继电保护原理

继电保护原理-学习指南
简答题
1.零序电流灵敏I段与零序电流不灵敏I段的区别是什么？分别在哪种情况下起作用？
2.变压器纵差动保护动作电流的整定原则是什么？
3.通常采用什么措施来提高3/2断路器接线母线保护的可信赖性？
4.零序保护的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段的保护范围是怎样划分的?
5.何谓三段式电流保护？其各段是怎样获得动作选择性的？
6.高频通道的主要组成元件及其作用是什么？
7.什么是纵联保护？纵联保护包括哪几部分？
8.功率方向继电器的接线方式有哪些要求？
9.何为潜供电流？它对于单相重合闸动作时间有何影响？
10.什么是电动机自起动？如果在过电流保护中不考虑电动机自起动系数，会出现什么问题？
11.什么是重合闸后加速？有何优缺点？
12.母差回路是怎样构成的？
13.电力系统振荡对距离保护有什么影响？
14.高频通道的主要组成元件及其作用是什么？
15.对继电保护装置有哪些基本要求？
16.画出方向阻抗继电器的特性圆，并说明方向阻抗继电器的特点？
17.零序电流灵敏I段与零序电流不灵敏I段的区别是什么？分别在那种情况下起作用？
18.何为系统最大/最小运行方式？在电流保护整定/校验时各选择那种方式？
19.三段式保护为何不能瞬时保护线路全长？
20.大接地电流系统、小接地电流系统中单相接地故障时的电流电压有什么特点？相应的保护怎样配置？
21.保护装置由哪三部分构成？它们的作用分别是什么？
22.什么叫线路的纵联保护？
23.高频闭锁方向保护动作跳闸的条件是什么？如果通道遭到破坏，当内部故障和外部故障时，保护的工作会受到何影响？
24.变压器纵差保护中的不平衡电流包括哪些？
25.大型变压器的主要故障有哪些？通常装设的保护有哪些?
26.闭锁式方向高频保护中采用负序功率方向继电器有何优点？
27.中性点直接接地系统为什么不利用三相相间电流保护兼作零序电流保护，而要采用零序电流保护？
28.变压器励磁涌流有何特点?在变压器差动保护中是怎么利用涌流的这些特点来消除涌流对差动保护的影响？
29.零序功率方向继电器的最灵敏角与相间方向继电器的最灵敏角是否相同？为
什么？
30.什么是断路器失灵保护，属于主保护还是后备保护？
31.什么叫继电保护装置，其基本任务是什么？
32.零序电流灵敏I段与零序电流不灵敏I段的区别是什么？分别在哪种情况下起作用？
33.何谓三段式电流保护？其各段是怎样获得动作选择性的？
34.说明三种圆特性阻抗继电器，那一种受过渡电阻影响最小？那一种受系统振荡影响最小？那一种躲负荷能力最强？
35.什么是备自投？
36.接地短路时的零序电流大小与系统运行方式是否有关？零序电流在电网中的分布与什么因素有关？
37.短路点过渡电阻对距离保护的影响及减小其影响的方法。

38.纵联保护传送的信号分为哪几种？
39.简述方向比较式纵联保护的基本原理。

40.方向高频保护为什么要采用两个灵敏度不同的起动元件?
41.什么叫继电保护装置，其基本任务是什么？
42.什么是主保护？何谓后备保护？何谓近后备保护？何谓远后备保护？
43.什么叫重合闸前加速？
44.何谓频率混叠现象?如何消除?
45.线路纵联保护的信号主要有哪几种?作用是什么？
46.什么是系统的最大、最小运行方式？
47.发电机故障的基本类型及其对应的保护有哪些？
48.说明双侧电源线路上实现同期重合闸时，检同期重合闸和检无压重合闸的工作方式与同期合闸条件？
49.分相电流差动保护有什么优点？
50.在必须考虑两侧电源同期合闸的情况下，实际应用中，两侧的重合闸和同期装置是如何配置的？
参考答案
简答题
1.零序电流I段与零序电流不灵敏I段的定值整定原则不同，动作灵敏度不同，零序电流I段的灵敏度高（其整定值较小，保护范围较大），作为全相运行、发生接地短路故障时的接地保护，非全相运行时需退出运行；零序电流不灵敏I段的动作灵敏度低（其整定值较大，保护范围较小），作为非全相运行，发生接地故障时的接地保护。

2.(1)大于变压器的最大负荷电流；(2)躲过区外短路时的最大不平衡电流；(3)躲过变压器的励磁涌流。

3.采用保护双重化，即工作原理不同的两套母线保护；每套保护应分别接在电流互感器的不同的二次绕阻上；应有独立的直流电源；出口继电器触点应分别接通
断路器两个独立的跳闸线圈等。

4.零序保护的Ⅰ段是按躲过本线路末端单相短路时流经保护装置的最大零序电流整定的，它不能保护线路全长。

零序保护的Ⅱ段是与保护安装处相邻线路零序保护的Ⅰ段相配合整定的，它不仅能保护本线路的全长，而且可以延伸至相邻线路。

零序保护的Ⅲ段与相邻线路的Ⅱ段相配合，是Ⅰ、Ⅱ段的后备保护。

Ⅳ段则一般作为Ⅲ段的后备保护。

5.由电流速断、限时电流速断与定时限过电流保护组合而构成的一套保护装置，称为三段式电流保护。

电流速断保护是靠动作电流的整定获得选择性；过电流保护是靠上下级保护动作时间的配合获得选择性；限时电流速断保护是靠上、下级保护的动作电流和动作时间的配合获得选择性。

6.反应线路两侧的电气量可以快速、可靠地区分本线路对快速切出故障的要求。

为此需要将线路一侧的电气量信息传到另一侧去，两侧的电气量同事比较、联合工作，也就是说在线路的两侧之间发生纵向关系，即称纵联保护。

两端比较的电气量可以是电流幅值、电流相位和流过两端的功率方向等。

完整的纵联保护包括两端保护装置、通信设备和通信通道。

7.(1)必须保证功率方向继电器具有良好的方向性，即正方向发生任何类型的短路故障时，继电器都能动作，而反方向短路故障时不动作。

(2)尽量使功率方向继电器在正向短路故障时具有较高的灵敏性。

8.变压器励磁涌流的主要特点是：(1) 变压器励磁涌流包含有很大成分的非周期分量（对称涌流除外）；(2)变压器励磁涌流包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主；(3)变压器励磁涌流波形之间出现间断。

在变压器纵差保护中防止励磁涌流影响的方法是:(1)针对变压器励磁涌流的非周期分量，采用速饱和变流器BLH；(2)针对变压器励磁涌流的波形之间出现间断，鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别；(3)针对变压器励磁涌流包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主的特点，利用二次谐波制动等，都可以在变压器纵差保护中防止励磁涌流的影响。

9.潜供电流是指单跳后健全相电势经相间藕合电容向故障点提供的短路电流及健全相负荷电流经相间互感在故障相产生的感应电势通过对地电容向故障点提供的短路电流。

由于存在潜供电流，使短路点电弧熄灭时间、介质绝缘恢复时间增大，相应单相重合闸延时较三相重合闸延时增大。

10.发生短路故障时，各段母线电压降低，导致电动机被制动，在故障切除后电压恢复时，电动机重新恢复正常运行的过程，即电动机的自起动。

如果在过电流保护中不考虑电动机自起动系数时，在自起动的过程中的不正常运行电流有可能大于保护装置的起动电流而产生误动作。

11.当被保护线路发生故障时，保护装置有选择地将故障线路切除，与此同时重合闸动作，重合一次，若重合于永久性故障时，保护装置立即以不带时限、无选择地动作再次断开断路器。

这种保护装置叫做重合闸后加速。

优点：第一次有选择性切除故障，不扩大停电范围；保证永久性故障能瞬时切除，并仍有选择性；不受网络结构和符合条件的限制。

缺点：每个断路器都需装设一套重合闸；第一次
切除故障可能带有延时。

12.1）差动回路是由一个母线大差动和几个各段母线小差动所组成的；2）大差动指除母联开关和分段开关以外的母线上所有其余支路电流所构成的差动回路；3）某段母线小差动是指与该段母线相连接的各支路电流构成的差动回路，其中包括了与该段母线相关联的母联开关和分段开关；4）大差动判别母线故障，小差动判别故障母线。

13.振荡中心位于保护范围的正方向时，若测量阻抗轨迹进入阻抗继电器动作区，阻抗继电器将受振荡影响而周期性误动作；阻抗继电器将受振荡影响的程度与阻抗继电器的动作特性有关；阻抗继电器动作特性在复平面上沿振荡轨迹方向的动作区域面积越大，受振荡的影响也越大；而且越靠近振荡中心，影响就越大；振荡中心在保护范围外或保护范围的反方向，则不受影响；若保护动作时限大于系统振荡周期，保护也不受系统振荡影响。

14.高频通道主要有以下元件组：阻波器、结合电容器、连接滤波器以及收高频收、发信机。

各元件主要作用如下：阻波器：阻止高频信号，通过工频信号；结合电容器：与连接滤波器共同起作用阻止工频信号，通过高频信号；连接滤波器：与结合电容器共同组成一个四端网络的“带通滤波器”，起隔离作用；高频收、发信机：发送和接收信号。

15.根据继电保护装置在电力系统中所担负的任务，继电保护装置必须满足以下四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。

16.（1）当测量阻抗Zm的阻抗角不同时,方向阻抗继电器的起动阻抗也不相同。

（2）方向阻抗继电器在第三象限无动作区。

17.区别:零序电流灵敏I段与零序电流不灵敏I段的定值整定原则不同，动作灵敏度不同零序电流灵敏I段动作灵敏度高，作为全相运行、发生接地故障时的接地保护，非全相运行时需退出运行；零序电流不灵敏I段的动作灵敏度低，作为非全相运行、发生接地故障时的接地保护。

18.短路时通过该保护的短路电流为最大/最小的可能运行方式,称为系统最大/最小运行方式。

在电流保护整定/校验时各选择最大/最小运行方式。

19.三段式保护中只有I段是瞬时保护线路的，但为了避免在相邻线路出口处发生故障时与相邻速断保护引起选择性冲突，故I段瞬时保护应躲开线路末端发生的最大短路电流，保证选择性，所以三段式保护不能瞬时保护线路全长。

20.大接地电流系统单相接地故障时故障电流大，也有较大的零序电流，故障相电
压降低，非故障相电压基本不变。

小接地电流系统单相接地故障时，不能形成短路电流通路，零序电流较小，故障相电压降低，非故障相电压将升高至线电压。

故大接地电流系统可以采用零序三段电流保护，小接地电流系统可以采用零序功率方向保护。

21.比较测量元件、逻辑判断元件、执行输出元件三部分构成。

作用：比较测量元件：测量通过被保护的电力元件的物理参量，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，从而判断保护装置是否应该启动。

逻辑测量元件：根据测量比较元件输出的逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，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、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出部分。

执行输出元件：根据逻辑判断部分传来的指令，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。

22.线路的纵联保护是当线路发生故障时，使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置，是线路的主保护。

它以线路两侧判别量的特定关系作为判据。

即两侧均将判别量借助通道传输到对侧，然后，两侧分别安装对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。

23.高频闭锁方向保护动作跳闸的条件是：故障时，高频闭锁方向保护的方向元件判别为正向故障、且在通道配和延时时间到后未收到线路对侧保护发出的高频闭锁信号时跳闸；如果通道遭到破坏，当内部故障时，保护的工作不会受到影响，可以跳闸；外部故障时，保护的工作会受到影响，远故障端的保护不能收到高频闭锁信号而误跳闸。

24.(1)变压器励磁涌流（当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，变压器励磁回路可能出现数值很大的励磁电流，该电流称为励磁涌流）(2)变压器两侧电流相位不同；(3)计算变比与实际变比不同(4)两侧电流互感器型号不同；(5)变压器带负荷调整分接头。

25.油箱内故障：各绕组之间的相间短路；各绕组通过外壳发生的接地故障；单相绕组部分线匝之间的匝间短路。

油箱外故障：套管或引出线之间的相间短路；绝缘套管闪络或破坏，引出线通过外壳，而发生的接地故障。

通常装设的保护：主保护（包括瓦斯保护和纵差动保护或电流速断保护），后备保护，其他保护。

26.(1)可反应所有不对称故障；增加电压记忆后,也可反应三相对称故障；(2)没有电压死区；保护区外故障时,近故障侧负序电压(功率)高于远故障侧负序电压(功率),容易实现灵敏度配合；(3)振荡时三相对称,不存在负序分量,负序功率方向元件不误动。

27.由于中性点直接接地系统中，单相接地短路故障几率很大（总故障80%以上），大电流接地系统单相接地短路出现很大故障相与零序短路电流，而相电流保护灵敏度不够，故需单独设零序电流保护。

28.变压器励磁涌流的主要特点是：(1) 变压器励磁涌流包含有很大成分的非周期分量（对称涌流除外）；(2)变压器励磁涌流包含有大量的高次谐波，而以二次谐
波为主；(3)变压器励磁涌流波形之间出现间断。

在变压器纵差保护中防止励磁涌流影响的方法是:(1)针对变压器励磁涌流的非周期分量，采用速饱和变流器BLH；(2)针对变压器励磁涌流的波形之间出现间断，鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别；(3)针对变压器励磁涌流包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主的特点，利用二次谐波制动等，都可以在变压器纵差保护中防止励磁涌流的影响。

29.不相同。

因为：当继电器采用0度接线时，零序功率方向继电器的最灵敏角一般为线路和中性点接地变压器的等值零序阻抗角，而相间方向继电器的最灵敏角一般为线路的阻抗角。

采用90度接线时，最灵敏角只是等值零序阻抗角和阻抗角分别减去90度而已。

30.所谓断路器失灵保护是指当故障线路的继电器动作发出跳闸命令后，断路器拒绝动作时，能够以比较短的时限切除同一母线上其他所有支路的断路器，将故障部分隔离，并使停电范围限制为最小的一种近后备保护。

属于后备保护。

31.继电保护装置是指安装在被保护元件上，反应被保护元件故障或不正常运行状态并作用与断路器跳闸或发出信号的一种自动保护；基本任务：(1)发生故障时，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受破坏，保证其它非故障部分迅速恢复正常运行；(2)对不正常运行状态，根据运行维护条件（如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。

此时一般不要求保护迅速动作。

32.零序电流I段与零序电流不灵敏I段的定值整定原则不同，动作灵敏度不同，零序电流I段的灵敏度高（其整定值较小，保护范围较大），作为全相运行、发生接地短路故障时的接地保护，非全相运行时需退出运行；零序电流不灵敏I段的动作灵敏度低（其整定值较大，保护范围较小），作为非全相运行，发生接地故障时的接地保护。

33.由电流速断、限时电流速断与定时限过电流保护组合而构成的一套保护装置，称为三段式电流保护。

电流速断保护是靠动作电流的整定获得选择性；过电流保护是靠上下级保护动作时间的配合获得选择性；限时电流速断保护是靠上、下级保护的动作电流和动作时间的配合获得选择性。

34.受过渡电阻影响最小依次为：全阻抗继电器/偏移/方向；受系统振荡影响最小依次为：方向/偏移/全阻抗继电器；躲负荷能力最强依次为：方向/偏移/全阻抗继电器。

35.是当工作电源因故障断开以后，能自动而迅速地将备用电源投入到工作或将用户切换到备用电源上去，从而使用户不至于被停电的一种自动装置，简称备自投。

36.接地短路的零序电流大小与系统运行方式无关。

零序电流在电网中的分布，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。

37.短路点过渡电阻可以引起测量阻抗减小或增大，可能引起某些保护的无选择性动作。

减小其影响方法：1）采用能容许较大的过渡电阻而不致拒动的阻抗继电器（扩大在+R方向的面积）2）利用所谓瞬时测量回路来固定阻抗继电器的动
作，即将短路瞬间的测量阻抗值固定下来，使过渡电阻的影响减至最小。

38.分为三种，有闭锁信号、允许信号、跳闸信号。

闭锁信号：收不到这种信号是保护动作跳闸的必要条件；允许信号：收到这种信号是保护动作跳闸的必要条件；跳闸信号：收到这种信号是保护动作跳闸的充要条件。

39.方向比较式纵联保护，不论采用何种通信通道，都是基于被保护线路各端根据对故障方向的判断结果向其他各端发出相应信息。

各端根据本端和其他各端对故障方向判断的结果综合判断出故障的位置，然后独立做出跳闸或不跳闸的决定。

40.当外部故障时，据故障点较远一端的保护所感觉到的情况和内部故障时完全一样，在远离故障点一端的保护为了等待对端发来的高频闭锁信号，必须采用两个不同灵敏度的起动元件来配合，否则可能引起保护的误动作。

41.继电保护装置是指安装在被保护元件上，反应被保护元件故障或不正常运行状态并作用与断路器跳闸或发出信号的一种自动保护；基本任务：(1)发生故障时，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受破坏，保证其它非故障部分迅速恢复正常运行；(2)对不正常运行状态，根据运行维护条件（如有无经常值班人员），而动作于发出信号、减负荷或跳闸。

此时一般不要求保护迅速动作。

42.主保护是指能够在较短的时限内切除被保护线路（或元件）全长上的故障的保护装置。

考虑到主保护或断路器可能拒动而配置的保护装置称为后备保护。

当电气元件的保护拒动时，由本元件的另一套保护起后备作用，称为近后备保护。

当电气元件的保护拒动时，由相邻元件的保护装置起后备作用，称为远后备保护。

43.重合闸前加速保护，是当线路上（包括相邻线路）发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性动作跳闸，而后借助重合闸来纠正，这种方式称为重合闸前加速。

44.对连续时间信号(频率为f0)进行数字处理时，如采样频率f a<2f0时，一个高于2f a的频率成份经采样后会被误认为是一低频信号，也就是说高频信号“混叠”到了低频段，这一现象称作频率混叠。

只要使f a≥f0即可消除这一现象。

45.线路纵联保护的信号分为闭锁信号、允许信号、跳闸信号三种,其作用分别是：1）闭锁信号:它是阻止保护动作于跳闸的信号,即无闭锁信号是保护作用于跳闸的必要条件。

只有同时满足本端保护元件动作和无闭锁信号两个条件时,保护才作用于跳闸。

2）允许信号:它是允许保护动作于跳闸的信号,即有允许信号是保护动作于跳闸的必要条件。

只有同时满足本端保护元件动作和有允许信号两个条件时,保护才动作于跳闸。

3）跳闸信号:它是直接引起跳闸的信号,此时与保护元件是否动作无关,只要收到跳闸信号,保护就作用于跳闸,远方跳闸式保护就是利用跳闸信号。

46.在继电保护的整定计算中，一般都要考虑电力系统的最大与最小运行方式。

最大运行方式是指系统投入运行的电源容量最大，系统的等值阻抗最小，以致发生故障时，通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。

最小的运行方式是指系统投入运行的电源容量最小，系统的等值阻抗最大，以致发生故障时，通过保护装
置的短路电流为最小的运行方式。

47.发电机故障的基本类型及其对应的保护包括：定子绕组及引出线相间短路故障及其对应的纵差保护；定子绕组单相匝间短路和分支开焊故障及其对应的匝间保护；定子绕组单相接地故障及其对应的定子接地保护；转子绕组一点或两点接地故障及其对应的转子接地保护；励磁回路一点或两点接地故障及其对应的励磁回路接地保护;励磁回路失磁故障对应的发电机失磁保护。

48.两侧保护跳闸后，线路无压，则无压检定侧首先合闸，使线路充电，同步检定侧检查同步条件合格后允许同步合闸。

如果无压检定侧DL偷跳，因对侧有压，不允许ZCH动作；为此在无压检定侧同时使用同步检定，由同步检定起动ZCH。

重合闸于故障时，无压检定侧DL连续两次切除故障电流，工作条件恶劣，需定期更换检定方式。

注意：同步检定侧不允许投入无压检定方式。

同期合闸条件为：(1)U m≈U x；(2)f m≈f x；(3)arg(U m/U x)≈0
49.分相电流差动保护为有制动的差动保护，可以躲开外部短路可能引起的最大不平衡电流，保证保护不误动，更加适用于长距离高压输电线路。

此外，它还具有自然选相优势。

50.一侧为检无压侧，装设检无压装置，另一侧为检同期侧，装设检同期装置。

检无压侧先重合，成功后检同期侧重合。

为了使检无压侧在断路器偷跳或保护误动的情况下能够自动重合闸，在检无压侧同时装设检同期装置，两者经“或门”工作。

为了使两侧断路器分合闸次数大致相等，在检同期侧也装设检无压装置，便于两侧更换检测方式，但作为合同期侧时，检无压装置不能投入工作。