一、電力系統的組成,

電能成為國民經濟不可缺少的一部分，生產和科學技術的進步，使得發電

機單機容量不斷增大，發電廠的規模不斷擴大，輸送距離增大，并且對電能的可

靠性提出了更高的要求。于是逐步地將一個個孤立的發電廠、變電所連接起來，

形成強大的電力系統。

電力系統由發電廠、變電所、輸電線路、用戶等部分組成。

發電廠把不同的能量轉化成電能。在輸電過程中，為了滿足不同用戶對經

濟供電的要求，就得采用多種電壓等級的方式輸送電能，電力系統中的電壓等級

的升高及降低，是通過變壓器完成的，安裝變壓器及其它裝置的整體，稱為變電

所。

1.1一次設備、二次設備、電氣主接線

一次設備。直接生產和輸配電能的設備稱為一次設備。電能由發電機發出，

經過一系列的一次設備直接送到用電器，從而完成電能的生產與使用的全過程。

一次設備主要包括發電機、變壓器、斷路器、隔離開關、限流電抗器、母線、電

纜、互感器等。

二次設備。對一次設備的工作進行監察、測量、控制和保護的輔助設備，

稱為二次設備。二次設備主要包括儀表、信號、繼電保護裝置和自動控制設備等。

電氣主接線。在發電廠和變電所中，為了適應各種運行方式的需要，將各

種設備根據要求，按著一定次序連接成為固定的電路。一次設備所連成的電路，

稱為一次電路或電氣主接線。

常見的主接線為單母分段接線、內橋接線。典型接線圖如下圖所示。

1.2斷路器、隔離開關、母線

斷路器：又稱開關。是用在高壓電路正常或故障狀態下，接通與斷開電路

的專用電器。斷路器部分的觸頭部分裝有特殊的滅弧裝置。滅弧裝置能迅速地熄

滅在切斷電路過程中觸頭間的電弧，使電路可靠迅速地斷開。電力系統運行中，

如果系統發生故障，則由繼電保護裝置動作，自動斷開斷路器，使故障點與系統

正常部分斷開。

隔離開關：又稱刀閘。隔離開關的觸頭部分沒有特殊的滅弧裝置，它不能

熄滅在切斷電路過程中觸頭間所產生的電弧。隔離開關主要起隔離電壓和切換電

路的作用。隔離開關一般應與斷路器串聯接入電路。

母線：母線起著匯集和分配電能的作用。一段母線上有進線和出線，這些

線路有共同的電壓，但是負荷電流分配不同。變電站的主接線不同，所擁有的母

線段數也不同。

1.3互感器

電力系統中的一次信號一般都是很大的信號，如10KV的電壓，5KA的電流

等等，這種大信號是無法輸入保護裝置及測量回路的，需要有一種裝置把這些大

信號按比例變換到小信號，這就是互感器。

目前大部互感器是應用變壓涔原理（即電磁感應原理）來變換電壓和電流，

這種互感器也稱電磁式互感器。根據所變換的信號不同，互感器可分為電壓互感

器和電流互感器。

電壓互感器和電流互感器是一次系統和二次系統間的聯絡元件，用以分別

是向測量儀表（電度表、電流表、電壓表）、繼電保護及自動裝置等供給信號，

實現對電力系統的主要運行參數的監測。

互感器在電力系統中的作用具體表現在如下兩個方面：

1）將一次回路的高電壓和大電流變換成二次回路標準的低電壓、小

電流。電壓互感器二次側的額定電壓規定為100V（線電壓）或57.7V（相電

壓）。電流互感器二次側的額定電流規定一般為5Ao這可以使測量儀表和繼

保裝置標準化、小型化，二次設備的絕緣水平按低電壓統一的標準進行設計，

以降低成本和價格，而且使用方便。

2）一次系統和二次系統是通過互感器聯絡的，這樣它就起到了一次

高壓與二次低壓的隔離作用。并且互感器必須有?點接地，從而確保了運行

人員和二次設備的安全。

電流互感器的特點和要求：

1）一次繞組與高玉回路串聯，11只取決于所在高壓回路電流，而與二次負

荷大小無關。

2）二次回路不允許開路，否則會產生危險的高電壓，危及人身及設備安全。

3）CT二次回路必須有一點直接接地，防止一、二次繞組絕緣擊穿后產生

對地高電壓，但僅一點接地。

電壓互感器的特帚口要求：

1）一次繞組與高壓電路并聯。

2）二次繞組不允許短路（短路電流燒毀PT）,裝有熔斷器。

3）二次繞組有一點直接接地。

電流互感器在變電站中一般根據精度及量程分為兩種，即保護CT、測量CT,在

變壓器保護中，保護CT還會分為過流CT及差動CT。電壓互感器在大多數站里

是保護和測量合用的，但有的廠站也會分開。

雖然二次設備已經把電流和電壓變為標準的低電流和低電壓，但是仍不在

計算機可以采集的信號量程內，所以，在申瑞DEP系列的產品中，交流采樣板

（8201,6501）的任務就是將二次側的電流和電壓，通過自身的電流和電壓變送

器再次進行降低，降低到AD采樣板可以接受的電流和電壓等級。我們的保護CT

和監測CT是分開的，PT是共用的。

二基本概念

2.1電力系統繼電保護的概念與作用

1.繼電保護包括繼電保護技術和繼電保護裝置。

*繼電保護技術是一個完整的體系，它主要由電力系統故障分析、繼電保護原

理及實現、繼電保護配置設計、繼電保護運行及維護等技術構成。

*繼電保護裝置是完成繼電保護功能的核心。

繼電保護裝置就是能反應電力系統中電氣亓件發牛故障或不正常運行狀

態，并動作于斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置。如我公司現在的DEP820

系列保護裝置。

2.電力系統的故障和不正常運行狀態：（三相交流系統）

*故障：各種短路（三相短路、兩相短路、單相接地短路等）和斷線（單相、

兩相），其中最常見且最危險的是各種類型的短路。其后果：

1電流增加危害故障設備和非故障設備；

2電壓降低影響用戶正常工作；

3破壞系統穩定性，使事故進一步擴大（系統振蕩，互解）

*不正常運行狀態：

電力系統中電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒有發生故障的運行狀態。如：

過負荷、過電壓、頻率降低、系統震蕩等。

以上不正常運行態可能會動作于發信號或動咋于解列（跳閘）。

3.繼電保護裝置的作用：

在最短的時間辨認出故障狀態、不正常運行狀態，并作出相應處理

繼電保護裝置被形象的比喻為“靜靜的哨兵”

2.1繼電保護的基本原理、構成與分類

2.1.1基本原理

繼電保護主要是為區分系統正常運行狀態與故障或不正常運行狀態，這就決

定了其原理是找差別。舉例說明：

故障時電流增加一＞過電流保護

故障時電壓降低一＞低電壓保護

區內故障功率方向與區外故障功率方向相反一,方向保護

故障時阻抗降低一＞阻抗保護

區內故障與區外故障的差動電流,大攸?’不同一＞電流差動保護

故障時有負序分量或冬序分量一＞序分量保護

另外還有非電氣量：瓦斯保護，過熱保護

原則上說：只要找出正常運行與故障時系統中電氣量或非電氣量的變化特征

（差別），即可找出一種原理，且差別越明顯，保護性能越好。

繼電保護分為兩種原理：過量保護及欠量保護。所有的保護原理都是根據電

流/電壓/開入量套入原理中計算，最終得出一個結果：跳閘與否。

無論是過量或欠量，其實都是電力系統穩態與暫態的兩種不同運行狀態

導致的各電氣信號不平衡，如：過流、低壓，低周等等。保護裝置就要針對

這種不平衡迅速反應，以最快的速度，最小的代價切除發生不平衡的故障區。

2.1.2構成

以過電流保護為例：

一般由測量元件、邏輯元件和執行元件三部分組成。

（1）測量元件

作用：測量從被保護對象輸入的有關物理量模擬量（如電流、電壓、阻抗、

功率方向等）。

（2）邏輯元件

作用：根據測量部分輸出量的大小、性質、輸出的邏輯狀態、出現的順序或

它們的組合，使保護裝置按一定的原理及時序邏輯工作，最后確定是否應跳

閘或發信號，并將有關命令傳給執行元件。

（3）執行元件：

作用：根據邏輯元件傳送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務。如：故

障時一跳閘；不正常運行時一發信號；正常運行時一不動作。

2.1.3分類

幾種方法如下：

（1）按被保護的對象分類：輸電線路保護、發電機保護、變壓器保護、電動機

保護、母線保護等；

（2）按保護原理分類：電流保護、電壓保護、距離保護、差動保護、方向保護、

零序保護等；

（3）按保護所反應故障類型分類：相間短路保護、接地故障保護、匝間短路保

護、斷線保護、失步保護、失磁保護及過勵磁保護等；

（4）按繼電保護裝置的實現技術分類：機電型保護（如電磁型保護和感應型保

護）、整流型保折、晶體管型保護、集成電路型保護及微機型保護等；

（5）按保護所起的作用分類：主保護、后備保尹、輔助保護等；

主保護一滿足系統穩定和設備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被

保護設備和線路故障的保護。

后備保護一主保護或斷路器拒動時用來切除故障的保護。又分為遠后

備保護和近后備保護兩種。

①遠后備保護：當主保護或斷路器拒動時，由相鄰電力設備或線路的保護

來實現的后備保護。

②近后備保護：當主保護拒動時，由本電力設備或線路的另一套保護來實

現后備的保護；當斷路器拒動時，由斷路器失靈保護來實現后備保護。

輔助保護：為補充主保護和后備保護的性能或當主保護和后備保護退出運

行而增設的簡單保護。

2.2對繼電保護的基本要求

對動作于跳閘的繼電保護，在技術上一般應滿足四個基本要求：選擇性、

速動性、靈敏性、可靠性。即保護四性。

（一）選擇性（最小的代價）：選擇性是指電力系統發生故障時，保護裝置僅將

故障元件切除，而使非故障元件仍能正常運行，以盡量縮小停電范圍。

（二）速動性（最快的速度）：快速切除故障。

其目的是：提高系統穩定性；減少用戶在低電壓下的動作時間；減少故障元件的

損壞程度，避免故障進一步擴大。

T=tbh+tn.；

T一故障切除時間；

保護動作時間；

tD「斷路器動作時間；

一般的快速保護動作時間為0.06?0.12s,最快的可達0.01-0.04s。

一般的斷路器的動作時間為0.06?0.15s,最快的可達0.02-0.06so

（三）靈敏性：指在規定的保護范圍內，對故障情況的反應能力。滿足靈敏性要

求的保護裝置應在區內故障時，不論短路點的位置與短路的類型如何，都能靈敏

地正確地反應出來。

對反應于數值上升而動作的稱為過量保護（如電流保護）

對反應于數值下降而動作的稱為欠量保護（如低電壓保護）

（四）可靠性（不拒動、不誤動）：指發生了屬于保護裝置該動作的故障，它能

可靠動作，即不發生拒絕動作（拒動）；而在不該動作時，能可靠不動，即不發

生錯誤動作（簡稱誤動）。

影響可靠性有內在的和外在的因素：

內在的：裝置本身的質量，包括元件好壞、結構設計的合理性、制造工藝

水平、內外接線簡明，觸點多少等；

外在的：運行維護水平、調試是否正確、正確安裝

上述四性是分析研究繼電保護性能的基礎，它們之間既有矛盾的一面，又

有在一定條件下統一的一面。

三、保護種類

3.1過流保護

配置：

'第I段-----電流速斷保護I

三段式《第II段----限時電流速斷保J主保護

<翼in段----過電流保護后備保護

一、電流速斷保護（第I段）：

對于僅反應于電流噌大而瞬時動作電流保護，稱為電流速斷保護。為了保護

的選擇性，動作電流按躲過本線路末端短路時的最大短路短路整定。

僅靠動作電流值來保證其選擇性

能無延時地保護本線路的一部分（不是一個完整的電流保護）。

二、限時電流速斷保護（第n段）

任何情況下能保護線路全長，并具有足夠的靈敏性。在滿足要求前一條的

前提下，力求動作時限最小。

因動作帶有延時，故稱限時電流速斷保護。

限時電流速斷保護的保護范圍大于本線路全長

依靠動作電流值和動作時間共同保證其選擇性

與第I段共同構成被保護線路的主保護，兼作第I段的近后備保護。

三、定時限過電流保護（第in段）

作為本線路主保護的近后備以及相鄰線下一線路保護的遠后備。其起動電流

按躲最大負荷電流來整定的保護稱為過電流保護，此保護不僅能保護本線路全

長，且能保護相鄰線路的全長。

第ni段的/或比第I、II段的歷小得多，其靈敏度比第I、n段更高；

在后備保護之間，只有靈敏系數和動作時限都互相配合時，才能保證選攔性;

保護范圍是本線路和相鄰下一線路全長；

電網末端第in段的動作時間可以是保護中所有元件的固有動作時間之和（可

瞬時動作），故可不設電流速斷保護；末級線路保護亦可簡化（I+m或in）,越

接近電源，“越長，應設三段式保護。

3.2電壓聯鎖速斷保護

電流速斷保護具有很好的快速性，但當系統運行方式變化很大時，保護范

圍可能很小，甚至沒有保護區。為了在不增加保護動作時限的條件下增長俁護

范圍，可以再加一個低電壓聯鎖邏輯。

簡而言之，在故障情況下，電流增大，同時電壓降低，必須電流大于電流

定值，而電壓小于電壓定值時，還可以出口跳閘。

此外，還有復合電壓聯鎖速斷保護，復合電壓由低電壓元件與負序電壓元

件構成。

3.3方向性電流保護

雙電源多電源和環形電網供電更可靠，但卻帶來新問題。背側與區內短路電

流不易區分。沒有選擇性。

原因分析?：反方向故障時對側電源提供的短路電流引起誤動。

解決辦法：加裝方向元件一一功率方向繼電器。僅當它和電流測量元件均動

作時才啟動邏輯元件。這樣雙側電源系統保護系統變成針對兩個單側電源了系

統。

電流規定方向：從母電流向線路為正。

電流本身無法判定方向，需要一個基準一一電壓。

因此，利用判別短路功率方向或電流、電壓之間的相位關系，就可以判別發

生故障的方向。

死區：當正方向出口短路時，電壓降到很低，甚至為零。這樣功率方向判據

中的方向公式最終結果為0,沒有方向，這種情況稱之為死區。消除辦法：加電

壓記憶回路。

3.4線路的接地保護

大接地電流系統：系統中主變壓器中性點直接接地在此系統中，當發生接

地故障時，通過變壓器接地點構成短路通路，使故障相流過很大的短路電流。

110KV及以上電網中性點直接接地系統

60KV及以下電網中性點不接地或不直接接地（小接地電流系

統）

運行經驗表明，在中性點直接接地系統中，單相接地故障幾率占總故障率

的70%，八90%o所以如何正確設置接地故障的保護是該系統的中心問題之一。而

在該系統中發生單相接地故障，系統中會出現零序分量，而正常運行時無零序分

量。故可利用零序分量構成接地短路的保護。我公司產品中變壓器后備保護中就

使用了零序過流保護元件。

小接地電流系統：中性點不接地或經過消弧線圈和高阻抗接地的三相系統,

稱為“小電流接地系統”。

在小接地電流系統中，當發生單相接地時，由于故障點的電流很小，且三

相電壓仍保持對稱，對負荷供電沒有影響，因此，一般都允許再繼續運行1-2

小時，而不必立即跳閘。但是單相接地后，非故障相對地電壓升高1.732倍，會

危害絕緣。為防止故障進一步擴大，要求繼電保護裝置能有選擇地發出信號，以

便運行人員及時處理。

我公司的保護產品中，套管零序功率方向保護（IFPO）即為小接地系統的

選線功能。

3.5自動重合閘

3.5.1自動重合閘在電力系統中的作用

自動重合閘裝置是將因故障跳開后的斷路器按需要自動投入的一種自動裝

置。

運行經驗表明，架空線路大多數故障是瞬時性的，如：

（1）雷擊過電壓引起絕緣子表面閃絡。

（2）大風時的短時碰線。

（3）通過鳥類身體（或樹枝）放電。

此時，若保護動一一＞熄弧一一＞故障消除一一＞合斷路器一一＞恢復供電。

自動重合閘的作用：

（1）對暫時性故障，可迅速恢復供電，從而能提高供電的可靠性。

（2）對兩側電源線路，可提高系統并列運行的穩定性，從而提高線路的輸

送容量。

（3）可以糾正由于斷路器或繼電保護誤動作引起的誤跳閘。

但是，自動重合閘本身不能判斷故障是瞬時性的，還是永久性的。所以若重

合于永久性故障時，其不利影響：

（1）使電力系統又一次受到故障的沖擊；

（2）使斷路器的工作條件惡化（因為在短時間內連續兩次切斷短路電流）。

據運行資料統計，自動重合閘成功率60-90%,經濟效益很高，所以在電力

系統中得到了廣泛應用。

3.5.2對自動重合閘的基本要求

（1）動作迅速。-一般0.5秒~1.5秒。

（2）不允許任意多次重合，即動作次數應符合預先的規定，如一次或兩次

（最多四次）。

（3）動作后應能芻動復歸，準備好再次動作。

（4）手動跳閘時不應重合（手動操作或遙控操作）。

（5）手動合閘于故障線路不重合（多屬于永久性故障）。

3.5.3三相自動重合閘

（一）單側電源線路的三相一次重合閘：

當線路上故障（單相接地短路、相間短路）一一＞保護動作跳開三相一一＞

重合閘起動一一＞合三相：故障是瞬時性的，重合成功；故障是永久性的，保護

再次跳開三相，不再重合。

（二）兩側電源線路三相一次重合閘：

1、應考慮的兩個問題：

（1）時間的配合；考慮兩側保護可能以不同的延時跳閘，此時須保證兩側

均跳閘后，故障點有足夠的去游離時間。

（2）同期問題：重合時兩側系統是否同期的問題以及是否允許非同期合閘

的問題。

在兩側的斷路器上，除裝有單側電源線路的自動重合閘外，在一側（M側）

裝有低電壓繼電器，用以檢查線路上有無電壓（檢無壓側），在另一側（NM）

裝有同期檢定繼電器，進行同期檢定（檢同期側）。

1）工作過程：

當線路短路時，兩側DL斷開，線路失去電壓，M側低電壓繼電器動作，經

自動重合閘重合。a、重合成功，N側同步檢定繼電器在兩側電源符合同步條件

后再進行重合，恢復正常供電；b、重合不成功，保護再次動作，跳開M側DL

不再重合，N側不重合。

2）兩點說明：

a、有上述分析可見，M側DL如重合于永久性故障，就將連續兩次切斷短

路電流，所以工作條件比N側惡劣，為此，通常兩側都裝設低電壓繼電器和同

步檢定繼電器，利用連結片定期切換其工作方式，以使兩側工作條件接近相同。

b、在正常工作情況下，由于某種原因（保護誤動、誤碰跳閘機構等）使檢

無壓側（M側）誤跳閘時，因線路上仍有電壓，無法進行重合（缺陷），為此，

在檢無壓側也同時投入同步檢定繼電器，使兩者的觸點并聯工作。這樣，在上述

情況下，同步檢定繼電器工作，可將誤跳閘的DL重新合閘。

注：在使用同步檢定的一側，絕對不允許同時投入無壓檢定繼電器。

3.5.4重合閘動作時限的選擇原則

1、單側電源線路的三相重合閘：

原則上越短越好，但應力爭重合成功，保證：

（1）故障點電弧熄滅、絕緣恢復；

（2）斷路器觸頭周圍絕緣強度的恢復及消弧室重新充滿油，準備好重合于

永久性故障時能再次跳閘，否則可能發生DL爆炸，如果采用保護裝置起動方式，

還應加上DL跳閘時間。

根據運行經驗，采用0.5到1秒左右。

2、兩側電源線路的三相重合閘：

除上述要求外，還須考慮時間配合，按最不利情況考慮：本側先跳，對側后

跳。

3.5.5自動重合閘與繼目保護的配合

兩者關系極為密切，保護可利用重合閘提供的便利條件，加速切除故障，一

般有如下兩種配合方式：

1、重合閘前加速保護（簡稱“前加速”）

只在線路首端安裝重合閘。故障時先無選擇地跳閘，再由重合閘重合，若成功，

恢復正常供電；若不成功，按選擇性動作。

優點：快速切出故障，設備少。

缺點：永久性故障，再次切除故障的時間可能很長；裝ZCH的DL動作次數

多，若DL拒動，將擴大停電范圍。

主要用于35KV以下的網絡。

2、重合閘后加速保護（簡稱“后加速”）

每條線路上均裝有選擇性的保護和ZCH.

第一次故障時，保護按有選擇性的方式動作跳閘，若是永久性故障，重合后

則加速保護動作，切除故障。

優點：第一次跳閘時有選擇性的，再次切除故障的時間加快，有利于系統并

聯運行的穩定性。

缺點：第一次動作時間可能時限稍長。

應用于35KV以上的高壓網絡中。

3.5.6與低周低壓減載的配合

當電力系統發生有功功率缺額引起系統頻率大幅度下降時，按頻率下降的

不同程度自動斷開相應的非重要負荷，阻止頻率下降，并且頻率迅速恢復到某期

望值，這種安全自動裝置稱為自動低周（或低頻）減載裝置。

由于低周減載是屬于線路的不正常運行狀態，不需要重合閘，故低周減載

動作后，應去閉鎖重合閘。

3.6備用電源自投

在現代電力系統中，為滿足電網經濟運行及可靠供電，常采用備用電源自動

投入裝置。備自投裝置使系統自動裝置與繼電保護裝置相結合，是一種對用戶提

供不間斷供電的經濟而又有效的技術措施。

一次系統的運行方式可能會根據需要而變動。為了自適應一次系統，備自投

也有多種運行方式，但基本上都遵循以下的總則：

1.工作母線失壓（非PT斷線造成）；

2.跳開與原工作電源相連接的斷路器，以免各用電源合閘于故障；

3.檢查備用電源是否合格，如滿足要求則合上工作母線與備用電源相連的斷

路器。

4.備自投只動作一次。

4.元件保護

4.1變壓器保護

4.1.1變壓器的故障類型

,各項繞組之間的相間短路

油箱內部故障《單項繞組部分線匝之間的匝間短路

?單項繞組或引出線通過外殼發生的單相接地故障

r引出線的相間短路

油箱外部故障＜

絕緣套管閃爍或破壞引出線通過外殼發生的單相接地短路

4.1.2變壓器不正常工作狀態

外部短路或過負荷-----?過電流

油箱漏油造成油面降低

變壓器中性點接地

外加電壓過高或頻率降低-----?過勵磁等

4.1.3應裝設的繼電保護裝置

（1）瓦斯保護：防御變壓器油箱內各種短路故障和油面降低

重瓦哈?跳閘

［輕瓦為f信號

（2）縱差動保護和電流速斷保護：防御變壓器繞組和引出線的多相短路、

大接地電流系統側繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路

（3）相間短路的后備保護。作為（1）（2）的后備

（a）過電流保護

（b）復合電壓起動的過電流保護

（c）負序過電流

（4）零序電流保護：防御大接地電流系統中變壓器外部接地短路

（5）過負荷保護：防御變壓器對稱過負荷

4.2發電機保護

發電機的安全運行對保證電力系統的正常工作和電能質量起著決定性的作

用，同時發電機本身也是一個十分貴重的電器元件，因此，應該針對各種不同的

故障和不正常運行狀態，裝設性能完善的繼電保折裝置。

4.2.1發電機的故障類型

1）定子繞組相間短路：危害最大