继电保护原理复习要点

第一章
1、什么是电力系统？
答；电力系统是电能生产、变换、输送、分配和使用的各种电气设备按照一定的技术与经济要求有机组成的一个联合系统——一般将电能的通过的设备成为电力系统的一次设备如；发电机、变压器、断路器等。

对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制和保护的设备，称为二次设备如继电保护装置、仪表，操作、信号电源等。

2、电力系统根据不同运行条件可分为几种状态？
答：正常运行、不正常运行（等约束条件满足，部分不等约束条件不满足如过负荷、过电压、电力系统振荡等）和故障状态（一次设备运行中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作等原因发生短路、断线。

）——电力系统运行状态是指电力系统在不同运行条件（如负荷水平、出力配置、系统接线、故障等）下的系统与设备的工作状况。

3、短路包含哪几种类型？
答；三相短路，两相短路，两相短路接地和单相接地短路——在高压电网（输电线路故障）中，单相接地短路占到85%以上在母线故障中大多数为两相或三相接地短路。

短路的危害：（1）短路电流大，燃弧，使故障元件损坏
（2）短路电流流过非故障元件，损坏或缩短其使用寿
（3）电压降低，用户正常的生产、生活受到影响；
（4）破坏系统稳定性,引起系统振荡,甚至系统崩溃。

事故：系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，造成对用户少送电或电能质量变坏到不能允许的程度，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏的事件
4、继电保护的作用是什么？
答：（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行。

（2）反应电气元件的不正常运行状态，根据运行维护的具体条件（例如有无经常值班人员）和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。

电力系统保护范围划分原则：
（1）任一个元件的故障都能可靠地被切除并且造成的停电范围最小或对系统正常运行的影响最小。

（2）保护范围相互重叠，保证任意点的故障都置于保护区内
5、什么是保护的四性？这四性彼此之间有什么关系？
答：可靠性（不拒动、不误动）、选择性（仅将故障元件从电力系统中切除）、速动性（最短的时限将故障或异常工况自电网中切除或消除）、灵敏性（灵敏系数Ksen：1.2～2）
（1）为保证选择性有时要求保护动作带延时（降低了速动性要求）（2）为保证速动性有时允许保护非选择性动作，再由自动重合闸装置来纠正
（3）为保证速动性和选择性，有时采用较复杂的保护装置（即降低了
可靠性）
因此，须从电力系统的实际情况出发，分清主次，求得最优情况下的统一
保护原理：
电流增大 － 过电流保护
电压降低 － 低电压保护
阻抗减小 － 阻抗（距离）保护
两侧电流大小和相位的差别 －纵联差动保护（高频、微波、光纤） 不对称分量 －零序或负序分量保护
非电气量 － 瓦斯保护、过热保护等
继电保护装置由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件组成
第二章
6、 什么叫继电特性？
答：无论启动和返回，继电器的动作都是明确干脆的，不可能停留在某
一个中间位置，这种特性称之为继电特性。

op
I re I re K 返回系数： ——继电器是一种能自动执行通断操作的部件。

当输入量达到一定数
值时，能使其输出的被控制量（如触点、电平）发生预计的状态变化。

7、什么叫系统最大运行方式？什么叫系统最小运行方式？
系统最大运行方式：在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最大，与此对应的系统运行方式--
min
s
Z
s
Z
max
k
I
.
.
=
→
系统最小运行方式：在相同地点发生相同类型的短路时流过保护安装处的电流最小，与此对应的系统运行方式。

max
s
Z
s
Z
min
k
I.
.
=
→
单侧电源网络相间短路时电流量特征
k
Z
s
Z
E
k
I
+
Φ
=
)3(
k
Z
s
Z
E
k
I
+
Φ
=
2
3
)2(
8、电流速断保护的整定原则是什么？限时电流速断保护的整定原则
是什么？过电流保护的整定原则是什么？
○1电流速断保护（电流Ⅰ段）——反应于短路电流的幅值增大而瞬时动作的电流保护。

按躲开本线路末端的最大短路电流来整定
校验条件：最小方式下两相相间短路
○2限时电流速断保护（电流Ⅱ段）——保护线路的全长，足够的灵敏度；
按照躲开下级各相邻元件的电流速断保护的最大范围来整定具有最小的动作时限电流Ⅰ、Ⅱ段联合工作就可以保证全线路的故障在0.5秒内予以切除，一般情况下能够满足速动性的要求，可以作为“主保护”。

○3定时限过电流保护（电流III段）后备保护：——（1）近后备－保护本线路全长（2）远后备－保护相邻线路全长
按照躲开本元件最大负荷电流来整定。

整定计算的三要素：整定值、动作时限、灵敏性校验
9、电流保护的接线方式是指电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式——目前广泛使用的是三相星型接线和两相星型接线
10、反时限过电流保护：是指动作时间随短路电流的增大而自动减小的保护。

使用在输电线路上的反时限过电流保护，能更快的切除被保护线路首端的故障也是一种过电流保护，
其动作时间是电流的函数
－电流越小，动作时间越长；
－电流越大，动作时间越短。

11、方向性电流保护在原有保护基础上加装功率方向判别元件，当功率方向由母线指向线路时才动作，并与电流保护共同工作，便可以快速、有选择地切除故障。

保护动作正方向的规定：由母线指向线路
方向性电流保护既利用了电流的幅值特性，又利用功率方向的特征
12、 方向过电流保护的单相原理接线图中各符号的含义？
答： TV 电压互感器、TA 电流
互感器、KW 方向元件、KA 电流
元件、KT 时间元件、KS 信号继电器——.对功率方向判别元件的基本要求：○1具有明确的方向性○2正方向故障有足够的灵敏性
13、 功率方向判别元件——用以判别功率方向或测定电压、电流之间相
位角的元件（继电器）称为功率方向元件（继电器）。

——对功率方向判别元件的基本要求○1具有明确的方向性
○
2正方向故障有足够的灵敏性 14、 最大灵敏角sen ϕ：输入电压、电流
幅值不变，输出最大时所对应的电
压、电流相位角。

——功率方向继电器的最大灵敏角
一般都接成在最常见短路情况下动
作最灵敏()ο60==k sen
ϕϕ
&KS
跳闸
KT KW TA TV KA
15、对接线方式的基本要求
1）良好的方向性：正向动，反向不动。

2）较高的灵敏性：Ur 、Ir 尽可能大，并接近Φsen , 以减小或消除死区。

△!功率方向继电器广泛使90º接线方式——系统三相对称且cosφ
=1时
，
ο&
&
90
arg=
r
U
r
I
的接线方式
90º接线方式的优点
（1）对各种两相短路都没有死区－引入了非故障相电压
（2）适当选择内角后，对各种故障都能保证方向性
16、
. 零序分量的特点
1）零序电压
故障点最高，中性点最低
2）零序电流
由零序电压Uk0 产生;零序电流的分布主要决定于（变压器中性点）3）零序功率
短路点最大；线路－母线（故障线路），与正序功率相反。

4）零序阻抗角
取决于ZT0 ：0.1)'0
(0T Z I A U &&
-=与线路阻抗角和故障点位置无关5）运行方式变化
线路、中性点位置数目不变，零序网不变；
正负序阻抗变化间接影响零序（Uk1、 Uk2、Uk0 ）
17、相间电流保护三相星形接线也可保护单相接地，但零序电流保护与之相比，有其独特优点：
1）零序过电流保护（零序Ⅲ段）整定值小，灵敏性高，动作时限较短
2）零序电流保护不受系统非正常运行状态的影响
3）零序电流保护受系统运行方式变化的影响较小
4）方向性零序电流保护没有电压死区问题
18、什么叫中性点非直接接地系统？
○
1中性点不接地 ○
2中性点经消弧线圈接地 中性点非直接接地系统 ○
3中性点经电阻接地 19、 中性点经消弧线圈接地系统中，消弧线圈对电容电流的补偿方式？
20、习题2.7
21、 什么叫距离保护？
答：利用短路时电压、电流同时变化的特征测量电压与电流的比值，该比值反映故障点至保护安装点之间的距离，如果短路点的距离小于整定值则动作的保护k l Z m
I m U m Z 1==&& 测量阻抗与故障距离的关系
22、 三相系统中测量电压和测量电流的选取
答: 对于保护接地短路时，取接地短路的故障环路为相—地故障环路，测量电压为保护安装处故障相对地电压，测量电流为带有零序电流补偿的故障相电流
对于相间短路，故障环路为相—相故障环路，取测量电压为
保护安装处两故障相的电压差，测量电流为两故障相的电流差
23、距离保护的构成
一般由启动、测量、振荡闭锁、电压回路断线闭锁、配合逻辑和出口构成
24什么叫阻抗继电器的动作特性？
阻抗继电器在阻抗复平面动作区域的形状
23、圆特性可分为几种？
偏移圆、方向圆、全阻抗圆、上抛圆、偏转圆
24、动作特性的实现有两种方法：
答：（1）精确测量Zm——绝对值比较原理，相位比较原理
（2）无需精确测量Zm，间接判断故障位置——比较工作电压相位法
比较工作电压相位法实现故障区段判断
25、距离保护的整定计算
I、II段：方向特性III段：偏移特性
※对距离保护的评价
○1保护区稳定，灵敏度高，受运行方式影响小
○2Ⅰ段不能保护全长，首末端共30％－40％的范围故障保护动作有时延○3接线复杂，可靠性低
○4可用于发电机、变压器保护中作后备
练习题：在如图所示网络中，各线路均装有距离保护，试对其中保护1的相间短路保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段进行整定计算。

已知各线路每公里阻抗，取可靠系数，。

要求距离Ⅲ段保护按全阻抗圆特性进行整定，且作为近后备时灵敏度不低于1.5，作为远后备时灵敏度不低于1.2。

电动机的自启动系数，可靠系数，返回系数线路A-B的最大负荷电流ID.max=350A，正常时母线最低工作电压UL.min取等于0.9UN(UN =110kV)。

D
D.max
26、什么是电力系统振荡？振荡闭锁措施有哪些？
答：○1电力系统振荡：并联电力运行系统间功角大范围周期性变化的现象
○2振荡原因：输送功率超过静稳极限；故障切除缓慢；无功不足电压降低；非同期自动重合闸
○3振荡闭锁：防止系统振荡时保护误动的措施。

——振荡中心Z：线路上电压最低的那一点。

※阻抗继电器是否误动、误动时间长短取决于取决于：（1）阻抗继电器安装位置（与振荡中心的相对位置）；（2）动作范围（整定值、动作特性形状）
※距离保护的振荡闭锁措施要求(1)振荡时不应误动；(2)振荡过程中发生不对称故障时，保护应正确动作；(3)全相振荡过程中三相短路时，应可靠动作，允许延时；
※振荡闭锁措施
（1）利用负序（零序）分量或电流突然变化，短时开放保护
（2）利用阻抗变化率的不同
（3）利用动作的延时(Ⅲ段>1~1.5s)
27、过渡电阻对距离保护有什么影响？
电弧电阻、中间物质电阻、导线与地的接触电阻、金属杆塔的接地电阻等。

单侧电源线路过渡电阻的影响：
（1）使测量阻抗增大，保护范围缩短；
（2）保护装置距离短路点越近，受到的影响越大，可能导致保护无选择性动作；
（3）线路越短，整定值越小，所受影响越大。

28、什么是距离保护的稳态超越？
故障前M为送电侧，N为受电侧，则M侧电源电动势相位超前于N 侧此时测量阻抗电抗部分减小, 保护可能失去选择性的现象称为距离保护的稳态超越
反之，若M端为送端，N为受端，测量阻抗增大，可能造成保护拒动。

29、克服过渡电阻影响的措施
过渡电阻的影响与下列因素有关：
（1）短路点的位置（始、末影响大）；
（2）阻抗继电器特性（＋R 轴方向所占面积）；
（3）接地距离保护受影响大。

采用能容许较大的过渡电阻而不至于拒动的测量元件动作特性，是克服过渡电阻影响的主要措施。

28、工频故障分量距离保护的动作特性是什么？有什么特点？
※工频故障分量距离保护的特点及应用
（1）不受过负荷及振荡(故障前状态)的影响；
（2）动作性能稳定（只反映工频稳态量）；
（3）判据简单，实现方便，动作速度快；
（4）明确方向性，可作距离元件和方向元件；
（5）本身有较好的选相能力。

主要应用：I段距离保护。

工频故障分量距离保护——反应工频故障分量电压、电流而工作的距离保护
29、什么是输电线路的纵联保护？一套完整的纵联保护由哪几部分组
成？
答：将线路一侧电气量信息传到另一侧去，安装于线路两侧的保护对两侧的电气量同时比较、联合工作，也就是说在线路两侧之间发生纵向的联系，以这种方式构成的保护称之为输电线路的保护。

一套完整的纵联保护包括两端保护装置、通信设备和通信通道。

特点：绝对选择性，无时限跳闸
纵联保护的分类
○1、按通道分类；导引线、电力线载波、微波、光纤
○2、按原理分类（1）方向比较式纵联保护:功率方向、测量阻抗判断结果（2）纵联电流差动保护：电流波形、相位
30、 纵联保护的基本原理
○
1纵联电流差动－两端电流相量和特征 1K I N I M I I &&&&=+=∑ 区内故障 set I N
I M I ≥+&&动作判据 0≈+=∑N
I M I I &&& 区外故障 ○
2. 方向比较式纵联保护－两端功率方向 ——功率方向元件判断本端功率方向，功率方向为负者发出闭锁信号，闭锁两端保护 ；功率方向为正者发出允许信号，允许两端保护跳闸。

○
3. 电流相位比较式纵联保护－两端电流相位特征差异 ○
4. 距离纵联保护－两端测量阻抗 纵联保护两侧信息的交换
ⅰ、导引线通信——保护原理：电流差动原理 适用于短线路
ⅱ、电力线载波通信——原理：将线路两端的电流相位（或功率方向）信息转变为高频信号 通道：输电线路（相－相，相－地） ⅲ、微波通信——原理：纵联电流分相差动保护
ⅳ、光纤通信——原理：纵联电流分相差动保护
31、 电力线载波通道的工作方式有哪几种？
1) 正常无高频电流（故障启动发信方式）
2) 正常有高频电流（长期发信方式）
3) 移频方式（f1、f2）
32、载波信号种类有哪几种？
33、闭锁式方向纵联保护的工作原理
答：正常时: 无高频电流;故障时：功率方向为负侧发送高频闭锁信号；功率方向为正侧不发高频信号。

※区内故障伴有通道损坏时，保护能否正确动作？
对于闭锁信号：
故障线路的保护不受通道损坏的影响能够可靠动作，不会拒动；
非故障线路的保护受通道损坏的影响会误动。

※如果传送的是允许信号呢？答：受通道损坏的影响保护会拒动。

34、工频故障分量的方向元件要求及特点：：
要求：1）不受故障类型影响、无死区；
2) 不受负荷影响；
3) 不受振荡影响；
4) 非全相运行中发生短路正确判定。

特点：○1不受负荷状态影响；
○2不受振荡影响；
○3不受过渡电阻影响；
○4无电压死区；
○5有明确的方向性。

34、非全相运行对不同方向元件的影响？
为了提高电力系统运行的稳定性，经常采用单相故障跳开故障单向的方式，保留非故障的两相继续运行——非全向运行状态。

应对措施：1）使用工频突变量方向元件
2）使用线路侧电压
35、什么叫功率倒向？解决方法？
在断路器QF3跳闸后而断路器QF4跳闸前,线路中的短路功率突然倒转方向，由M侧流向N侧，这一现象称为功率倒向
解决办法：增大延时返回t1元件的延时时间
36、影响纵联电流差动保护正确动作的因素
○1. 电流互感器的误差和不平衡电流
○2. 输电线路分布电容的影响
线路两端电流之和不为零，为线路电容电流。

○3.过渡电阻的影响
故障分量电流与负荷电流相差不大，负荷电流为穿越性质，降低保护动作灵敏度。

37、自动重合闸和继电保护有几种配合方式？分别适用于什么？答：○1．重合闸前加速保护——应用：用于35千伏以下发电厂或变电所引出的直配线上
○2．重合闸后加速保护——应用：用于35千伏及以上电网或重要负荷的送电线上
※自动重合闸的作用
（1）.瞬时性故障可迅速恢复供电，提高供电的可靠性；
（2）.提高并列运行稳定性、线路输送容量；
（3）.纠正断路器偷跳、保护误动、人为误碰引起的误跳闸
※应用：≥1KV架空线路或混合线路，只要装断路器。

※基本要求1）.动作迅速,t=tu+tz。

，一般0.5s-1.5s。

2）.不允许任意多次重合，即动作次数应符合预先的规定。

3）、应能和继电保护配合，在重合闸前或后加速保护动作。

4）.双侧电源重合闸应考虑电源同步问题。

5).动作后应能自动复归，准备好再次动作。

6).手动跳闸时不应重合（手动操作或遥控操作）。

38、单侧电源线路的三相一次自动重合闸
线路上故障=> 跳开三相=> 重合闸起动, 合三相：
瞬时故障，成功；
永久故障，再次跳开三相，不再重合
39、单相自动重合闸
220KV~500KV，线间距离大，绝大多数故障为单相接地故障。

若只跳开故障相，可提高供电可靠性和系统并联运行的稳定性。

k(1) => 保护动，跳故障相=>单相重合
成功，恢复三相供电
不成功：若允许非全相运行，再次跳故障相不重合；
若不允许非全相运行，再次跳三相不重合
k(相间) => 保护动，跳三相=>不重合
40、综合重合闸
单相重合闸和三相重合闸综合在一起－综合重合闸。

K(1) －> 跳单相－> 合单相。

（单重方式）
相间K －> 跳三相－> 合三相。

（三重方式）
四种运行方式：单重、三重、综重、停用。

41、电力变压器故障类型及不正常运行状态
○1油箱内故障：相间短路、接地短路、匝间短路、铁芯烧损
油箱外故障：相间短路、接地短路（套管和引出线）
○2外部短路引起的过电流、长时间过负荷、风扇故障或漏油引起冷却能力下降等——绕组和铁芯过热
42、变压器的主保护一般是如何配置的？
43、什么是变压器励磁涌流？
答; 励磁涌流：当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁电流（数值可达额定电流的6～8倍）,造成的不平衡电流很大。

保护可能误动
涌流大小和哪些因素有关呢？合闸角、剩磁、铁芯饱和特性等
励磁涌流的特征：1、数值很大，含有很大的非周期分量。

2、含有很大的二次谐波分量，一般大于基波分量的20%。

3、励磁涌流的波形中有间断，间断角度α一般大于60°。

克服措施:励磁涌流闭锁。

1）采用具有速饱和中间变流器
2）二次谐波制动
3）间断角鉴别
44、变压器励磁涌流出现的根本原因是什么？
铁芯中的磁通不能突变
45、如何防止励磁涌流引起的误动？
答：克服措施: 励磁涌流闭锁。

1）采用具有速饱和中间变流器
2）二次谐波制动
3）间断角鉴别
46、多台变压器并联运行时它们的中性点都接地吗？
答不是一部分变压器中性点接地运行而另一部分变压器中性点不接地运行——这样可以将接地故障电流水平限制在合理的范围内，同时也使整个电力系统零序电流的大小和分布情况尽量不受运行方式变化的影响，提高零序电流保护的灵敏度。

※对于中性点不接地运行方式下的变压器接地保护，根据变压器绝缘等级的不同，分别采用如下方式：
全绝缘变压器：零序过电压保护
分级绝缘变压器：在中性点装放电间隙加零序电流保护
47、变压器保护配置原则
变压器保护除了考虑反应电气量特征的保护，还应装设反应油箱内部油、气、温度等特征的非电量保护；对于某些不正常运行状态还需装设专门的保护。

变压器一般装设瓦斯保护、纵差动保护或电流速断保护、外部相间短路和接地短路时的后备保护、过负荷保护、过励磁保护、其它非电量保护
48、发电机定子绕组短路故障的保护
一、纵差保护：发电机相间短路的主保护
二、横差保护发电机匝间短路的主保护，
同时也反应相间短路适用于大容量机组（每相有并联分支）
三、纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护发电机定子绕组在其同一分支匝间或同相不同分支间短路故障，均会出现纵向不对称，从而产生纵向零序电压。

当测量到纵向零序电压超过定值时，保护动作。

49、发电机定子绕组单相接地保护
○1利用零序电压构成的定子绕组单相接地保护——保护定子绕组85%以上；100%定子接地保护一般由两部分组成零序电压保护+其他原理（三次谐波原理或叠加电源方式原理）的保护
○2利用三次谐波电压构成的定子绕组单相接地保护——动作条件：U S3.
U N
. ——可以反应距中性点约50%范围内的接地故障
3
○3利用零序电压和叠加电源构成100%定子绕组单相接地短路叠加低频电源，频率主要是12.5Hz和20Hz,由发电机中性点变压器或发电机端TV开口三角绕组处注入一次发电机定子绕组。

可独立检测接地故障，与发电机运行方式无关，各种状态下均可检测，且对定子绕组各处故障检测灵敏度相同。

50、发电机负序电流保护
负序电流保护的作用：电力系统发生不对称短路或三相负荷不平衡时，发电机定子绕组中将出现负序电流。

51、发电机失磁运行及后果
定义：发电机失磁故障是指发电机的励磁突然全部消失或部分消失。

原因：转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳、半导体励磁系统中某些元件损坏或回路发生故障以及误操作等。

故障形式：励磁绕组直接短路或经励磁电机电枢绕组闭路而引起的失磁；励磁绕组开路引起的失磁；励磁绕组经灭磁电阻短接而失磁；励磁绕组经整流器闭路失磁
后果：○1重负荷下失磁进入异步运行后，将因过电流使定子过热○2引起电压下降，可能因电压崩溃使系统瓦解
○3差频电流使转子过热引起电压下降
○4引起机组振动，威胁机组安全
○5定子端部漏磁增加，使端部和边段铁芯过热
52、从失磁到稳定异步运行过程
正常运行时：δ<90稳定运行极限：δ=90发电机失步：δ>90
○1失磁到失步前——有功基本不变、无功由正变负，发电机变为吸收感性的无功功率
○2临界失步点
○3失步后的异步运行
53、母线故障和装设母线保护基本原则
母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电引起，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路
一般来说，不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。

利用发电机的过流保护切除母线故障利用变压器的过流保护切除低压母线故障在双侧电源网络上利用电源侧保护切除母线故障
下列情况应装设专门的母线保护：
1、在110kV及以上的双母线和分段单母线上，为保证有选择性地切除任一组（段）上发生的故障，而另一组（段）仍能继续运行，应装设专用的母线保护。

2、110kV及以上的单母线，重要发电厂的35kV母线或高压侧为110kV 及以上的重要降压变电所的35kV母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用的母线保护。

54、母线差动保护基本原理
1）在正常运行以及母线范围外故障时
2）当母线上发生故障时
3）从每个连接元件中电流的相位来看，
在正常和外部故障时，至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位相反。