继电保护原理复习提纲

开关量输出回路的与非门：①提高带负载能力；②提高抗干扰能力 频率高于f max 的分量出现频率混叠的问题， 可用前置低通滤波器消除影响监控程序包括人机接口命令处理程序及为插件测试、定值整定、报告显示等所配置的程序运行程序是指保护装置在运行状态下所需执行的程序单选 1′×10 多选 2′×5 判断改错 2′×5 简答 5′×4 分析 20′(3) 计算 30′(3)继电保护原理第1章 绪论1.1 继电保护装置，就是指能反应电力系统电气元件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。

它的基本任务：①自动、迅速、有选择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破坏，保证其他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，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。

1.2 继电保护的基本原理：利用系统正常运行与发生故障或不正常运行状态之间的差别，以实现保护。

（差动原理）1.3 继电保护装置是由测量部分、逻辑部分和执行部分组成的 1.4 电力系统继电保护的基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性①选择性 指电力系统中有故障时，应由距离故障点最近的保护装置动作，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行②速动性 在发生故障时，保护装置能迅速动作切除故障③灵敏性 指对于其保护范围内发生任何故障或不正常运行状态的反应能力④可靠性 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装置不应该动作的情况下，则不应该误动作第2章 继电保护的硬件构成——继电器2.1 继电器是一种能反应一个弱信号的变化而突然动作，闭合或断开其接点以控制一个较大功率的电路或设备的器件。

发展阶段：电磁式、感应式→晶体管式→集成电路式→数字式2.2 继电特性：①继电器的动作都是明确干脆的②继电器的返回系数是返回值与动作值的比值2.3 感应型继电器具有反时限特性（方向继电器、阻抗继电器、差动继电器、平衡继电器） 2.4 微机保护装置硬件的核心是微处理器。

微处理器是数字式保护的核心。

2.5 微机保护装置硬件①数据采集单元：将模拟输入量尽可能准确地转换为数字量（电气量变换）a. 电压变换 电流变换器、电压变换器 电量变换、隔离b. 采样保持 采样定律：f s ≥2f maxc. 模拟低通滤波器 有源滤波器、无源滤波器d. 模拟量多路转换开关e. 数模转换器（直接、间接） A/D 转换技术指标：分辨率，量程，精度，转换时间和转换速率②数据处理单元：对由数据采集系统输入至随机存取存储器中的数据进行分析处理③开关量输入/输出接口：完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部接点输入及人机对话 光电隔离 防止继电器的误动作 ④通信接口：实现多机通信或联网⑤电源：供给微处理器、数字电路、A/D 转换芯片及继电器所需的电源。

（逆变电源） 2.6 微机保护的软件（监控程序、运行程序）分为两个模块：a. 主程序：包括初始化，全面自检、开放及等待中断b. 中断服务程序：包括采样中断包括数据采集与处理、保护起动判定串行口中断完成保护CPU 与保护管理CPU 之间的数据传送相间电流保护评价优点：简单、可靠缺点：直接受运行方式影响（运行方式变化较大或线路较短的情况下，灵敏性往往不能满足要求）Ⅰ段零保护范围原因：①系统运行方式变化较大②被保护线路较短远 不满足，与下一级线路Ⅱ段配合整定 还不满足，改用限时电流电压联锁速断保护第3章 电网的相间电流、电压保护和方向性相间电流、电压保护 3.1 电流增大和电压降低是电力系统中发生短路故障的基本特征。

3.2 短路电流大小的影响因素：故障类型、系统阻抗（运行方式）和短路地点 3.3 阶段式相间电流保护定值的整定原则Ⅰ段 按照躲过线路末端最大短路电流整定（用保护范围衡量其灵敏性） Ⅱ段 按照躲过下一级各相邻元件Ⅰ段（Ⅱ段）保护范围末端的最大短路电流整定Ⅲ段 按照躲过本线路最大负荷电流（及负荷自启动过程中产生的自启动电流、考虑返回电流）整定瞬时速断 不能保护线路全长 辅助保护 限时速断 不能作为下级线路后备 主保护过电流范围延伸至下级线路末端 后备保护3.4 阶段式相间电流保护整定计算（1）AB 和BC 线路最大负荷电流分别为120A 、100A（2）电源A ：Ω=Ω=20,15max .min .S S X X ；电源B ：Ω=Ω=25,20max .min .S S X X （3）8.1,85.0,2.1,15.1,25.1==='''=''='MS rerel rel K K K K K 解：..max.min 1.207A k B SA ABE Ik Z Z ϕ==+..min .max 0.958A k B SA AB I k =()..max .min .min 1.717A k C SA AB SB BCE I k ZZ Z Z ϕ==++∥..min .max .max 1.381A k C SA AB SB BCI k =.max .1.max .min 204011420SA AB br SB Z Z K Z ++=+=+=.min .1.min .max 154011 3.225SA AB br SB Z Z K Z ++=+=+=Ⅰ段：.1..max 1.25 1.207 1.509A act rel k B I K I k ''==⨯= 10s t '= .1.max 1actSAABI '1.max .145.3%15%SA AB act Z Z α⎫==>⎪⎝⎭满足要求Ⅱ段：.2..max 1.25 1.717 2.146A act rel k C I K I k ''==⨯= 20s t '=.2.max .max 2act SA AB SB BC I '238.1%15%α=> 满足要求.2.1.1.min 1.15 2.1460.771A 3.2relact actbr K I I k K '''⨯''===120.5s t t t ∆'''=+= ..min .1.10.9581.24 1.20.771k B senact I K I ''===>'' 满足要求【判据应为1.3】Ⅲ段：..max .11.2 1.80.120.305A 0.85relMs L AB act re K K I I k K '''⨯⨯'''=== 12t t t ∆''''''=+ ..min .1..10.958 3.14 1.50.305k B sen act I K I '''===>'''近 满足要求 ..min .1..1.max .1 1.3811.13 1.240.305k C senbr actI K K I '''===<'''⨯ 不满足要求3.5 引入可靠系数的原因：①实际短路电流可能大于计算值； ②非周期分量使总电流增大；③装置中继电器的实际动作电流可能小于整定值； ④考虑裕度。

3.6 反时限过电流保护①动作特性：电流越大，动作时限越短；电流越小，动作时限越长 ②保护功能：近处故障时，动作时限短；远处故障时，动作时限长③实现方式：传统保护采用感应型圆盘式继电器；微机保护采用反时限特性方程 ④优点：靠近电源端故障具有较短的切除时间缺点：系统最小运行方式下短路时，动作时间较长电压保护整定计算时，不需考虑故障类型3.7 电流保护的接线方式 ①三相星形接线（完全星接）110kV 及以上（中性点有效接地—零序保护）a. 优点：可反应各种相间短路和中性点直接接地系统的单相短路降压变高压侧加装过流保护作为低压侧线路故障的后备保护，完全星接有更高灵敏性b. 缺点：接线复杂，不经济c. 适用范围：发电机、变压器等大型贵重电气设备的保护中性点直接接地系统，作为相间短路和单相短路的保护②两相星形接线（不完全星接）（统一装在A 相和C 相上） 35kV 及以下a. 优点：中性点不直接接地系统并联的不同线路发生单相接地短路时，有2/3的机会只切除一条线路b. 缺点：不可反应直接接地系统的B 相单相短路故障（以及并联线路均发生B 相短路）中性点不直接接地系统串联的不同线路发生单相接地短路时，只有2/3的选择性c. 适用范围：中性点非直接接地系统，作为相间短路的保护 3.8 低电压保护的特点①电压保护反应于电压降低而动作，返回电压高于起动电压，返回系数大于1②瞬时电压速断保护总有一定的保护范围，最小运行方式下灵敏度高，与电流保护相反 ③电压保护没有方向性，必须配以过电流闭锁或监视元件 3.9 功率方向元件 ①基本概念φk 阻抗角φ实际电流与电压的夹角 φsen.max 最灵敏角 α功率方向继电器内角α＝90°－φk ②0°接线（同名相电压和相电流U A 、I A ） a. 动作方程 b. 若短路发生在保护出口处，母线残压约为0，方向继电器无法判断正方向，出现“电压死区” ③90°接线（非故障相电压作为参考量判别电流相位U BC 、I A ） a. 动作方程 b. 除正方向出口处附近发生三相短路，继电器具有电压死区外，其他任何包含A 相的不对称短路都没有死区，且动作灵敏性很高c. 正常运行情况下，方向继电器在负荷电流作用下处于动作状态，若电流继电器误动，保护可能误动 ④消除电压死区的方法a. 将短路电流与故障前的母线电压进行比较b. 传统保护——加设记忆元件获得故障前电压c. 微机保护——保留故障前的电压信息⑤力求少用方向元件：a. 电流速断保护，尽可能从整定值上躲开反方向短路 b. 过电流保护，尽可能从动作时限的大小决定是否装设方向元件3.10 双侧电源网络电流保护整定助增：若被保护线路末端分支有电源，使故障线路电流增加的现象。

外汲：若下一级线路为并联线路，使故障线路电流减小的现象。

①不装设方向元件——整定原则：按躲开被保护线路末端和保护背侧母线的最大短路电流整定 ②装设方向元件——装设原则：动作电流较大的瞬时速断保护不需要装设方向元件）3.11 半周积分算法 误差的引起：①梯形法近似求面积（采样频率越高，精度越高）②第一个采样点的初相角/210S 11122N K K S i i i T I --⎡⎤≈++⎢⎥⎣⎦∑2N ().max cos 0k k sen U I ϕϕ->.max sen kϕϕ=()cos 0BC A U I ϕα+>.max 90sen k ϕϕ=-︒（与同一母线相联的时限短的须要装，时限相同的则都装）不能滤除直流分量3.12 傅里叶算法 ①全波傅里叶算法()15)i t t π=+︒每周采样10个点，利用傅里叶算法计算电流的有效值()15)i t t π=+︒每周采样4个点，利用傅里叶算法计算电流的有效值()22441122150.26340.263150.26340.263240.263150.264155.56175110Nj k j k N m k k k k I i e i e j j j NI ππ--==⎡⎤⎡⎤===-+-+=-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦=∠-︒=∑∑②全波差分傅里叶算法 减小直流分量对基波计算精度的影响，抑止低于50Hz 低频，对非整次谐波效果差③半波傅里叶算法 仅采用半个周波的数据窗进行DFT 3.13 保护的起动判定：①相电流差瞬时值突变量起动元件相电流差—抑止共模干扰；突变量差值—消除频率偏移影响②相电流差有效值突变量起动元件 ③零序电流辅助起动元件第4章 电网接地故障的电流、电压保护 4.1 中性点接地方式 中性点直接接地 110kV 及以上中性点经小电阻接地 城市电流供电网络 中性点不接地 35kV 及以下 中性点经消弧线圈接地35kV 及以下中性点直接接地优点：发生单相接地故障时，接地相电压降低，相电流增大；非接地相电压、相电流不变；可以不考虑过电压 缺点：接地故障发生后，故障相将有大短路电流流过；用户供电可靠性最低 中性点经小电阻接地优点：电阻限制了接地故障电流的大小，也限制了故障后过电压的水平 缺点：发生高阻接地故障后，接地电流小，保护构成困难 中性点不接地优点：单相接地故障发生后，线电压仍然保持对称，对用户的供电可靠性高缺点：非接地相电压将升高至线电压，威胁电气设备绝缘，发展成为相间故障，导致断路器动作跳闸 中性点经消弧线圈接地优点：消弧线圈抵消在接地点流过的电容性接地电流，消除或者减轻接地电弧电流的危害 缺点：使有选择性的接地保护的构成困难，尽管该保护只需要给出接地发生的信号而不需要跳闸212n N j k NN k k X x e N π-=⎡⎤=⎢⎥⎣⎦∑⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧---=---=---=---------NN N N N N NN N i i i i I i i i i I i i i i I 2CAk CAk CAk CAk CA 2BCk BCk BCk BCk BC 2ABk ABk ABk ABk AB ∆∆∆大电流接地方式小电流接地方式中性点采用哪种接地方式主要取决于 供电可靠性和限制过电压能完全滤除各种整次谐波和直流分量只能滤除奇数次谐波221010112240.263150.26155.5617511010N j k j N m k k k k I i e i e j I N ππ--==⎡⎤⎡⎤===-=∠-︒=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦∑∑保护动作于跳闸保护动作于警报短时不予以切除故障零序三段电流保护零序功率方向保护4.2.1 三段式零序保护定值的整定原则Ⅰ段 按照躲开下一条线路出口处最大零序电流整定按照躲开断路器三相触头不同期合闸时的最大零序电流整定Ⅱ段 按照躲开下一级各相邻元件Ⅰ段（Ⅱ段）保护范围末端的最大零序电流整定 Ⅲ段 按照躲开线路末端相间短路时出现的最大不平衡电流整定本保护零序Ⅲ段的保护范围，不能超出相邻线路零序Ⅲ段的保护范围4.2.2 零序短路电流的影响因素 ①运行方式最大运行方式，零序短路电流最大；最小运行方式，零序短路电流最小②接地变并联台数 并列运行台数最多时，分支系数最大 ③等效序阻抗X 1Σ< X 0Σ，单相短路接地短路电流最大；X 0Σ> X 1Σ，两相短路接地短路电流最大4.2.3 三段式零序电流保护整定计算已知：电源：A B E E ==，变压器T1：12015,20X X X ΩΩ===，变压器T2：12020,30X X X ΩΩ===；线路：1200.4, 1.4X X km X km ΩΩ===1.0. 1.0.12,42,24,84AB AB BC BC X X X X ΩΩΩΩ====； 1.15relrel K K '''== 解：对于保护2：Ⅰ段：对于保护1：Ⅱ段：0.10.20. 1.15 1.111=0.4173.067relact act br K I I kA K '''⨯''==210.5s t t t ∆'''=+= 0..min .20.2330.2561.84 1.30.417k C senact I K I ⨯''===>'' 满足要求Ⅲ段：12 1.T1 1.151227AB X X X X Ω∑∑==+=+=()()00.T10.20423020.22AB X X X X Ω∑=+=+=.∥∥()110...max 10=0.985+2k B f E I kAX X ∑∑=，()10...max 10=0.895+2k B f E I kAX X ∑∑=0.T10.0.0.T2204211 3.06730AB br X X K X ++=+=+=()()11110...max0..max 0.0.985==0.3213.067k B f k B brI I kA K =，，()()110...max0..max 0.0.895==0.2923.067k B f k B brI I kA K =12 1.T1 1. 1.15122451AB BC X X X X X Ω∑∑==++=++=()()00.T10.20423084104.22AB X X X X X Ω∑=++=++=.∥∥()10...max 10=0.322+2k C f E I kAX X ∑∑=()1,10...max 10=0.256+2k C f E I kAX X ∑∑=()10.10..max =3 1.1530.322 1.111act rel k C I K I kA''=⨯⨯=10s t '=0..min .10.1330.2560.691.111k C senact I K I ⨯'==='当线路上采用单相自动重合闸时，按照躲开非全相运行状态下又发生系统振荡时的最大零序电流（取较大值）灵敏Ⅰ段不灵敏Ⅰ段重合闸后加速0.2.max=act rel urb I K I ''''''0.10.20.=rel act act br K I I K '''''''''0..min .2.0.23k B senact IK I '''='''近()3.max .max=urb ap ss er k I K K K I 0..min .2.0.0.23k C senbr act IK K I '''='''远 ()110.20..max =3 1.1530.321 1.107act rel k B I K I kA ''=⨯⨯=，20s t '=0..min .20.2330.2920.791.107k B sen act I K I ⨯'==='a. 故障点的零序电压最高，距离故障点越远零序电压越低b. 忽略回路电阻，以母线流向线路方向为正方向，零序电流超前零序电压90° 零序电流的分布，主要取决于输电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗c. 对于发生故障的线路，零序功率方向实际上都是由线路流向母线的d. 零序电流与零序电压的相位差由背侧阻抗的阻抗角决定中性点电阻的接入不影响零序电压的分布规律，只影响零序电流大小和电压、电流相位关系4.2.5 零序功率方向元件的特点①零序功率方向继电器接于零序电压和零序电流，当区内故障时，零序电流超前零序电压95°~110°（对应于保护背侧的零序阻抗角为85°~70°的情况），继电器应正确动作，最灵敏角为钝角 ②零序方向元件没有死区，因为越靠近故障点的零序电压越高③当作为相邻元件的后备保护时，应采用相邻元件末端短路时在本保护安装处的最小零序电流、电压或功率（经TA 、TV 转换到二次侧的数值）与功率方向继电器的最小起动电流、电压或起动功率之比计算灵敏系数，并要求K sen ≥2。