4. 继电保护的基本原理
（1） 电力系统故障的特点
电力系统中的故障种类很多，但最为常见、危害最大的应属各种类型的短路事故。一旦出现短路故 障，就会伴随其产生三大特点。即：电流将急剧增大、电压将急剧下降、电压与电流之间的相位 角将发生变化。
（2） 继电保护的类型
在电力系统中以上述物理量的变化为基础，利用正常运行和故障时各物理量的差别就可以构成各种不同原理和类型的继电保护装置。如：
反映电流变化的电流保护，有定时限过电流保护、反时限过电流保护、电流速断保护、过负荷保护和零序电流保护等；
反映电压变化的电压保护，有过电压保护和低电压保护；既反映电流的变化又反映电压与电流之间相位角变化的方向过电流保护；
反映电压与电流之间比值，也就是反映短路点到保护安装处阻抗的距离保护；反映输入电流与输出电流之差的差动保护，其中又分为横联差动和纵联差动保护；
用于反映系统中频率变化的周波保护；
专门用于反映变压器内部故障的气体保护（即瓦斯保护），其中又分为轻瓦斯和重瓦斯保护；
专门用于反映变压器温度变化的温度保护等。
另外，10KV系统中一般可在进线处装设电流保护；在配电变压器的高压侧装设电流保护、温度保护（油浸变压器根据其容量大小尚应考虑装设气体保护）；高压母线分段处应根据具体情况装设电流保护等。 三 几种常用电流保护的分析
1. 反时限过电流保护
（1） 什麽是反时限过电流保护
继电保护的动作时间与短路电流的大小有关，短路电流越大，动作时间越短；短路电流越小，动作时间越长，这种保护就叫做反时限过电流保护。
（2） 继电器的构成
反时限过电流保护是由GL-15(25)感应型继电器构成的。这种保护方式广泛应用于一般工矿企业中，感应型继电器兼有电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式时间继电器(作为时限元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)和电磁式中间继电器(作为出口元件)的功能，用以实现反时限过电流保护；另外，它还有电磁速断元件的功能，又能同时实现电流速断保护。采用这种继电器,就可以采用交流操作，无须装设直流屏等设备；通过一种继电器还可以完成两种保护功能(体现了继电器的多功能性)，也可以大大简化继电保护装置。但这种继电器虽外 部接线简单，但内部结构十分复杂，调试比较困难；在灵敏度和动作的准确性、速动性等方面也远不如电磁式继电器构成的继电保护装置。
（3）反时限过电流保护的基本原理
当供电线路发生相间短路时，感应型继电器KA1或(和)KA2达到整定的一定时限后动作，首先使其常开触点闭合，这时断路器的脱扣器YR1或(和)YR2因有KA1或(和)KA2的常闭触点分流(短路)，而无电流通过,故暂时不会动作。但接着KA1或(KA2)的常闭触点断开，因YR1或(和)YR2因“去分流”而通电动作，使断路器跳闸，同时继电器本身的信号掉牌掉下，给出信号。
在这里应予说明，在采用“去分流”跳闸的反时限过电流保护装置中，如继电器的常闭触点先断开而常开触点后闭合时，则会出现下列问题：
1）继电器在其常闭触点断开时即先失电返回，因此其常开触点不可能闭合，因此跳闸线圈也就不能通电跳闸；
2）继电器的常闭触点如先断开,CT的二次侧带负荷开路，将产生数千伏的高电压、比差角差增大、计量不准以及铁心发热有可能烧毁绝缘等，这是不允许的。
2. 定时限过电流保护
（1） 什麽是定时限过电流保护
继电保护的动作时间与短路电流的大小无关，时间是恒定的，时间是靠时间继电器的整定来获得的。时间继电器在一定范围内是连续可调的，这种保护方式就称为定时限过电流保护。
（2）继电器的构成
定时限过电流保护是由电磁式时间继电器(作为时限元件)、 电磁式中间继电器(作为出口元件)、电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)构成的。它一般采用直流操作，须设置直流屏。定时限过电流保护简单可靠、完全依靠选择动作时间来获得选择性，上、下级的选择性配合比较容易、时限由时间继电器根据计算后获取的参数来整定，动作的选择性能够保证、动作的灵敏性能够满足要求、整定调试比较准确和方便。这种保护方式一般应用在10～35KV系统中比较重要的变配电所。
（3）定时限过电流保护的基本原理
10KV中性点不接地系统中，广泛采用的两相两继电器的定时限过电流保护的原理接线图。它是由两只电流互感器和两只电流继电器、一只时间继电器和一只信号继电器构成。
当被保护线路只设有一套保护，且时间继电器的容量足大时，可用时间继电器的触点去直接接通跳闸回路，而省去出口中间继电器。
当被保护线路中发生短路故障时，电流互感器的一次电流急剧增加，其二次电流随之成比例的增大。当CT的二次电流大于电流继电器的起动值时，电流继电器动作。由于两只电流继电器的触点是并联的，故当任一电流继电器的触点闭合，都能接通时间继电器的线圈回路。这时，时间继电器就按照预先整定的时间动作使其接点吸合。这样，时间继电器的触点又接通了信号继电器和出口中间继电器的线圈，使其动作。出口中间继电器的触点接通了跳闸线圈回路，从而使被保护回路的断路器跳闸切断了故障回路，保证了非故障回路的继续运行。而信号继电器的动作使信号指示牌掉下并发出警报信号。
由上不难看出，保护装置的动作时间只决定于时间继电器的预先整定的时间，而与被保护回路的短路电流大小无关，所以这种过电流保护称为定时限过电流保护。
（4）动作电流的整定计算
过流保护装置中的电流继电器动作电流的整定原则，是按照躲过被保护线路中可能出现的最大负荷电流来考虑的。也就是只有在被保护线路故障时才启动，而在最大负荷电流出现时不应动作。为此必须满足以下两个条：
1）在正常情况下，出现最大负荷电流时（即电动机的启动和自启动电流，以及用户负荷的突增和线路中出现的尖峰电流等）不应动作。即：
Idz> Ifh.max
式中 Idz----过电流保护继电器的一次动作电流；
Ifh.max------最大负荷电流
2）保护装置在外部故障切除后应能可靠地返回。因为短路电流消失后，保护装置有可能出现最大负荷电流，为保证选择性，
已动作的电流继电器在这时应当返回。因此保护装置的一次返回电流If应大于最大负荷电流fh.max。即：
If> Ifh.max
因此，定时限过电流装置电流继电器的动作电流Idz.j 为：
Idz.j=(Kk.Kjx/Kf.Nlh).Ifh.max
式中
Kk------可靠系数，考虑到继电器动作电流的误差和计算误差而设。一般取为1.15～1.25Kjx------由于继电器接入电流互感器二次侧的方式不同而引入的一个系数。电流互感器为三相完全星形接线和不完全星形接线时
Kjx=1；如为三角形接线和两相电流差接线时Kjx= 1.732;
Kf-------返回系数，一般小于1；
Nlh------电流互感器的变比。
（5）动作时限的整定原则
为使过电流保护具有一定的选择性，各相临元件的过电流保护应具有不同的动作时间。
在线路XL-1、XL-2、XL-3的靠近电源端分别装有过电流保护装置1、2、3。当D1点发生短路时，短路电流由电源提供并流过保护装置1、2、3，当短路电流大于它们的整定值时，各套保护装置均启动。但按选择性的要求，应只由保护装置3（离故障点最近）动作于跳闸。在故障切除后，保护装置1、2返回。因此就必须使保护装置2的动作时间较保护装置1长一些；而保护装置3又要比保护装置2长一些，并依次类推，即：
t1> t2> t3
不难看出，各级保护装置的动作时限是由末端向电源端逐级增大的。也就是越靠近电源端，保护的动作时限越长，有如阶梯一样，故称为阶梯性时限特性。各级之间的时限均差一个固定的数值，称 其为时限级差D t。对于定时限过电流保护的时限级差D t 一般为0.5S;对于反时限的时限级差D t
一般为0.7S。可是，越靠近电源端线路的阻抗越小，短路电流将越大，而保护的动作时间越长。 也就是说过电流保护存在着缺陷。这种缺陷就必须由电流速断保护来弥补不可。
（6）过电流保护的保护范围
过流保护可以保护设备的全部，也可以保护线路的全长，还可以作为相临下一级线路穿越性故障的后备保护。
3. 电流速断保护
（1）什麽是电流速断保护
电流速断保护是一种无时限或略带时限动作的一种电流保护。它能在最短的时间内迅速切除短路故障，减小故障持续时间，防止事故扩大。
电流速断保护又分为瞬时电流速断保护和略带时限的电流速断保护两种。
（2）电流速断保护的构成
电流速断保护是由电磁式中间继电器(作为出口元件)、电磁式电流继电器(作为起动元件)、电磁式信号继电器(作为信号元件)构成的。它一般不需要时间继电器。常采用直流操作，须设置直流屏。电流速断保护简单可靠、完全依靠短路电流的大小来确定保护是否需要启动。它是按一定地点的短路电流来获得选择性动作，动作的选择性能够保证、动作的灵敏性能够满足要求、整定调试比较准确和方便。
（3）瞬时电流速断保护的整定原则和保护范围
瞬时电流速断保护与过电流保护的区别，在于它的动作电流值不是躲过最大负荷电流，而是必须大于保护范围外部短路时的最大短路电流。即按躲过被保护线路末端可能产生的三相最大短路电流来整定。从而使速断保护范围被限制在被保护线路的内部，从整定值上保证了选择性，因此可以瞬时跳闸。当在被保护线路外部发生短路时，它不会动作。所以不必考虑返回系数。由于只有当短路电流大于保护装置的动作电流时，保护装置才能动作。所以瞬时电流速断保护不能保护设备的全部，也不能保护线路的全长，而只能保护线路的一部分。对于最大运行方式下的保护范围一般能达到线路全长的50%即认为有良好的保护效果；对于在最小运行方式下的保护范围能保护线路全长的15%～20%，即可装设。保护范围以外的区域称为“死区”。因此，瞬时电流速断保护的任务是在线路始端短路时能快速地切除故障。
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