繼電保護是對電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進行檢測，從而發(fā)出報警信號，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。

        研究電力系統(tǒng)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(fā)展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害，所以也稱繼電保護?；救蝿?wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，在可能實現(xiàn)的短時間和小區(qū)域內(nèi)，自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。

      繼電保護裝置必須具有正確區(qū)分被保護元件是處于正常運行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護裝置要實現(xiàn)這一功能，需要根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障前后電氣物理量變化的特征為基礎(chǔ)來構(gòu)成。

      電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：

(1)電流增大。短路時故障點與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負荷電流增大至大大超過負荷電流。

(2)電壓降低。當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時，系統(tǒng)各點的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點，電壓越低。

(3)電流與電壓之間的相位角改變。正常運行時電流與電壓間的相位角是負荷的功率因數(shù)角，一般約為20°，三相短路時，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為60°～85°，而在保護反方向三相短路時，電流與電壓之間的相位角則是180°+(60°～85°)。

(4)測量阻抗發(fā)生變化。測量阻抗即測量點(保護安裝處)電壓與電流之比值。正常運行時，測量阻抗為負荷阻抗；金屬性短路時，測量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。

不對稱短路時，出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時，出現(xiàn)負序電流和負序電壓分量；單相接地時，出現(xiàn)負序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運行時是不出現(xiàn)的。

利用短路故障時電氣量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護。

此外，除了上述反應(yīng)工頻電氣量的保護外，還有反應(yīng)非工頻電氣量的保護，如瓦斯保護。 

基本要求

      繼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。

1）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。

2）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：

(1)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)。

(2)大容量的發(fā)電機、變壓器和電動機內(nèi)部故障。

(3)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。

(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，快的可達0.01s～0.04s，一般斷路器的跳閘時間為0.06s～0.15s，快的可達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。

3）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)大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統(tǒng)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。

      系統(tǒng)大運行方式：被保護線路末端短路時，系統(tǒng)等效阻抗小，通過保護裝置的短路電流為大運行方式；

      系統(tǒng)小運行方式：在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為大，通過保護裝置的短路電流為小的運行方式。

      保護裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量。

4）可靠性

      可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護根本的要求。

      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)帶來嚴重危害。

      即使對于相同的電力元件，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

分類

繼電保護可按以下4種方式分類。

①按被保護對象分類，有輸電線保護和主設(shè)備保護(如發(fā)電機、變壓器、母線、電抗器、電容器等保護)。

②按保護功能分類，有短路故障保護和異常運行保護。前者又可分為主保護、后備保護和輔助保護；后者又可分為過負荷保護、失磁保護、失步保護、低頻保護、非全相運行保護等。

③按保護裝置進行比較和運算處理的信號量分類，有模擬式保護和數(shù)字式保護。一切機電型、整流型、晶體管型和集成電路型（運算放大器）保護裝置，它們直接反映輸入信號的連續(xù)模擬量，均屬模擬式保護；采用微處理機和微型計算機的保護裝置，它們反應(yīng)的是將模擬量經(jīng)采樣和模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的離散數(shù)字量，這是數(shù)字式保護。

④按保護動作原理分類，有過電流保護、低電壓保護、過電壓保護、功率方向保護、距離保護、差動保護、縱聯(lián)保護、瓦斯保護等。

組成

      一般情況而言，整套繼電保護裝置由測量元件、邏輯環(huán)節(jié)和執(zhí)行輸出三部分組成。

測量比較部分

      測量比較部分是測量通過被保護的電氣元件的物理參量，并與給定的值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護裝置是否應(yīng)該啟動。

邏輯部分

      邏輯部分使保護裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍，后確定是應(yīng)該使斷路器跳閘、發(fā)出信號或是否動作及是否延時等，并將對應(yīng)的指令傳給執(zhí)行輸出部分。

執(zhí)行輸出部分

      執(zhí)行輸出部分根據(jù)邏輯傳過來的指令，后完成保護裝置所承擔(dān)的任務(wù)。如在故障時動作于跳閘，不正常運行時發(fā)出信號，而在正常運行時不動作等

工作回路

      要完成繼電保護任務(wù)，除了需要繼電保護裝置外，必須通過可靠的繼電保護工作回路的正確工作，才能完成跳開故障元件的斷路器、對系統(tǒng)或電力元件的不正常運行發(fā)出警報、正常運行狀態(tài)不動作的任務(wù)。

      繼電保護工作回路一般包括：將通過一次電力設(shè)備的電流、電壓線性地轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合繼電保護等二次設(shè)備使用的電流、電壓，并使一次設(shè)備與二次設(shè)備隔離的設(shè)備，如電流、電壓互感器及其與保護裝置連接的電纜等；斷路器跳閘線圈及與保護裝置出口間的連接電纜，指示保護動作情況的信號設(shè)備；保護裝置及跳閘、信號回路設(shè)備的工作電源等。

繼電保護裝置的組成方框圖

基本任務(wù)

電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務(wù)是：

(1)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*部分迅速恢復(fù)正常運行。

(2)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。

(3)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。

用途

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)自動化和遠動化，以及工業(yè)生產(chǎn)的自動控制。

異常

      發(fā)現(xiàn)繼電保護運行中有異?；虼嬖谌毕輹r，除了加強監(jiān)視外，對能引起誤動的保護退其出口壓板，然后聯(lián)系繼保人員處理。如有下列異常情況，均應(yīng)及時退出：

1）母差保護。在發(fā)出“母差交流斷線”、“母差直流電壓消失”信號時；母差不平衡電流不為零時；無旁路母線的母聯(lián)開關(guān)串代線路操作及恢復(fù)倒閘操作中。

2）高頻保護。當(dāng)直流電源消失時；定期通道試驗參數(shù)不符合要求時；裝置故障或通道異常信號發(fā)出無法復(fù)歸時；旁母代線路開關(guān)操作過程中。

3）距離保護。當(dāng)采用的PT退出運行或三相電壓回路斷線時；正常情況下助磁電流過大、過小時；負荷電流超過保護允許電流相應(yīng)段時。

4）微機保護?？偢婢療袅?，同時四個保護（高頻、距離、零序、綜重）之一告警燈亮?xí)r，退出相應(yīng)保護；如果兩個CPU故障，應(yīng)退出該裝置所有保護；告警插件所有信號燈不亮，如果電源指示燈熄滅，說明直流消失，應(yīng)退出出口壓板，在恢復(fù)直流電源后再投入；總告警燈及呼喚燈亮，且打印顯示CPU×ERR信號，如CPU正常，說明保護與接口CPU間通訊回路異常，退出CPU巡檢開關(guān)處理，若信號無法復(fù)歸，說明CPU有致命缺陷，應(yīng)退出保護出口壓板并斷開巡檢開關(guān)處理。

5）瓦斯保護。在變壓器運行中加油、濾油或換硅膠時；潛油泵或冷油器（散熱器）放油檢修后投入時；需要打開呼吸系統(tǒng)的放氣門或放油塞子，或清理吸濕器時；有載調(diào)壓開關(guān)油路上有人工作時。 

系統(tǒng)保護

      實現(xiàn)繼電保護功能的設(shè)備稱為繼電保護裝置。雖然繼電保護有多種類型，其裝置也各不相同，但都包含著下列主要的環(huán)節(jié)：①信號的采集，即測量環(huán)節(jié)；②信號的分析和處理環(huán)節(jié)；③判斷環(huán)節(jié)；④作用信號的輸出環(huán)節(jié)。以上所述僅限于組成電力系統(tǒng)的各元件（發(fā)電機、變壓器、母線、輸電線等）的繼電保護問題，而各國電力系統(tǒng)的運行實踐已經(jīng)證明，僅僅配置電力系統(tǒng)各元件的繼電保護裝置，還遠不能防止發(fā)生全電力系統(tǒng)長期大面積停電的嚴重事故。為此必須從電力系統(tǒng)的全局和整體出發(fā)，研究故障元件被相應(yīng)繼電保護裝置動作而切除后，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)系統(tǒng)的正常運行。這些正是系統(tǒng)保護所需研究的內(nèi)容。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小，負荷停電時間減小到短。

      大電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，首先必須建立在電力系統(tǒng)的合理結(jié)構(gòu)布局上，這是系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和運行調(diào)度工作中必須重視的問題。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)保護的合理配置和正確整定，同時配合系統(tǒng)安全自動裝置（如解列裝置、自動減負荷、切水輪發(fā)電機組、快速壓汽輪發(fā)電機出力、自動重合閘、電氣制動等），達到電力系統(tǒng)安全運行的目的。

     鑒于機、爐、電諸部分構(gòu)成電力生產(chǎn)中不可分割的整體，任一部分的故障均將影響電力生產(chǎn)的安全，特別是大機組的不斷增加和系統(tǒng)規(guī)模的迅速擴大，使大電力系統(tǒng)與大機組的相互影響和協(xié)調(diào)問題成為電能安全生產(chǎn)的重大課題。電力系統(tǒng)繼電保護和安全自動裝置的配置方案應(yīng)考慮機、爐設(shè)備的承受能力，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)有完善的繼電保護裝置，還應(yīng)積極研究和推廣故障預(yù)測技術(shù)，以期實現(xiàn)防患于未然，進一步提高大機組的安全可靠性。 

常用保護

傳統(tǒng)保護

1、電流保護。多用于配電網(wǎng)中（110kv及以下），分為：電流速斷保護、*電流速斷保護和定時限過電流保護。

2、距離保護。

3、差動保護。

4、縱聯(lián)保護。

5、瓦斯保護

新興保護

基于暫態(tài)的保護，如行波保護等。

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。早的繼電保護裝置是熔斷器。從20世紀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世紀的后25年里，作為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，并已有少量裝置正式運行。

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，遠不能防止發(fā)生全電力系統(tǒng)長期大面積停電的嚴重事故。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小，負荷停電時間減到短。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，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。

      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*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)通信一體化