简述继电保护的基本原理范文第1篇

关键词 故障录波；动作逻辑；离线回放；可缩放矢量图形

中图分类号TM77 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）100-0170-03

0 引言

故障录波是电力系统故障分析和保护动作行为评价不可缺少的依据[1]。随着继电保护相对复杂的保护原理的应用，目前的COMTRADE录波[2] 仅包含原始的采样数据及部分开关量信息已经不足以准确反映保护动作行为；其次，过去建设的继电保护故障信息系统仅完成继电保护定值、动作事件信息及故障录波的收集，不论厂站端的继电保护工作站还是调度主站只能拼凑各分散的数据信息，还原故障发展过程中继电保护动作行为，结合相关设备保护原理说明，从而对其评价，这样极大增加了继电保护技术人员分析的难度。

本文所提出的基于XML（可扩展标记语言）扩展定义了继电保护装置COMTRADE故障录波文件，以时间轴同步方式记录经继电保护数字滤波、采样算法处理后的模拟量数据和保护元件中间逻辑变量状态，并增加保护定值、顺序事件记录、采样数据品质等，保证了继电保护保护装置comtrade故障录波文件的数据完备性。

同时提出了利用Qt[3]跨平台技术和基于XML的SVG[4，5]图形存储方法的智能录波分析系统， 通过保护装置记录的comtrade文件，将故障录波信息和保护逻辑图信息进行综合分析，全景显示故障过程中保护元件的实时状态，在波形反演的同时，动态显示开关量信息，事件以及元件逻辑状态，并根据保护元件特点提供相应的动作轨迹，为继电保护技术人员提供更加完善的故障信息。同时就本方案推广应用的前景及需要解决的一些问题进行了探讨。

1 COMTRADE录波文件的扩展定义

COMTRADE故障录波是IEEE标准中的电力系统暂态数据交换通用格式，也是目前继电保护装置上送后台监控或者继电保护及故障信息系统中的标准故障录波格式，本文提出的扩展定义是兼容COMTRADE格式的，保证了其通用性。

1.1 COMTRADE格式介绍

每一个COMTRADE记录通常都包含以下4个文件：

1）标题文件Header，后缀名为.hdr

标题文件的格式采用ASCII，但其内容没有明确的要求。

2）配置文件Configuration，后缀名为.cfg

配置文件为一种ASCII文本文件，用于描述数据（.DAT）文件的格式，包括采样速率、通道数量、频率、通道信息等，其格式不能修改。

3） 数据文件Data，后缀名为.dat

数据文件包括每个输入通道采样及开关量的数据，和其对应的顺序号、时间标志。

4） 信息文件Information，后缀名为.inf

信息文件为可选文件，通常继电保护的录波中不包含此文件。

1.2 继电保护动作过程数据

继电保护根据采样的实时数据，经过数字滤波，按照不同保护原理及功能要求，进行不同的有效值计算方法后，与保护定值比较后，判别保护逻辑，结合延时元件，并最终控制跳闸继电器动作出口。

如果需要全景展示继电保护的动作过程，就必须在故障录波中记录保护定值及动作事件、开关量状态、实时采样数据、数字滤波及有效值算法处理后数据、保护元件中间逻辑状态等。其中开关量状态和实时采样数据在目前的COMTRADE的数据文件（.dat）中已经记录，保护定值及动作事件可在COMTRADE录波中的标题文件（.hdr）中描述。

对于数字滤波和有效值计算等采样算法处理后数据也可增加到数据文件（.dat）中，但是对于多间隔保护，采样输入通道较多时，将会大量增加数据文件（.dat）的大小，造成录波文件过大，不利于远方传输和存储。

而对于继电保护动作过程来说，有效值计算等数据通常用于比较一个定值或者固定门槛，当其大小关系发生变化时才会影响保护逻辑，保护的中间逻辑变量也是当延时元件或者其他元件变化后才会随之改变，因此对于数字滤波和有效值计算等采样算法处理后数据可采用越限记录的方式，设定越限门槛后记录数据，而对于保护中间逻辑变量采用变位记录的方式，这样可以即保证录波数据的完善，也不额外增加过多的数据存储空间。目前COMTRADE尚不支持越限记录及变位记录数据保存，因此就必须对于COMTRADE文件进行扩展。

1.3 COMTRADE的扩展方式

对于COMTRADE的扩展定义，主要解决越限记录及变位记录数据的保存，同时结合基于XML的SVG图形存储方法的要求，对于继电保护复杂逻辑图的图形化描述，使其脱离保护装置及具体原理来实现保护逻辑的可视化。

1）保护中间数据文件（.mid）

保护中间数据文件用于记录经继电保护处理后的采样数据及逻辑中间变量状态，与原有的数据文件（.dat）采用相同的时间轴，记录的数据仅当数据越限或者状态变位时存储。

2）逻辑图描述文件（.des）

逻辑图描述文件基于XML的SVG图形存储方法，对于继电保护中以功能为元件的逻辑图进行描述，包括类似比率制动曲线及阻抗圆特性图形，同时与保护中间数据文件（.mid）和数据文件（.dat）进行逻辑关联。

下面以变压器纵差保护功能为例，说明逻辑图描述文件（.des）的格式和内容。

SVG（可缩放矢量图形）已经包括了线条、矩形、圆形、路径、折线等图形元素，但从图1中可以看到对于一个保护逻辑图来说，不仅仅包括图形的描述，还有与门、或门、非门等逻辑关系的描述，下面以SVG中提供的线条图形元素，示例介绍其扩展描述方法： 其中，x1属性表述在X轴定义线条的开始，y1属性表述在Y轴定义线条的开始，x2属性表述在X轴定义线条的结束，y2属性表述在Y轴定义线条的结束，style属性描述线条的样式，这些都是在SVG中规范了的，在本文介绍的实现方法中图形描述文件需要和中间数据文件进行逻辑关联，因此增加了唯一的id属性。

对于与门、或门、非门等逻辑关系的描述，增加function属性，例：

< function="OR， A相比率差动元件动作， B相比率差动元件动作， C相比率差动元件动作” />，其中function属性为逻辑运算，OR表示为或门计算，A相比率差动元件动作， B相比率差动元件动作， C相比率差动元件动作分别为或门计算的三个逻辑标识。

按照类似的方式SVG也可描述继电保护中差动比率制动曲线及阻抗圆特性等图形。

2 录波分析系统设计

在保护装置按照上述扩展方式，保护装置在故障发生时，就能够保存具备完整继电保护动作过程信息的COMTRADE录波文件，在基于IEC61850通信规约的变电站中，保护装置触发扰动数据变化，监控后台或者保护信息子站通过MMS（制造报文规范）的文件服务，将保护装置的COMTRADE录波文件接收、保存，并上送至主站端用于远方调度进行故障分析。

由于目前变电站中厂站端的监控后台系统、继电保护工作站以及远方调度主机采用不同的操作系统，因此也必须设计跨平台的录波分析系统，提高兼容性。

本文提出的录波分析系统基于Qt跨平台技术，按照层次构架可划分为管理模块，逻辑模块和分析模块，见图2。

管理模块主要完成数据提取，数据写入功能，进行COMTRADE标准原始数据的采集，并存储所有逻辑元件在整个故障过程中的对应实时采样点的实际值。

逻辑模块主要用来完成各种业务规则和逻辑的实现，负责对通过管理模块读取的数据进行逻辑运算和处理。

分析模块为客户端提供实现功能的接口，按照系统功能对模块的需要，进行进一步的封装。

2.1 管理模块

管理模块采用一个list对象存储每个采样时刻对应的所有模拟通道和数字通道量，并将每个采样点对应的所有值存入另一个采样list队列，这样可以使用容器处理等方法动态地实现数据增加和删除，方便的获取任意时刻任意通道的值。

2.2 逻辑模块

逻辑模块起着数据交换，承上启下的关键作用，是系统架构中的核心部分。它对管理模块读取的组态文件和数据文件进行封装，对分析模块提供了数据访问接口，改变上层的设计对于其调用的底层而言没有任何影响。逻辑模块对管理模块数据进行封装，并对分析模块提供相应的接口。

2.2.1 事件、开关量接口

利用泛型算法为故障过程中事件、开关量变位状态排序，为表示层随波形播放显示事件，开入，开出等提供数据支撑。以list形式存储事件序列，故障发生时开关量，故障发生后开关量的变化序列，本次故障发生时的定值清单等。

2.2.2 逻辑图显示接口

逻辑图文件采用基于XML格式的可缩放矢量图形SVG图形存储技术。SVG以及SVG中的物件元素完全可以接受外部事件的驱动，因此本系统利用SVG动态显示逻辑图，元件状态由当前采样点和所关联通道驱动。

2.2.3 逻辑图元件算法接口

每个逻辑元件除了可以直接关联某个逻辑通道，并且可以根据自身的元件类型拥有自己的算法，这样，保护人员除了可以得知任意时刻元件的实事值外，还可以对当前值进行逻辑运算，以查看是否满足特殊要求，并且方便表示层勾勒动态曲线。

2.3 分析模块

分析模块位于系统最上层，实现了各种数据和波形的显示，为用户提供了交互式的操作，该系统图形界面使用Qt实现。

2.3.1 波形及分析显示

包括通道波形显示，通道叠加等基本功能，提供谐波分析，向量显示等功能，同时支持录波播放，实时刷新各通道电气量。

2.3.2 逻辑图及分析曲线显示

该系统在传统分析的基础上，把整个装置的保护逻辑以图形方式展示给用户，提供了故障当前的定值，故障过程中事件和开关量的变化过程，故障简况，完整地显示整个故障过程中每个时刻保护元件的状态以及逻辑算法结果，并且在此基础上，配置相关智能分析保护动作轨迹曲线，使专业人员能够快捷，准确地分析故障情况，采取有效的处理措施。

3 应用前景

3.1 保护逻辑描述的标准化

本文提出的继电保护COMTRADE录波文件扩展方法，在实际应用中还需要解决信息记录标准化等问题，提高其通用性。

如果不同设备供应商对于相同保护逻辑描述的粒度不同，就无法进行相同故障过程中保护动作行为比对，或者保护逻辑描述过于简单，其动作过程也没有参考价值；反之如果保护逻辑描述过于详细，反而增加了分析的复杂性。因此描述方法和描述粒度的标准化是本方案具备实用性及通用性的前提。

保护逻辑描述粒度的选择既要考虑通用性，也要兼顾保护原理的差异。例如对于线路距离保护，可按照保护启动元件、阻抗计算元件、振荡闭锁元件、方向元件、选相元件、延时元件、跳闸元件、重合闸元件等，分别描述相关逻辑变量和主要计算数值的变化过程，对于阻抗元件还可增加图形化描述。

3.2 录波分析系统的集成应用

本文中提出的跨平台录波分析系统由于其良好的扩展性和兼容性[8]，可以子系统方式集成于厂站端的工作站和各级主站不同的调度管理系统，以及继电保护培训系统中，使其满足不同的功能需求。

3.2.1 厂站端

当变电站发生故障后，相关运行维护人员可通过厂站端的继电保护工作站或者监控后台中中集成的录波分析子系统查看故障简况，本站内继电保护动作元件以及相应的故障电流、故障电压，初步判别故障位置及保护动作行为正确性。

3.2.2 调度主站

在各级调度主站中，本系统可集成于现有的故障信息管理系统或者正在建设的D5000调度技术支持系统中，故障发生后调度管理部门便能够及时查看厂站端相同的信息外，还能利用该录波分析系统中并比功能，查看对线路两侧保护装置以及不同生产厂商的设备动作过程，准确评价保护动作行为。

3.2.3 继电保护培训系统

随着微机保护的应用，降低了保护设备调试难度，但保护元件的逻辑关系不再像传统电磁型保护直观，不利于继电保护专业技术人员的技能培训，本系统可集成于继电保护仿真培训系统中，可视化展示保护元件动作过程，缩短培训周期，提高培训效率。

4 结论

本文提出了基于XML的SVG图形存储技术对COMTRADE录波文件进行扩展的方法，使得保护装置录波数据能够保存其动作过程的全景数据，并基于Qt跨平台技术设计了与之配合的智能故障分析系统，在保留传统故障录波系统的基本功能的同时，实现了保护动作逻辑状态序列和保护动作轨迹的动态显示，满足了调度人员、继保人员和运行人员的不同需求。该实现方案及录波分析系统已经在浙江某220kV智能变电站投入使用，取得了良好效果。

参考文献

[1]赵有铖，赵曼勇，贺春，等.继电保护故障信息系统建设经验谈[J].继电器，2006，34（6）：64-66，70.

[2]IEEE Std C37.111-1991，IEEE standard common format for transient data exchange （COMTRADE） for power systems[S].

[3]蔡志明，卢传富，李立夏，等.精通Qt4编程[M].北京：电子工业出版社.

[4]郭创新，齐旭，朱传柏，等.基于SVG的电力调度图形支撑平台设计与实现[J].电力系统及其自动化学报，2007，19（2）：28-34.

[5]宋善德，熊展志，李卫国，等.基于SVG的矢量图形编辑器的设计与实现[J].计算机工程与科学，2003，25（2）：91-94.

[6]闫荣艳，窦晓波，胡敏强，等.故障录波数据统一管理分析平台的设计与实现[J].江苏电机工程，2009，28（1）：5-8.

简述继电保护的基本原理范文第2篇

关键词：暂态量；保护；高频；行波；差动；新式算法（prony）

中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

现在国内电网的趋势为全国形成一个大的互联网络，为此，关于大容量、远距离、特高压和超高压输电的研究越来越成为必须。对于特高压以及超高压输电线路而言，它的两端通常连接着大系统，具有较远的输送距离以及较大的传输功率，因而对其上的继电保护提出了更高的要求，来提高系统的暂态稳定性。

现在继电保护中发挥着极其重要作用的传统型继电保护考虑的量为工频的相关电气量，但是随着对于电力系统的逐步增高的要求以及各项技术（通信、计算机及DSP等方面）的发展，对于故障过程中的基于暂态量的继电保护越来越为人们所认识和重视，做更深层次的研究。本文中，介绍了基于暂态量的继电保护的相关背景知识、相关原理以及分类等方面的内容，一种基于新算法的暂态量的保护在本文中得到探讨研究。

1 应用于输电线路基于暂态量的继电保护相关背景知识

暂态，即瞬态，是由于电路中的储能元件的存在，在电路分合瞬间产生的对应瞬时的状态。输电线路在发生故障瞬间，会产生持续时间很短暂的瞬态过程。

传统型继电保护考虑的量为工频的相关电气量，保护装置的整定值都是根据工频电气量而设定的，但是当线路发生故障时，由于存在着暂态分量，使工频下电压及电流波形畸变，在这种情况下，极易发生保护误动作[1]。为此，基于暂态量的继电保护被提出。电力输送线路发生故障时会产生含有很多表征故障信息的故障信号，例如位置、所属类型等等。

应用于输电线路的基于暂态量的继电保护具有很多优良特性，例如保护的快速性，在系统振荡时不会受到很明显的影响等。在分析得到故障信息后，不仅可以实现保护，还可以实现测距以及自动重合闸等其他功能，具有很强的实用性。为此，对于超、特高压输电线路而言，基于暂态量的保护的研究成为必须，成为研究关注的焦点。

另外，在硬件方面，光纤作为传输媒介的传输方式、互感器的一个新应用——光电互感器、全球定位系统GPS及数字信号处理DSP及其例如小波、prony新算法等相关知识及技术的发展都是基于暂态量的输电线路的根本保证[2]。

2 应用于输电线路中的基于暂态量的继电保护研究现状

当今最通用的关于基于暂态量的继电保护的分类为两类，即基于行波的继电保护以及基于高频分量的继电保护。

2.1 基于行波的继电保护

最开始应用于输电线路中的基于暂态量的继电保护是基于行波的继电保护，该保护的根本判别根据是故障瞬间行波的相关特征，例如幅值、极性以及反射特点等 [3]。基于行波的方法的优点是速度极快、很强的抗干扰能力以及检测时间极短。

基于行波的继电保护根据原理以及装置分类，有极性比较式、差动、方向等保护。本文对一个具有代表性的基于行波的继电保护——差动保护进行介绍。

2.1.1基于行波的继电保护基本原理及特点（以差动保护为例）

如图1所示，在线路M端输出的行波经过一定的时延后到达N端，并不会发生改变。将MN两端的正向行波差值与设定的整定门槛值进行比较，来判断保护区域内，是否发生故障，这是差动保护的基本原理说明 [4-5]。

图1 行波在电力输送线上分布

此类差动保护具有简单易懂、判别故障较为容易，根据行波信息容易判别出是否故障。但是采用此类差动保护，忽略了衰减特性，具有一定的理想性，对线路两端行波的同时性要求较高，传输通道要求较为严格，这些限制了它的发展。

2.1.2 基于行波的继电保护存在的局限性及研究重难点

首先，一方面由于在故障发生的瞬时，电压的初相角并不能确定，另一方面，行波的反射与母线所连接故障线路数目有很大关联，而母线结构对于我们是不确定的。以上两个方面造成了行波信号的幅值等不确定，从而影响判别。

其次，由于某些特殊情况下例如谐波和雷击等因素产生的谐波行波的特征类似于故障行波，很难把它们做明显区分，这样极易造成保护误动作。

由于前面问题的存在，如果解决，仍是个严峻的考验，如何避免这些情况并进行改正仍需要做进一步研究。

2.2 基于高频信号的继电保护

与基于行波的继电保护方式类似，基于高频分量的继电保护方式也具有简单、极易判断故障等优点。在初始角较小的情况下，性能更优于基于行波的继电保护方式。基于高频分量的继电保护按照数学处理方式不同分类，有小波算法、prony算法和形态学等保护。本部分对一个具有代表性的基于高频分量的继电保护方法新算法——prony算法保护进行介绍。

2.2.1基于行波的继电保护基本原理及特点（以新算法prony为例）

最初为了分析气体膨胀相关原理而提出的prony算法起源于1795年，它主要针对指数（复数）衰减，建立这样一种数学模型，将对象进行线性组合，来模拟一类数据，该类数据采样方法为等间隔采样，后期对于此类方法进行改善，可以应用于信号相关特征值进行估计[6]。

与传统的算法相比较而言，新算法（prony算法）的性能更优良，这是因为它更切实际，更符合实际故障运行情况。如图2所示为基于高频分量的新算法（prony）流程图。

图2 基于高频分量的新算法（prony）流程图

基于高频分量的新算法（prony）具有很多优良特征，例如，在噪声情况下并不会影响信号的提取，对于表征暂态过程具有全面性，具有极高的精度等等。

2.2.2基于高频分量的继电保护存在的局限性及研究重难点

同基于工频分量的继电保护比较而言，应用于高压传输线上的基于高频分量的保护有很多优良性能，但与此同时，仍存在着相关问题及局限性限制其发展，主要表现在以下几个方面：

1）继电保护在整定过程中，相关原则还需要完善和改进，如今的理论基础还不够行成共识；

2）在暂态过程中的提取信号分量仍是研究的重难点，来满足继保的相关要求；

3）在某些方面的研究仍处于基础阶段，并未形成一个系统性的工作，并且，为满足可靠性要求仍是一个难点，例如，故障选相等方面都有待进一步深入研究。

3 应用于输电线路的基于暂态量的继电保护前景展望

对于高电压输电线路而言，利用某些新型的信号提取、处理方法，例如基于高频的继电保护新算法（prony）等，对于满足继保特性要求都具有优良特性。

随着各项高新技术（通信、计算机及DSP等方面）的发展，继电保护的集成化发展已经成为必然趋势，将这些新技术的优点进行优化组合，综合各技术的优势，来分析暂态过程量以及处理相关问题是今后研究的一个方向。

由于仍需要解决某些存在问题，应用于输电线路的暂态量保护的研究仍处于试验阶段。但是，目前基于暂态量的继电保护研究越来越成熟以及相关知识水平的不断提高，基于暂态量的保护一定能不断取得突破性进展，并在实践中得到广泛应用。

4 总结

我国的电网的发展趋势为利用特、超高压传输线联结电网，为此对于继电保护的要求更高更严，传输线上的暂态量保护正在逐渐成为研究关注的焦点。暂态量保护应用于特、超高压系统中具有很多独特的优势，同时，在应用中，仍有很多方面需要改进和完善。本文对于当今比较完善的两种暂态量保护进行了介绍，它们分别为高频暂态保护以及行波保护，然后阐述了关于行波保护中的差动保护以及基于一种新的算法（prony）的高频保护的相关知识（原理、优缺点等），最后对暂态量保护的产生背景以及相关的需要改进和完善的方面及发展前景进行了阐述和介绍。

参考文献

[1] 黄少锋,王兴国,刘千宽. 一种基于固有频率的长距离输电线路保护方案[J]. 电力系统自动化,2008，32（8）:59-63 .

[2] 夏明超,黄益庄,王勋. 高压输电线路暂态保护的发展与现状[J]. 电网技术, 2002,36(11):65-69.

[3] 杜刚,桂林,党晓强. 高压电力传输线行波保护技术原理综述[J]. 四川电力技术,2008, 31(1)：26-29 .

[4] 董新洲,葛耀中,贺家李. 输电线路行波保护的现状与展望[J]. 电力系统自动化, 2000, 5 :56-60.

[5] 罗四倍,段建东,张保会. 基于暂态量的EHV/UHV输电线路超高速保护研究现状与展望[J]. 电网技术, 2006,30(22) :32-41.

简述继电保护的基本原理范文第3篇

【关键词】电网 广域继电保护 故障 元件判别

在我国，经常有大面积停电事故发生，其主要原因是电网运行过程中，继电保护设备出现了一定问题，包括误动作等。另外，在传统继电保护装置的结构设计上十分复杂，并且采用离线方式进行保护值的确定。对于继电保护装置来说，既要能满足检测电网故障的敏感性，又要符合一定的选择性。但是传统的继电保护设备缺乏较高的灵敏度和选择性，导致其难以满足电网对其的需求。

1 传统继电保护的弊端

1.1 传统继电保护所存在的误动作风险

如果继电保护装置中存在一定的错误，电网的正常运行就会受到一定的影响，严重时，甚至发生重大事故。在运行过程中，使用传统的继电保护装置，就很有可能存在一定的潜在弊端，其问题主要发生在运行的过程中。在运行过程中，因为电网的结构突然发生一定的改变，负荷潮流出现转移，这就会使继电保护装置发生突然的跳闸现象。从原理的角度上看，继电保护装置自身所具有的保护功能的产生，主要是因为其自身具备一定的储存信息。电网在运行的过程中，如果出现相应的违背信息，跳闸保护功能就会开启。但是，在实际运行过程中，当电网还处在正常运行状态下，并没有发生故障。要想保证继电保护装置对电网运行状况做出正确的判断，就一定要取得系统运行的更多信息以及保护设备区域所具备的各种信息，从而防止继电保护装置出现误动作。

1.2 后备保护性能欠缺

针对现代化电网运行现状来看，传统继电保护装置的后备保护装置已经不能满足其需要。在传统保护装置中看，其中的整定配装置存在着一定的局限性。尤其是在运行方式上，如果出现幅度较大的改变，即便此时电网的运行状态是正常的，还是会发生跳闸现象。如果网架结构发生了比较大的改变，继电保护装置就会接到相应的信息，这种情况下，就会使系统中所存储的信息与实际不符，从而导致误动现象发生。当后备保护丧失了有效性，还有可能使时间被延长，如果因为这样的原因产生故障，就会使系统安全受到威胁。

1.3 后备保护设计繁琐

现代电网，不管是结构设计还是运行方式，均向着越来越复杂的方向发展，进行后备保护的设计时，也显得十分复杂。后备保护间产生的动作值，要确定在很短的时间内进行准确的选择，仅采用延时或者就地检测的形式进行操作，明显存在着不足之处。进行后背装置设计时，一定不能过于繁琐，尽量加强保护对策，后备保护对其做出相应的配合。这样，就能在很大程度上提升判断的有效性。但是，针对传统的继电保护装置来说，因为其设计过程中采用的基本原理过于单一，即使运用了双套主进行保护，还是难以避免出现误动作。

2 故障元件判别相关问题分析

2.1 基于故障电压分布情况的故障元件判别问题分析

以单一元件作为例子，和它相对应的故障判别原理中涉及很多方面，其中主要包括电流差动、纵连方向以及纵联距离等。在这一过程中所需要注意的一点是：针对电流差动，主要被与其同步采样的精确性的较为严格的要求所限制。如果将它在本文所探讨的广域继电保护中进行应用，难以避免出现一定的缺失，并存在一定的难度。但是针对纵连方向以及纵联距离来说，所涉及到的十分复杂的故障问题还是有可能产生性能方面的缺陷。采用故障电压所分布的具体情况以及故障原件进行判别处理，就能够有效解决以上提到的两个问题。用简单的原理分析，这种故障原件判别原理对其中某一侧的电流故障分量的测定值，或者电压的分量测定值，采用一定的方式进行估算，从而测定出线路中另一侧的电流故障分量值以及电压分量值。在这样的情况下，针对整个广域后备来说，可以同时获取两侧的位置以及嗲电压、电流的实际值和估算值。经过长时间的实践得出：当出现的故障表象为外部故障时，这一线路两侧位置的电压和电流测量状态、估算状态得出的相关数据基本保持一致。但是，当出现的故障属性表象为外部故障时，整个线路中，至少存在一处的电流电压分量测定值与其他不同。因此形成故障原件的判别依据如图1 所示。

整个故障元件中，判别原理可以分为有序分量判别原件、零序分量判别原件以及正续分量判别原件三类。它们的优势是，可以有效地判定出内外故障同时存在的情况下，查出负接地故障和三相短路故障等问题，同时还能检测出相间短路故障问题。其中最为关键的是对故障电压分布情况进行判别的过程中，只对相对较远的电压幅值的相关数据有着一定的要求，对于广域同步采样所具备的精准性程度没有过于严格的要求。在运行过程中，只需要保障故障两侧的启动特征的校正处理相互同步便可。从上述内容可以看出，对这类原理进行应用，能够很好地将潮流转移因素剔除，并在此基础上，确保有效地识别故障线路的有效性。

2.2 基于广域综合阻抗情况的故障元件判别原理分析

对广域电流和普通电流进行分析，考虑到其对应的区域差在不运行模式存在差异的情况下，与之有关的线路数量上有着一定的不同之处等问题，致使其和一般意义的电流差动进行比较。广域差电流保护在运行过程中体现出来的灵敏度指标，会在不同测程度上受到分布电容等指标产生更为显著和具体的影响。这主要是因为，线路的数量之间存在的差异性经常会与分布性电容以及电流相对应。但是，本文所阐述的是这种以广域组合阻抗情况为的故障原件为基础，对相关原理进行判别，从而使这一分部电容的相关影响问题得到有效克服，同时其有效性和灵敏性更为突出。站在这样的角度上分析，可以得出，把综合阻抗和广域阻抗进行适当的融合，最终形成的这类故障原件判别原理存在着十分显著的应用优势。对方针算法中的相关数据进行详细的分析和验证：采用这类故障原件的故障判别方式进行故障判别，其表现出非常高的耐过度电阻性能、十分低的转换型故障以及较高的灵敏性和优越的选项性能。因此相关人员在在日常实施过程中，需要对其加大重视力度。

2.3 基于概率识别的信息融合技术分析

为了有效的控制传统意义上的广域继电保护计算量过高现象，并充分的掌控保护判断过程中存在的偏差问题，需要将概率识别作为基础，实现信息融合技术的实现。站在较为简单的角度看，将概率识别作为基础性工作，假定在同一时刻内，信息融合技术在整个广域范围内出现类型不同的故障发生概率非常低，仅对这一有限广域区域内的个别原件做出相应的故障识别以及编码处理，直接导致后期计算过程中所具备的搜索范围受到了一定的控制。更加关键的是：有效的引入进行故障识别概率的计算方式，从而对故障识别的有效性作出保障。通过专门的方式进行计算，所得出的故障识别率产生的数值越大，相对应的故障原件可能发生的概率就越高，这样就能保证故障故障元判别的有效性。

3 广域继电保护的实现方式

传统继电保护中虽然存在着一定的弊端，但是从目前的运行状况看，没有比广域电器更加优质的设备，可以进行电网保护。因此，相关部门和技术人员要对现有设备中存在的缺陷进行改进，并做进行不断创新，保证继电设备能够很好的适应电网的变化，从而使电网的保护功能得以实现。相关学者对广域继电设备进行多年的研究和分析，得出提升继电设备自身性能的两种途径：

3.1 OAS途径

经过相关科研人员的长期研究，在这一方面取得了较大的突破，对继电保护装置的灵敏性以及选择性作出了很大的提升。在电网运行过程中，这一设备可以将事件触发作为诱因，对电网运行状态进行详细分析，并对其结果进行计算，从而做出相应的判断，进行电网保护，防止适配现象发生。但是OAS 途径难以从解决传统设备的个根本性缺陷，这种情况也是导致后备保护装置产生一定问题的关键。

3.2 FEI途径

这种途径的广域继电保护装置，对当今电网进行保护的主要作用体现在。即便电网正在运行，也可以对其产生的问题作出有效、准确的判断，并且能够采用广域多点测量方式获取相应的信息数据，从而对故障状态作出判定。对故障位置以及故障状态进行准确判定的的主要原因是，这种装置在进行多点测量信息收集时十分灵敏，并且可以甄别出大量不同的信息，从而准确选择故障信息。然后结合相关的信息数据对故障的位置和、故障状态进行准确确定，最后相关工作人员针对不同故障制定出科学可行的解决措施。

4 结束语

综上所述，伴随着我国经济的发展，电网的发展速度也越来越快，对于电网在运行过程中发生的故障问题，传统的继电保护设备已经不能满足其需要，传统广域继电保护设备存在着一定的弊端，主要包括、后备保护性能欠缺、后备保护设计繁琐等。笔者利用广域继电保护装置从OAS途径、FEI途径出发，使广域继电保护功能得以实现，推动我国电网朝着健康、长远的方向发展。

参考文献

[1]丁静娴.广域继电保护及其故障元件判别问题的探讨[J].电子世界，2012，22：44-45.

[2]余晓娇.广域继电保护及其故障元件判别问题分析[J].企业技术开发，2014，26：70-71.

[3]杨海鹰.广域继电保护及其故障元件判别原理探究[J].机电信息，2014，24：28-29.

[4]李琪，赵雯莉，任凯，季亮.广域继电保护及其故障元件判别分析[J].自动化应用，2013，11：78-79.

作者简介

刘芳（1979-），女，河北省南宫市人。现为许继电气股份有限公司工程师，从事电网工程设计工作。

简述继电保护的基本原理范文第4篇

关键词 高压线路；继电保护；方法研究

中图分类号TM591 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）79-0089-02

输变电行业在整个电力链路中处于中间环节，但其具有非常重要的作用，高压线路的运行可靠性对工农业生产、交通运输以及日常生活都具有十分重要的意义.高压电力用电客户受电系统在运行中，由于各方面原因，如内部操作或外部的干扰等，都会产生短路现象或过电压事故，这些会严重影响到企业自身甚至电网系统的安全运行。为保证电网系统在输电过程中的稳定和用电客户在用电过程中的安全，必须对线路采取继电保护。

1 高压线路中的继电保护装置的工作特性

高压电力用电客户中的继电保护的主要用于监视、控制、自动保护电力系统，保障电力系统内未出现故障的元件可以正常运转以及不被继续破坏，已出现故障问题的元件不再继续破坏其他元件。而这一目标的实现主要通过继电保护系统。当高压线路出现问题时，继电保护系统可以立即发出等相关动作指令，同时自动、迅速、有条件地分割线路中的故障元件，实现对电力系统的保护。

2 高压线路中继电保护设置的基本要求

1）应该在变电所中安装相应的故障检测和设备异常运行保护的自动装置。通过设置继电保护装置保证变电所工作的可靠灵敏和实时性；

2）应该在变电所中的电力设备和线路的中设置具有主保护、后备保护和异常运行保护，特殊情况下还包括辅助保护的继电保护设备；

3）如若输电电压超过10kV，应该采用数字继电保护设备对变电所进行继电保护。

3 高压线路中用电客户对继电保护方式的配置

高压线路具有双回线、线路多分布在野外及环网等特点。这些特点要求高压线路的架设在结构上必须具有开放、分散、分层等特点，才能保证电网系统正常稳定运转。继电保护装置主要分为以下几类：

1）电流速断保护

电流速断保护装置的主要特点是无时限或具有很短时限动作，该装置能在最短时间内切除短路故障，隔离损坏高压设备，阻止电力事故蔓延。

电流速断保护原则是否生效由通过被保护线路的末端时的最大短路电流决定，即，其中，表示线路最大运行时的短路电流，K表示可靠系数，通常情况下可取1.2～1.3。通过分析上述公式可知，电流速断保护装置只能保护输电线路的一部分，不能够对全程线路进行继电保护。

2）限时电流速断保护

通过前面分析，电流速断技术在保护输电线路全长方面还有很多不足之处，为解决该问题，可增加一段新的继电保护设备，其作用是切除本段线路上没有被保护的其他线路的故障，必要时，该设备也可以改用于后备速断设备，这就是所谓的限时电流速断保护。该保护方式的首要要求就是在保证具有最小动作事先的同时，对装备线路的全长进行全方位继电保护。鉴于限时电流速断保护必须保护本线路的全长，其必然会对下一条线路的继电保护产生作用，在下一线路出口处发生短路是，该保护方式也可以对该段线路产生保护效果。但是由于上述特性就决定了在时效性方面该保护方式就会有所欠缺。为了保证速断动作的准确性和实效性，必须限制保护动作的时限，时限的长短与其保护范围有关。通常情况下，可以设置该线路的动作时限t比下一线路的动作时限高出相投的时间t，t在0.35s～0.65s之间取值，一般设为0.5s。结合上述两点分析，若高压线路中同时装备了电流速断保护设备和限时电流速断保护设备，则线路的全程范围内的故障的解决都可以保证在0.5s内完成，达到速断的要求。

3）阶段式电流保护

虽然限时电流速断保护技术可以对线路的全程进行保护，但是其不能对相邻元件进行保护，为解决该问题，可将上述两种速断保护方式与过电流保护相结合，构成阶段式电流保护，保证故障的切除有针对有选择。具体表现为，根据高线线路的现实需求同时采用其中的两种或者三种技术。实际应用中，在对线路进行可靠有效保护的前提下需要对保护装置进行简化和整定，也就是将电流速断保护中的瞬时性和限过电流保护中的定时性相结合，组合为两段式电流保护。该种方法在保证可以快速反应线路故障的同时将其切除，同时不失其他线路所具有的简单、可靠等优点。在高压输电线路中该方法获得了广泛的认可和应用。

4）反时限过电流保护

反时限过电流保护是这样一种装置，其切断时间与被保护高压线路中的电流大小成反比例关系：当线路中的电流较大时，相应的切断时间变短；当线路的电流较小时，相应的切断时间适当延长。该技术主要应用在小容量电机或者单侧供电电源的线路终端上。

5）定时限过电流保护

定时限过电流保护是这样一种装置，当高压线路正常运行时，该保护方式不会响应，当高压线路发生故障时，电流的极速增大会使保护装置产生响应。通常情况下，该保护方式不仅对本线路的全程负责，还可以对相邻线路的全程负责，起到后备保护的作用。该方式的电流整定理论基于线路上中的最大负荷电流，表达式为：，其中Ilmax为线路最大负荷电流：Krel为可靠系数，一般取1.05～1.25；Kst表示自起动系数，通常在1.3～3.0中取值。

4 结论

高压线路在供电系统中占有重要地位，为保证其正常运转必须装置合理有效的继电保护设备对其进行保护。随着电力电子技术的快速发展，新的继电保护装置会相继被应用到高压线路保护中去。本文只是对继电保护相关原理进行了简单的分析，提出了对应解决方案，对现实工程有一定的指导意义。

参考文献

[1]江波.高压电力用电客户继电保护装置分析[J]，安徽电子信息职业技术学院学报，2011（55）：25-26.

简述继电保护的基本原理范文第5篇

（河北亿鑫冶金建设工程有限公司河北邯郸056000）

【摘要】从最简单的控制电路入手，介绍断路器控制回路加防跳跃、闭锁和指示功能的基本原理与方式方法。

关键词 断路器；跳跃、闭锁和指示控制；功能；改进

Electrical system circuit breaker control function improved method analysis

Liu Bing-bing

(Hebei Yixin Metallurgical Construction Engineering Co., Ltd.HandanHebei056000)

【Abstract】From the most simple control circuit to start, introduction control circuit breaker plus anti-jumping, basic principles and ways and means of blocking and indication function.

【Key words】Circuit breakers; jumping, blocking and indication control; function; improving

在电力系统中，一次设备是指直接用于生产、输送、分配电能的电器设备，包括了发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、母线、电力电缆和输电线路等，也是构成电力系统的主体。而对于二次设备来说，它是指用于对电力系统及一次设备的工况进行监测、控制、调节和保护的低压电气设备，其包括测量仪表、通信设备等等。对于二次设备之间的相互连接的回路，我们统称之为二次回路，它也是确保电力系统安全生产、可靠供电和经济运行中不可缺少的重要组成部分。所以，了解断路器控制回路的基本原理，便于进行电路控制系统的维护，也是非常必要的。在此，从最基本的回路入手，逐步加入防跳回路和闭锁回路，并对电路做了必要的改进与完善，使之深入了解电路控制系统的基本原理与使用、维护方法，以及必要的改进升级。但是，在实际应用中的过程中，控制电路的回路要复杂得多，掌握其原理与维护难度要大。

1. 基本控制回路原理

在图1中，SB1为合闸开关；SB2为分闸开关；QF为断路器辅助触点；LC为合闸线圈；LT为分闸线圈。它的动作原理就非常简单，在此不再细述。

2. 带有防跳回路的控制

2.1从图1的电路控制回路中，经仔细分析不难发现，其回路中存在一个明显的问题就是：如果SB1按下，而此时电路中存在故障，继电保护设备会立即动作，使断路器跳闸。这个过程几乎发生在瞬间，而操作人员尚来不及松开SB1，则SB1回路中的QF由于断路器跳闸而复又闭合，这时也会导致LC再次得电，使得断路器再次被合闸。如此反复进行，便发生了“跳跃”现象。

2.2如果合闸成功，但SB1由于某种原因粘连而无法断开时，那么在操作人员按下SB2进行分闸的时候，因SB1的粘连，同样也会导致跳跃现象的发生。

2.3在控制电路中，发生跳跃现象对设备和操作人员的安全都构成了很大的危害，因此，需要增加防跳回路改善其性能。

2.4图2中增加了防跳回路，其基本控制性能就得到了有所改善。在图2中，KCF（I）为电流防跳继电器。当电流达到限定值时动作，此回路中就防止合闸于故障时的跳跃现象；KCF（V）为电压防跳继电器。当电压达到限定值时也动作，此回路中也就防止了分闸于故障时的跳跃。

2.5防跳跃动作过程如下：

（1）合闸。SB1按下绿灯（GL）失电熄灭，LC得电断路器合闸QF改变状态红灯（RL）亮，KCF（I）得电（由于有RL和R的限流，分闸线圈LT不足以动作）KCF各辅助触点改变状态KCF（V）得电。达到这种状态，则合闸动作即完成。SB1尚来不及松开，这个过程就完成（瞬时）。

在这个合闸过程中，如果回路没有故障，则合闸成功。此时松开SB1，则KCF（V）失电，但由于KCF（I）依然得电，则KCF的各个辅助触点保持；若有故障，则保护装置使断路器跳闸。由于KCF（V）的保持作用，SB1回路经KCF辅助触点改道KCF（V）回路，不会再使LC得电，也就避免了断路器的再次合闸，从而有效避免了跳跃的发生。

（2）分闸。SB2按下RL失电熄灭，LT得电且达到限定电流动作断路器分闸QF恢复到图中初始状态KCF（I）失电正常状态下，KCF（V）已在合闸成功、松开SB1后失电，故此时KCF（I）、KCF（V）均失电各KCF辅助触点恢复图中初始状态，GL回路导通，绿灯亮（由于有GL和R的限流，LC合闸线圈不足以动作）。达到这个状态，则分闸动作就完成。SB2尚来不及松开，该过程就完成了（瞬时）。

2.6在分闸过程中，若由于故障（最典型的如SB1粘连），KCF（V）在合闸成功后，由于SB1的粘连而继续得电，各KCF辅助触点将保持。这时，SB1回路将不会使LC再次得电而导致断路器合闸，从而避免了跳跃现象的发生。

3. 带有闭锁回路的控制

在简单的（基本）控制电路中，存在合、分闸跳跃问题，当增加了防跳回路的控制回路后，其性能得到了一定的改善，但是仍然存在一些问题。比如断路器的操动系统存在问题（液压、气压过高或过低，弹簧储能尚未完成等），这时要进行分、合闸操作，就很容易导致分、合闸的动作失败。例如一些断路器的操动机构为弹簧。若弹簧储能未完成，则分、合闸动作就不能完成，或完成得不到位，也容易对设备造成一定的损害。

所以，仍需要增加闭锁回路，以防止此类情况的发生。图3为弹簧操动机构的断路器的实例，现简要分析说明一下增加弹簧储能闭锁回路的二次回路控制原理。在图3中，B1为弹簧储能未完成时闭合状态。若弹簧储能未完成，则B1闭合，线圈K3、KL得电，最终导致辅助触点KL、K10跳开。这时无论是合闸，还是分闸，都无法实现，它起到了所期望的闭锁效果。

4. 功能较为完善的控制

前面简述了断路器二次控制回路设计基本原理，它从最简单的控制电路，到加防跳跃、闭锁功能的完善，尽管做了二三次改进升级，但仍然还存在这样或那样的问题。在此，再做进一步改进，简介加指示灯控制的的回路。在图4中，指示灯RL和GL直接接在分、合闸线圈所在回路中，如果所用的是功率较大的白炽灯，则会在分、合闸线圈上产生较大压降，同时切断分、合闸线圈时可能产生的较大干扰电压，也容易使白炽灯烧坏。

为避免和克服这些缺点，可以用中间继电器接在分、合闸回路，再由继电器接点控制指示灯，这样就避免了烧指示灯等现象的发生。其原理见图4（它的原理很简单，在此不再赘述）。

5. 结语