繼電保護裝置一、繼電保護的發(fā)展歷程二、繼電保護裝置的定義及要求三、微機繼電保護的構(gòu)成四、發(fā)電機保護組成及動作后果一、繼電保護的發(fā)展歷程繼電保護是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的。

20世紀(jì)初隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，繼電器開始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護，這時期是繼電保護技術(shù)發(fā)展的開端。最早的繼電保護裝置是熔斷器。從20世紀(jì)50年代到90年代末，在40余年的時間里，繼電保護完成了發(fā)展的4個階段，即從電磁式保護裝置到晶體管式繼電保護裝置、到集成電路繼電保護裝置、再到微機繼電保護裝置。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能技術(shù)如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進化規(guī)模、模糊邏輯等相繼在繼電保護領(lǐng)域的研究應(yīng)用，繼電保護技術(shù)向計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化、智能化方向發(fā)展。19世紀(jì)的最后25年里，作為最早的繼電保護裝置熔斷器已開始應(yīng)用。電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，短路容量不斷增大，到20世紀(jì)初期產(chǎn)生了作用于斷路器的電磁型繼電保護裝置。雖然在1928年電子器件已開始被應(yīng)用于保護裝置，但電子型靜態(tài)繼電器的大量推廣和生產(chǎn)，只是在50年代晶體管和其他固態(tài)元器件迅速發(fā)展之后才得以實現(xiàn)。靜態(tài)繼電器有較高的靈敏度和動作速度、維護簡單、壽命長、體積小、消耗功率小等優(yōu)點，但較易受環(huán)境溫度和外界干擾的影響。1965年出現(xiàn)了應(yīng)用計算機的數(shù)字式繼電保護。大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展,微處理機和微型計算機的普遍應(yīng)用,極大地推動了數(shù)字式繼電保護技術(shù)的開發(fā)，目前微機數(shù)字保護正處于日新月異的研究試驗階段，并大量正式運行。繼電保護的發(fā)展歷程研究現(xiàn)狀?隨著電力系統(tǒng)容量日益增大，范圍越來越廣，僅設(shè)置系統(tǒng)各元件的繼電保護裝置，遠(yuǎn)不能防止發(fā)生全電力系統(tǒng)長期大面積停電的嚴(yán)重事故。為此必須從電力系統(tǒng)全局出發(fā)，研究故障元件被相應(yīng)繼電保護裝置的動作切除后，系統(tǒng)將呈現(xiàn)何種工況，系統(tǒng)失去穩(wěn)定時將出現(xiàn)何種特征，如何盡快恢復(fù)其正常運行等。系統(tǒng)保護的任務(wù)就是當(dāng)大電力系統(tǒng)正常運行被破壞時，盡可能將其影響范圍限制到最小，負(fù)荷停電時間減到最短。此外，機、爐、電任一部分的故障均影響電能的安全生產(chǎn)，特別是大機組和大電力系統(tǒng)的相互影響和協(xié)調(diào)正成為電能安全生產(chǎn)的重大課題。因此，系統(tǒng)的繼電保護和安全自動裝置的配置方案應(yīng)考慮機、爐等設(shè)備的承變能力，機、爐設(shè)備的設(shè)計制造也應(yīng)充分考慮電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的實際需要。為了巨型發(fā)電機組的安全，不僅應(yīng)有完善的繼電保護，還應(yīng)研究、推廣故障預(yù)測技術(shù)。發(fā)展趨勢微機保護經(jīng)過近20年的應(yīng)用、研究和發(fā)展，已經(jīng)在電力系統(tǒng)中取得了巨大的成功，并積累了豐富的運行經(jīng)驗，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益，大大提高了電力系統(tǒng)運行管理水平。近年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展以及計算機在電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用，新的控制原理和方法被不斷應(yīng)用于計算機繼電保護中，以期取得更好的效果，從而使微機繼電保護的研究向更高的層次發(fā)展，繼電保護技術(shù)未來趨勢是向計算機化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。1.計算機化隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展，微機保護硬件也在不斷發(fā)展。電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高，除了保護的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強大的通信能力，與其它保護、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當(dāng)于一臺pc機的功能。繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進一步提高繼電保護的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟效益和社會效益，尚需進行具體深入的研究。2.網(wǎng)絡(luò)化計算機網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時代的技術(shù)支柱，它深刻影響著各個工業(yè)領(lǐng)域，也為各個工業(yè)領(lǐng)域提供了強有力的通信手段。到目前為止，除了差動保護和縱聯(lián)保護外，所有繼電保護裝置都只能反應(yīng)保護安裝處的電氣量。繼電保護的作用主要是切除故障元件，縮小事故影響范圍。因繼電保護的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。這就要求每個保護單元都能共享全系統(tǒng)的運行和故障信息的數(shù)據(jù)，各個保護單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)動作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。顯然，實現(xiàn)這種系統(tǒng)保護的基本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護裝置用計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，亦即實現(xiàn)微機保護裝置的網(wǎng)絡(luò)化。3.智能化隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，分布式發(fā)電、交互式供電模式對繼電保護提出了更高要求，另一方面通信和信息技術(shù)的長足發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)及應(yīng)用在各行各業(yè)的日益普及也為探索新的保護原理提供了條件，智能電網(wǎng)中可利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)控，然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行收集、整合，最后對數(shù)據(jù)進行分析。利用這些信息可對運行狀況進行監(jiān)測，實現(xiàn)對保護功能和保護定值的遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控和修正。另外，對保護裝置而言，保護功能除了需要本保護對象的運行信息外，還需要相關(guān)聯(lián)的其它設(shè)備的運行信息。一方面保證故障的準(zhǔn)確實時識別，另一方面保證在沒有或少量人工干預(yù)下，能夠快速隔離故障、自我恢復(fù)，避免大面積停電的發(fā)生。3.智能化?保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化在實現(xiàn)繼電保護的計算機化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護裝置實際上就是一臺高性能、多功能的計算機，是整個電力系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)上的一個智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運行和故障的任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行隋況下還可完成測量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實現(xiàn)保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信-體化。二、繼電保護裝置的定義：當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件（如發(fā)電機、線路等）或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障危及電力系統(tǒng)安全運行時，能夠向運行值班人員及時發(fā)出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令以終止這些事件發(fā)展的一種自動化措施和設(shè)備。實現(xiàn)這種自動化措施的成套設(shè)備，一般通稱為繼電保護裝置?；疽罄^電保護裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個基本要求。對于作用于繼電器跳閘的繼電保護，應(yīng)同時滿足四個基本要求，而對于作用于信號以及只反映不正常的運行情況的繼電保護裝置，這四個基本要求中有些要求可以降低。選擇性選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時，其繼電保護僅將故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護或斷路器拒動時，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護將故障切除。速動性速動性是指繼電保護裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。一般必須快速切除的故障有：使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值(一般為0.7倍額定電壓)。大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內(nèi)部故障。中、低壓線路導(dǎo)線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障。速動性(4)可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)造成強烈干擾的故障。故障切除時間包括保護裝置和斷路器動作時間，一般快速保護的動作時間為0.04s～0.08s，最快的可達(dá)0.01s～0.04s，一般斷路器的跳閘時間為0.06s～0.15s，最快的可達(dá)0.02s～0.06s。對于反應(yīng)不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應(yīng)按照選擇性的條件，帶延時地發(fā)出信號。靈敏性靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應(yīng)能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時，不論短路點的位置和短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應(yīng)動作，即要求不但在系統(tǒng)最大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統(tǒng)最小運行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。靈敏性系統(tǒng)最大運行方式：被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護裝置的短路電流為最大運行方式；系統(tǒng)最小運行方式：在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式。保護裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量?？煽啃钥煽啃园ò踩院托刨囆裕菍^電保護最根本的要求。安全性：要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發(fā)生誤動。信賴性：要求繼電保護在規(guī)定的保護范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動作的故障時可靠動作，即不拒動。繼電保護的誤動作和拒動作都會給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重危害?？煽啃约词箤τ谙嗤碾娏υ?，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，保護不誤動和不拒動對系統(tǒng)的影響也會發(fā)生變化。以上四個基本要求是設(shè)計、配置和維護繼電保護的依據(jù)，又是分析評價繼電保護的基礎(chǔ)。這四個基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進行統(tǒng)一。電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務(wù)是：自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運行。反應(yīng)電氣元件的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護的條件(如有無經(jīng)常值班人員)而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調(diào)整，或?qū)⒛切├^續(xù)運行就會引起損壞或發(fā)展成為事故的電氣設(shè)備予以切除。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據(jù)對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免暫短地運行波動造成不必要的動作和干擾而引起的誤動。[1]繼電保護裝置還可以與電力系統(tǒng)中的其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預(yù)定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復(fù)供電，從而提高電力系統(tǒng)運行的可靠性。電力系統(tǒng)繼電保護的用途是：①、當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生足以損壞設(shè)備或危及電網(wǎng)安全運行的故障時，使被保護設(shè)備快速脫離電網(wǎng)；②、對電網(wǎng)的非正常運行及某些設(shè)備的非正常狀態(tài)能及時發(fā)出警報信號，以便迅速處理，使之恢復(fù)正常；③、實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化和遠(yuǎn)動化，以及工業(yè)生產(chǎn)的自動控制。三、微機保護的構(gòu)成1、利用計算機技術(shù)代替繼電器技術(shù)：利用集成電路芯片組成體積小小的保護單元箱，代替原來龐大的繼電保護柜；2、利用計算機軟件代替繼電器硬件：如果想增加保護功能，只要增加相關(guān)軟件即可達(dá)到。比如：一條線路保護，原來只有速斷和過流保護，想增加方向保護、復(fù)合電壓閉鎖的過流保護、負(fù)序電流保護、低周低壓減載、過負(fù)荷等等，我們只是增加相關(guān)軟件，不增加任何硬件。只有在需要一些特殊功能時，才增加一些硬件。?發(fā)電機保護組成及動作后果發(fā)電結(jié)構(gòu)示意

轉(zhuǎn)子：勵磁后產(chǎn)生磁場，在水輪機的帶動下旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

定子：感受交變磁場，線圈切割磁力線發(fā)出電能。發(fā)電機可能發(fā)生的故障定子繞組相間短路定子繞組匝間短路定子繞組一相絕緣破壞引起的單相接地勵磁回路（轉(zhuǎn)子繞組）接地

勵磁回路低勵（勵磁電流低于靜穩(wěn)極限對應(yīng)的勵磁電流）、失磁發(fā)電機主要的不正常工作狀態(tài)過負(fù)荷定子繞組過電流定子繞組過電壓三相電流不對稱過勵磁逆功率

失步、非全相、斷路器出口閃絡(luò)、誤上電等發(fā)電機的主要保護和作用縱差保護作用：發(fā)電機及其引出線的相間短路保護

規(guī)程：1MW以上發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)縱差保護。對于發(fā)電機變壓器組：當(dāng)發(fā)電機與變壓器間有斷路器時，發(fā)電機裝設(shè)單獨的縱差保護；當(dāng)發(fā)電機與變壓器間沒有斷路器時，100MW及以下發(fā)電機可只裝設(shè)發(fā)電機變壓器組公用縱差保護；100MW及以上發(fā)電機，除發(fā)電機變壓器組公用縱差保護還應(yīng)裝設(shè)獨立縱差保護，對于200MW及以上發(fā)電機變壓器組亦可裝設(shè)獨立變壓器縱差保護。

與發(fā)變組差動區(qū)別：發(fā)變組差動需要考慮廠用分支，要考慮涌流制動、各側(cè)平衡調(diào)節(jié)。發(fā)電機的主要保護和作用橫差保護·作用：發(fā)電機定于繞組一相匝間短路。·要求：定子繞組為星形接線，每相有并聯(lián)分支且中心點有分支引出端子的發(fā)電機。發(fā)電機的主要保護和作用縱向零序電壓·作用：發(fā)電機匝間短路（也能反映相間短路）?！ひ?guī)程：50MW以上發(fā)電機，當(dāng)定子繞組為星形接線，中性點只有三個引出端子時，根據(jù)用戶和制造廠的要求，也可裝設(shè)專用的匝間短路保護。發(fā)電機的主要保護和作用定子接地·作用：定子繞組單相接地是發(fā)電機最常見的故障，由于發(fā)電機中心點不接地或經(jīng)高阻接地，定子繞組單相接地并不產(chǎn)生大的故障電流?！こＳ帽Ｗo方式：基波零序電壓（90％）、零序電流、三次諧波零序電壓（100％）發(fā)電機的主要保護和作用定子接地·規(guī)程：與母線直接連接的發(fā)電機：當(dāng)單相接地故障電流(不考慮消弧線圈的補償作用)大于允許值時，應(yīng)裝設(shè)有選擇性的接地保護裝置。保護裝置由裝于機端的零序電流互感器和電流繼電器構(gòu)成，其動作電流躲過不平衡電流和外部單相接地時發(fā)電機穩(wěn)態(tài)電容電流整定，接地保護帶時限動作于信號，但當(dāng)消弧線圈退出運行或由于其它原因，使殘余電流大于接地電流允許值時應(yīng)切換為動作于停機。發(fā)電機變壓器組：對100MW以下發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)保護區(qū)不小于90%的定子接地保護，對100MW及以上的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)保護區(qū)為100%的定子接地保護。保護裝置帶時限動作于信號必要時也可動作于停機。發(fā)電機的主要保護和作用勵磁回路接地保護·作用：勵磁回路一點接地故障對發(fā)電機并未造成危害。但若繼而發(fā)生兩點接地將嚴(yán)重危害發(fā)電機安全?！崿F(xiàn)方法：采用乒乓式原理?！ひ?guī)程：1MW及以下水輪發(fā)電機，對一點接地故障宜裝設(shè)定期檢測裝置，1MW以上水輪發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)一點接地保護裝置。100MW以及汽輪發(fā)電機，對一點接地故障可采用定期檢測，裝置對兩點接地故障應(yīng)裝設(shè)兩點接地保護裝置。轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機和100MW及以上的汽輪發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)勵磁回路一點接地保護裝置，并可裝設(shè)兩點接地保護裝置，對旋轉(zhuǎn)整流勵磁的發(fā)電機宜裝設(shè)一點接地故障定期檢測裝置。一點接地保護帶時限動作于信號兩點接地保護應(yīng)帶時限動作于停機。發(fā)電機的主要保護和作用失磁保護·作用：為防大型發(fā)電機低勵(勵磁電流低于靜穩(wěn)極限所對應(yīng)的勵磁電流)或失去勵磁(勵磁電流為零)后，從系統(tǒng)中吸收大量無功功率而對系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。·實現(xiàn)方法：測量機端阻抗、勵磁電壓、有功、無功。·規(guī)程：100MW以下不允許失磁運行的發(fā)電機，當(dāng)采用半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)時宜裝設(shè)專用的失磁保護；100MW以下但失磁對電力系統(tǒng)有重大影響的發(fā)電機，及100MW及以上發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)專用的失磁保護，對600MW的發(fā)電機可裝設(shè)雙重化的失磁保護。發(fā)電機的主要保護和作用定子繞組過電流保護·作用：當(dāng)發(fā)電機縱差保護范圍外發(fā)生短路，而短路元件的保護或斷路器拒絕動作時，為了可靠切除故障，則應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)外部短路的過電流保護。這種保護兼作縱差保護的后備保護?！ひ?guī)程：1MW以上的發(fā)電機宜裝設(shè)復(fù)合電壓(包括負(fù)序電壓及線電壓)起動的過電流保護50MW及以上的發(fā)電機可裝設(shè)負(fù)序過電流保護和單元件低壓起動過電流保護。自并勵發(fā)電機帶電流記憶。發(fā)電機的主要保護和作用過負(fù)荷保護·作用：發(fā)電機長時間超過額定負(fù)荷運行時作用于信號的保護。中小型發(fā)電機只裝設(shè)定子過負(fù)荷保護；大型發(fā)電機應(yīng)分別裝設(shè)定子過負(fù)荷和勵磁繞組過負(fù)荷保護?！ひ?guī)程：定子繞組非直接冷卻的發(fā)電機，應(yīng)裝設(shè)定時限過負(fù)荷保護保護。裝置接一相電流動作于信號。定子繞組為直接冷卻且過負(fù)荷能力較低(例如低于1.5倍60s)的發(fā)電機，過負(fù)荷由定時限和反時限兩部分組成。50MW及以上,A≥10的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)定時限負(fù)序過荷保護；100MW及以上，A＜10的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)由定時限和反時限兩部分組成的轉(zhuǎn)子表層過熱保護。對勵磁系統(tǒng)故障或強勵時間過長引起的勵磁繞組過負(fù)荷，在

10MW及以上，采用半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機上應(yīng)裝設(shè)勵磁繞組過負(fù)荷保護。對于300MW以下采用半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機，可裝設(shè)定時限勵磁繞組過負(fù)荷保護，帶時限動作于信號和動作于降低勵磁電流。發(fā)電機的主要保護和作用負(fù)序過流保護·作用：電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路或者三相負(fù)荷不對稱(如電氣機車、電弧爐等單相負(fù)荷的比重太大)時，發(fā)電機定于繞組中就有負(fù)序電流。該負(fù)序電流產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場，相對于轉(zhuǎn)子為兩倍同步轉(zhuǎn)速，因此在轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)100Hz的倍頻電流，它會使轉(zhuǎn)子端部、護環(huán)內(nèi)表面等電流密度很大的部位過熱。造成轉(zhuǎn)子的局部灼傷，因此應(yīng)裝設(shè)負(fù)序電流保護。中小型發(fā)電機多裝設(shè)負(fù)序定時限電流保護；大型發(fā)電機多裝設(shè)負(fù)序反時限電流保護，其動作時限完全出發(fā)電機轉(zhuǎn)子承受負(fù)序電流而發(fā)熱的能力(A)決定．不考慮與系統(tǒng)保護配合?！ひ?guī)程：50MW及以上,A≥10的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)定時限負(fù)序過荷保護；100MW及以上，A＜10的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)由定時限和反時限兩部分組成的轉(zhuǎn)子表層過熱保護。發(fā)電機的主要保護和作用定于繞組過電壓保護·作用：中小型汽輪發(fā)電機通常不裝設(shè)過電壓保護。水輪發(fā)電機和大型汽輪發(fā)電機都裝設(shè)過電壓保護、以切除突然甩去全部負(fù)荷后引