【正文】 本應動作切除故障，但由于某種原因，該處的繼電保護或斷路器拒絕動作，故障便 不能消除，此時如其前面一條線路 (靠近電源側 )的保護 5 能動作，故障也可消除。能起 保護 5 這種作用的保護稱為相鄰元件的后備保護。同理，保護 1 和 3 又應該作為保護 5和 7 的后備保護。按以上方式構成的后備保護是在遠處實現(xiàn)的，因此又稱為遠后備保護。 在復雜的高壓電網(wǎng)中，當實現(xiàn)遠后備保護在技術上有困難時，也可以采用近后備保護 的方式。即 當本元件的主保護拒絕動作時， 由本元件的另一套保護作為后備保護；當斷路 器拒絕動作時，由同一發(fā)電廠或變電所內的有關斷路器動作，實現(xiàn)后備。為此，在每一元 件上應裝設單獨的主保護和后備保護，并裝設必要的斷路器失靈保護。由于這種后備作用 是在主保護安裝處實現(xiàn)，因此，稱它為近后備保護。 應當指出，遠后備的性能是比較完善的，它對相鄰元件的保護裝置、斷路器、二次回 路和直流電源所引起的拒絕動作，均能起到后備作用， 同時它的實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，因此， 應優(yōu)先采用，只當遠后備 不能滿足要求時，才考慮采用近后備的方式。 2．速動性 。 快速地切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，縮小故障元件的損壞程度。因此，在發(fā)生故障時，應力求保護裝置能迅速動作切除故障。 動作迅速而同時又能滿足選擇性要求的保護裝置，一般都結構比較復雜，價格比較昂 貴。電力系統(tǒng)在一些情況下，允許保護裝置帶有一定的延時切除故障。因此，對繼電保護速動性的具體要求，應根據(jù)電力系統(tǒng)的接線以及被保護元件的具體情況來確定。下面列舉 一些必須快速切除的故障： (1)根據(jù)維持系 統(tǒng)穩(wěn)定的要求，必須快速切除的高壓輸電線路上發(fā)生的故障； (2)使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于允許值 (一般為 0． 7 倍額定電壓 )的故障； (3)大容量的發(fā)電機、變壓 2R 以及電動機內部發(fā)生的故障； (4) 1— 10kV 線路導線截面過小， 為避免過熱不允許延時切除的故障等； (5)可能危及人身安全、對通訊系統(tǒng)或鐵道號志系統(tǒng)有強烈干擾的故障等。 故障切除的總時間等于保護裝置和斷路器動作時間之和。一般的快速保護的動作時間 為 0． 06— 0． 12s，最快的可達 0． 01— 0． 04 s， —— 般的斷路器的動作時間為 0． 06— 0。15s，最快的可達 0． 02— 0。 06 s。 3．靈敏性 繼電保護的靈敏性，是指對于其保護范圍內發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力。 滿足靈敏性要求的保護裝置應該是在事先規(guī)定的保護范圍內部故障時，不論短路點的位 置、短路的類型如何， 以及短路點是否有過渡電阻，都能敏銳感覺，正確反應。保護裝置的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)來衡量，它主要決定于被保護元件和電力系統(tǒng)的參數(shù)和運行方 式。在原水利電力部頒發(fā)的《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》 SDJ6— 83 中，對各類保護 靈敏系數(shù)的要求都作了具體規(guī)定 (參見附錄二 )。關于這個問題在以后各章中還將分別予 以討論。 4．可靠性 保護裝置的可靠性是指在該保護裝置規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了它應該動作的故障時， 它不應該拒絕動作，而在任何其他該保護不應該動作的情況下，則不應該誤動作。 可靠性主要指保護裝置本身的質量和運行維護水平而言。一般說來，保護裝置的組成 元件的質量越高、接線越簡單、回路中繼電器的觸點數(shù)量越少，保護裝置的工作就越可靠。 同時，精細的制造工藝、正確地調整 試驗、良好的運行維護以及豐富的運行經(jīng)驗，對于提 高保護的可靠性也具有重要的作用。 繼電保護裝置的誤動作和拒絕動作都會給電力系統(tǒng)造成嚴重的危害。但提高其不誤動 的可靠性和不拒動的可靠性的措施常常是互相矛盾的。由于電力系統(tǒng)的結構和負荷性質的 不同，誤動和拒動的危害程度有所不同，因而提高保護裝置可靠性的著重點在各種具體情況下也應有所不同。例如當系統(tǒng)中有充足的旋轉備用容量、輸電線路很多、各系統(tǒng)之間和電 源與負荷之間聯(lián)系很緊密時， 由于繼電保護裝置的誤動作，使發(fā)電機變壓器或輸電線切除而給電力 系統(tǒng)造成的影響可能很小。但如果發(fā)電機變壓器或輸電線故障時繼電保護裝置拒 絕動作．將會造成設備的損壞或系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，損失是巨大的。在此情況下，提高繼電 保護不拒動的．可靠性比提高不誤動的可靠性更為重要。但在系統(tǒng)中旋轉備用容量很少及各系統(tǒng)之間和電源與負荷之間的聯(lián)系比較薄弱的情況下， 由于繼電保護裝置的誤動作使發(fā)電機、變壓器或輸電線切除時，將會引起對負荷供電的中斷，甚至造成系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，損 失是巨大的。而當某一保護裝置拒動耐，其后備保護仍可以動作而切除故障。因此，在這 種情況下，提高保護裝置 不誤動的可靠性比提高其不拒動的可靠性更為重要。由此可見， 提高保護裝置的可靠性應根據(jù)電力系統(tǒng)和負荷的具體情況采取適當?shù)拇胧? 為了便于分析繼電保護裝置的可靠性，在有些文獻中將繼電保護不誤動的可靠性稱為 “安全性”，而將其不拒動和不會非選擇性動作的可靠性稱為“可信賴性”，意指保護裝置的動作行為完全依附于電力系統(tǒng)的故障情況。安全性和可信賴性基本上都屬于可靠性的范疇，因此本書仍沿用我國傳統(tǒng)的四個基本要求 (或稱“四性” )的提法。 以上四個基本要求是分析研究繼電保護性能的基礎，也是貫穿全課程的 一個基本線 索。在它們之間， 既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一，面。繼電保護的科學研究、設計、制造和運行的絕大部分工作也是圍繞著如何處理好這四個基本要求之間的辨證 統(tǒng)一關系而進行的，在學習這門課程時應注意學習和運用這樣的思考和分析方法。 選擇繼電保護方式除應滿足上述的基本要求外，還應該考慮經(jīng)濟條件。首先應從國民 經(jīng)濟的整體利益出發(fā)，按被保護元件在電力系統(tǒng)中的作用和地位來確定保護方式，而不能 只從保護裝置本身的投資來考慮，這是因為保護不完善或不可靠而給國民經(jīng)濟造成的損 失 ，一般都遠遠超過即使是最復雜的保護裝置的投資。但要注意對較為次要的數(shù)量很多的 電氣元件 (如小容量電動機等 )，也不應該裝設過于復雜和昂貴的保護裝置。 四、電力系統(tǒng)繼電保護工作的特點 繼電保護在電力系統(tǒng)中的作用及其對電力系統(tǒng)安全連續(xù)供電的重要性，要求繼電保護 必須具有一定的性能、特點，因而對繼電保護工作者也應提出相應的要求。繼電保護的主 要的特點及對保護工作者的要求如下。 (1)電力系統(tǒng)是由很多復雜的一次主設備和二次保護、控制、調節(jié)、訊號等輔助設 備組成的一個有機的整體。 每個設備都有其特有的運行特性和故障時的工作行為。任一設 備的故障都將立即引起系統(tǒng)正常運行狀態(tài)的改變或破壞，給其他設備以及整個系統(tǒng)造成不 同程度的影響。因此，繼電保護的工作牽涉到每個電氣主設備和二次輔助設備。這就要求繼電保護工作者對所有這些設備的工作原理、性能、參數(shù)計算和故障狀態(tài)的分析等有深刻地 理解，還要有廣泛的生產(chǎn)運行知識。此外對于整個電力系統(tǒng)的規(guī)劃設計原則、運行方式制 訂的依據(jù)、電壓及頻率調節(jié)的理論、潮流及穩(wěn)定計算的方法以及經(jīng)濟調度、安全控制原理 和方法等都要有清楚的概念。對于初學這 門課程的學生，要求首先熟悉掌握電工原理、電 機學及先行的各專業(yè)課程中講授的主要內容。 (2)電力系統(tǒng)繼電保護是一門綜合性的科學，它奠基于理論電工，電機學和電力系 統(tǒng)等基礎理論，還與電子技術、通訊技術、計算機技術和信息科學等新理論新技術有著密切的關系。縱觀繼電保護技術的發(fā)展史，可以看到電力系統(tǒng)通訊技術上的每一個重大進展 都導致了一種新保護原理的出現(xiàn)，例如高頻保護和微波保護等；每一種新電子元件的出現(xiàn) 也都引起了繼電保護裝置的革命。由機電式繼電器發(fā)展到晶體管保護裝置、集成電路式 保 護裝置并向計算機保護的方向過渡，就充分說明了這個問題。可以預見，微處理機的迅速 發(fā)展和實用化與計算機在電力系統(tǒng)調度控制自動化方面的應用， 以及光導纖維通訊和信息網(wǎng)絡的實現(xiàn)都將使繼電保護技術的面貌發(fā)生根本的變化。在繼電保護的設計、制造和運行 方面都將出現(xiàn)一些新的理論、新的概念和新的方法。由此可見，繼電保護工作者應密切注 意相鄰學科中新理論、新技術、新材料的發(fā)展情況，積極而慎重地運用各種新技術成果， 不斷發(fā)展繼電保護的理論，提高其技術水平和可靠性指標，改善保護裝置的性能， 以保證電 力系統(tǒng)的安全運行。 (3)繼電保護是一門理論和實踐并重的學科。為掌握繼電保護裝置的性能及其在電 力系統(tǒng)故障時的動作行為，既需運用所學課程的理論知識對系統(tǒng)故障情況和保護裝置動作 行為進行分析，還需對繼電保護裝置進行實驗室試驗、在電力系統(tǒng)動態(tài)模型上試驗、現(xiàn)場 人 I 故障試驗以及在現(xiàn)場條件下的試運行。僅有理論分析不能認為對保護性能的了解是充 分的。只有經(jīng)過各種嚴格的試驗，試驗結果和理論分析基本一致，并滿足預定的要求，才 能在實踐中采用。因此，要搞好繼電保護工作不僅要善于對復雜的系統(tǒng)運行和 保護性能問 題進行理論分析，還必須掌握科學的實驗技術，尤其是在現(xiàn)場條件下進行調試和實驗的技 術。 (4)繼電保護的工作稍有差錯，就可能對電力系統(tǒng)的運行造成嚴重的影響，給國民 經(jīng)濟和人民生活帶來不可估量的損失。國內、外幾次電力系統(tǒng)瓦解，進而導致廣大地區(qū)工、 *業(yè)生產(chǎn)癱瘓和社會秩序混亂的嚴重事故，常常是一個繼電保護裝置不正確動作引起的。 因此繼電保護工作者對電力系統(tǒng)的安全運行肩負著重大的責任。這就要求繼電保護工作者 月有高度的責任感，嚴謹細致的工作作風，在工作中樹立可靠性第一的思 想。此外，還要 求他們有合作精神，主動配合各規(guī)劃、設計和運行部門分析研究電力系統(tǒng)發(fā)展和運行情況， 了解對繼電保護的要求， 以便及時采取應有的措施，確保繼電保護滿足電力系統(tǒng)安全運行的要求。 五、繼電保護的發(fā)展簡史 繼電保護技術是隨著中力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的。電力系統(tǒng)中的短路是不可避免的。 短路必然伴隨著電流的增大，因而為了保護發(fā)電機免受短路電流的破壞，首先出現(xiàn)了反應 電流超過一預定值的過電流保護。熔斷器就是最早的、最簡單的過電流保護。這種保護方 式時至今日仍廣泛應用于低 壓線路和用電設備。熔斷器的特點是融保護裝置與切斷電流的 裝置于一體，因而最為簡單。由于電力系統(tǒng)的發(fā)展，用電設備的功率、發(fā)電機的容量不斷 )9 大，發(fā)電廠、變電站和供電網(wǎng)的結線不斷復雜化， 電力系統(tǒng)中正常工作電流和短路電流都不斷增大，熔斷器已不能滿足選擇性和快速性的要求，于是出現(xiàn)了作用于專門的斷流裝 R(斷路器 )的過電流繼電器。上個世紀 90 年代出現(xiàn)了裝于斷路器上并直接作用于斷路器 69 一次式 (直接反應于一次短路電流 )的電磁型過電流繼電器。本世紀初隨著電力系統(tǒng)的 ￡展，繼電器才開始廣泛應用于電力系 統(tǒng)的保護。這個時期可認為是繼電保護技術發(fā)展的 開端。 1901 年出現(xiàn)了感應型過電流繼電器。 1908 年提出了比較被保護元件兩端電流的電流差 ④保護原 @。 1910 年方向性電流保護開始得到應用，在此時期也出現(xiàn)了將電流與電壓相比 9 的保護原理，并導致了本世紀 20 年代初距離保護裝置的出現(xiàn)。隨著電力系統(tǒng)載波通訊 a9 發(fā)展，在 1927 年前后，出現(xiàn)了利用高壓輸電線上高頻載波電流傳送和比較輸電線兩端功 率方向或電流相位的高頻保護裝置。在 50 年代，微波中繼通訊開始應用于電力系統(tǒng)，從而 出 m7 利用微波傳送和比較輸電線 兩端故障電氣量的微波保護。早在 50 年代就出現(xiàn)了利用 N 障點產(chǎn)生的行波實現(xiàn)快速繼電保護的設想，經(jīng)過 20 余年的研究，終于誕生了行波保護裝 置。顯然，隨著光纖通訊將在電力系統(tǒng)中的大量采用，利用光纖通道的繼電保護必將得到廣泛的應用。 以上是繼電保護原理的發(fā)展過程。與此同時，構成繼電保護裝置的元件、材料、保護 裝置的結構型式和制造工藝也發(fā)生了巨大的變革。 50 年代以前的繼電保護裝置都是由電磁型、感應型或電動型繼電器組成的。這些繼電器都具有機械轉動部件，統(tǒng)稱為機電式繼電器。由這些繼電器組成的繼電保護 裝置稱為機電式保護裝置。機電式繼電器所采用的元件、 材料、結構型式和制造工藝在近 30 余年來，經(jīng)歷了重大的改進，積累了豐富的運行經(jīng)驗，工作比較可靠，因而目前仍是電力系統(tǒng)中應用很廣的保護裝置。但這種保護裝置體積大， 消耗功率大，動作速度慢，機械轉動部分和觸點容易磨損或粘連，調試維護比較復雜，不能滿足超高壓，大容量電力系統(tǒng)的要求。 本世紀 50 年代， 由于半導體晶體管的發(fā)展，開始出現(xiàn)了晶體管式繼電保護裝置。這種護裝置體積小，功率消耗小，動作速度快，無機械轉動部分，稱為電子式靜態(tài)保 護裝置。 晶體管保護裝置易受電力系統(tǒng)中或外界的電磁干擾的影響而誤動或損壞，當時其工作可靠性低于機電式保護裝置。但經(jīng)過 20 余年長期的研究和實踐，抗干擾問題從理論上和實踐上都得到了滿意的解決，使晶體管繼電保護裝置的正確動作率達到了和機電式保護裝置同樣 的水平。 7