脱扣（掉闸）线圈。

LH—电流互感器，二次额定电流为5A。

DLQ—断路器。

在出线正常运行时，GLJ不动作，其4、5常开接点断开，4、3常闭接点闭合，CT二次电流经GLJ4、3闭接点，GLJ继电器线圈后流回CT，SLQ塞流线圈不流过电流。当出线短路故障时，GLJ动作，其4、5开接点闭合，4、3闭接点断开，将SLQ塞流线圈接入CT二次回路，断路器掉闸，切除出线短路故障，保护返回。GLJ继电器动作前，CT二次负担仅为GLJ线圈和导线很小的阻抗；当GLJ动作后，CT二次负担增加了SLQ塞流线圈阻抗。按保护规程规定，在二次为实际最大负载下，一次绕组流过1.1倍的保护最大整定电流（一次值）时，CT二次输出电流的变比误差不得大于10%（设CT二次接线系数为1）。

下图为CT等值原理图。

其中：

L1、L2，K1、K2分别为CT一、二次端子；

■■为折算至CT二次的一次电流；

■■2为CT二次输出的电流；

■LC为CT励磁电流；

ZO为励磁阻抗；

Z■为折算至二次测的CT一次阻抗；

Z■为二次漏阻抗；

Z2为CT二次外接负载阻抗；

■2为CT二次端子间电压；

■LC为励磁电压。

由等值原理示意图可知：

（1）CT一次折算到二次的电流■■，等于二次端子流出电流与励磁电流之和，即■■=■■2+■LC。在励磁阻抗ZO无穷大时，励磁电流为零，全部■■电流由二次端子流出，CT变比误差等于零；在二次负载阻抗大于励磁阻抗（CT铁芯饱和）时，■■大部分变为励磁电流，小部分做为■■2由二次端子输出， CT变比误差很大。

（2）在CT二次流过同一电流时，二次回路负载阻抗越大，则二次端电压■2、励磁电压■LC越高，励磁阻抗越小，励磁电流■LC越大，CT变比误差越大。

3.改进参数，提高系统可靠性

北戴河某10kV配电室交流操作保护用CT二次负载阻抗如下：GLJ动作前实测为0.5Ω（含继电器与导线阻抗）；GLJ动作后实测为7.5Ω（含电流脱扣线圈、继电器与导线阻抗）。

在出线故障时，如果CT一次故障电流达到1.1倍定值， GLJ继电器动作前，CT二次负载只有0.5Ω，小于额定的1Ω，变比误差小于10％，继电器速断元件正常动作；但在其常闭接点断开、将电流脱扣线圈接入CT回路的瞬间，CT二次负载升高到7.5Ω，变比误差骤增，二次电流突降，造成GLJ继电器返回；返回后，CT二次电流又恢复到12A，GLJ又动作，再返回……，直到由后备保护动作切除故障为止。

上面分析中，额定容量为25VA的5ACT，其二次额定负载阻抗仅为1Ω，而实际最大二次负载阻抗高达7.5Ω，在一次侧通过4.4倍额定电流时，CT变比误差就高达－45.45%，在速断电流整定2.4倍额定电流的小定值下，速断保护在一次故障电流倍数为2.6至4.4间发生拒动。由此我们认为， 5ACT负载能力低，故障时铁芯饱和、变比误差大，是造成交流操作保护可靠性差的根本原因。5ACT用于交流操作保护是不合理的。

采用与上面分析5ACT同样的方法，分析1ACT。

将前面交流操作保护分析中的脱扣线圈动作电流由3A改0.6A，静态反时限继电器由5A改1A系列，假设其阻抗增大到原来的5倍。

即0.6A脱扣线圈为5×7Ω＝35Ω；

1A系列继电器线圈与回路导线阻抗：0.5×5＝2.5Ω；

设保护用CT参数为50/1A，10P20, 25VA。除二次额定电流外，其它与前面的50/5ACT完全相同。则：

1安CT二次额定负载阻抗为25VA/（1A×1A）=25Ω；

在二次负载为额定的25Ω时，CT一次流过20倍额定电流时，变比误差不低于10％。变比误差按等于（－）10％，则CT二次输出18A,励磁电流2A。CT二次端子电压为450V。

在CT二次负载为37.5Ω，二次端子电压为450V时对应的电流值为12A；此时CT励磁电流是2A。则I■为14A，变比误差为 ：

％＝｛12-（12A＋2A）｝/（12A＋2A）=-14.3%。

与50/5A CT 4.4倍额定电流下变比误差－45.45%比较，50/1A CT在14倍额定电流时的变比误差为-14.3%,其负载能力是令人满意的。

4.结论

通过上面的初步理论分析和进一步的试验分析，可以得出如下结论。

（1）二次额定5A的CT用于交流操作保护时，由于二次额定负载小，实际负载大，存在故障时铁芯饱和、变比误差大造成的保护拒动问题。尤其在整定电流与CT二次实际最大负载阻抗乘积大于CT饱和电压时，速断保护会完全拒动。应禁止将5A CT用于交流操作保护。

（2）二次额定1A的CT，二次额定负载较大，负载能力较强，用于交流操作保护时，可满足故障电流倍数10％范围内误差要求，从根本上解决5A CT故障时铁芯饱和造成的交流操作保护拒动、可靠性差问题，是交流操作保护的理想选择。

【参考文献】

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1卞孝琴 2陈璐璐

1南京供电公司 2南京理工大学

摘要：在超高压、特高压系统中，系统发生接地短路故障时，一般不是金属性接地短路故障，而存在着过渡电阻。过渡电阻的存在会对距离保护造成严重的影响，研究接地距离保护对过渡电阻的承受能力，对提高距离保护的性能有着现实意义。某一新型的接地阻抗继电器是以故障相的正序电压与故障相电压之差为极化电压，然而其承受过渡电阻的能力有待提高。本文对其进行了修正，采用移相来提高它的承受过渡电阻的能力；增加一个零序电抗器来提高其防超越的能力。分析了修正后的继电器的动作方向性，不存在电压死区的问题，并且具有灵敏度高等特点。采用MATLAB对500kV系统进行了仿真分析，对送电侧、受电侧、移相前后差等各种不同情况下进行仿真数据计算，仿真数据结果表明，修正后的继电器具有良好的动作特性。

关键词:接地阻抗继电器，过渡电阻，稳态超越，Matlab

中图分类号：TF806文献标识码： A

0 引言

在超高压、特高压系统中，系统发生接地短路故障时，一般会存在着过渡电阻。这些过渡电阻一般都是纯电阻，它是由电弧电阻，杆塔接地电阻和对树枝放电时的树枝电阻组成的。在实际电力系统中，过渡电阻还受当时故障方式、地质条件和天气情况等因素的影响，可能达到很高的数值。过渡电阻会给距离保护方案造成很大的影响[1]。

因此研究如何消除过渡电阻在接地距离保护中的影响，对提高距离保护的性能有着现实意义，一直也是继电保护工作者研究的热点。

国内外的研究主要集中在突变量阻抗接地继电器、四边形特性继电器、复合特性接地方向阻抗继电器、零序电流极化接地距离继电器、零序（正序、负序）电压极化神经网络距离继电器。

除了以上克服过渡电阻影响的常规方法外，文献[2]提出了一种多相补偿接地距离继电器，它是按比较三相补偿电压和零序电流相位原理构成的，该继电器能够承受较大的过渡电阻，在JJ-500型距离保护装置中就采用了这一继电器作为接地故障的测量元件。但继电器处于送电侧时，同时两端电源的相角差增大时，该继电器可能会发生拒动[3]。文献[4]提出了使用人工神经网络的自适应距离保护，人工神经网络虽然具有强大的模式识别能力，对任何复杂的状态或过程都具有较好自适应、很强的容错性和优良的非线性处理能力，但是应用该方法必须通过大量样本的训练，而电力系统有不同的故障类型，样本训练有一定的困难。目前神经网络距离继电器也只停留在理论研究阶段。

1 以为极化电压的接地距离保护的基本原理

图 1 双端系统

一个双端系统如图1所示，若继电器采用阻抗继电器的A相工作电压与A相电流（A相零序电流）比相实现时，也就是零序电抗继电器的动作方程可以写为

（1.1）

保护安装处M侧母线上A相各序电压为

式中、、分别为M侧正序、负序、零序电流的分配系数，、、，一般情况下，有，而、。

保护安装处的A相电压为

于是

（1.2）

其中，由此，可以采用作为极化电压。

以作为极化电压新型的接地距离保护的动作方程为[5]

（1.3）

随变化而变化，其运动轨迹如图2所示(以送电侧为例)，图中的阴影部分为动作区域，动作边界随着过渡电阻变化而变化的，当过渡电阻较小时，极化电压为图2所示的，阻抗继电器的工作电压是在动作区域内的（即落在的阴影处），但是随着过渡电阻的逐渐增大，极化电压随着圆弧向上，当极化电压落在图中处，阻抗继电器的工作电压可能会超出动作区域（落在的阴影外），因此该阻抗继电器在一定程度上可以承受过渡电阻的影响，但是不能完全消除。

图2 与工作电压随过渡电阻变化的关系图

2对以为极化量的接地方向距离保护方案的修正

2.1 采用移相提高承受过渡电阻的能力

由式（1.2）看出，可以用代替的前提是假设两者的相角差为90°，但是，实际上和的相位不完全相差90°，因此以为极化量的继电器还是会受到过渡电阻的影响，为了提高继电器对过渡电阻的承受能力，可以对极化电压进行适当的移相，使和的相位相差刚好为90°。

移相角θ越大，对保护范围末端的高阻接地故障反应越灵敏，但是当移相角θ过大时，可能会使该继电器的动作方向不明确，所以可以取移相角，因此，移相后的新型的接地距离保护的动作方程为

（2.1）

可以将上式改写如下式

（2.2）

当线路正方向发生单相接地短路时，继电器的动作方程可以化成：

（2.3）

动作特性如图3所示，圆外为动作区。

图3 移相后的正方向接地时的动作特性

当处于动作方程右侧边界时，做出如图3中所示，因、，所以超前的角度等于。因此，C点（端点）轨迹是以为弦内含的角弧（大于半圆）。当处于动作方程左侧边界时，做出如图3中所示，超前的角度等于，故C1点（端点）轨迹是以为弦内含的角弧（小于半圆）。

设直线是该动作特性圆的直径，，所以，因此；同时有

可见，移相θ后，动作特性与原来相比，动作特性圆向R轴的正方向移动，因此随着θ的增大，动作特性包含第一象限的区域增大，可增大区内单相接地时允许的过渡电阻，这在较短线路的接地距离保护中是需要的。

由图3可以知道，以为极化电压的接地距离保护方案的动作区域是在一个圆的圆外，因此，该继电器的耐过渡电阻的能力就非常大，它几乎覆盖了整个电阻区域，但是实际情况下，正方向短路时由于，因此图3（）可以化简成图4，阴影部分为动作区域。反方向短路时，简化后动作特性如图5所示。

图4 正方向动作特性图5 反方向动作特性

对比图4和图5可以看到原点（0，0）在正方向接地故障时的动作区内，而不在反方向接地故障时的动作区内，因此，以为极化电压进行移相后（超前方向移相），继电器有明确的方向性，即正向出口单相接地时可靠动作、反向出口单相接地时不误动。 同时，在保护安装处的出口发生单相接地短路时，保护安装处的电压很小，但是正序电压会比较大，这样极化电压就不会很小，那么保护安装处的出口就不会存在电压死区的问题。

2.2采用附加零序电抗器提高防超越能力

在两端电源的情况下，过渡电阻Rg的存在有时不仅仅能够使保护安装处的测量阻抗Zm变大，还可以使保护安装处的测量阻抗Zm变小。如果因过渡电阻Rg的存在使保护安装处的测量阻抗Zm较小，从而使区外短路故障被判为区内短路故障而造成的保护误动作的现象称为稳态超越。当加上一个零序电流继电器以后，当接地距离继电器发生正方向接地故障时，其动作特性如图6所示的阴影部分，从图中可以看出超越部分已经被零序电流继电器排除出去了。

图6 防止超越的动作特性

当这种新型继电器加上零序电流继电器后，动作特性如图7所示，因此，该新型的接地距离保护方案具有一定的防止超越误动的能力。

图7 防止超越的动作特性

但是因为该继电器的动作区域在圆形外，这就使得它的动作区域很大，动作区域的增大，可以很有效的防止过渡电阻的影响，但是同时又带来了负面影响，那就是有助增电源及外汲电流的情况下发生区外短路故障极有可能是的测量阻抗落入动作区域，造成继电器的误动作。再加上一个零序电抗器，如图8（a）所示，在图中可以明显看出，新型的接地距离保护方案的优势消除了，即它所承受的过渡电阻的能力下降了；如果加大零序电抗的整定阻抗Zset，如图8（b）所示，可以看成将原本的零序电抗器向右平移一点点，这样就能够在很强的耐受过渡电阻能力的前提下，比较有效的防止超越。所增加的零序电抗器的动作方程为

（2.4）

其中，通常整定阻抗为线路全长的90%。

（a）（b）

图8 送电侧正方向时的防止超越的动作特性

在继电器处于送电侧时，保护安装处的测量阻抗的变化的大致轨迹如图8（b）中的粗线所示，从图中可以看出，测量阻抗可能会到达防止超越的部分，如果进入到超越的部分，零序电抗器可以发挥作用，防止超越误动。

以上讨论的是继电器处于送电侧的情况，如果继电器处于受电侧，那么情况将有所改变，因为当继电器处于受电侧时，零序电抗器的动作特性曲线将会发生些微的变化，如图9所示，图中的粗线表示的是测量阻抗的大致轨迹。从图中可以看出测量阻抗一定会进入超越区域，因此，加上的零序电抗器能够很好的防止超越误动，但是同时由于继电器处于受电侧，会使该新型的接地距离保护方案的耐受过渡电阻的能力比处于送电侧时的有所下降。

图9 受电侧正方向时的防止超越的动作特性

3 仿真分析

3.1 仿真模型的建立

MATLAB仿真模型如图10所示，保护安装在M、N处。整定区为线路的85%。

在500kV高压系统中，总长300km，发电机的参数为；线路的正序分布参数为，，；线路的负序分布参数为，，；线路的零序分布参数为，，。过渡电阻达到300Ω。

图10 仿真模型

仿真时，故障点选取可以通过改变断路器两端线路的长度来改变。实验中，分别选取故障点在在保护反方向出口、正方向出口、保护范围内线路的20%、40%处、近保护范围末端60%、80%处、保护范围外部线路末端300km处7个点，过渡电阻从0到300Ω，步长为20Ω。

3.2 承受过渡电阻能力仿真分析

将以正序电压为极化量和以为极化量的继电器分别用MATLAB仿真，仿真时两端的电势的相位差为60°，将仿真得到的数据进行处理得到的结果如图11（a）、（b）所示，从图中可以看出，以为极化量的继电器的承受过渡电阻能力明显比以正序电压为极化量的继电器的能力强。但是随着短路点离测量点越远，继电器的承受过渡电阻的能力还是有待提高。以为极化量的继电器处在送电侧的承受过渡电阻的能力是高于处于受电侧的。

送电侧 （b）受电侧

图11 两种极化量电压的继电器承受过渡电阻的比较

3.3 采用移相后承受过渡电阻能力的仿真分析

将移相前和移相后分别用MATLAB仿真，将仿真得到的数据处理得到的结果如图12（a）、（b）所示，从图中可以看出，送电侧和受电侧移相后承受过渡电阻的能力均增强，送电侧短路点距离测量点越远，效果越明显；受电侧短路点距离测量点越近，效果越明显。同时移相后在反方向出口处，继电器同样不动作，这就表明移相后在不影响继电器的动作方向性的基础上，继电器耐受过渡电阻的能力增强，修正后的动作方程是可行的。

（a） 送电侧（b） 受电侧

图12 移相前后的继电器承受过渡电阻的比较

对比图12（a）和（b）可以知道以为极化量的继电器移相后在送电侧与受电侧的承受过渡电阻的能力是有区别的，明显的，继电器在送电侧的承受过渡电阻的能力略强，这是因为在受电侧与送电侧，相量的改变轨迹与继电器的工作电压的改变轨迹不尽相同，因此，会存在着一定的差别。

3.4 附加零序电抗器的仿真分析

将附加的零序电抗器移相前和移相后分别用MATLAB仿真，结果表明，零序电抗器的承受过渡电阻的能力较强，但是在反方向时，继电器的有时动作，有时不动作，这就说明继电器的方向性不明确，为提高新型的接地距离保护方案的超越能力，新增加的零序电抗器的动作方程与以为极化量的动作方程所得的结果必须同时满足，因此将两者所得的结果进行综合分析，所得的结果如图13所示。在图中，两者综合的曲线只比以为极化量的曲线略微降低，因此增加一个零序电抗器，距离保护的耐过渡电阻能力并没有多少减弱，但是却能够有效的防止超越。

送电侧 （b）受电侧

图13 附加零序电抗器后的承受过渡电阻能力分析

4 结论

本文研究的是在超高压、特高压系统中，系统发生接地短路故障时，如何提高抗过渡电阻的能力，对以为极化量的继电器进行修正，采用移相和附加一个零序电抗器来提高它的承受过渡电阻的能力和防超越的能力。通过仿真分析证明了修正后的以为极化量的继电器的在500kV系统适用性。

参考文献

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篇10

（国网石嘴山供电公司，石嘴山 753000）

摘要： 本文通过分析110千伏断路器防跳回路出现的异常而影响保护装置运行这一问题进行分析，提出对相关二次回路进行优化设计，解决了该问题，对于下一步断路器防跳回路的改造工作中，相关二次回路的优化具有实用意义。

关键词 ： 断路器；防跳回路；优化设计

中图分类号：TM561 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）24-0077-03

作者简介：杨志钧（1980-），男，宁夏青铜峡人，本科，中级工程师，高级技师。

0 引言

在电力系统中，一次设备是指直接用于生产、输送、分配电能的电器设备，包括了发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、母线、电力电缆和输电线路等，也是构成电力系统的主体。而对于二次设备来说，它是指用于对电力系统及一次设备的工况进行监测、控制、调节和保护的低压电气设备，其包括测量仪表、通信设备等等。对于二次设备之间的相互连接的回路，统称之为二次回路，它也是确保电力系统安全生产、可靠供电和经济运行中不可缺少的重要组成部分。所以，了解断路器控制回路的基本原理，便于进行电路控制系统的维护，也是非常必要的。在此，本文从最基本的回路入手，逐步加入防跳回路和闭锁回路，并对电路做了必要的改进与完善，使之深入了解电路控制系统的基本原理与使用、维护方法，以及必要的改进升级。但是，在实际应用中的过程中，控制电路的回路要复杂得多，掌握其原理与维护难度很大。本文根据实际工程经验，分析了一种由于断路器远方控制程序故障导致防跳回路“失灵”，断路器反复分合的故障，并提出了相应的解决方法。

1 断路器防跳回路的原理

断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。传统意义上的防跳回路，是指设计在断路器合闸回路上用于防止其合闸于故障，保护装置跳开断路器后，此时因某种原因合闸信号一直保持，导致断路器重合于故障，然后再次断开的反复分合现象。

断路器跳跃一般有两种情况：

①主回路没有故障，由于断路器机构辅助触点不良，继电器触点卡住等原因。

②主回路确有故障，断路器合于故障点，继电器保护动作是断路器跳闸，而这时断路器的操作把手尚未复归或自动装置的触点卡死等，从而使断路器发生多次跳合的现象。

断路器跳跃时，对供电系统会造成严重的影响，断路器本身也容易损坏甚至爆炸。因此，在断路器的控制回路中，应装有防止跳跃的闭锁装置。

2 110 kV断路器防跳回路中的异常分析

110 kV断路器防跳回路中的异常，主要是指在断路器调试的阶段，没有按照规定的指令实现合闸、跳闸。当断路器接收合闸命令时，之后会在回路内发送跳闸命令，正常情况下断路器应根据命令执行动作，实际断路器在回路内虽然表现出跳闸，但是在指令结束后，没有发生合闸动作，干扰了防跳闸的状态。

以石嘴山电力公司的110kV供电系统为例，重点分析断路器防跳回路中的异常，如：110kV供电网内的断路器处于跳位点时，发送了合闸指令，此时断路器会始终保持合闸状态，记录断路器所属系统处开关K1、K2和K3的动作，K2在指令发出后迅速闭合，用于辅助开关触点，促使开关触点具备灵活的特性，断路器在K2执行合闸指令的过程中，发送了结束合闸的指令，带动开关触点运动，K1、K3开关及触点会迅速失电，触点迅速返回，此时开关在回路中受到电磁干扰，导致断路器开关K1、K3触点快于开关本身，因此当断路器重新发送合闸指令时，其开关无法跟上触点的动作而发生回路异常，引发开关跳闸，进而造成频繁的冲击干扰。

3 110 kV断路器防跳回路的异常处理

110 kV在电网系统内占据重要的影响比重，需严格处理断路器工作中的防跳回路异常，根据西南电力公司在断路器防跳回路中异常处理进行分析，提出对应的解决措施如下。

①防干扰处理。

110kV断路器防跳回路的防干扰处理，属于一项主体建设的项目，利用集成化的处理思路，完善断路器防跳回路的运行。该公司结合断路器防跳回路的异常表现，致力于消除回路内的电磁感应，防止其影响断路器的保护动作。该公司安装了断路器操作箱，解决断路器回路中的干扰问题。操作箱主要由防跳装置组成，如：电压防跳、电流防跳等，110kV配网回路内存在电流时，操作箱会随着电流的变化而启动，确保断路器能够实现稳定的跳闸动作。操作箱内的电压继电器，连接了合接点，采取并联的方式接入到断路器的回路内，同时利用串联的方式接入合闸回路内。操作箱具有模拟的优势，可以将防跳回路中的异常反馈到操作箱主体系统内，在保障断路器正常运行的基础上，实现防跳回路保护。

②加设继电器。

该公司根据110 kV内断路器防跳回路异常的实际情况，在对应的回路内加设特殊继电器，严谨处理防跳工作。例如：该公司加设了防跳继电器，用于维护防跳装置的可靠运行，该公司选择与回路相关的继电器参数，控制通过电流的灵敏性，保障其高于2即可，其中需要重点控制的是继电器的防跳时间，动作时间必须控制在触点动作的时间之内，该公司安排专业的设计人员，主动处理触点动作的时间控制，确保加设的继电器能够达到预想的状态。

4 110kV断路器防跳回路的改进分析

电力公司为保障110kV断路器防跳回路异常处理的适应性，采取相关的改进方法，排除防跳回路异常的干扰，以此来提升断路器在110kV供电网内的保护水平。

根据断路器防跳回路的异常处理，提出有效的改进方法：首先增加断路器内继电器的电流，促使断路器发生回路跳闸时的电流远小于防跳回路中的电流，由此断路器防跳回路内的开关可以保持原本稳定的运行状态，电力人员适当增加电流值后，能够保持断路器合闸的准确性，即使断路器处于高频运行的状态，也会正确完成防跳动作，规避防跳风险；最后改进操作箱，利用短接的方式，科学处理辅助接点，电力公司将辅助接点与合闸回路改进到同一个层次内，由此监督合闸回路的动态，一旦断路器接收合闸指令，操作箱会在监控状态下实现跳闸动作，与此同时防跳回路内的继电器会根据断路器的命令稳定执行动作，保障配网回路的完整性；最后是改进断路器的闭接部分，此种改进方法在断路器防跳回路中不常见，但是也能维持分合闸的正常状态，以免产生不利的影响。

5 案例分析

西安西开电气设备有限公司生产的LW25-126断路器一起配合失败的防跳回路分析与改进。与操作箱防跳回路不同的是，断路器机构防跳回路一般采用合闸起动防跳继电器。防跳回路如图2。

图2中107为合闸正电，与图1中的107相同。断路器在合位状态下，QF常开接点闭合，当控制开关触点或自动装置触点卡住，即107常带正电时，防跳继电器1KA励磁，1KA常开接点闭合使防跳继电器保持励磁状态，1KA常闭接点打开，断开合闸回路，从而在合闸正电保持的情况下，断路器跳开时起到防跳作用。

由图1和图2可知，单一的操作箱防跳回路或者断路器机构防跳回路都可以完成断路器的防跳功能，然而，当操作箱控制回路与断路器机构回路配合在一起时，却带来了意外的问题。首先是控制回路监视问题。图1中，105是合闸监视回路，也称跳位监视回路，由于1D49（107）和 1D50（105）是并在一起的，107常带正电，开关在合位时，QF 常开接点闭合，从而防跳继电器1KA长期励磁，跳位监视继电器 TWJ 也长期励磁，即在合位状态下，TWJ 和 HWJ 均励磁，从而发控制回路断线信号。其次，在这种配合下，由于 1KA 励磁后，1KA 的常开接点闭合，如果 1KA 的返回电压较小，即使断路器跳开后，通过 TWJ 回路和 1KA 的常闭接点，1KA 也无法返回，使得非故障状态下断路器跳开后无法再次合闸。

为了解决合闸状态下发控制回路断线的问题，可通过解开 1D49（107）和1D50（105）的并联回路，并在合闸监视回路中串联一个断路器常闭接点的方法，如图 3。

这种改进在断路器为合闸状态时，QF常闭接点打开，断开了合闸监视回路，使得合闸状态下不再误发控制回路断线信号。然而，在合闸正电107尚未断开，防跳继电器 1KA还在励磁的状态下，断路器跳开后，105后面串接的 QF常闭接点仍然会使防跳回路保持，因此这种改进并不能解决防跳后无法合闸的问题。

为解决断路器防跳后不能合闸的问题，可以通过两种方法。方法一：在图 3 的基础上，在防跳继电器1KA两端并联一个适当大小的电阻，使得1KA通过TWJ回路接通时分得的电压小于其返回电压，这样，在防跳试验完成后，1KA可以通过低电压值而返回。这种方法需要通过TWJ 线圈阻值和1KA线圈阻值来计算需要并联的电阻阻值大小，实现起来较麻烦，而且可靠性不够高。方法二：在图3的基础上，在合闸监视回路中再串联一个防跳继电器 1KA的常闭接点，如图4。这种改进在防跳完成后，合闸回路尚未恢复时，通过1KA的常闭接点使得TWJ回路暂时断开，待合闸回路返回，即107无正电到来且1KA返回时，1KA的常闭接点闭合，TWJ回路接通，从而可解决防跳后无法合闸的问题。（图4）

6 结论

本文对110kV断路器防跳回路异常原先进行了分析，给出了相应的改进方案，使防跳回路得以完善。经过现场试验验收合格后，再对该站其它110kV开关均作同样的改造，至今再未发生过类似故障。

参考文献：

[1]李珉.对断路器防跳回路的探讨[J].机械制造与自动化，2007（02）.