继电

答：现代的电力系统离开完善的继电保护系统是不能运行的。当电力系统发生故障时，电源至故障点之间的电力设备中将流过很大的短路电流，若没有完善的继电保护系统将故障快速切除，则会引起故障元件和流过故障电流的其他电气设备的损坏；当电力系统发生故障时，发电机端电压降低造成发电机的输入机械功率和输出电磁功率的不平衡，可能引起电力系统稳定性的破坏，甚至引起电网的崩溃、造成人身伤亡。如果电力系统没有配备完善的继电保护系统，则当电力系统出现不正常运行时，不能及时地发出信号通知值班人员进行合理的处理。

1.2继电保护装置在电力系统中所起的作用是什么?

答:继电保护装置就是指能反应电力系统中设备发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置.它的作用包括:1.电力系统正常运行时不动作;2.电力系统部正常运行时发报警信号,通知值班人员处理,使电力系统尽快恢复正常运行;3.电力系统故障时,甄别出发生故障的电力设备,并向故障点与电源点之间、最靠近故障点断路器发出跳闸指令,将故障部分与电网的其他部分隔离。

1.3继电保护装置通过哪些主要环节完成预定的保护功能,各环节的作用是什么?

答:继电保护装置一般通过测量比较、逻辑判断和执行输出三个部分完成预定的保护功能。测量比较环节是册来那个被保护电器元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”或“1”性质的一组逻辑信号，从而判别保护装置是否应该启动。逻辑判断环节是根据测量环节输出的逻辑信号，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸。执行输出环节是根据逻辑部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。

1.5依据电力元件两端电气量在正常工作和短路状态下的差异，可以构成哪些原理的保护？

答：利用电力元件两端电流的差别，可以构成电流差动保护；利用电力元件两端电流相位的差别可以构成电流相位差动保护；利两侧功率方向的差别，可以构成纵联方向比较式保护；利用两侧测量阻抗的大小和方向的差别，可以构成纵联距离保护。

1.7 结合电力系统分析课程的知识，说明加快继电保护的动作时间，为什么可以提高电力系统的稳定性？

答：由电力系统分析知识可知，故障发生时发电机输出的电磁功率减小二机械功率基本不变，从而使发电机产生加速的不平衡功率。继电保护的动作时间越快，发电机加速时间越短，功率角摆开幅度就越小，月有利于系统的稳定。

   由分析暂态稳定性的等面积理论可知，继电保护的动作速度越快，故障持续的时间就越短，发电机的加速面积就约小，减速面积就越大，发电机失去稳定性的可能性就越小，即稳定性得到了提高。

1.9 从对继电器的“四性“要求及其间的矛盾，阐述继电保护工作即是理论性很强，又是工程实践性很强的工作。

答：继电保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性四项要求之间即矛盾又统一。继电保护的科学研究、设计、制造和运行的大部分工作也是围绕如何处理好这四者的辩证统一关系进行的。

    电力系统继电保护即是一门理论性很强，又是工程实践性很强的学科。首先继电保护工作者要掌握电力系统、电气设备的基本原理、运行特性和分析方法，特别要掌握电力系统故障时的电气量变化的规律和分析方法，通过寻求电力系统的不同运行状态下电气量变化的特点和差异来“甄别“故障或不正常状态的原理和方法，应用不同的原理和判据实现继电保护的基本方法，所以需要很强的理论性。

    由于被保护的电力系统及其相关的电气设备千差万别，故障时电气量的变化受多种因素的影响和制约，因此任何一种继电保护原理或装置都不可能不加调整地应用于不同的电气设备或系统，而应根据实际工程中设备、系统的现状与参数，对其继电保护做出必要的调整。相同原理的保护装置在应用于电力系统不同位置的元件上时，可能有不同的配置和配合；相同的电力元件在电力系统不同位置安装时，可能配置不同的继电保护，这些均需要根据电力系统的工程实际，具体问题具体分析，所以继电保护又具有很强的工程实践性。

2.1在过量（欠量）继电器中，为什么要求其动作特性满足“继电特性”？若不满足，当加入继电器的电量在动作值附近时将可能出现什么情况？

答：过量继电器的继电特性类似于电子电路中的“施密特特性“，如图2-1所示。当加入继电器的动作电量（图中的）大于其设定的动作值（图中的）时，继电器能够突然动作；继电器一旦动作以后，即是输入的电气量减小至稍小于其动作值，继电器也不会返回，只有当加入继电器的电气量小于其设定的返回值（图中的）以后它才突然返回。无论启动还是返回，继电器的动作都是明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置，这种特性称为“继电特性”。

 为了保证继电器可靠工作，其动作特性必须满足继电特性，否则当加入继电器的电气量在动作值附近波动时，继电器将不停地在动作和返回两个状态之间切换，出现“抖动“现象，后续的电路将无法正常工作。

2.2 请列举说明为实现“继电特性”，电磁型、集成电路性、数字型继电器常分别采用那些技术？

答：在过量动作的电磁型继电器中，继电器的动作条件是电磁力矩大于弹簧的反拉力矩与摩擦力矩之和，当电磁力矩刚刚达到动作条件时，继电器的可动衔铁开始转动，磁路气隙减小，在外加电流（或电压）不变的情况下，电磁力矩随气隙的减小而按平方关系增加，弹簧的反拉力矩随气隙的减小而线性增加，在整个动作过程中总的剩余力矩为正值，衔铁加速转动，直至衔铁完全吸合，所以动作过程干脆利落。继电器的返回过程与之相反，返回的条件变为在闭合位置时弹簧的反拉力矩大于电磁力矩与摩擦力矩之和。当电磁力矩减小到启动返回时，由于这时摩擦力矩反向，返回的过程中，电磁力矩按平方关系减小，弹簧力矩按线性关系减小，产生一个返回方向的剩余力矩，因此能够加速返回，即返回的过程也是干脆利落的。所以返回值一定小于动作值，继电器有一个小于1 的返回系数。这样就获得了“继电特性”。

在集成电路型继电器中，“继电特性”的获得是靠施密特触发器实现的，施密特触发器的特性，就是继电特性。

在数字型继电器中，“继电特性”的获得是靠分别设定动作值和返回值两个不同的整定值而实现的。

2.3 解释“动作电流”和“返回系数”，过电流继电器的返回系数过低或高各有何缺点？

答：在过电流继电器中，为使继电器启动并闭合其触点，就必须增大通过继电器线圈的电流，以增大电磁转矩，能使继电器动作的最小电流称之为动作电流。

在继电器动作之后，为使它重新返回原位，就必须减小电流以减小电磁力矩，能使继电器返回原位的最大电流称之为继电器的返回电流。

过电流继电器返回系数过小时，在相同的动作电流下起返回值较小。一旦动作以后要使继电器返回，过电流继电器的电流就必须小于返回电流，真阳在外故障切除后负荷电流的作用下继电器可能不会返回，最终导致误动跳闸；而返回系数过高时，动作电流恶和返回电流很接近，不能保证可靠动作，输入电流正好在动作值附近时，可能回出现“抖动”现象，使后续电路无法正常工作。

继电器的动作电流、返回电流和返回系数都可能根据要求进行设定。

2.5 说明电流速断、限时电流速断联合工作时，依靠什么环节保证保护动作的选择性？依靠什么环节保证保护动作的灵敏度性和速动性？

答：电流速断保护的动作电流必须按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定，即考电流整定值保证选择性。这样，它将不能保护线路全长，而只能保护线路全长的一部分，灵敏度不够。限时电流速断的整定值低于电流速断保护的动作短路，按躲开下级线路电流速断保护的最大动作范围来整定，提高了保护动作的灵敏性，但是为了保证下级线路短路时不误动，增加一个时限阶段的延时，在下级线路故障时由下级的电流速断保护切除故障，保证它的选择性。

    电流速断和限时电流速断相配合保护线路全长，速断范围内的故障由速断保护快速切除，速断范围外的故障则必须由限时电流速断保护切除。速断保护的速动性好，但动作值高、灵敏性差；限时电流速断保护的动作值低、灵敏度高但需要0.3~0.6s的延时才能动作。速断和限时速断保护的配合，既保证了动作的灵敏性，也能够满足速动性的要求。

2.7 如图2-2所示网络，在位置1、2和3处装有电流保护，系统参数为： 

， 、，，，，，，，线路阻抗，=1.2 、==1.15 ，，，  ，=1.5、=0.85。试求：

（1）发电机元件最多三台运行，最少一台运行，线路最多三条运行，最少一条运行，请确定保护3在系统最大、最小运行方式下的等值阻抗。

（2）整定保护1、2、3的电流速断定值，并计算各自的最小保护范围。

（3）整定保护2、3的限时电流速断定值，并校验使其满足灵敏度要求（1.2）

（4）整定保护1、2、3的过电流定值，假定流过母线E的过电流保护动作时限为0.5s，校验保护1作后备用，保护2和3作远备用的灵敏度。

图2-2 简单电网示意图

解：由已知可得==0.4×60=24，=0.4×40=16，=0.4×50=20，=0.4×30， =0.4×20=8

（1）经分析可知，最大运行方式及阻抗最小时，则有三台发电机运行，线路L1~L3全部运行，由题意G1，G2连接在同一母线上，则

=（||+||）||(+)=(6+12)||(10+16)=10.6

同理，最小运行方式下即阻抗最大，分析可知只有在G1和L1运行，相应地有=+=39

图2-3  等值电路

（2）对于保护1，其等值电路图如图2-3所示，母线E最大运行方式下发生三相短路流过保护1 的最大短路电流为

相应的速断定值为=×=1.2×1.312=1.57kA

最小保护范围计算公式为= ==-85.9km

即1处的电流速断保护在最小运行方式下没有保护区。

对于保护2等值电路如图2-3所示，母线D在最大运行方式下发生三相短路流过保护2 的最大电流 ==1.558kA

相应的速断定值为 =×=1.2×1.558=1.87kA

最小保护范围为 ==-70.6km

即2处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。

对于保护3等值电路如图2-3所示，母线C在最大运行方式下发生三相短路流过保护3 的最大电流 ==2.17kA

相应的速断定值为 =×=1.2×2.17=2.603kA

最小保护范围为 ==-42.3km

即3处的电流速断保护在最小运行方式下也没有保护区。

上述计算表明，在运行方式变化很大的情况下，电流速断保护在较小运行发生下可能没有保护区。

（3）整定保护2的限时电流速断定值为  ==1.15×1.57=1.806kA

线路末段（即D处）最小运行发生下发生两相短路时的电流为

==0.8098kA 

所以保护2处的灵敏系数 ==0.4484 即不满足1.2的要求。

同理，保护3的限时电流速断定值为  ==1.15×1.87=2.151kA

线路末段（即C处）最小运行发生下发生两相短路时的电流为

==0.97kA

所以保护3处的灵敏系数 ==0.4531  即不满足1.2的要求。

可见，由于运行方式变化太大，2、3处的限时电流速断保护的灵敏度都远不能满足要求。

（4）过电流整定值计算公式为 ==

所以有 ==304.5A

同理得 =406A  =609A

在最小运行方式下流过保护元件的最小短路电流的计算公式为 =

所以有 =727.8A =809.8A =974.51A

所以由灵敏度公式 =可知，保护1作为近后备的灵敏度为

==2.391.5   满足近后备保护灵敏度的要求；

保护2作为远后备的灵敏度为 ==1.791.2满足最为远后备保护灵敏度的要求；

保护3作为远后备的灵敏度为 ==1.331.2满足最为远后备保护灵敏度的要求。

保护的动作时间为 =0.5+0.5=1s  =+0.5=1.5s  =+0.5=2s

2.9 如图2-4所示网络，流过保护1、2、3的最大负荷电流分别为400A、500A、550A,

=1.3、=0.85，=1.15， ==0.5s，=1.0s ，试计算： 

（1）保护4 的过电流定值；

（2）保护4的过电流定值不变，保护1所在元件故障被切除，当返回系数低于何值时会造成保护4误动？

（3）=0.85时，保护4的灵敏系数=3.2，当=0.7时保护4 的灵敏系数降低到多少？

图2-4 系统示意图

解：过电流保护4 的最大负荷电流为 =400+500+550=1450A

保护4的过电流定值为 =2.55A

时限为 =max（，，）+=1.5s

（2）保护21 切除故障后，流过保护4 的最大负荷电流 =500+550=1050A=1.05kA

，在考虑电动机的自启动出现的最大保护电流 ==1.3×1.05=1.365kA，这个电流必须小于保护4 的返回电流，否则1.5s以后保护4 将误切除。相应的要求≤==2.55，从而2.55＞1.365，＞=0.535。当返回系数低于0.535时，会造成保护误动。

（3）保护4的灵敏系数=，与成正比，当下降时灵敏系数下降，==2.635。

2.11在双侧电源供电的网络中，方向性电流保护利用了短路时电气量的什么特征解决了仅利用电流幅值特征不能解决的问题？

答：在双侧电源供电网络中，利用电流幅值特征不能保证保护动作的选择性。方向性电流保护利用短路时功率方向的特征，当短路功率由母线流向线路时表明故障点在线路方向上，是保护应该动作的方向，允许保护动作。反之，不允许保护动作。用短路时功率方向的特征解决了仅用电流幅值特征不能区分故障位置的问题，并且线路两侧的保护只需按照单电源的配合方式整定配合即可满足选择性。

2.12功率方向判别元件实质上是在判别什么？为什么会存在“死区”？什么时候要求它动作最灵敏？

答：功率方向判别元件实质是判别加入继电器的电压和电流之间的相位，并且根据一定关系[cos(+a)是否大于0]判别初短路功率的方向。为了进行相位比较，需要加入继电器的电压、电流信号有一定的幅值（在数字式保护中进行相量计算、在模拟式保护中形成方波），且有最小的动作电压和电流要求。当短路点越靠近母线时电压越小，在电压小雨最小动作电压时，就出现了电压死区。在保护正方向发生最常见故障时，功率方向判别元件应该动作最灵敏。

2.13 当教材中途2.29的功率方向判别元件用集成电路实现，分别画出，

和，时，各输出电压随时间变化的波形；如果用数字式（微机）实现，写出你的算法，并校验上述两种情况下方向元件的动作情况。

答：以内角=30°为例，画出各点输出电压波形如图2-5所示。

        动作最灵敏条件               临界动作条件 

图2-5 各点电压输出波形图

可以看出，在内角=30°时第一种情况下动作最灵敏，第二种情况元件处于临界动作状态。数字式实现时，动作的判据可以表示为 。

将第一种情况和第二种情况下的电压、电流带入该判据可以得到情况1 为动作最灵敏，而情况2 处于临界动作状态的结论。

3.1距离保护是利用正常运行与短路状态间的哪些电气量的差异构成的？

答：电力系统正常运行时，保护安装处的电压接近额定电压，电流为正常负荷电流，电压与电流的比值为负荷阻抗，其值较大，阻抗角为功率因数角，数值较小；电力系统发生短路时，保护安装处的电压变为母线残余电压，电流变为短路电流，电压与电流的比值变为保护安装处与短路点之间一段线路的短路阻抗，其值较小，阻抗角为输电线路的阻抗角，数值较大，距离保护就是利用了正常运行与短路时电压和电流的比值，即测量阻抗之间的差异构成的。

3.3 什么是故障环路？相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差别是什么？

答：在电力系统发生故障时，故障电流流过的通路称为故障环路。

相间短路与接地短路所构成的故障环路的最明显差异是：接地短路的故障环路为“相-地”故障环路，即短路电流在故障相与大地之间流通；对于相间短路，故障环路为“相-相”故障环路，即短路电流仅在故障相之间流通，不流向大地。

3.6在本线路上发生金属性短路，测量阻抗为什么能够正确反应故障的距离？

答：电力系统发生金属性短路时，在保护安装处所测量Um降低，Im增大，它们的比值Zm变为短路点与保护安装处之间短路阻抗Zk;对于具有均匀参数的输电线路来说，Zk与短路距离Lk成正比关系，即Zm=Zk=Z1Lk(Z1=R1+jX1,为单位长度线路的复阻抗)，所以能够正确反应故障的距离。

3.7距离保护装置一般由哪几部分组成？简述各部分的作用。

答：距离保护一般由启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口等几部分组成，它们的作用分述如下：

(1)启动部分：用来判别系统是否发生故障。系统正常运行时，该部分不动作；而当发生故障时，该部分能够动作。通常情况下，只有启动部分动作后，才将后续的测量、逻辑等部分投入工作。

(2)测量部分：在系统故障的情况下，快速、准确地测定出故障方向和距离，并与预先设定的保护范围相比较，区内故障时给出动作信号，区外故障时不动作。

(3)振荡闭锁部分：在电力系统发生振荡时，距离保护的测量元件有可能误动作，振荡闭锁元件的作用就是正确区分振荡和故障。在系统振荡的情况下，将保护闭锁，即使测量元件动作，也不会出口跳闸；在系统故障的情况下，开放保护，如果测量元件动作且满足其他动作条件，则发出跳闸命令，将故障设备切除。

(4)电压回路断线部分：电压回路断线时，将会造成保护测量电压的消失，从而可能使距离保护的测量部分出现误判断。这种情况下应该将保护闭锁，以防止出现不必要的误动。

(5)配合逻辑部分：用来实现距离保护各个部分之间的逻辑配合以及三段式保护中各段之间的时限配合。

(6)出口部分：包括跳闸出口和信号出口，在保护动作时接通跳闸回路并发出相应的信号。

3.14 什么是距离继电器的参考电压？其工作电压作用是什么？选择参考电压的原则是什么？

答：在相位比较的距离继电器中，用作相位比较的电压称为参考电压，也叫做极化电压，例如在相位比较式中，用电压判断相位是否符合方程式，所以就称为参考电压和极化电压。

选择参考电压的原则：相位不随故障位置变化、在出口短路时不为0的电压量作为比相的参考电压，如正序电压、记忆电压等。

3.21什么是电力系统的振荡？振荡时电压、电流有什么特点？阻抗继电器的测量阻抗如何变化？

答：电力系统中发电机失去同步的现象，称为电力系统的振荡；电力系统振荡时，系统两侧等效电动势间的夹角δ在0°~360°范围内作周期性变化，从而使系统中各点的电压、线路电流、距离保护的测量阻抗也都呈现周期性变化。在系统两端电动势相等的条件下，测量阻抗按下式的规律变化，对应的轨迹如图所示。

3.22采用故障时短时开放的方式为什么能够实现振荡闭锁？开放时间选择的原则是什么？

答：1、利用电流的负序、零序分量或突变量，实现振荡闭锁。2、当系统发生故障时，短时开放距离保护允许保护出口跳闸称为短时开放。若在开放的时间内，阻抗继电器动作，说明故障点位于阻抗继电器的动作范围之内，将故障线路跳开；若在开放的时间内阻抗继电器未动作，则说明故障不在保护区内，重新将保护闭锁。

开放时间选择的原则：Tdw称为振荡闭锁的开放时间，或称允许动作时间，它的选择要兼顾两个方面：一是要保证在正向区内故障时，保护I段有足够的时间可靠跳闸，保护Ⅱ段的测量元件能够可靠启动并实现自保持，因而时间不能太短，一般不应小于0.1s；二是要保证在区外故障引起振荡时，测量阻抗不会在故障后的Tdw时间内进入动作区，因而时间又不能太长，一般不应大于0.3s。

3.31 用故障分量构成继电保护有什么有点？

答：工频故障分量的距离保护具有如下几个特点。

（1）继电器以电力系统故障引起的故障分量电压电流为测量信号，不反应故障前的负荷量和系统振荡，动作性能不受非故障状态的影响，无需加振荡闭锁。

（2）  继电器仅反应故障分量的工频稳态量，不反应其暂态的分量，动作性能较为稳定；

（3）继电器的动作判据简单，因而实现方便，动作速度较快；

（4）具有明确的方向性，因而既可以作为距离元件，又可作为方向元件使用；

（5）继电器本身具有较好的选相能力。

4.1纵联保护依据的最基本原理是什么？

答：纵联保护包括纵联比较式保护和纵联差动保护两大类，它是利用线路两端电气量在故障与非故障时、区内故障与区外故障时的特征差异构成保护的。纵联保护的基本原理是通过通信设施将两侧的保护装置联系起来，使每一侧的保护装置不仅反应其安装点的电气量，而且哈反应线路对侧另一保护安装处的电气量。通过对线路两侧电气量的比较和判断，可以快速、可靠地区分本线路内部任意点的短路与外部短路，达到有选择、快速切除全线路短路的目的。

纵联比较式保护通过比较线路两端故障功率方向或故障距离来区分区内故障与区外故障，当线路两侧的正方向元件或距离元件都动作时，判断为区内故障，保护立即动作跳闸；当任意一侧的正方向元件或距离元件不动作时，就判断为区外故障，两侧的保护都不跳闸。

纵联差动保护通过直接比较线路两端的电流或电流相位来判断是区内故障还是区外故障，在线路两侧均选定电流参考方向由母线指向被保护线路的情况下，区外故障时线路两侧电流大小相等，相位相反，其相量和或瞬时值之和都等于零；而在区内故障时，两侧电流相位基本一致，其相量和或瞬时值之和都等于故障点的故障电流，量值很大。所以通过检测两侧的电流的相量和或瞬时值之和，就可以区分区内故障与区外故障，区内故障时无需任何延时，立即跳闸；区外故障，可靠闭锁两侧保护，使之均不动作跳闸。

4.2纵联保护与阶段式保护的根本差别是什么？

答：纵联保护与阶段式保护的根本差别在于，阶段式保护仅检测、反应保护安装处一端的电气量，其无延时的速动段（即第Ⅰ段）不能保护全长，只能保护线路的一部分，另一部分则需要依靠带有一定延时的第Ⅱ段来保护；而纵联保护通过通信联系，同时反应被保护线路两端的电气量，无需延时配合就能够区分出区内故障与区外故障，因而可以实现线路全长范围内故障的无时限切除。

5.2何为瞬时性故障，何谓永久性故障？

答:当故障发生并切除故障后，经过一定延时故障点绝缘强度恢复、故障点消失，若把断开的线路断路器再合上就能够恢复正常的供电，则称这类故障是瞬时性故障。如果故障不能自动消失，延时后故障点依然存在，则称这类故障是永久性故障。

5.5如果必须考虑同期合闸，重合闸是否必须装检同期元件?

答：如果必须考虑同期合闸，也不一定必须装检同期元件。当电力系统之间联系紧密(具有三个以上的回路)，系统的结构保证线路两侧不会失步，或当两侧电源有双回路联系时，可以采用检查另一线路是否有电流来判断两侧电源是否失去同步。

5.12什么是重合闸前加速保护？

答：所谓前加速就是当线路第一次故障时，靠近电源端保护无选择性动作，然后进行重合。如果重合于永久性故障上，则在断路器合闸后，再有选择性的切除故障。

5.13什么是重合闸后加速保护？

答：所谓后加速就是当线路第一次故障时，保护有选择性的动作，然后进行重合。如果重合于永久性故障上，则在断路器合闸后，再加速保护动作瞬时切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。