第一章 继电保护的作用与意义 1．1继电保护的基本原理、作用与组成
1.11什么是继电保护
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、输电线路等），使之免遭损害，所以也称继电保护。
1.12继电保护的基本原理
继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。 电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是： (1) 电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。
(2) 电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。
(3) 电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°+(60°～85°)。
(4) 测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。
不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。
利用短路故障时电气量的变化，便可构成各种原理的继电保护。
此外，除了上述反应工频电气量的保护外，还有反应非工频电气量的保护。
1.13继电保护的作用与组成
在电力系统中，继电保护装置的基本任务（作用）是:
（1）当电力系统中的电气设备发生短路故障时，能自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行。 （2）当电力系统中的电气设备出现不正常运行状态时，并根据运行维护的条件( 例如有无经常值班人员) ，动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要
求保护迅速动作，而是根据当时电力系统和元件的危害程度规定一定的延时，以免误动作。继电保护的组成一般由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。就全局而论，在电力系统的安全问题上有两种必须避免的灾害性事故：一种是重大电力设备损坏，另一种是电网的长期大面积停电。在这些方面，电力系统继电保护一直发挥着特殊重要作用。
继电保护装置主要都包括三个部分：测量部分、逻辑部分、执行部分。
（保护装置结构方框图）
下面我们以一最简单的过电流保护装置为例，来说明继电保护的组成和基本工作原理。
在图1.1 所示的输电线路过电流保护装置的原理接线图中,电流继电器KA的线圈接于被保护线路电流互感器TA的二次回路，这就是保护的测量回路，它监视被保护线路的运行状态，测量线路中电流的大小。在正常运行情况下，线路中通过负荷电流时，电流继电器KA不动作；当被保护线路发生短路故障时，流入继电器KA线圈回路的电流大于继电器的动作电流时，电流继电器立即动作，其接点闭合，接通逻辑回路中时间继电器KT 的线圈回路，时间继电器起动并经延时后接点闭合，接通执行回路中的信号继电器KS和断路器QF跳闸线圈Y回路，使断路器QF跳闸，切除故障。
（图1.1线路过电流保护装置单相原理接线图）
可见，这种继电保护装置的核心是电流继电器，它通过电流互感器受电，
经常测量着线路电流值的变化，并与整定值进行比较，一旦超过整定值就动作，向断路器跳闸机构送出跳闸命令，同时发出继电保护动作信号。
1．2继电保护装置的分类以及对装置的要求
1.21继电保护装置的分类
继电保护装置一般可以按反应的物理量不同、被保护对象的不同、组成元件的不同以及作用的不同等方式来分类，例如：
（1）根据保护装置反应物理量的不同可分为：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护和瓦斯保护等。
（2）根据被保护对象的不同可分为：发电机保护、输电线保护、母线保护、变压器保护、电动机保护等。在电气化铁道牵引供电系统中，主要有110kV（或220 kV）输电线保护、牵引变压器保护、牵引网馈线保护及并联电容器补偿装置保护等。
（3）根据保护装置的组成元件不同可分为：电磁型、半导体型、数字型及微机保护装置等。
（4）根据保护装置的作用不同可分为：主保护、后备保护，以及为了改善保护装置的某种性能，而专门设置的辅助保护装置等。
当某一电气设备装设有多种保护装置时，其中起主要保护作用的保护装置称为主保护；作为主保护装置备用保护的保护装置称为后备保护。后备保护又分为近后备保护和远后备保护，近后备保护指同一电气设备上多种保护的相互备用，远后备保护则是指对相邻电气设备保护的备用。
1.22继电保护对装置的要求
对继电保护装置的基本要求有四点：即选择性、灵敏性、速动性和可靠性
（1） 选择性
当供电系统中发生故障时，继电保护装置应能有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。
以图3—1为例，在各个断路器处都装有保护装置。当K—1点故障时，根据选择性的要求，应首先由断路器6处的保护装置动作，使断路器断开，则非故障部分可继续正常运行。若在K—1点故障时，继电保护装置首先使断路器5断开，则变电所Ⅲ将全部停止供电，这种情况称为无选择性的动作。同理，K—2点短路应由断路器5切除，K—3点短路应由断路器1、2切除。
主保护和后备保护：
10KV供电系统中的电气设备和线路应装设短路故障保护。短路故障保护应有主保护、后备保护，必要时可增设辅助保护。
当在系统中的同一地点或不同地点装有两套保护时，其中有一套动作比较快，而另一套动作比较慢，动作比较快的就称为主保护；而动作比较慢的就称为后备保护。即：为满足系统稳定和设备的要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护，就称为主保护；当主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，就称为后备保护。
后备保护不应理解为次要保护，它同样是重要的。后备保护不仅可以起到当主保护应该动作而未动作时的后备，还可以起到当主保护虽已动作但最终未能达到切除故障部分的作用。除此之外，它还有另外的意义。为了使快速动作的主保护实现选择性，从而就造成了主保护不能保护线路的全长,而只能保护线路的一部分。也就是说，出现了保护的死区。这一死区就必须利用后备保护来弥补不可。
近后备和远后备：
当主保护或断路器拒动时，由相临设备或线路的保护来实现的后备称为远后备保护；由本级电气设备或线路的另一套保护实现后备的保护，就叫近后备保护； 辅助保护：
为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护，称为辅助保护。
（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。保护装置灵敏与否，一般用灵敏系数来衡量。保护装置的灵敏系数应根据不利的运行方式和故障类型进行计算。灵敏系数Km为被保护区发生短路时，流过保护安装处的最小短路电流Id.min与保护装置一次动作电流Idz的比值，即: Km=Id.min/Idz
灵敏系数越高，则反映轻微故障的能力越强。各类保护装置灵敏系数的大小，根据保护装置的不同而不尽相同。对于多相保护，Idz取两相短路电流最小值Idz(2);对于10KV不接地系统的单相短路保护取单相接地电容电流最小值Ic.min;
（3） 速动性
速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障。
缩短切除故障的时间，就可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度，加快系统电压的恢复，从而为电气设备的自启动创造了有利条件，同时还提高了发电机并列运行的稳定性。
所谓故障的切除时间是指保护装置的动作时间与断路器的跳闸时间之和。由于断路器一经选定，其跳闸时间就已确定，目前我国生产的断路器跳闸时间均在0.02S以下。所以实现速动性的关键是选用的保护装置应能快速动作。
（4） 可靠性
保护装置应能正确的动作，并随时处于准备状态。如不能满足可靠性的要求，保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性，则要求保护装置的设计原理、整定计算、安装调试要正确无误；同时要求组成保护装置的各元件的质量要可靠、运行维护要得当、系统应尽可能的简化有效，以提高保护的可靠性。
第二章 壤塘110kV变电站继电保护的基本介绍
2.1 110kV及以下电网保护分析
1 110kv及以下线路保护
110kv及以下电网的线路保护配置相对简单，主要以距离、零序保护及电流保护为主。后备保护一般采用远后备，采用三相一次重合闸。35kv及以下电网的线路保护主要以电压电流保护为主，同时装置集成了低周减载或低压减载、测量控制功能，在分布式综合自动化变电站中安装于开关现场。 1．1 110kv线路保护
110kv线路保护一般配置三段式距离保护和零序保护。对于微机线路保护则配置相间和接地距离保护。对110kv配置完备的阶段式相间距离和接地距离情形下则可以简化零序保护的配置，保留用于切除经电阻接地故障的一段零序电流保护。
对于重要的110kv线路或短线路可配置全线速动的纵联保护，一般采用光纤纵差保护作为主保护，距离和零序作为后备保护。 110kv线路保护配置三相一次重合闸。一般110kv测控功能由单独的测控装置完成。
1．1．1 距离保护
距离保护是同时反应电流增大和电压降低（测量阻抗降低）而动作的一种保护。它通过计算测量阻抗并和整定阻抗进行比较来判断故障是否在保护区内，实际构成时大多采用比相式来构成。距离保护的核心元件是阻抗继电器，辅助元件保护起动元件、TV断线闭锁元件、振荡闭锁元件等。
距离保护具有保护范围稳定，受系统运行方式影响小的优点。距离保护I端几乎不受系统运行方式影响，其它段受系统运行方式影响也比电流电压保护和零序保护小，因此在110kv及以上的高压线路保护得到了广泛应用。缺点主要是构成复杂，TV断线要受影响、受过渡电阻影响、受电力系统振荡的影响。
110kv距离保护分为相间距离保护及接地距离保护，一般按照三段式构成。相间距离保护主要作为两相短路和三相短路故障的保护，接地距离则主要反应各种接地故障。
相间和接地距离I段一般可保护线路全长的80%左右，II段则可以保护线路全长。I段和II段一起作为本线路的主保护。III段主要作为相邻线路的后备保护。对于很短的线路一般可考虑退出I段运行，且一般应配置纵联保护以改善保护性能。
110kv的距离保护由于采用记忆电压，所以对于出口故障无电压死区的问题。微机型的阻抗继电器的特性有圆特性和多边型特性。多边型特性的阻抗继电器在110kv线路中应用较广泛，相比于方向阻抗继电器，它具有更好的躲过渡电阻的能力，并通过设置相关的特性参数来解决超越问题和负荷限制的问题。