电力系统继电保护原理复习题

第一章  绪论

1.在电力系统中继电保护的任务是什么？

答：⑴、自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复运行；

⑵、反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。

2.继电保护的基本原理有那些？

答：⑴、在一般情况下，发生短路之后，总是伴随有电流的增大、电压的降低、线路始端测量阻抗的减少，以及电压与电流之间相位角的变化。因此，利用正常运行与故障时这些基本参数的区别，便可以构成各种不同原理的继电保护，例如：①反应于电流增大而动作的过电流保护；②反应于电压降低而动作的低电压保护；③反应于短路点到保护安装地点之间的距离（或测量阻抗的减小）而动作的距离保护（或低阻抗保护）等。

⑵、利用每个电气元件在内部故障与外部故障（包括正常运行情况）时，两侧电流相位或功率方向的差别，就可以构成各种差动原理的保护，如：纵联差保护、相差高频保护、方向高频保护等。

⑶、还有根据电气设备的特点实现反应非电量的保护。如：瓦斯保护、过负荷或过热保护等。

[4]、对称分量是否出现

3.电力系统对继电保护的基本要求是什么？都是怎样构成的？

答：四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，仪保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。

继电保护的速动性是指快速的切除故障以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。

继电保护的灵敏性是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。

继电保护的可靠性是指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。

4.继电保护装置由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

答：一般由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。

测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量，并与已给定的整定值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”；“大于”、“不大于”等于“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护是否应该起动。

逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。

执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所负担的任务。

第二章  电网的电流保护

2. 在什么条件下，要求电流保护的动作具有方向性？

为了消除双侧电源网络中保护无选择性动作，需要在可能误动作地保护上加设一个功率方向闭锁元件。该元件当短路功率由母线流向线路时（即内部故障时）动作；当短路功率由线路流向母线时（即可发生误动时）不动作，从而使继电保护具有一定地方向性。

例1、在图中所示网络中,试对线路AB进行三段电流保护的整定。已知线路的最大负荷电流             ,保护2的过电流保护动作时间为2.2s，母线A、B、C处短路时流经线路AB的短路电流计算值在最大运行方式分别是5.34kA，1.525kA，0.562kA；在最小运行方式下分别是4.27 kA，1.424 kA，0.548 kA。

(1)电流速断 

动作电流的整定： 

灵敏性校验：

系统阻抗可以根据A点的短路电流求出，

最大运行方式下  

最小运行方式下

计算后可得在最小运行方式下的保护范围为

灵敏度校验  

动作时间   t=0s

（2）限时电流速断

动作电流的整定：

所以     

灵敏性校验  

动作时间   

（3）过电流

动作电流整定：

灵敏性校验   

动作时间 

6、如图示，网络选择定时限过电流保护1的起动值，并校验其灵敏度和确定动作时限。单位长度线路阻抗取0.4Ω/km，计算电压E取115kV。

近后备：考虑分支、分流系数：

正确： 

所以近后备最小短路电流取：1042.3A 

远后备：考虑分支、分流系数：

正确： 

所以远后备最小短路电流取：757.1A

本线路近后备灵敏度： 

    满足要求； 

本线路远后备灵敏度： 

    满足要求； 

动作时限

第三章    电网的距离保护

1.全阻抗继电器有无电压死区？为什么？

答：没有死区，根据全阻抗继电器的动作特性（幅值、相位），可以分析，当电压很小的时候，可以动作。 

幅值特性

相位特性：

2.  有一方向阻抗继电器，其整定阻抗Zzd=10∠60°Ω，若某一种运行情况下的测量阻抗Zcl=8.5∠30°Ω，此时该继电器是否动作？为什么？

解：

 根据方向继电器的幅值比较方程：

将Zzd=10∠60°和Zcl=8.5∠300Ω代入方程，得

    结果：动作。

8.精确工作电流的含义是什么？阻抗继电器为什么要考虑精确工作电流？

解：所谓精确工作电流就是指当IJ=IJG时，继电器的起动阻抗Zdz.j=0.9Zzd，即比整定阻抗值缩小了10％。

加入继电器的电流较小时，继电器的起动阻抗将下降，使阻抗继电器的实际保护范围缩短。这将影响到与相邻线路阻抗元件的配合，甚至引起非选择性动作。所以必须考虑精确工作电流。

9.已知线路的阻抗角ΦL=65°，通过线路的负荷功率因数为0.9，在此线路上装设有按0°接线的相间距离保护。当线路发生金属性短路时，距离保护起动元件的灵敏系数是采用，还是采用全阻抗继电器大？为什么？

解：

方向阻抗继电器动作阻抗为：                                             

   全阻抗继电器动作阻抗为：                             

下图中我们可以比较0.9功率因数的负载线与特

性园的交点，易知距离保护起动元件方向阻抗

继电器的灵敏系数大，提高了1/cos(ψd-ψfh)。

例3：如下图所示网络中，设各线路均装有距离保护，试对点1处 

的距离保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段进行整定，即求各段动作阻抗Zact’、Zact”、Zact”’，动作时间t’、t”、t”’和校验其灵敏度。已知线路AB的最大负荷电流Ifh.max=350A,cosΨ=0.9,所有线路阻抗Zb=0.4Ω/km,阻抗角Ψf = 70°，自起动系数KZq=1,正常时母线最低电压Ufh.min=0.9Ve,其它参数已标注在图上。

1、有关元件阻抗的计算

AB线路的正序阻抗     ZAB=ZblAB=0.4×30=12Ω

BC线路的正序阻抗    ZBC=ZblBC=0.4×60=2412Ω

变压器的阻抗    

2、距离Ⅰ段的整定

   (1) 动作阻抗     Z’act.1=0.85ZAB=0.85×12=10.2Ω

(2) 动作时间     t’=0s

3、距离Ⅱ段的整定

(1) 动作阻抗

a  与相邻线路保护3（或保护5）的Ⅰ段配合

Zact.1”=0.8(ZAB+Kbra.minZact.3’)

式中：Zact.3’=0.85ZBC=0.85×24=20.4Ω

计算Ⅱ段定值时求Kfz.min的等值电路

Zact.1” = 0.8(ZAB+Kbra.minZact.3’)= 0.8×(12+1.19×20.4)=29Ω

B 按躲开相邻变压器低压侧出口d2点短路整定

Zact.1” = 0.7(ZAB+Kbra.minZB’)

Zact.1” =  0.7(ZAB+Kbra.minZB’)

          =  0.7×(12+2.07×44.1)

          =  72.2Ω

取 Zact.1”=29 Ω

(2) 灵敏度校验

满足要求。

(3) 求动作时间

t1”=t3’+Δt= t5’+Δt=tB’+ Δt=0.5s

4、距离Ⅲ段的整定

(1) 动作阻抗

全阻抗继电器

方向阻抗继电器

取方向阻抗继电器的最大灵敏度角=线路短路阻抗角，即：

则：

取KK=1.2，Kh=1.15，KZq=1

(2) 灵敏度校验

当本线路末端短路时

                                                        满足要求

相邻线路末端短路时

BC段末端短路时

下面我们来分析一下求Kbra.max的等值电路

相邻变压器低压出口d2点短路

(3) 动作时间

t1=t8+3Δt

或t1=t10+2Δt   取其中时间较长者

t1=1.5+2×.05=2.5s

例4、如下图，已知：网络的正序阻抗Z1=0.45Ω/km，阻抗角ΦL=65°。线路上采用三段式距离保护，其第I、II、III段阻抗元件均采用0°接线的方向阻抗继电器，继电器的最灵敏角Φlm=65°，保护B的延时tB’’’=2s，线路AB、BC的最大负荷电流Ifh.max=400A，负荷自起动系数Kzq=2，继电器的返回系数Kh=1.2，并设Kk’=0.85，Kk’’=0.8，Kk’’’=1.15，负荷的功率因数cosΦ=0.9，变压器采用了能保护整个变压器的无时限纵差保护。试求：保护A段的动作阻抗；第II段、第III段的灵敏度与整定时限。 

保护A段的动作阻抗：

I段： 

II段（分两种情况）：

（1）相邻线路： 

（2）变压器支路：

对两种情况，取小者，所以：           ，时限 

灵敏度校验：                            ，满足要求。 

III段：采用方向阻抗继电器

时限 

灵敏度校验：

（1）考虑本线路末端：

（2）考虑相邻元件

  a：相邻线路末端，

满足要求。 

b：相邻变压器低压侧出口，

不满足要求 ，认为III段不能作为变压器的后备保护。

对于图1所示线路，若所有保护都采用过电流保护，各保护的动作时间分别为t1、t2和t3，保护4的动作时间如何整定？为什么？

第四章  电网的差动保护

1.纵联差动保护与电流保护的区别是什么？

答：电流保护属于单端保护，在动作值的整定上必须与下一元件的保护相配合，才能满足动作选择性的要求，它不能瞬时切除保护范围内任何地点的故障。纵联差动保护是利用比较被保护元件始末端电流的大小和相位的原理来构成输电线路保护，当在保护范围内任一点发生故障时，能瞬时切除故障。

第五章  电网的高频保护

1.什么是高频通道的经常无高频电流方式和长期发信方式？

答：经常无高频电流方式就是当故障时发出高频电流；长期发信方式就是故障时将高频电流停止或改变其频率的方式。

2.高频通道是由哪几部分组成的？各部分各有什么作用？

答：阻波器：并联谐振，阻抗最大，可达1000Ω以上，可以将高频在通道内，所以谐振频率就是载波频率。对50工频，阻波器仅呈现电感线圈的阻抗（0.04Ω），所以不影响工频传输。

结合电容器：与连接过滤器配合，将载波信号传输到输电线路；同时使高频收发信机与工频高压线路绝缘。（高频通过，低频阻抗大，不能通过）。

连接滤波器：与结合电容器组成“带通滤波器”，只有高频通过。其波阻抗：由线路一侧看：400Ω；由收发信机一侧看：100Ω，这样可避免反射，减小信号衰耗。本处的接地刀闸便于检修。

高频收发信机：发送和接收高频信号。由继电保护装置控制，控制方式有：⑴电力系统故障时，保护起动，使发信号；⑵正常发信，故障听信或改变频率方式。两端接收，进行比较判断，进行跳闸或闭锁（保护）。

3.简述高频闭锁方向保护的工作原理。

答：高频闭锁方向保护是通过高频通道间接比较被保护线路两侧的功率方向，以判别是被保护范围内部故障还是外部故障。保护的起动元件是电流或距离保护的第III段。当区外故障时，被保护线路近短路点一侧为负短路功率，向输电线路发高频波，两侧收信机收到高频波后将各自保护闭锁。当区内故障时，线路两端的短路功率方向为正，发信机不向输电线路发高频波，保护的起动元件不被闭锁，瞬时跳开两侧断路器。

4.简述相差高频保护的工作原理。

答：相差高频保护的工作原理：比较两端短路电流相位，采用高频通道经常无电流方式构成保护时，规定两端在电流波形正半周或负半周发高频信号。当内部故障时，两端电流同相位，收到的高频信号间断，不进行保护闭锁；当外部故障时，两端电流相位相反，收到的高频信号连续，闭锁保护。因此，没有填满本端高频脉冲空隙的高频信号是保护动作跳闸的的必要条件，填满本端高频脉冲空隙的对端高频信号就是一种闭锁信号，达到闭锁保护的目的。相差高频保护是一种传送闭锁信号的保护。

第六章  自动重合闸

1.为什么要采用自动重合闸？对自动重合闸装置有哪些要求？

答：电力系统架空线路故障大都是“瞬时性”故障，在线路被继电保护迅速动作断路器断开后，故障点的绝缘水平可以自行恢复，故障随即消失。此时如果把断开的线路断路器重新合上，就能够恢复正常的供电。对于这种“瞬时性”故障，在线路被断开后，再进行一次合闸，就有可能恢复供电，从而大大提高供电的可靠性。自动重合闸的基本要求（P105）。

5.什么叫重合闸的前加速和后加速？它们各有什么优缺点？

答：重合闸的前加速（P111）和后加速（P112）。

6.同步检定继电器的工作原理是什么？

答：（P111）。

第七章 电力变压器的继电保护

1、电力变压器可能发生的故障和不正常工作情况有哪些？应该装设哪些保护？

答：变压器故障分为油箱内部故障和油箱外部故障。

油箱内部故障：相间短路、绕组匝间短路和单相接地短路。

油箱外部故障：引线和套管处会产生各种相间短路和接地故障。

不正常工作是由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低和过励磁等。

一般应装设：瓦斯保护；纵差保护或电流速断保护；过电流保护；另序电流保护；过负荷保护；过励磁保护

2、变压器差动保护产生不平衡电流的原因有哪些?与哪些因素有关？

答：（1）、由变压器两侧电流相位不同而产生；

（2）、由两侧电流互感器的误差引起；

（3）．由计算边比与实际变比不同而产生；

（4）．带负荷调变压器的分接头产生

3、为了提高变压器差动保护的灵敏性并保证选择性，应采用哪些措施来减少不平衡电流及其对保护的影响？

答：（1）、将变压器星形侧的三个电流互感器结成三角形，而将变压器三角形侧的三个电流互感器结成星形，并适当考虑连接方式后即可把二次电流的相位校正过来。

（2）、在选择互感器时，应选带有气隙的D级铁心互感器，并选大变比的电流互感器。

（3）、用平衡线圈Wph来消除。

4.何谓变压器的励磁涌流？励磁涌流如何产生？有什么特点？

答：变压器励磁涌流是指:变压器全电压充电时,在其绕组中产生的暂态电流。产生的原因是:变压器投入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时,其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量,因此产生较大的涌流,其中最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍。

其特点是:励磁涌流随变压器投入时系统电压的相角、变压器铁芯的剩余磁通和电源系统阻抗等因素有关。最大涌流出现在变压器投入时电压经过零点瞬间(该时磁通为峰值）。变压器涌流中含有直流分量和高次谐波分量,随时间衰减,其衰减时间取决于回路电阻和电抗,一般大容量变压器约为5-10秒,小容量变压器约为0.2秒左右。

特点：1、包含有很大成分的非周期分量,往往使涌流偏于时间轴的一侧。2、包含有大量的高次谐波分量,并以二次谐波为主。 3、励磁涌流波形之间出现间断。

第八章  微机保护

1、微机保护有哪些特点和优点？

答：由微型计算机或单片机构成的保护称为微机保护。 

微机保护的优点有： 

(1) 程序具有自适应性，可按系统运行状态自动改变整定值和特性 

(2) 有可存取的存储器。 

(3) 在现场可灵活地改变继电器的特性。 

(4) 可以使保护性能得到更大的改进。 

(5) 有自检能力。 

(6) 有利于事故后分析。 

(7) 可与计算机交换信息。 

(8) 可增加硬件的功能。 

(9) 可在低功率传变机构内工作。 

微机保护的缺点有： 

(1) 与传统的保护有根本性的差异。 

(2) 使用者较难维护。 

(3) 要求硬件和软件有高度可靠性。 

(4) 硬件很容易过时。 

(5) 在操作和维护过程中，使用人员较难掌握。

2、为防止频率混叠现象，若计及16次谐波，采样频率的最小值是多少？

答：32*50=1600Hz