「科普」什么是繼電保護(hù)？原理和基本要求有哪些？

　　具體來講，什么是繼電保護(hù)呢?

　　研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況，以探討其對(duì)策的反事故自動(dòng)化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼電器來保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件(發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等)，使之免遭損害，所以也稱繼電保護(hù)?；救蝿?wù)是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號(hào)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(duì)相鄰地區(qū)供電的影響。

　　繼電保護(hù)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(hù)，這時(shí)期是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的開端。最早的繼電保護(hù)裝置是熔斷器。

從20世紀(jì)50年代到90年代末，在40余年里，繼電保護(hù)完成了發(fā)展的4個(gè)階段，即從電磁式保護(hù)裝置到晶體管式繼電保護(hù)裝置、到集成電路繼電保護(hù)裝置、再到微機(jī)繼電保護(hù)裝置。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jìn)化規(guī)模、模糊邏輯等相繼在繼電保護(hù)領(lǐng)域的研究應(yīng)用，繼電保護(hù)技術(shù)向計(jì)算機(jī)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(hù)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(hù)裝置。雖然在1928年電子器件已開始被應(yīng)用于保護(hù)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(shí)現(xiàn)。靜態(tài)繼電器有較高的靈敏度和動(dòng)作速度、維護(hù)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、體積小、消耗功率小等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)算機(jī)的數(shù)字式繼電保護(hù)。大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，極大地推動(dòng)了數(shù)字式繼電保護(hù)技術(shù)的開發(fā)，目前微機(jī)數(shù)字保護(hù)正處于日新月異的研究試驗(yàn)階段，并已有少量裝置正式運(yùn)行。

　　繼電保護(hù)的基本原理

　　繼電保護(hù)裝置必須具有正確區(qū)分被保護(hù)元件是處于正常運(yùn)行狀態(tài)還是發(fā)生了故障，是保護(hù)區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的功能。保護(hù)裝置要實(shí)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(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負(fù)荷電流增大至大大超過負(fù)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(shí)，系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點(diǎn)，電壓越低。

　　(3)電流與電壓之間的相位角改變。正常運(yùn)行時(shí)電流與電壓間的相位角是負(fù)荷的功率因數(shù)角，一般約為20°，三相短路時(shí)，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(hù)反方向三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角則是180°+(60°～85°)。

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

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

　　利用短路故障時(shí)電氣量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù)。

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