導語：如何才能寫好一篇繼電器保護的基本原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】變壓器；差動保護；故障；措施

前言

隨著電力事業的發展，超高壓輸電線路在我國的建設越來越普遍，大容量超高壓的大型電力變壓器的應用也隨之擴大，這就要求變壓器保護不僅可靠，而且要快速。但是變壓器保護的發展遠遠落后于系統發展的速度，據統計目前變壓器保護動作正確率普遍不高，有時候會出現一些原因不明的誤動，傳統的保護原理、保護方法面臨嚴峻的挑戰。因此研究出可靠的判據，防止變壓器保護誤動，具有較大的理論和工程應用價值。因此，本文重點分析變壓器差動保護的基本原理、差動保護誤動作的原因以及防范措施。

一、差動保護的基本原理

變壓器的主保護一般選用電流縱差動保護，其不但能夠正確區分區內外故障，而且不需要與其他元件的保護配合，可以無延時的切除保護區內各種故障，具有很多優良特點。圖1所示為雙繞組單相變壓器縱差動保護的原理接線圖，i1、i2分別為變壓器一次側和二次側的一次電流，參考方向為母線指向變壓器；、為相應的電流互感器二次電流。

根據上式，正常運行和變壓器外部故障時，差動電流為零，保護不會動作；如果變壓器內部任何一點故障時，包括電流互感器與變壓器之間的引線，只要故障電流大于差動保護繼電器的動作電流時，差動保護就可以迅速動作。

當變壓器電流互感器飽和、變壓器變比調整等時，差動保護會產生不平衡電流。針對不同狀況引起的不同的不平衡電流，需要引入制動電流，使差動保護不誤動作。根據制動電流與差動電流比值大小來判斷保護是否動作，這種判據方法稱為比率差動。差動保護要根據變壓器變比及各側電流互感器變比將各側二次電流進行折算，使差動電流能真實反映實際一次差動電流。

二、差動保護誤動的原因

變壓器差動保護裝置的準確動作依賴于保護正確的整定值與正確的接線。由于變壓器各側的繞組接線方式、電壓等級、電流互感器的型號、比率都不同，而且主變壓器的短路電流、勵磁涌流、鐵芯飽和等諸多因素的影響，使變壓器差動保護取樣的不平衡電流值可達到一個較大的數量級數值，尤其是在整定值不匹配或者保護接線不正確的情況下，產生的不平衡電流將大于保護的整定值，此時就會造成誤動，就會對電網運行帶來嚴重的危害。

變壓器差動保護誤動的原因很多，下面給出一些常見的誤動作原因：

（1）常見原因是變壓器分接頭調整問題，一般變壓器高壓繞組有調壓分接頭，有的還要求變壓器能夠有載調壓，此時會導致不平衡電流增大，當大于保護的整定值時就會造成保護誤動；

（2）由變壓器涌流引起的差動保護誤動事故也較常見，一般情況下變壓器鐵芯沒有飽和，其工作在線性區域，此時勵磁電流較小，差動保護一般不會誤動，但在一些過渡過程中或變壓器帶有沖擊負荷時，變壓器的鐵芯就會出現飽和現象，產生幾倍甚至十幾倍額定電流的勵磁涌流，容易引起變壓器差動保護誤動；

（3）變壓器如果在保護區外發生故障時，變壓器一次側電流的非周期分量較大，如變壓器各側的電流互感器飽和特性不一樣，易引起某一側的電流互感器飽和，產生暫態不平衡電流，可能會引起差動保護誤動。在外部故障切除過程中，由于電流互感器的局部暫態飽和也可能會引起差動保護的誤動；

（4）在穩態過勵磁情況下，變壓器也會有勵磁電流劇增的狀況出現，就會引起差動保護非選擇性的誤動；

（5）如果變壓器內部匝間輕微有故障時，雖然流過短路環的電流很大，但流入差動回路的電流可能很小，可能小于保護的整定值，此時就會影響到差動保護的靈敏動作。

在一般變電站中，差動保護是主變壓器的主保護，其安全可靠性對變壓器保護影響最為關鍵。變壓器的差動保護在變壓器正常運行和區外故障時，理想狀況下流入差動繼電器的電流為零，保護裝置不動作。但是在工程中變壓器在正常運行或區外故障時都有可能產生較大的不平衡電流，不平衡電流有可能大于差動保護的整定動作值，就可能引起變壓器差動保護的誤動作。

三、差動保護誤動作防預措施

變壓器差動保護誤動作會給電網安全穩定運行造成很大威脅，同時也會造成巨大的經濟損失，所以必須對變壓器差動保護采取防預措施。

（1）變壓器差動保護的電流互感器應選用D級電流互感器。如果工程運行中的差動保護已選用了其他型號的電流互感器，為了消除不平衡電流，變壓器兩側的電流互感器應按10%誤差曲線選擇，而且在整定變壓器差動繼電器的動作電流時要引入同型號系數Ktx，修正型號異同的影響，以防止繼電器誤動；

（2）電力系統中運行的變壓器差動保護裝置通常采用DCD-2型差動繼電器DCD-2型差動繼電器是由DC-11/0.2型電流繼電器和帶短路線圈的速飽和變流器組成的，變壓器勵磁涌流帶來的不平衡電流影響能夠被其短路線圈可靠地消除；

（3）在變壓器正常運行和保護區外故障時，盡量減少差動電壓，減少穩態時的不平衡電流，防止繼電器誤動；

（4）改進差動繼電器，比如更換容量較大的繼電器接點、增長繼電器接點距離等，可以有效解決繼電器合閘時的擊穿問題，防止繼電器誤動；

（5）在變壓器運行過程中，要定期檢查差動繼電器的工作狀況是否正常。運行維護人員要定期檢查變壓器差動保護的工作狀況，及時發現潛在問題，做好預防措施。

正確應用變壓器的縱聯差動保護是電力系統安全生產的重要保障之一，運行中對差動保護要求有很高的可靠性。變壓器的結構復雜，特點獨特，因此必須嚴格按規程要求認真分析變壓器運行的各個細節，全面了解變壓器縱聯差動保護的原理與特點，采取相應措施，合理選擇變壓器電流互感器，提高和增強繼電保護運行人員的技術水平和責任心，杜絕事故發生，確保差動保護可靠動作，從而保證變壓器可靠運行。

四、結束語

本文總結了變壓器差動保護誤動作的幾種典型原因，并介紹了差動保護誤動作的防治措施。大量研究表明：差動保護原理應用于變壓器不夠完善，因為變壓器不同于輸電線路，不適用基爾霍夫電流定律，因為變壓器不是純電路設備，它是由磁路聯系的若干獨立電路組成的。因此在工程中要積極研究更為完善的變壓器微機保護，嚴格根據有關規程和導則判斷變器的故障性質，以采取合理的措施進行處理，避免事故的發生，以保證變壓器的安全、可靠、經濟運行。

參考文獻：

[1]王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用[M].北京：中國電力出版社，2002.

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摘 要 文章介紹了低壓電器柜元件的設計原理，并分別對低壓斷路器，接觸器，繼電器和熔斷器設計原理結構進行分析。

關鍵詞 低壓電器柜 工作原理 設計

一、低壓斷路器

低壓斷路器通常又被稱為自動空氣開關，這是一種工作時需要有電參與的源操作的開關設備，它在低壓配電的斷路過程中使用非常廣泛，通常是在不經常操作的低壓配電設施當中可認為是電源開關，并有較為完善的滅弧裝置，既可以有手動開關作用，又可以自動的進行對失壓、欠壓、斷相、過載和短路等故障時電器的保護。斷路器不僅可以導通和斷開正常負載的電流和過載的電流，而且可以導通和斷開短路電流。斷路器可來分配電能，對于不頻繁啟動異步電機，為了達到可以保護電動機以及電源等設備，當它們發生非常嚴重的過載故障、短路故障以及欠電壓故障等情況時，可以自動切斷所能電路，以實現對整個運行線路的保護，將損失減少到最低限度。

低壓斷路器所擁有的種類非常多，按照其不同作用可分為按性能分有配電保護斷路器、電動機保護斷路器、家庭用電和類似家庭用電斷路器以及發生漏點故障時及時保護的斷路器；若按不同的性能劃分可分為一般式、多功能式、高性能、智能型和可通信智能型等類型；若按滅弧時所用介質劃分，有空氣式和真空式。

（一）塑料外殼型低壓斷路器。作為低壓配電開關柜中應用非常普遍的一種控制元件，塑料外殼型低壓斷路器可作為配電線路、電動機、照明電路及電熱器等設備的電源控制及開關保護，其基本結構是由觸頭和滅弧系統、操作部分、各種脫扣元件、附件等多個基本結構組成。

（二）低壓斷路器的主要用途：具有限流分段功能；可以進行電路保護；對于過載情況可延時保護；具有一定的隔離能力。

二、接觸器

接觸器是一種可以自動控制的電器，可用于一般的低壓配置系統中，通常用來在距離較遠線路中控制電氣設備，經常用于操作交直流主回路當中，通常在大容量電路中、交流或者直流電動機的自動控制當中應用也較為廣泛。

接觸器如果按照其滅弧能力分類，可分為真空式、油浸式和電氣電磁式等；若按照觸頭控制而形成的電流種類進行分類可分為交流式、直流式、機械連鎖式、切換電容式等。

（一）接觸器的基本結構

a、電磁機構：線圈、動鐵芯（即銜鐵）和靜鐵芯，而且二者均采用均采用硅鋼片的結構；b、觸頭結構：主觸頭、輔助觸頭（主觸頭主要用于通斷電路，輔助觸頭用于控制電路），均與動鐵芯聯動；c、滅弧結構；d、釋放彈簧系統；e、接線端子；f、絕緣外殼及基座等。

其中，容量處于中小型的接觸器通選取用直動式電磁系統，主觸頭與輔助觸頭一般選取雙斷點橋式結構；若是大容量系統，選用繞棱角轉動結構，主觸頭選用單斷點式。交流接觸器一般選取多縱縫滅弧；直流接觸器一般選取磁吹式滅弧。

（二）交流式接觸器及其原理

其工作原理是利用電磁來控制電路，從而使銜鐵動作，帶動觸頭的轉換。當線圈沒有電時，由于彈簧的作用力使得銜鐵和主觸頭處于斷開狀態；當線圈有電時，彈簧克服彈力使得銜鐵與主觸頭接觸，電路處于閉合狀態，與此同時，輔助觸頭也跟隨動作。

三、繼電器

繼電器是一種可以進行自動控制以及邏輯轉換的一種元件，在電氣領域中，凡是涉及到邏輯控制的場所，均要使用繼電器。因此，繼電器有非常多的種類，在使用過程中需進行選擇。

繼電器是一種通過對輸入量改變的感知（無論是電量變化還是非電量變化），相對應的改變輸出量，輸出量通過控制觸頭來轉換邏輯。繼電器的邏輯特性非常強，在實現邏輯轉換的過程中，“通”、“斷”分別用“0”、“1”。

繼電器的分類：

如果依信號分類，可將繼電器分為直流、交流、電壓、電流、時間、溫度、脈沖、壓力、中間繼電器等等；如果依照產品的類型可分為固體式、靜態式、接觸式繼電器等；如果依靠接觸頭的功率可分為高度靈敏繼電器、靈敏繼電器、通用型繼電器；如果按輸出頭容量可分為節能型、微功率型、弱功率型、小功率型、中功率型、大功率型繼電器等。在這些分類中，電磁式繼電器應用較為普遍。

電磁式繼電器是一種可以控制信號的繼電器，同樣也有交、直流不同類型，種類也非常多。它的基本原理與結構和接觸器基本原理與結構類似，唯一不同之處在于由于繼電器每個觸頭容許的電流量較小，所以觸頭數量很多，而且沒有特定的滅弧裝置，體積不大，動作反應快，因此只能用于邏輯轉換。工業中若需要在線路中間轉換信號或者進行小型功率的輸送，通常采用小型電磁繼電器。

四、熔斷器

熔斷器用于短路保護，它的工作原理是由于熱效應原理。通常串聯于電路當中，若發生短路故障或線路中突然出現過大電流超過其最大值時，它將迅速自身產生熱量融化自身熔體，從而斷開電路，起到保護作用。斷路器根據使用電壓可分為高壓斷路器和低壓斷路器；根據結構可分為敞開式、半封閉式、管式和噴射式熔斷器。

熔斷器串聯于被保護的電路當中，當電路發生短路或嚴重過流時，電流超過規定值一段時間后，以它本身產生的熱量使融化體融化而快速分斷電路，從而保護電路。在熔斷器工作時，需要與其他的保護電氣開關相互配合，短路電流在其一定范圍內可滿足保護要求。

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關鍵詞：繼電器；電氣工程；自動低壓電器；應用

中圖分類號：TM585

前 言

在電氣工程中，繼電器是不可或缺的設備之一，它的應用能夠進一步降低自動化低壓電器設備故障的發生幾率。而想要使繼電器充分發揮出自身的保護作用，應當進行合理選型，并確保繼電器的運行可靠性。只有這樣，才能使繼電器在電氣工程中的作用獲得最大程度地發揮。

1 繼電器的基本原理與作用

1.1 繼電器的基本原理

現如今，隨著科學技術水平的不斷提高，電氣系統的自動化程度也越來越高，繼電器作為電氣系統中較為重要的組成部分之一，其應用也越來越廣泛。就繼電器而言，其常常被用于

保護電氣設備的運行安全性，如變壓器、馬達、發電機以及輸電線路短路保護等等。當電力系統出現異常故障時，繼電器可以向值守人員發出告警信號，而想要確保繼電器能夠發揮出應用的作用，其應當具備以下功能特性：其一，安全性和可靠性，這是一個合格的繼電器必須具備的特性，只有這樣才能避免繼電器本身出現故障；其二，快速反應能力。能夠以最短時間消除可以消除的所有故障；其三，選擇性。繼電器應當能夠確保電力系統始終向無故障區域進行供電；其四，靈敏性。電力系統運行過程中的參數在正常運行和發生故障情況下的區別是非常明顯的，繼電器就是通過這些參數的具體變化情況，在反映和檢測的基礎之上對電力系統的故障性質和故障影響范圍進行判斷，并作出相應的反應和處理。

繼電器的基本工作原理如下：由取樣單元負責將被保護設備運行過程中的物理量經過電氣隔離并將之轉換為繼電保護裝置中比較鑒別單元能夠接收到的信號，然后根據該單元的要求進行相應處理，再按照比較環節輸出量的性質、大小以及組合方式出現順序的先后確定出繼電保護裝置是否需要動作。

1.2 繼電器的作用

繼電器本身具有以下優點：標準化程度高、通用性好、能夠使電路簡化等，正是因為繼電器的這些優點使其被廣泛應用于工業自動化控制以及家電產品等領域當中。但是有些專家認為，在電子元器件當中，繼電器是最不可靠的一種裝置，并且在整機的可靠性設計當中，往往將繼電器、可調電感器以及電位器等裝置列為不用或是少用的元件。然而，因為繼電器在控制電路中有著十分獨特的電氣和物理特性，其斷路狀態下的高絕緣電阻以及通路狀態下的低導通電阻是其它任何電子器件都無法比擬的。為此，確保繼電器的運行可靠性成為業界研究的重點課題之一。電子元器件的可靠性應當包括以下兩個方面的內容，即固有可靠性和使用可靠性。其中前者是元器件可靠的基礎，一般都是通過設計和制造廠商來進行控制，以確保制造出來的元器件能夠達到要求的可靠性等級，而后者則是整機可靠性的基礎，必須闡明的是，使用高可靠質量等級的元器件卻并一定能夠制造出高可靠性的整機，這是因為里面涉及到使用可靠性的問題。使用可靠性具體是指按照各種元器件的特性通過可靠性設計方法，最大限度地發揮出元器件固有可靠性的作用，進而達到整機的可靠性要求。與其它電子元器件相比，繼電器是由機械傳動和電磁兩個部分構成的，這種結構更加復雜，因而繼電器的可靠性就顯得相對較差，若是實際使用過程中采取一定的防范措施，則能夠使其達到理想中的效果。此外，繼電器可靠性不高除了自身質量原因外，使用方法不當也是一個原因。因此，想要使繼電器能夠充分發揮出自身的作用，不但應當進一步完善自身的質量，而且還必須合理使用。

2 繼電器在電氣工程中的應用

2.1 電磁類繼電器的應用

1）電磁繼電器的特性。此類繼電器的主要特性是輸入-輸出，也就是我們通常所說的繼電特性，其特性曲線如圖1 所示。當繼電器的輸入量X 由0 增至X2 之前，繼電器輸出量Y 為0 ；當輸入量X 增至X2 時，繼電器吸合，此時輸出量為Y1，如果X 繼續增大，Y 保持不變；當X 減小至X1 時，繼電器釋放，此時輸出量由Y1 變為0，若是X 繼續減小，Y 值均為0。圖1 中的X2 是繼電器的吸合值，想要使繼電器完成吸合這一過程，輸入量就必須≥ X2 ；X1 是繼電器的釋放值，想要使繼電器完成釋放這一過程，輸入量則必須≥ X1。繼電器的返回系數則可以用f K 表示， 1 2 K X / X f = ，這是繼電器較為重要的一個參數，并且f K 本身是能夠調節的，這樣一來即便輸入量的波動變化較大也不會引起繼電器誤動作。通常情況下，欠電壓繼電器對返回系數的要求相對較高， f K 值應當> 0.6。假設某一繼電器的f K =0.66，吸合電壓為額定電壓的90%，那么當電壓低于額定電壓的50% 時，繼電器便會釋放，

進而達到欠電壓保護的目的。此外，繼電器的吸合與釋放時間也是比較重要的參數之一。其中吸合時間主要是指從線圈接受電信號到銜鐵完成吸合過程所需要的時間，而釋放時間則是指從線圈失電到銜鐵完全釋放所需要的時間。通常情況下，繼電器的吸合與釋放時間為0.05-0.15，該數值的大小對繼電器的操作頻率會有一定的影響。

2.2 非電磁類繼電器的應用

非電磁類繼電器又被稱為熱繼電器，即FR，這種類型的繼電器常常被用于電力拖動系統當中電動機負載的過載保護。在實際運行過程中，電動機常常會出現過載的現象，一般時間

較短、絕緣繞組在允許溫升范圍內的過載是可以經常出現的，但是若過載情況比較嚴重、時間較長，便會引起電動機絕緣過早老化，這樣會導致電動機的使用壽命縮短，如果過載情況非常嚴重，還有可能造成電動機燒損的后果。為此，對電動機進行過載保護就顯得非常重要。FR 主要由雙金屬片、熱元件以及觸點等組成，其中熱元件是由發熱電阻絲制作而成，雙金屬片具體是由兩種熱膨脹系數不停的金屬輾壓而成，當雙金屬片受熱時便會出現彎曲變形的情況。實際使用時，可將熱元件串接到電動機的主電路上，同時將常閉觸點串接在電動機的控制電路當中。當電動機處于運轉的狀態時，雖然熱元件所產生出來的熱量也會使雙金屬出現彎曲的情況，但是并不足以是FR的觸點發生動作；而當電動機過載時，雙金屬片的彎曲位移便會隨之不斷增大，在這一過程中會推動導板是常閉觸點斷開，進而起到切斷電動機控制電路的作用，這樣便不會造成電動機因過載損壞。通常情況下，FR 動作之后不會自動復位，需要等待雙金屬片完全冷卻后手動按下復位按鈕才會恢復到原位。FR 動作電流的調節可通過旋轉凸輪到不同的位置來實現。

參考文獻：

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（一）10KV供電系統在電力系統中的重要位置

電力系統是由發電、變電、輸電、配電和用電等五個環節組成的。在電力系統中，各種類型的、大量的電氣設備通過電氣線路緊密地聯結在一起。由于其覆蓋的地域極其遼闊、運行環境極其復雜以及各種人為因素的影響，電氣故障的發生是不可避免的。由于電力系統的特殊性，上述五個環節應是環環相扣、時時平衡、缺一不可，是在同一時間內完成的。在電力系統中的任何一處發生事故，都有可能對電力系統的運行產生重大影響。10KV供電系統是電力系統的一部分。它能否安全、穩定、可靠地運行，不但直接關系到企業用電的暢通，而且涉及到電力系統能否正常的運行。因此要全面地理解和執行地區電業部門的有關標準和規程以及相應的國家標準和規范。

（二）10KV系統中應配置的繼電保護

按照工廠企業10KV供電系統的設計規范要求，在10KV的供電線路、配電變壓器和分段母線上一般應設置以下保護裝置：1、10KV線路應配置的繼電保護。2、10KV配電變壓器應配置的繼電保護。（1）當配電變壓器容量小于400KVA時：一般采用高壓熔斷器保護；（2）當配電變壓器容量為400～630KVA，高壓側采用斷路器時，應裝設過電流保護，而當過流保護時限大于0.5s時，還應裝設電流速斷保護；（3）當配電變壓器容量為800KVA及以上時，應裝設過電流保護，而當過流保護時限大于0.5s時，還應裝設電流速斷保護；對于油浸式配電變壓器還應裝設氣體保護。3、10KV分段母線應配置繼電保護。

（三）10KV系統中繼電保護的配置現狀

目前，一般企業高壓供電系統中均為10KV系統。除早期建設的10KV系統中，較多采用的是直流操作的定時限過電流保護和瞬時電流速斷保護外，近些年來飛速建設的電網上一般均采用了環網或手車式高壓開關柜，繼電保護方式多為交流操作的反時限過電流保護裝置。很多重要企業為雙路10KV電源、高壓母線分段但不聯絡或雖能聯絡但不能自動投入。

二、繼電保護的基本概念

在10KV系統中裝設繼電保護裝置的主要作用是通過縮小事故范圍或預報事故的發生，來達到提高系統運行的可靠性，并最大限度地保證供電的安全和不間斷。在10KV系統中的繼電保護裝置是供電系統能否安全可靠運行的不可缺少的重要組成部分。

（一）對繼電保護裝置的基本要求

對繼電保護裝置的基本要求有四點：1、選擇性。當供電系統中發生故障時，繼電保護裝置應能選擇性地將故障部分切除。也就是它應該首先斷開距離故障點最近的斷路器，以保證系統中其它非故障部分能繼續正常運行。系統中的繼電保護裝置能滿足上述要求的，就稱為有選擇性，否則就稱為沒有選擇性。2、靈敏性。靈敏性系指繼電保護裝置對故障和異常工作狀況的反映能力。在保護裝置的保護范圍內，不管短路點的位置如何、不論短路的性質怎樣，保護裝置均不應產生拒絕動作。但在保護區外發生故障時，又不應該產生錯誤動作。3、速動性。速動性是指保護裝置應能盡快地切除短路故障。4、可靠性。

（二）繼電保護的基本原理

1、電力系統故障的特點。電力系統中的故障種類很多，但最為常見、危害最大的應屬各種類型的短路事故。一旦出現短路故障，就會伴隨其產生三大特點。即：電流將急劇增大、電壓將急劇下降、電壓與電流之間的相位角發生變化。

2、繼電保護的類型。在電力系統中以上述物理量的變化為基礎，利用正常運行和故障時各物理量的差別就可以構成各種不同原理和類型的繼電保護裝置。

三、幾種常用電流保護的分析

1、反時限過電流保護。繼電保護的動作時間與短路電流的大小有關，短路電流越大，動作時間越短；短路電流越小，動作時間越長，這種保護就叫做反時限過電流保護。反時限過電流保護是由GL-15（25）感應型繼電器構成的。當供電線路發生相間短路時，感應型繼電器KA1或（和）KA2達到整定的一定時限后動作，首先使其常開觸點閉合，這時斷路器的脫扣器YR1或（和）YR2因有KA1或（和）KA2的常閉觸點分流（短路），而無電流通過，故暫時不會動作。

2、定時限過電流保護。繼電保護的動作時間與短路電流的大小無關，時間是恒定的，時間是靠時間繼電器的整定來獲得的。時間繼電器在一定范圍內是連續可調的，這種保護方式就稱為定時限過電流保護。

3、零序電流保護。電力系統中發電機或變壓器的中性點運行方式，有中性點不接地、中性點經消弧線圈接地和中性點直接接地三種方式。10KV系統采用的是中性點不接地的運行方式。

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【關鍵詞】微機線路保護；重合閘充；故障處理；研究

0.前言

我國微機保護裝置經過近二十年的發展、更新、升級，其理論、原理、性能、功能、硬件已經相當完善，能夠最大程度適應電力系統運行需要，過多對微機保護裝置的干預，對電網的安全運行反而是不利的。目前，我們運行管理的理念和觀念卻還處在一個趨向保守的狀態，在微機保護裝置運行、管理上存在不少的誤區，已經嚴重影響到變電站自動化進程。本文主要分析了微機線路保護裝置重合閘的充電條件及發生“異常自動重合”的主要原因，并提出了相應的現場解決方案。

1.故障事例

電力系統的故障中，大多數是送電線路的故障（特別是架空線路），電力系統的運行經驗表明架空線路的故障大都是瞬時的，因此，線路保護動作跳開開關后再進行一次合閘，就可提高供電的可靠性。進入20世紀90年代后，微機保護裝置開始推廣應用，繼電保護微機化率已達100％。但多年的現場實際應用中，發現中低壓線路微機保護（如：LFP-900系列線路微機保護）的控制回路與重合閘回路之間的配合有問題，導致微機線路保護出現多次“異常自動重合”的現象。

事例1：2011年10月28日，某110　kV變電站1臺10　kV出線開關（該開關為SIEMENS-8BK20手車開關，保護配置為LFP-966微機線路保護）在線路故障時重合未成，調度發令將該開關置于“試驗”位置（即將線路轉為檢修狀態），值班員在將手車開關由“工作”位置移至“試驗”位置后開關即自行合上，保護裝置的保護動作報告為重合閘動作。

事例2：2011年11月1日，某220kV變電站1臺110　kV出線開關（該開關為GIS組合電氣開關，保護配置LFP-941微機線路保護）在線路故障時重合未成，調度發令該出線改線路檢修狀態，值班員在將該單元的線路刀閘拉開后，將GIS匯控柜內的“遠方/就地”開關切至“遠方”時開關自行合上，保護裝置的保護動作報告亦為重合閘動作。

以上2個事例中，實際動作情況均出現“異常自動重合”現象，為現場工作帶來極大困擾。

2.原因分析

針對上述情況，繼電保護人員結合現場操作的步驟及微機線路保護的重合閘充、放電條件，進行了詳細的分析。

LFP-966，LFP-941微機線路保護裝置的重合閘充電條件有3個（見圖1）：（1）保護裝置內的雙位置繼電器KKJ在合閘狀態；（2）保護裝置內的跳閘位置繼電器TWJ在分閘狀態；（3）外部無閉鎖重合閘信號。

這3個條件為“與”的關系，只有三者全部滿足，重合閘才會充電。圖1中，KKJ為雙位置繼電器；BC為外部閉鎖合閘開入量；TWJ為分閘位置繼電器；CH為重合閘投退軟壓板；CHJ為重合閘出口中間繼電器；tcd為重合閘充電時間；tch為重合閘延時時間。由此可見，現場運行操作中，必是由于在特定條件下，全部滿足了3個條件，才會出現“異常自動重合”的現象。

事例1中，當開關重合未成后，值班員未將保護的雙位置繼電器KKJ復位，至使開關的控制回路在“不對應”狀態（KKJ在合閘狀態，斷路器在分閘狀態），當手車開關由“工作”位置移至“試驗”位置過程中，開關的聯鎖機構位置輔助接點S33斷開，造成TWJ繼電器失磁返回，此時滿足重合閘充電條件，重合閘開始充電，手車開關到“試驗”位置時（時間超過15　s，重合閘已充好電），S33接點接通，TWJ繼電器勵磁動作，此時滿足重合閘不對應啟動條件，重合閘保護動作出口合上開關（見圖2）。

圖中，S33為聯鎖機構位置行程接點（試驗、工作位置通）；S1為開關輔助接點；S3為彈簧儲能接點。事例2中，當開關重合未成后，值班員亦未將保護的雙位置繼電器KKJ復位，至使開關的控制回路在“不對應”狀態。而GIS組合電氣開關的二次回路設計，將刀閘的操作切換開關的接點接在斷路器的控制回路中，這種設計考慮了就地操作刀閘時可以閉鎖斷路器的操作。因此實際運行中，當運行人員操作出線刀閘時，一旦將GIS匯控柜內“遠方/就地”切換開關切至“就地”時，斷路器的合閘回路斷開，造成TWJ失磁返回，此時重合閘開始充電，而操作完出線刀閘后，運行人員將切換開關切至“遠方”時又接通斷路器的合閘回路，TWJ勵磁動作，此時重合閘充電完成，保護裝置又判斷路器在“不對應”狀態，滿足重合閘不對應啟動條件，重合閘保護動作出口合上開關。

而在正常遙控、手動分開斷路器時，KKJ繼電器被復位（分閘狀態），重合閘不能充電，無論TWJ如何動作，不能滿足重合閘充電條件，也就不會出現“自動重合”的現象了。

3.解決方案

根據以上分析，解釋了斷路器在特定條件下發生“異常自動重合”現象的原因。據此分析，結合現場情況，繼電保護人員提出了4種解決方案：

（1）運行人員在發生斷路器保護動作跳閘、重合不成后調整斷路器狀態時，必須先用人工方式對微機線路保護的雙位置繼電器KKJ進行復位，使微機線路保護的重合閘不能充電，再進行其他的操作；

（2）運行人員在發生斷路器保護動作跳閘、重合不成后調整斷路器狀態時，必須先將保護裝置的直流電源斷開，操作結束后再恢復保護裝置的直流電源；

（3）考慮將保護裝置的TWJ、HWJ繼電器的常閉接點串接后作為閉鎖重合閘保護的開入量接入保護，在控制回路斷線時閉鎖重合閘，但保護裝置的備用接點中無符合此要求的接點，不能實現；

（4）聯系廠家修改保護程序，將充電條件的第二條改為由合閘位置繼電器HWJ判別，但改動已成熟運行的保護裝置內部程序，是否會對其他保護的正確性和可靠性造成影響，難以評估。

經過比較，可行的為第一條方案，繼電保護人員將造成微機線路保護在特定條件下發生“異常自動重合”的原因給運行人員做了詳盡的分析，公司運行部門亦梳理了所有特定條件下會出現“異常自動重合”現象的線路，并修改現場運行規程，明確規定了操作步驟。

通過規范操作步驟的方法，一舉解決了中、低壓線路微機保護控制回路與重合閘回路之間存在的配合問題，經過實際運行，該措施是有效的。目前，公司此類線路保護均運行正常，且在特定條件下均再未出現“異常自動重合”現象。

參考文獻：

[1]高永昌.電力系統繼電保護[M].北京：水利電力出版社1990.

[2]崔家佩，等．電力系統繼電保護與安全自動裝置整定計算［M］．北京：中國電力出版社．

[3]陳曾田，電力變壓器保護（第二版）［M］．北京：中國電力出版社．

篇6

關鍵詞：電力系統；斷電保護；運行

1 繼電保護的基本概念

繼電保護是指研究電力系統故障和危及安全運行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統及其元件（發電機、變壓器、輸電線路、母線等）使之免遭損害，所以沿稱繼電保護。電力系統繼電保護的基本任務是：當電力系統發生故障或異常工況時，在可能實現的最短時間和最小區域內自動將故障設備從系統中切除，或者給出信號由值班人員消除異常工況的根源，以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區供電的影響可靠性是指一個元件、設備或系統在預定時間內，在規定的條件下完成規定功能的能力。可靠性工程涉及到元件失效數據的統計和處理，系統可靠性的定量評定，運行維護，可靠性和經濟性的協調等各方面。具體到繼電保護裝置，其可靠性是指在該裝置規定的范圍內發生了它應該動作的故障時，它不應該拒動作，而在任何其它該保護不應動作的情況下，它不應誤動作。繼電保護裝置的拒動和誤動都會給電力系統造成嚴重危害。

2 保護裝置評價指標

2.1 繼電保護裝置屬于可修復元件，在分析其可靠性時，應該先正確劃分其狀態，常見的狀態有：①正常運行狀態。這是保護裝置的正常狀態。②檢修狀態。為使保護裝置能夠長期穩定運行，應定期對其進行檢修，檢修時保護裝置退出運行。③正常動作狀態。這是指被保護元件發生故障時，保護裝置正確動作于跳閘的狀態。④誤動作狀態。是指保護裝置不應動作時，它錯誤動作的狀態。例如，由于整定錯誤，發生區外故障時，保護裝置錯誤動作于跳閘。⑤拒動作狀態。是指保護裝置應該動作時，它拒絕動作的狀態。例如，由于整定錯誤或內部機械故障而導致保護裝置拒動。⑥故障維修狀態。保護裝置發生故障后對其進行維修時所處的狀態。

2.2 目前常用的評價統計指標有

2.2.1 正確動作率即一定期限內 （例如一年）被統計的繼電保護裝置的正確動作次數與總動作次數之比。用公式表示為：正確動作率=（正確動作次數，總動作次數）×100用正確動作率可以觀測該繼電保護系統每年的變化趨勢，也可以反映不同的繼電保護系統（如 220kv 與 500kv）之間的對比情況，從中找出薄弱環節。

2.2.2 可靠度 r（t）是指元件在起始時刻正常的條件下，在時間區間（0，t）不發生故障的概率。對于繼電保護裝置，注意力主要集中在從起始時刻到首次故障的時間。

2.2.3 可用率 a（t）是指元件在起始時刻正常

工作的條件下，時刻t 正常工作的概率。可靠度與可用率的不同在于，可靠度中的定義要求元件在時間區間（0，t）連續的處于正常狀態，而可用率則無此要求。

2.2.4 故障率是指元件從起始時刻直到時刻t 完好條件下，在時刻 t 以后單位時間里發生故障的概率。

2.2.5 平均無故障工作時間建設從修復到首次故障之間的時間間隔為無故障工作時間，則其數學期望值為平均無故障工作時間。

2.2.6 修復率 m（t）是指元件自起始時刻直到時刻 t故障的條件下，自時刻t以后每單位時間里修復的概率

3 10kv 供電系統繼電保護

10KV 供電系統是電力系統的一部分。它能否安全、穩定、可靠地運行，不但直接關系到企業用電的暢通，而且涉及到電力系統能否正常的運行。

3.1 10KV 供電系統的幾種運行狀況

3.1.1 供電系統的正常運行這種狀況系指系統中各種設備或線路均在其額定狀態下進行工作；各種信號、指示和儀表均工作在允許范圍內的運行狀況。

3.1.2 供電系統的故障這種狀況系指某些設備或線路出現了危及其本身或系統的安全運行，并有可能使事態進一步擴大的運行狀況。

3.1.3供電系統的異常運行這種狀況系指系統的正常運行遭到了破壞，但尚未構成故障時的運行狀況。

3.2 10KV供電系統繼電保護裝置的任務

3.2.1在供電系統中運行正常時，它應能完整地、安全地監視各種設備的運行狀況，為值班人員提供可靠的運行依據。

3.2.2 如供電系統中發生故障時，它應能自動地、迅速地、有選擇性地切除故障部分，保證非故障部分繼續運行。

3.3 幾種常用電流保護的分析

3.3.1 反時限過電流保護繼電保護的動作時間與短路電流的大小有關，短路電流越大，動作時間越短；短路電流越小，動作時間越長，這種保護就叫做反時限過電流保護。反時限過電流保護雖外部接線簡單，但內部結構十分復雜，調試比較困難；在靈敏度和動作的準確性、速動性等方面也遠不如電磁式繼電器構成的繼電保護裝置。

3.3.2 定時限過電流保護繼電保護的動作時間與短路電流的大小無關，時間是恒定的，時間是靠時間繼電器的整定來獲得的。時間繼電器在一定范圍內是連續可調的，這種保護方式就稱為定時限過電流保護。繼電器的構成。定時限過電流保護是由電磁式時間繼電器（作為時限元件）、電磁式中間繼電器（作為出口元件）、電磁式電流繼電器（作為起動元件）、電磁式信號繼電器（作為信號元件）構成的。它一般采用直流操作，須設置直流屏。定時限過電流保護的基本原理。在10kV中性點不接地系統中，廣泛采用的兩相兩繼電器的定時限過電流保護。它是由兩只電流互感器和兩只電流繼電器、一只時間繼電器和一只信號繼電器構成。

4 總結

提高不拒動和誤動作，是繼電保護可靠性的核心。在城市電網配電系統中，各種類型的、大量的電氣設備通過電氣線路緊密地聯結在一起。為了確保供電系統的正常運行，必須正確地設置繼電保護裝置并準確整定各項相關定值，從而保證系統的正常運行。

參考文獻

篇7

【關鍵詞】電力系統；繼電保護；新技術

引言

在電力系統中，繼電保護的主要功能是對各類故障以及不安全運行工況進行研究并制定相應的反事故對策。過去，采用有觸點的繼電器進行電力系統元件保護是主要手段；科學技術在不斷發展，電網朝著更高電壓等級、更大單機裝機容量、大電網互聯的方向發展，這給繼電保護工作帶來了更高的要求，微機保護也應運而生。本文對繼電保護的新技術發展現狀進行分析。

1 繼電保護技術的發展歷程

19世紀末期，為了防止短路時設備被損壞出現了熔斷器，從此形成了最初的過流保護。上世紀初出現了電流差動保護、方向性電流保護、距離保護以及高頻保護；這些保護的基本原理相似，都是通過對故障后的穩態工頻量進行測量，從而判斷故障[1]；時至今日，這一保護原理在電力系統中仍有應用，并起著主導作用。隨后，出現了行波保護，它主要反映工頻突變量。上世紀60年代，通過對計算機的利用進行繼電保護開始被人們提出，但是受技術限制并沒有投入實際應用，而僅僅停留在研究階段。隨著計算機技術的飛速發展，微機保護開始出現，它自出現之日起，就表現出許多模擬式保護無法企及的優點，并很快投入使用。我國的微機保護研究開始于上世紀70年代，到90年代，我國的繼電保護進入到微機保護數字化時代。對繼電保護的發展歷程進行分析，它總是依據電網的需要，吸取最新的科研成果不斷完善自身。

2 繼電保護新技術

2.1 信息網絡技術

繼電保護開始從模擬式和數字式向著信息化的方向發展。就變電站的綜合自動化而言，具有靈活的配置；如果采用傳統的遠方終端裝置與當地監控系統相配合的方式，相關信息可以通過遙信輸入回路送到RTU中；另外，還可以通過串行口與RTU實現信息傳遞。如果采用全分散式，則是將保護單元和控制單元就地安裝于主設備旁。

2.2 可編程控制器的應用

可以將PLC看成是一種特殊的工業計算機，其體系結構適用于編程語言；在包含有繼電器的控制系統中，需要用導線將分立元件連接起來，這種方式不利于復雜邏輯關系的實現，同時也不利于定期進行操作任務的改變。而采用PLC后可以避免這類問題，采用編程的方式實現傳統分立元件的連接；此外，還可以利用PLC中的輔助繼電器實現傳統機械觸點繼電器的功能。

2.3 智能化技術

上世紀90年代以來，人工智能技術被應用于電力系統中，繼電保護的研究也開始向智能化的方向發展。就人工神經網絡而言，它能夠實現信息的分布式存儲，能夠進行并行處理和自組織、自學習[2]。近年來，在繼電保護領域，出現了采用人工神經網絡技術判別故障類型，測定故障距離等。

2.4 自適應控制技術

在繼電保護中使用自適應控制技術，它可以根據電網的運行方式以及故障的變化對保護性能和定值等進行改變，這是一種新型的繼電保護方式；其基本思想是：實現保護與電網中各種變化相適應，從而改善保護的性能。這種方法有利于系統響應的改善，增強繼電保護的可靠性。

2.5 變電所綜合自動化技術

在傳統的二次系統中，各專業有嚴格的界限，設備的劃分也十分明顯；采用綜合自動化后，這一原則被打破，變電站的自動化有了更新的內容，保護裝置與調度中心的通信也不再受到阻礙。科學技術的不斷發展，綜合自動化系統將會朝著功能完善、智能水平高的方向發展，電網也將邁向新的水平。

2.6 廣域保護技術

所謂廣域保護，是指在全國聯網的背景下，對保護防線的合理配置提供方案；其具體定義為：基于電網中的多點信息，快速準確可靠的切除故障，并且對切除故障后的系統進行研究分析；對存在的不穩定因素采取可行的控制措施，它不僅實現了繼電保護，而且還實現了自動控制功能。當前，可以將廣域保護技術分為兩大類：一是對廣域信息的利用，用于實現安全的監視和控制，對穩定邊界進行計算，實現狀態評估等；二是通過廣域信息實現繼電保護。

2.7 新型互感器的應用

光電流互感器、光電壓互感器及相關保護的出現引發了繼電保護的一場革命。在電力事業較為發達的國家，光電流互感器和光電壓互感器已經被投入現場運行；它們與傳統的互感器相比具有較多優點，如：實現了強弱電的絕緣隔離，不受電磁干擾的影響，不會出現電流互感器磁保護問題，具有更寬的頻率響應。這些優點決定了其在未來的發展地位，也將徹底改變繼電保護的應用條件及方式。

2.8 微機保護新思想

微機保護發展的關鍵原因之一是新算法的出現；當前，模糊控制、自適應控制以及綜合優化控制已經被成功應用于微機保護中[3]。已有學者提出利用網絡化通用硬件及軟件平臺實現新算法，相關研究和試驗證明：網絡應用具有較高的可靠性。

3 結束語

技術的發展永遠沒有終點，這也給繼電保護的發展帶來了生機和希望，同時也給繼電保護工作者帶來了挑戰。在實踐中，應該依據市場的變化和電網的需要，制定相應的檢測方法及標準，保證繼電保護產品的質量。

參考文獻：

[1]何世恩，岳桓宇，夏經德.繼電保護技術的發展與展望[J].甘肅電力技術，2010（5）.

篇8

【關鍵詞】交流操作；電流互感器；變比誤差

0.緒論

在配電網絡用戶側，變電所的斷路器操作電源主要有兩種方式：直流操作電源是由蓄電池或整流器等設備單獨提供的；交流操作電源可有兩種途徑獲得：①取自所用電變壓器，②當保護、控制、信號回路的容量不大時，可取自電流互感器、電壓互感器的二次側。

基于電源的不同，配電室的斷路器的操作方式亦采用直流操作方式和交流操作方式兩種。相對于直流操作方式的造價高、環境污染大和電源穩定無法保證的缺點而言，交流操作具有無需直流設備，節省投資和占地，結構簡單，易于維護的優點受到供電企業的青睞。所謂交流操作，系指不設蓄電池組、充電機等直流設備，斷路器用交流電壓分、合閘操作，電流保護動作時將斷路器電流脫扣線圈（亦稱塞流線圈）串接到電流互感器（以下簡稱CT）二次電流回路，用故障時的二次電流掉閘。

1.交流操作保護回路的缺點

交流操作保護回路雖然使用過流脫扣器構成保護，也有潛在的不安全因素。故障時一旦GLJ電流斷電器或ZJ5型中間繼電器的接點配合不好，以及接點卡澀出現常開接點不能及時閉合，CT二次繞組還會出現開路的情況。此時流經CT一次側的故障電流很大，會在二次側產生很高的電壓，破壞CT的絕緣，燒毀二次回路，使得系統故障時不堪重負，變比誤差增大，容易發生速斷保護拒動。因此，人們一直認為交流操作保護可靠性差，在配網干線及重要用戶不宜采用。

2.交流操作保護基本原理

二次額定5A CT交流操作斷路器保護原理示意如上圖。

GLJ--靜態型過流繼電器，內設電流速斷和反時限過流保護。

SLQ—塞流線圈，即電流脫扣（掉閘）線圈。

LH—電流互感器，二次額定電流為5A。

DLQ—斷路器。

在出線正常運行時，GLJ不動作，其4、5常開接點斷開，4、3常閉接點閉合，CT二次電流經GLJ4、3閉接點，GLJ繼電器線圈后流回CT，SLQ塞流線圈不流過電流。當出線短路故障時，GLJ動作，其4、5開接點閉合，4、3閉接點斷開，將SLQ塞流線圈接入CT二次回路，斷路器掉閘，切除出線短路故障，保護返回。GLJ繼電器動作前，CT二次負擔僅為GLJ線圈和導線很小的阻抗；當GLJ動作后，CT二次負擔增加了SLQ塞流線圈阻抗。按保護規程規定，在二次為實際最大負載下，一次繞組流過1.1倍的保護最大整定電流（一次值）時，CT二次輸出電流的變比誤差不得大于10%（設CT二次接線系數為1）。

下圖為CT等值原理圖。

其中：

L1、L2，K1、K2分別為CT一、二次端子；

■■為折算至CT二次的一次電流；

■■2為CT二次輸出的電流；

■LC為CT勵磁電流；

ZO為勵磁阻抗；

Z■為折算至二次測的CT一次阻抗；

Z■為二次漏阻抗；

Z2為CT二次外接負載阻抗；

■2為CT二次端子間電壓；

■LC為勵磁電壓。

由等值原理示意圖可知：

（1）CT一次折算到二次的電流■■，等于二次端子流出電流與勵磁電流之和，即■■=■■2+■LC。在勵磁阻抗ZO無窮大時，勵磁電流為零，全部■■電流由二次端子流出，CT變比誤差等于零；在二次負載阻抗大于勵磁阻抗（CT鐵芯飽和）時，■■大部分變為勵磁電流，小部分做為■■2由二次端子輸出， CT變比誤差很大。

（2）在CT二次流過同一電流時，二次回路負載阻抗越大，則二次端電壓■2、勵磁電壓■LC越高，勵磁阻抗越小，勵磁電流■LC越大，CT變比誤差越大。

3.改進參數，提高系統可靠性

北戴河某10kV配電室交流操作保護用CT二次負載阻抗如下：GLJ動作前實測為0.5Ω（含繼電器與導線阻抗）；GLJ動作后實測為7.5Ω（含電流脫扣線圈、繼電器與導線阻抗）。

在出線故障時，如果CT一次故障電流達到1.1倍定值， GLJ繼電器動作前，CT二次負載只有0.5Ω，小于額定的1Ω，變比誤差小于10％，繼電器速斷元件正常動作；但在其常閉接點斷開、將電流脫扣線圈接入CT回路的瞬間，CT二次負載升高到7.5Ω，變比誤差驟增，二次電流突降，造成GLJ繼電器返回；返回后，CT二次電流又恢復到12A，GLJ又動作，再返回……，直到由后備保護動作切除故障為止。

上面分析中，額定容量為25VA的5ACT，其二次額定負載阻抗僅為1Ω，而實際最大二次負載阻抗高達7.5Ω，在一次側通過4.4倍額定電流時，CT變比誤差就高達－45.45%，在速斷電流整定2.4倍額定電流的小定值下，速斷保護在一次故障電流倍數為2.6至4.4間發生拒動。由此我們認為， 5ACT負載能力低，故障時鐵芯飽和、變比誤差大，是造成交流操作保護可靠性差的根本原因。5ACT用于交流操作保護是不合理的。

采用與上面分析5ACT同樣的方法，分析1ACT。

將前面交流操作保護分析中的脫扣線圈動作電流由3A改0.6A，靜態反時限繼電器由5A改1A系列，假設其阻抗增大到原來的5倍。

即0.6A脫扣線圈為5×7Ω＝35Ω；

1A系列繼電器線圈與回路導線阻抗：0.5×5＝2.5Ω；

設保護用CT參數為50/1A，10P20, 25VA。除二次額定電流外，其它與前面的50/5ACT完全相同。則：

1安CT二次額定負載阻抗為25VA/（1A×1A）=25Ω；

在二次負載為額定的25Ω時，CT一次流過20倍額定電流時，變比誤差不低于10％。變比誤差按等于（－）10％，則CT二次輸出18A,勵磁電流2A。CT二次端子電壓為450V。

在CT二次負載為37.5Ω，二次端子電壓為450V時對應的電流值為12A；此時CT勵磁電流是2A。則I■為14A，變比誤差為 ：

％＝｛12-（12A＋2A）｝/（12A＋2A）=-14.3%。

與50/5A CT 4.4倍額定電流下變比誤差－45.45%比較，50/1A CT在14倍額定電流時的變比誤差為-14.3%,其負載能力是令人滿意的。

4.結論

通過上面的初步理論分析和進一步的試驗分析，可以得出如下結論。

（1）二次額定5A的CT用于交流操作保護時，由于二次額定負載小，實際負載大，存在故障時鐵芯飽和、變比誤差大造成的保護拒動問題。尤其在整定電流與CT二次實際最大負載阻抗乘積大于CT飽和電壓時，速斷保護會完全拒動。應禁止將5A CT用于交流操作保護。

（2）二次額定1A的CT，二次額定負載較大，負載能力較強，用于交流操作保護時，可滿足故障電流倍數10％范圍內誤差要求，從根本上解決5A CT故障時鐵芯飽和造成的交流操作保護拒動、可靠性差問題，是交流操作保護的理想選擇。

【參考文獻】

篇9

1卞孝琴 2陳璐璐

1南京供電公司 2南京理工大學

摘要：在超高壓、特高壓系統中，系統發生接地短路故障時，一般不是金屬性接地短路故障，而存在著過渡電阻。過渡電阻的存在會對距離保護造成嚴重的影響，研究接地距離保護對過渡電阻的承受能力，對提高距離保護的性能有著現實意義。某一新型的接地阻抗繼電器是以故障相的正序電壓與故障相電壓之差為極化電壓，然而其承受過渡電阻的能力有待提高。本文對其進行了修正，采用移相來提高它的承受過渡電阻的能力；增加一個零序電抗器來提高其防超越的能力。分析了修正后的繼電器的動作方向性，不存在電壓死區的問題，并且具有靈敏度高等特點。采用MATLAB對500kV系統進行了仿真分析，對送電側、受電側、移相前后差等各種不同情況下進行仿真數據計算，仿真數據結果表明，修正后的繼電器具有良好的動作特性。

關鍵詞:接地阻抗繼電器，過渡電阻，穩態超越，Matlab

中圖分類號：TF806文獻標識碼： A

0 引言

在超高壓、特高壓系統中，系統發生接地短路故障時，一般會存在著過渡電阻。這些過渡電阻一般都是純電阻，它是由電弧電阻，桿塔接地電阻和對樹枝放電時的樹枝電阻組成的。在實際電力系統中，過渡電阻還受當時故障方式、地質條件和天氣情況等因素的影響，可能達到很高的數值。過渡電阻會給距離保護方案造成很大的影響[1]。

因此研究如何消除過渡電阻在接地距離保護中的影響，對提高距離保護的性能有著現實意義，一直也是繼電保護工作者研究的熱點。

國內外的研究主要集中在突變量阻抗接地繼電器、四邊形特性繼電器、復合特性接地方向阻抗繼電器、零序電流極化接地距離繼電器、零序（正序、負序）電壓極化神經網絡距離繼電器。

除了以上克服過渡電阻影響的常規方法外，文獻[2]提出了一種多相補償接地距離繼電器，它是按比較三相補償電壓和零序電流相位原理構成的，該繼電器能夠承受較大的過渡電阻，在JJ-500型距離保護裝置中就采用了這一繼電器作為接地故障的測量元件。但繼電器處于送電側時，同時兩端電源的相角差增大時，該繼電器可能會發生拒動[3]。文獻[4]提出了使用人工神經網絡的自適應距離保護，人工神經網絡雖然具有強大的模式識別能力，對任何復雜的狀態或過程都具有較好自適應、很強的容錯性和優良的非線性處理能力，但是應用該方法必須通過大量樣本的訓練，而電力系統有不同的故障類型，樣本訓練有一定的困難。目前神經網絡距離繼電器也只停留在理論研究階段。

1 以為極化電壓的接地距離保護的基本原理

圖 1 雙端系統

一個雙端系統如圖1所示，若繼電器采用阻抗繼電器的A相工作電壓與A相電流（A相零序電流）比相實現時，也就是零序電抗繼電器的動作方程可以寫為

（1.1）

保護安裝處M側母線上A相各序電壓為

式中、、分別為M側正序、負序、零序電流的分配系數，、、，一般情況下，有，而、。

保護安裝處的A相電壓為

于是

（1.2）

其中，由此，可以采用作為極化電壓。

以作為極化電壓新型的接地距離保護的動作方程為[5]

（1.3）

隨變化而變化，其運動軌跡如圖2所示(以送電側為例)，圖中的陰影部分為動作區域，動作邊界隨著過渡電阻變化而變化的，當過渡電阻較小時，極化電壓為圖2所示的，阻抗繼電器的工作電壓是在動作區域內的（即落在的陰影處），但是隨著過渡電阻的逐漸增大，極化電壓隨著圓弧向上，當極化電壓落在圖中處，阻抗繼電器的工作電壓可能會超出動作區域（落在的陰影外），因此該阻抗繼電器在一定程度上可以承受過渡電阻的影響，但是不能完全消除。

圖2 與工作電壓隨過渡電阻變化的關系圖

2對以為極化量的接地方向距離保護方案的修正

2.1 采用移相提高承受過渡電阻的能力

由式（1.2）看出，可以用代替的前提是假設兩者的相角差為90°，但是，實際上和的相位不完全相差90°，因此以為極化量的繼電器還是會受到過渡電阻的影響，為了提高繼電器對過渡電阻的承受能力，可以對極化電壓進行適當的移相，使和的相位相差剛好為90°。

移相角θ越大，對保護范圍末端的高阻接地故障反應越靈敏，但是當移相角θ過大時，可能會使該繼電器的動作方向不明確，所以可以取移相角，因此，移相后的新型的接地距離保護的動作方程為

（2.1）

可以將上式改寫如下式

（2.2）

當線路正方向發生單相接地短路時，繼電器的動作方程可以化成：

（2.3）

動作特性如圖3所示，圓外為動作區。

圖3 移相后的正方向接地時的動作特性

當處于動作方程右側邊界時，做出如圖3中所示，因、，所以超前的角度等于。因此，C點（端點）軌跡是以為弦內含的角弧（大于半圓）。當處于動作方程左側邊界時，做出如圖3中所示，超前的角度等于，故C1點（端點）軌跡是以為弦內含的角弧（小于半圓）。

設直線是該動作特性圓的直徑，，所以，因此；同時有

可見，移相θ后，動作特性與原來相比，動作特性圓向R軸的正方向移動，因此隨著θ的增大，動作特性包含第一象限的區域增大，可增大區內單相接地時允許的過渡電阻，這在較短線路的接地距離保護中是需要的。

由圖3可以知道，以為極化電壓的接地距離保護方案的動作區域是在一個圓的圓外，因此，該繼電器的耐過渡電阻的能力就非常大，它幾乎覆蓋了整個電阻區域，但是實際情況下，正方向短路時由于，因此圖3（）可以化簡成圖4，陰影部分為動作區域。反方向短路時，簡化后動作特性如圖5所示。

圖4 正方向動作特性圖5 反方向動作特性

對比圖4和圖5可以看到原點（0，0）在正方向接地故障時的動作區內，而不在反方向接地故障時的動作區內，因此，以為極化電壓進行移相后（超前方向移相），繼電器有明確的方向性，即正向出口單相接地時可靠動作、反向出口單相接地時不誤動。 同時，在保護安裝處的出口發生單相接地短路時，保護安裝處的電壓很小，但是正序電壓會比較大，這樣極化電壓就不會很小，那么保護安裝處的出口就不會存在電壓死區的問題。

2.2采用附加零序電抗器提高防超越能力

在兩端電源的情況下，過渡電阻Rg的存在有時不僅僅能夠使保護安裝處的測量阻抗Zm變大，還可以使保護安裝處的測量阻抗Zm變小。如果因過渡電阻Rg的存在使保護安裝處的測量阻抗Zm較小，從而使區外短路故障被判為區內短路故障而造成的保護誤動作的現象稱為穩態超越。當加上一個零序電流繼電器以后，當接地距離繼電器發生正方向接地故障時，其動作特性如圖6所示的陰影部分，從圖中可以看出超越部分已經被零序電流繼電器排除出去了。

圖6 防止超越的動作特性

當這種新型繼電器加上零序電流繼電器后，動作特性如圖7所示，因此，該新型的接地距離保護方案具有一定的防止超越誤動的能力。

圖7 防止超越的動作特性

但是因為該繼電器的動作區域在圓形外，這就使得它的動作區域很大，動作區域的增大，可以很有效的防止過渡電阻的影響，但是同時又帶來了負面影響，那就是有助增電源及外汲電流的情況下發生區外短路故障極有可能是的測量阻抗落入動作區域，造成繼電器的誤動作。再加上一個零序電抗器，如圖8（a）所示，在圖中可以明顯看出，新型的接地距離保護方案的優勢消除了，即它所承受的過渡電阻的能力下降了；如果加大零序電抗的整定阻抗Zset，如圖8（b）所示，可以看成將原本的零序電抗器向右平移一點點，這樣就能夠在很強的耐受過渡電阻能力的前提下，比較有效的防止超越。所增加的零序電抗器的動作方程為

（2.4）

其中，通常整定阻抗為線路全長的90%。

（a）（b）

圖8 送電側正方向時的防止超越的動作特性

在繼電器處于送電側時，保護安裝處的測量阻抗的變化的大致軌跡如圖8（b）中的粗線所示，從圖中可以看出，測量阻抗可能會到達防止超越的部分，如果進入到超越的部分，零序電抗器可以發揮作用，防止超越誤動。

以上討論的是繼電器處于送電側的情況，如果繼電器處于受電側，那么情況將有所改變，因為當繼電器處于受電側時，零序電抗器的動作特性曲線將會發生些微的變化，如圖9所示，圖中的粗線表示的是測量阻抗的大致軌跡。從圖中可以看出測量阻抗一定會進入超越區域，因此，加上的零序電抗器能夠很好的防止超越誤動，但是同時由于繼電器處于受電側，會使該新型的接地距離保護方案的耐受過渡電阻的能力比處于送電側時的有所下降。

圖9 受電側正方向時的防止超越的動作特性

3 仿真分析

3.1 仿真模型的建立

MATLAB仿真模型如圖10所示，保護安裝在M、N處。整定區為線路的85%。

在500kV高壓系統中，總長300km，發電機的參數為；線路的正序分布參數為，，；線路的負序分布參數為，，；線路的零序分布參數為，，。過渡電阻達到300Ω。

圖10 仿真模型

仿真時，故障點選取可以通過改變斷路器兩端線路的長度來改變。實驗中，分別選取故障點在在保護反方向出口、正方向出口、保護范圍內線路的20%、40%處、近保護范圍末端60%、80%處、保護范圍外部線路末端300km處7個點，過渡電阻從0到300Ω，步長為20Ω。

3.2 承受過渡電阻能力仿真分析

將以正序電壓為極化量和以為極化量的繼電器分別用MATLAB仿真，仿真時兩端的電勢的相位差為60°，將仿真得到的數據進行處理得到的結果如圖11（a）、（b）所示，從圖中可以看出，以為極化量的繼電器的承受過渡電阻能力明顯比以正序電壓為極化量的繼電器的能力強。但是隨著短路點離測量點越遠，繼電器的承受過渡電阻的能力還是有待提高。以為極化量的繼電器處在送電側的承受過渡電阻的能力是高于處于受電側的。

送電側 （b）受電側

圖11 兩種極化量電壓的繼電器承受過渡電阻的比較

3.3 采用移相后承受過渡電阻能力的仿真分析

將移相前和移相后分別用MATLAB仿真，將仿真得到的數據處理得到的結果如圖12（a）、（b）所示，從圖中可以看出，送電側和受電側移相后承受過渡電阻的能力均增強，送電側短路點距離測量點越遠，效果越明顯；受電側短路點距離測量點越近，效果越明顯。同時移相后在反方向出口處，繼電器同樣不動作，這就表明移相后在不影響繼電器的動作方向性的基礎上，繼電器耐受過渡電阻的能力增強，修正后的動作方程是可行的。

（a） 送電側（b） 受電側

圖12 移相前后的繼電器承受過渡電阻的比較

對比圖12（a）和（b）可以知道以為極化量的繼電器移相后在送電側與受電側的承受過渡電阻的能力是有區別的，明顯的，繼電器在送電側的承受過渡電阻的能力略強，這是因為在受電側與送電側，相量的改變軌跡與繼電器的工作電壓的改變軌跡不盡相同，因此，會存在著一定的差別。

3.4 附加零序電抗器的仿真分析

將附加的零序電抗器移相前和移相后分別用MATLAB仿真，結果表明，零序電抗器的承受過渡電阻的能力較強，但是在反方向時，繼電器的有時動作，有時不動作，這就說明繼電器的方向性不明確，為提高新型的接地距離保護方案的超越能力，新增加的零序電抗器的動作方程與以為極化量的動作方程所得的結果必須同時滿足，因此將兩者所得的結果進行綜合分析，所得的結果如圖13所示。在圖中，兩者綜合的曲線只比以為極化量的曲線略微降低，因此增加一個零序電抗器，距離保護的耐過渡電阻能力并沒有多少減弱，但是卻能夠有效的防止超越。

送電側 （b）受電側

圖13 附加零序電抗器后的承受過渡電阻能力分析

4 結論

本文研究的是在超高壓、特高壓系統中，系統發生接地短路故障時，如何提高抗過渡電阻的能力，對以為極化量的繼電器進行修正，采用移相和附加一個零序電抗器來提高它的承受過渡電阻的能力和防超越的能力。通過仿真分析證明了修正后的以為極化量的繼電器的在500kV系統適用性。

參考文獻

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篇10

（國網石嘴山供電公司，石嘴山 753000）

摘要： 本文通過分析110千伏斷路器防跳回路出現的異常而影響保護裝置運行這一問題進行分析，提出對相關二次回路進行優化設計，解決了該問題，對于下一步斷路器防跳回路的改造工作中，相關二次回路的優化具有實用意義。

關鍵詞 ： 斷路器；防跳回路；優化設計

中圖分類號：TM561 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）24-0077-03

作者簡介：楊志鈞（1980-），男，寧夏青銅峽人，本科，中級工程師，高級技師。

0 引言

在電力系統中，一次設備是指直接用于生產、輸送、分配電能的電器設備，包括了發電機、電力變壓器、斷路器、隔離開關、母線、電力電纜和輸電線路等，也是構成電力系統的主體。而對于二次設備來說，它是指用于對電力系統及一次設備的工況進行監測、控制、調節和保護的低壓電氣設備，其包括測量儀表、通信設備等等。對于二次設備之間的相互連接的回路，統稱之為二次回路，它也是確保電力系統安全生產、可靠供電和經濟運行中不可缺少的重要組成部分。所以，了解斷路器控制回路的基本原理，便于進行電路控制系統的維護，也是非常必要的。在此，本文從最基本的回路入手，逐步加入防跳回路和閉鎖回路，并對電路做了必要的改進與完善，使之深入了解電路控制系統的基本原理與使用、維護方法，以及必要的改進升級。但是，在實際應用中的過程中，控制電路的回路要復雜得多，掌握其原理與維護難度很大。本文根據實際工程經驗，分析了一種由于斷路器遠方控制程序故障導致防跳回路“失靈”，斷路器反復分合的故障，并提出了相應的解決方法。

1 斷路器防跳回路的原理

斷路器的作用是切斷和接通負荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴大，保證安全運行。傳統意義上的防跳回路，是指設計在斷路器合閘回路上用于防止其合閘于故障，保護裝置跳開斷路器后，此時因某種原因合閘信號一直保持，導致斷路器重合于故障，然后再次斷開的反復分合現象。

斷路器跳躍一般有兩種情況：

①主回路沒有故障，由于斷路器機構輔助觸點不良，繼電器觸點卡住等原因。

②主回路確有故障，斷路器合于故障點，繼電器保護動作是斷路器跳閘，而這時斷路器的操作把手尚未復歸或自動裝置的觸點卡死等，從而使斷路器發生多次跳合的現象。

斷路器跳躍時，對供電系統會造成嚴重的影響，斷路器本身也容易損壞甚至爆炸。因此，在斷路器的控制回路中，應裝有防止跳躍的閉鎖裝置。

2 110 kV斷路器防跳回路中的異常分析

110 kV斷路器防跳回路中的異常，主要是指在斷路器調試的階段，沒有按照規定的指令實現合閘、跳閘。當斷路器接收合閘命令時，之后會在回路內發送跳閘命令，正常情況下斷路器應根據命令執行動作，實際斷路器在回路內雖然表現出跳閘，但是在指令結束后，沒有發生合閘動作，干擾了防跳閘的狀態。

以石嘴山電力公司的110kV供電系統為例，重點分析斷路器防跳回路中的異常，如：110kV供電網內的斷路器處于跳位點時，發送了合閘指令，此時斷路器會始終保持合閘狀態，記錄斷路器所屬系統處開關K1、K2和K3的動作，K2在指令發出后迅速閉合，用于輔助開關觸點，促使開關觸點具備靈活的特性，斷路器在K2執行合閘指令的過程中，發送了結束合閘的指令，帶動開關觸點運動，K1、K3開關及觸點會迅速失電，觸點迅速返回，此時開關在回路中受到電磁干擾，導致斷路器開關K1、K3觸點快于開關本身，因此當斷路器重新發送合閘指令時，其開關無法跟上觸點的動作而發生回路異常，引發開關跳閘，進而造成頻繁的沖擊干擾。

3 110 kV斷路器防跳回路的異常處理

110 kV在電網系統內占據重要的影響比重，需嚴格處理斷路器工作中的防跳回路異常，根據西南電力公司在斷路器防跳回路中異常處理進行分析，提出對應的解決措施如下。

①防干擾處理。

110kV斷路器防跳回路的防干擾處理，屬于一項主體建設的項目，利用集成化的處理思路，完善斷路器防跳回路的運行。該公司結合斷路器防跳回路的異常表現，致力于消除回路內的電磁感應，防止其影響斷路器的保護動作。該公司安裝了斷路器操作箱，解決斷路器回路中的干擾問題。操作箱主要由防跳裝置組成，如：電壓防跳、電流防跳等，110kV配網回路內存在電流時，操作箱會隨著電流的變化而啟動，確保斷路器能夠實現穩定的跳閘動作。操作箱內的電壓繼電器，連接了合接點，采取并聯的方式接入到斷路器的回路內，同時利用串聯的方式接入合閘回路內。操作箱具有模擬的優勢，可以將防跳回路中的異常反饋到操作箱主體系統內，在保障斷路器正常運行的基礎上，實現防跳回路保護。

②加設繼電器。

該公司根據110 kV內斷路器防跳回路異常的實際情況，在對應的回路內加設特殊繼電器，嚴謹處理防跳工作。例如：該公司加設了防跳繼電器，用于維護防跳裝置的可靠運行，該公司選擇與回路相關的繼電器參數，控制通過電流的靈敏性，保障其高于2即可，其中需要重點控制的是繼電器的防跳時間，動作時間必須控制在觸點動作的時間之內，該公司安排專業的設計人員，主動處理觸點動作的時間控制，確保加設的繼電器能夠達到預想的狀態。

4 110kV斷路器防跳回路的改進分析

電力公司為保障110kV斷路器防跳回路異常處理的適應性，采取相關的改進方法，排除防跳回路異常的干擾，以此來提升斷路器在110kV供電網內的保護水平。

根據斷路器防跳回路的異常處理，提出有效的改進方法：首先增加斷路器內繼電器的電流，促使斷路器發生回路跳閘時的電流遠小于防跳回路中的電流，由此斷路器防跳回路內的開關可以保持原本穩定的運行狀態，電力人員適當增加電流值后，能夠保持斷路器合閘的準確性，即使斷路器處于高頻運行的狀態，也會正確完成防跳動作，規避防跳風險；最后改進操作箱，利用短接的方式，科學處理輔助接點，電力公司將輔助接點與合閘回路改進到同一個層次內，由此監督合閘回路的動態，一旦斷路器接收合閘指令，操作箱會在監控狀態下實現跳閘動作，與此同時防跳回路內的繼電器會根據斷路器的命令穩定執行動作，保障配網回路的完整性；最后是改進斷路器的閉接部分，此種改進方法在斷路器防跳回路中不常見，但是也能維持分合閘的正常狀態，以免產生不利的影響。

5 案例分析

西安西開電氣設備有限公司生產的LW25-126斷路器一起配合失敗的防跳回路分析與改進。與操作箱防跳回路不同的是，斷路器機構防跳回路一般采用合閘起動防跳繼電器。防跳回路如圖2。

圖2中107為合閘正電，與圖1中的107相同。斷路器在合位狀態下，QF常開接點閉合，當控制開關觸點或自動裝置觸點卡住，即107常帶正電時，防跳繼電器1KA勵磁，1KA常開接點閉合使防跳繼電器保持勵磁狀態，1KA常閉接點打開，斷開合閘回路，從而在合閘正電保持的情況下，斷路器跳開時起到防跳作用。

由圖1和圖2可知，單一的操作箱防跳回路或者斷路器機構防跳回路都可以完成斷路器的防跳功能，然而，當操作箱控制回路與斷路器機構回路配合在一起時，卻帶來了意外的問題。首先是控制回路監視問題。圖1中，105是合閘監視回路，也稱跳位監視回路，由于1D49（107）和 1D50（105）是并在一起的，107常帶正電，開關在合位時，QF 常開接點閉合，從而防跳繼電器1KA長期勵磁，跳位監視繼電器 TWJ 也長期勵磁，即在合位狀態下，TWJ 和 HWJ 均勵磁，從而發控制回路斷線信號。其次，在這種配合下，由于 1KA 勵磁后，1KA 的常開接點閉合，如果 1KA 的返回電壓較小，即使斷路器跳開后，通過 TWJ 回路和 1KA 的常閉接點，1KA 也無法返回，使得非故障狀態下斷路器跳開后無法再次合閘。

為了解決合閘狀態下發控制回路斷線的問題，可通過解開 1D49（107）和1D50（105）的并聯回路，并在合閘監視回路中串聯一個斷路器常閉接點的方法，如圖 3。

這種改進在斷路器為合閘狀態時，QF常閉接點打開，斷開了合閘監視回路，使得合閘狀態下不再誤發控制回路斷線信號。然而，在合閘正電107尚未斷開，防跳繼電器 1KA還在勵磁的狀態下，斷路器跳開后，105后面串接的 QF常閉接點仍然會使防跳回路保持，因此這種改進并不能解決防跳后無法合閘的問題。

為解決斷路器防跳后不能合閘的問題，可以通過兩種方法。方法一：在圖 3 的基礎上，在防跳繼電器1KA兩端并聯一個適當大小的電阻，使得1KA通過TWJ回路接通時分得的電壓小于其返回電壓，這樣，在防跳試驗完成后，1KA可以通過低電壓值而返回。這種方法需要通過TWJ 線圈阻值和1KA線圈阻值來計算需要并聯的電阻阻值大小，實現起來較麻煩，而且可靠性不夠高。方法二：在圖3的基礎上，在合閘監視回路中再串聯一個防跳繼電器 1KA的常閉接點，如圖4。這種改進在防跳完成后，合閘回路尚未恢復時，通過1KA的常閉接點使得TWJ回路暫時斷開，待合閘回路返回，即107無正電到來且1KA返回時，1KA的常閉接點閉合，TWJ回路接通，從而可解決防跳后無法合閘的問題。（圖4）

6 結論

本文對110kV斷路器防跳回路異常原先進行了分析，給出了相應的改進方案，使防跳回路得以完善。經過現場試驗驗收合格后，再對該站其它110kV開關均作同樣的改造，至今再未發生過類似故障。

參考文獻：

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