第九节 继电保护和安全自动装置
一、继电保护
为保证一次系统的安全稳定运行，继电保护与二次系统起着十分重要的作用。特别是当一次系统发生故障或出现异常状态时，要依靠继电保护和自动装置将故障设备迅速切除，把事故限制在最小范围内，保证其他设备的正常运行。
1.继电保护任务
电气设备在运行中，由于外力破坏、内部绝缘击穿，或过负荷、误操作等原因，可能造成电气设备故障或异常工作状态。在各种故障中最多见的是短路，其中包括三相短路、两相短路、大电流接地系统的单相接地短路，以及变压器、电机类设备的内部线圈匝间短路。
继电保护是当电气设备发生短路故障时，能自动迅速地将故障设备从电力系统中切除，将事故尽可能限制在最小范围内。当正常供电的电源因故突然中断时，通过继电保护和自动装置还可以迅速投入备用电源，使重要设备能继续获得供电。
2.继电保护基本要求
电气设备发生短路故障时，产生很大的短路电流；电网电压下降，电气设备过热烧坏；充油设备的绝缘油在电弧作用下分解产生气体，出现喷油甚至着火；导线被烧断，供电被迫中断。特别严重时电力系统的稳定运行被破坏，发电厂的发电机被迫解列，甚至可能引起电网瓦解。
针对电气设备发生故障时的各种形态及电气量的变化，设置了各种继电保护方式：电流过负荷保护、过电流保护、电流速断保护、电流方向保护、低电压保护、过电压保护、电流闭锁电压速断保护、差动保护、距离保护、高频保护等，此外还有反映非电气量的瓦斯保护等。
为了能正确无误而又迅速地切断故障，使电力系统能以最快速度恢复正常运行，要求继电保护具有足够的选择性、快速性、灵敏性和可靠性。
（1）选择性。当电力系统发生故障时，继电保护装置应该有选择性地切除故障部分，让非故障部分继续运行，使停电范围尽量缩小。
继电保护动作的选择性，可以通过正确地整定电气量的动作值和上下级保护的动作时限来达到互相配合。一般上下级保护的时限差取0.3～0.7s，如果只依靠动作时限级差来达到选择性，则由于从电源侧到负荷侧要经过多级电压变换和传输，电源侧继电保护的动作时限必然很长，这样不利于切除故障设备的快速性。因此必须通过合理整定电气量的动作值，有时要利用各类不同保护来取得继电保护的选择性、灵活性和快速性。
（2）快速性。快速切除故障，可以把故障部分控制在尽可能轻微的状态，减少系统电压因短路故障而降低的时间，提高电力系统运行的稳定性。但快速性有时会与选择性发生矛盾，这时就要根据具体情况，通过选取最佳保护配合方式以达到在确保所需选择性的基础上，达到令人满意的快速性。
（3）灵敏性。继电保护动作的灵敏性是指继电保护装置对其保护范围内故障的反应能力，即继电保护装置对被保护设备可能发生的故障和不正常运行方式应能灵敏地感受和灵敏地反映。上、下级保护之间灵敏性必须配合，这也是保证选择性的条件之一。
（4）可靠性。继电保护动作的可靠性是指需要动作时不拒动，不需要动作时不误动，这是继电保护装置正确工作的基础。为保证继电保护装置具有足够的可靠性，应力求接线方式简单、继电器性能可靠、回路触点尽可能最少。还必须注意安装质量，并对继电保护装置按时进行维护和校验。
二、自动装置
1.自动重合闸装置
由于发生事故，继电保护动作断路器自动跳闸后，能使断路器自动合闸的装置称为自动重合闸装置。运行经验证明，电力系统中有不少短路事故是瞬时性的，特别是架空线路由于落雷引起的短路，或者因刮风或鸟类碰撞引起导线舞动造成的短路，在继电保护动作、断路器跳闸切断电源后，故障点的电弧很快熄灭，绝缘会自动恢复。这时如能将断路器自动重新投入，电力线路将继续保持正常供电。自动重合闸所实现的就是这一功能。
此外，利用自动重合闸，还可以弥补继电保护选择性的不足。例如6～10kV配电线路，沿线向许多中压用户的降压变电所供电。其中有的用户变电所靠近线路始端，而有的变电所位于线路中间或末端。当靠近线路始端的用户变电所发生高压短路故障时，其故障电流很大，与线路短路无异，这时线路的瞬时速断保护立即无选择性动作跳闸，线路全线停电。而发生事故的用户变电所本身的速断保护也必然同时跳闸，将故障切除。经过预定时间（1～3s）后，线路始端的自动重合闸装置将已跳闸的断路器迅速合闸，使线路恢复正常供电。这样，除发生事故的变电所，线路上其他用户仍然正常用电，从而最大限度地减少了停电损失。
2.备用电源自动投入装置
备用电源自动投入装置，是指当工作电源因故障自动跳闸后，备用电源自动投入。备用电源自动投入装置可以用于动作合上备用电源线路的断路器，也可以用于动作合上备用变压器的断路器。
为了使备用电源自动投入装置能安全可靠地工作，应满足以下要求：
（1）只有在正常工作电源断路器跳闸后，方能自动投入备用电源断路器。
（2）当正常工作电源断路器跳闸后，备用电源自投装置应只动作一次。如果备用电源合闸后又自动跳闸，不得再次自动合闸。
（3）当备用电源无电压时，自投装置不应动作。
（4）当电压互感器的熔丝熔断时，自投装置不应误动作。
安全自动装置还有“低频自动减负荷装置”“低压自动减负荷装置”等。