电力系统继电保护第二部分.docx
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电力系统继电保护第二部分
电力系统继电保护第二部分
电力系统继电保护第二部分
第七章变压器保护
7-1变压器可能发生哪些故障和异常工作情况，应该装哪些保护？
变压器的故障类型：
变压器油箱内部故障和油箱外部故障
油箱内部故障：
绕组的相间短路，匝间短路和中性点接地系统侧的接地短路；
油箱外部故障：
主要是变压器的绝缘套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。
变压器的异常工作情况：
外部短路引起的过电流过负荷，油箱漏油造成油面下降或冷却系统故障引起的油温升高；外部接地短路引起的中性点过电压；过电压或系统频率降低引起的过励磁等。
应装的保护
瓦斯保护：
反应变压器油箱内部各种短路和油面降低；
纵差动保护：
反应变压器绕组或引出线相间短路、中性点直接接地系统侧绕组或引出线的单相接地及绕组匝间短路；
过电流保护：
反应变压器外部相间短路并做瓦斯保护和纵差动保护的后备保护；
7-5变压器差动保护产生不平衡电流的特点有哪些？
为什么
1、电流互感器的计算变比与选用的标准变比不同引起的不平衡电流。
由于两侧电流互感器都是根据产品目录选取的标准变比，而变压器的变比是固定的，所以很难满足√3Nta2/Nta1=Nt的要求，于是回在差动回路中有不平衡电流存在。
在区外故障时不平衡电流将更大。
2、两侧电流互感器的型号不同引起的不平衡电流。
原因同1
3、变压器调压引起的不平衡电流。
为适应电网的调压要求，需要调节变压器分接头位置，这样就改变了变压器变比Nt，从而产生不平衡电流。
应对措施：
对1：
利用自耦合变流器；对具有速饱和变流器的差动继电器，利用它的平衡线圈；当差动继电器由电抗变压器接入时，可通过调节线圈抽头和铁芯气隙大小来消除不平衡电流。
对情况2，在整定值时取同型系数Kst=1。
对于3应将由此产生的不平衡电流在整定计算时考虑。
7-6画出YD11接线变压器纵差动保护接线
ABC
KD1KD2KD3在Y侧区外故障时差动保护输出
Y侧二次侧电流IA’—IB’，IB’—IC’IC’—IA’与d侧二次侧电流Ia、
Ib、Ic同相位，流入继电器KD1
KD2KD3的电流为不平衡电流，由于差动保护动作电流躲过最大的不平衡电流，故差动保护不动作当Y侧区内AB短路时流过继电器的电流和将大于整定值，于是保护动作
abc
7-7为什么采用带有加强型速饱和变流器的差动继电器？
因为能有效地减小励磁涌流或外部短路电流中非周期分量的影响。
它的短路线圈起什么作用？
为什么？
作用在C柱上起去磁作用，提高继电器躲非周期分量的能力。
因为：
当变流器的B柱的Wd通入非周期分量电流时，铁芯饱和，由于短路线圈的去磁作用，使得C柱的磁通减小，从而加强了躲过非周期分量的能力.
7-8比率制动差动继电器有何特点？
比率制动差动继电器外部故障时根据故障电流的大小自动调整动作门槛，动作曲线始终位于动作电流曲线上方，不会错误动作；而在区内短路时，由于制动电流很小，继电器无制动作用，将大大提高保护的灵敏性。
比率制动特性：
使动作电流随制动电流的增大而成某一比率提高的特性。
比率制动系数Kbrk=Ikacr/Ikbrk，Ikact动作电流，Ikbrk制动电流
比率制动系数的斜率P=（Ikact—Ik0act）/（Ikbrk—Ik0brk）
Ik0act继电器最小动作电流，Ik0brk转折点制动电流
所以P不等于Kbrk，随Ikbrk变化而变化，而P则是常数。
7-9二次谐波制动原理：
二次谐波制动保护由二次谐波制动，比率制动和差动电流速断三部分组成。
利用空载合匝时的励磁涌流中含有大量的二次谐波，使得二次谐波的制动电压远远大于差动电压，使保护不动作，避免因励磁涌流而错误动作。
在正常运行和区外短路时，差动电压很小保护不会动作。
而在区内短路时由于短路电流中主要是基波分量，二次谐波制动电压很小，差动电压很大，故保护灵敏动作。
鉴别波形间断角的变压器纵差保护：
利用空载合匝时涌流波形出现的间断而闭锁保护防止误动，而在正常运行时无制动电压且差动电压很小保护不动作；区外短路时由于制动电压较大差动电压较小保护不动作；区内短路时差动电压大于制动电压保护动作切除故障。
7-10二次谐波制动原理的变压器差动保护中为什么要设置差电流速断保护？
当区内短路电流很大时，由于电流互感器严重饱和，出现高次谐波分量电流，将造成保护拒动。
为此，可采用差动电流速断。
7-11利用波形对称原理为什么能区别励磁涌流和内部短路电流？
无论是单向涌流还是对称涌流，其导数波形进行前、后半波对称比较的特点是：
连续比较半个周波至少有90度波形不满足式
。
而对于短路电流，则满足这式，可以区别励磁涌流和短路电流。
7-12变压器相间短路的后备保护有几个方案？
有过电流保护、低压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序电流保护和低阻抗保护、过负荷保护等。
（低压启动的过电流保护主要由两个元件组成：
电流元件KA和电压元件KVU。
复合电压启动的过电流保护主要由负序电压继电器KVN和低电压继电器KVU组成。
负序电流保护主要由带有负序电流过滤器的电流继电器、时间继电器KT、信号继电器和出口继电器，反映不对称短路；另一部分由低电压继电器、电流继电器和中间继电器构成的过电流保护，反映对称短路。
）
7-13何为复合电压启动的过电流保护？
为提高不对称故障时过电流保护的灵敏度，采用负序电压继电器和低电压继电器启动的过电流保护，称为复合电压启动的过电流保护。
试比较变压器相间短路后后备保护的优缺点并说明其适用范围？
优点：
1由于负序电压继电器的整定值小，提高了反应不对称短路的灵敏性
2三相短路灵敏动作。
3由于反应负序电压，所以对于变压器后的不对称短路，与变压器接线方式无关。
适用：
对于大容量变压器，保护灵敏系数可能不满足要求。
第八章发电机保护
8-1发电机有哪些故障类型和异常运行情况？
应装哪些保护
故障类型
应装保护
定子绕组的相间短路
1MW以上装纵差动保护
定子绕组的匝间短路
根据接线形式装匝间短路保护
定子绕组的单相接地短路
接地保护。
（对于100MW以上应有100%的保护区）
励磁贿赂一点或两点接地
励磁贿赂一点接地保护并可装设两点接地保护
异常工作状态
低励磁或失磁
100MW以上装设失磁保护
定子绕组过电流和过负荷
过流保护或阻抗保护对于大型发电机还应装设反时限负序电流保护；过负荷保护
定子绕组过电压
200MW以上汽轮机装设定子过电压保护或过励磁保护
发电机失步
300MW以上汽轮机装设失步保护
发电机逆功率和频率降低
200MW以上汽轮机装逆功率保护
300MW以上汽轮装低频率保护
8-2大型发电机有哪些特点？
对保护的要求有哪些？
1、材料利用率高，使机组的重量增加，机组惯性常数降低，易于失步，热容量降低。
导致定子转子承受过负荷能力降低。
2、电机参数的变化，短路电流水平相对降低，不利于保护灵敏动作；时间常数增大，使电流互感器饱和，影响继电保护动作；静稳储备系数减小，容易失去稳态稳定。
3、在结构工艺和运行方面：
如采用水内冷、氢内冷，增加了故障的几率和范围。
对保护的要求：
1机组应进一步完善话，提高保护性能。
2在考虑继电保护的总体配置时，要最大限度地保证机组安全和最大限度地缩小故障影响范围，尽量做到完善合理、避免烦琐复杂。
8-3发电机纵差动保护在保证区外短路不误动的前提下，试分别说明提高区内短路灵敏性的方法和特点。
带有速饱和变流器的纵差动保护
通过整定动作电流，按躲过最大不平衡电流。
缺点该保护在TA二次回路断线时可能误动作。
高灵敏性纵差动保护
在速饱和变流器纵差保护基础上通过装设平衡线圈，使保护动作电流小于发电机额定电流，故保护有较高的灵敏性，
缺点在发电机中性点附近发生短路时有死区。
比率制动发电机纵差动
采用动作电流与制动电流进行比较，保护在内部短路时有较高灵敏性
缺点：
外部短路时电流互感器严重饱和时可能误动，高阻抗短路灵敏性不足。
标积制动纵差动保护
制动电流由|IM||IN|cosφ决定，比比率制动差动继电器灵敏性高
缺点：
结构复杂
8-4定子绕组匝间短路时电气量有何特点？
定子绕组匝间短路事，机端电动势对发电机中性点呈不对称状态，
（1）出现纵向零序电压，并产生相应的零序电流。
（2）出现纵向负序电压，并查声相应的负序电流，在转子回路中感应出二次谐波电流。
对于1情况，利用在中性点回路产生的零序电流3I0，采用横向差动保护。
该保护可以反映定子绕组的开焊故障和定子绕组间短路故障。
缺点是中性点侧必须引出六个端子，，有时技术和经济原因很难做到。
采用纵向零序电压匝间短路保护，由于保护包括纵向零序电压部分和负序功率方向部分，保护可以区分发电机匝间短路和内、外短路。
缺点是保护在发电机并列前不起作用。
对于2情况采用励磁回路二次谐波电流匝间短路保护。
8-5单继电器横差动保护能反映哪些故障
定子绕组的匝间短路，定子绕组开焊故障和定子绕组相间故障
8-6纵向零序电流：
当TV（电压互感器）一次侧必须与发电机中性点相连接而不直接接地，TV的开口三角绕组侧的电压就是纵向零序电压3U0.
它能否反映单相接地故障呢？
不能，因为发电机中性点没有接地，不能形成零序回路，所以也就不能反映单相接地故障。
8-7负序功率方向闭锁的作用是什么？
在外部短路时动作将保护闭锁，在匝间短路时不动作将保护开放。
负序功率方向能否单独作为保护？
不能，保护在中性点附近有死区，需要与纵向零序电压部分共同作为发电机匝间短路的保护。
8-8对于大型发电机组后备保护的要求是什么？
如何配置
后备保护除按发电机-变压器整体考虑外，高压输电线有完善的保护装置，由于发电机热容量较小后备保护动作速度应较快，所以只做高压母线短路的近后备而不做相临线路的远后备。
配置可采用1、两段式后备保护，I段保护按不超过高压母线，瞬时动作与出口；II段按高压母线，动作于相临线路I段，且时间不超过发电机允许时间。
保护可采用全电流和负序电流组成的复合电流速断保护。
2、当采用双重差动保护时，在变压器高压侧装设后备保护作为母线保护的后备。
8-9发电机负序电流保护的作用？
作为发电机相间短路的后备保护，同时也是大型发电机反应转子过热的主要保护。
大型机组为何采用反时限负序电流保护？
由于定时限负序电流保护的时限特性不能与发电机承受负序电流能力相匹配，为防止转子表面过热，要采用反时限负序电流保护。
如何构成：
包括定时限负序过负荷和反时限负序过电流两部分。
三相电流经负序电流滤过器，整流滤波后输出负序电压，加到负序过负荷元件和负序反时限过电流部分。
8-15发电机失磁的原因？
转子绕组故障；励磁机故障；自动灭磁开关误跳；人为误操作。
失磁对发电机及系统的影响：
对系统的影响
失磁后1由向系统输送无功功率转为吸收无功功率，造成无功大量缺额
2因非失磁机组励磁调节器动作增大无功输出，引起机组或输电线过电流，可能引起继电保护误动作；
3可能使相临机组与系统间失去同步。
对机组影响：
1由于出现滑差S在转子上差生差额电流，造成转子局部过热；
2失磁过程中定子漏磁增大，使定子端部过热；
3由于吸收大量无功，使定子绕组过电流；
4异步运行时，对水轮机组和大型汽轮机组造成有功功率的周期性摆动和机组振动。
8-16发电机失磁过程中有功功率，功角和无功功率的影响？
由
，将失磁过程分为三步
第一步从失磁开始到失去同步前，不考虑调速器影响。
则机械输入功率PT恒定。
E减小，δ增加，可近似认为Esinδ恒定所以有功功率P不变；但Q由正变负，由发出无功转为吸收无功。
第二步临界失步，这时δ=90度，
为常数，P=EU/
第三步异步运行，δ>90度，PT>P随着Ed的减小，δ的增大，使转子加速，出现滑差
S，产生异步功率Pasy,并随S增大而增大，当PT=Pasy时转子不在加速，发电机进入异步稳定运行，由于δ>90度，发电机从系统吸收无功。
8-17等有功阻抗圆：
在失磁后到失去同步前，由于P
Pt即有功功率不变时、δ逐步增大，机端测量阻抗Zm=
Zm的轨迹是一个圆。
临界失步阻抗圆：
发电机失磁后当功角δ=90度时，
，此时机端测量阻抗Zm=
，轨迹为一个圆，称为临界失步阻抗圆或等无功功率阻抗圆。
异步运行边界：
异步运行时机端测量阻抗与滑差S有关，在S>0时ZM的轨迹为
轨迹将落在-Xd和-X’d范围内，该轨迹的边界为异步运行边界。
临界电压阻抗圆或等电压阻抗圆：
当发电机失磁后机端电压下降，使得母线电压UT下降到临界电压（约为0.8-0.9UN）时机端测量阻抗ZM的变化轨迹。
8-18失磁保护的判据
定子判据是发电机失磁后由定子方面检测并判断失磁的依据，主要有：
无功功率方向的改变；机端测量阻抗超越临界失步阻抗圆；机端测量阻抗进入异步阻抗边界。
防止失磁保护在非失磁工况下误动作？
为什么
1励磁电压下降。
在失磁时励磁电压和励磁电流均要下降的，而在短路或系统震荡时他们在强励磁作用下是上升的。
2负序分量。
失磁时系统是对称的，没有负序分量；而在短路或短路因袭的系统震荡过程中，总会出现负序分量。
3通过延时躲过。
系统震荡时机端测量阻抗只是短时间穿过失磁阻抗继电器的动作区，而不会长时间停留在动作区。
4闭操作闭锁。
发电机对长线充电或自同期均属于正常操作，可利用操作闭锁控制开关等将保护闭锁。
5电压回路断线。
电压互感器回路断线会引起保护误动作，可利用机端两组电压互感器的不同工况实现断线闭锁。
由于每种辅助判据都不能保证在各种非失磁工况下可靠闭锁，所以通常采用两种或两种以上的辅助判据。
8-19由图8-36试说明汽轮机失磁保护的工作情况？
发电机完全失磁时，当机端测量低电压元件UE动作，当机端测量阻抗Zm落入动作区，则Z动作，通过与门Y1经过T1时间延迟动作于减有功负荷，必要时跳闸。
发电机重负荷情况下部分失磁，UE不会动作Z可能动作，通过与门Y2经T2时间元件与门Y3动作于减有功负荷。
失磁后高压母线电压低于临界值，则低压元件U动作经延迟T3、与门Y3动作于跳闸。
因临界电压阻抗圆小于临界失步阻抗圆，所以Z先于U动作，经T3去跳闸。
（延迟T1是为防止发电机严重低励磁，使测量阻抗短时窜入临界失步阻抗圆而引起误动作。
延迟T2用以防止外部短路和系统震荡影响。
延迟T3用以防止失步后，有功和高压母线电压的周期性摆动，保护误动作）
8-20发电机-变压器组保护特点
1纵差动保护特点
对于发电机、变压器之间无断路器的接线方式，一般共用一组纵差动保护。
但对于100MW以上灵敏系数不满足要求时，发电机还应另装纵差保护。
当发电机、变压器间有厂用分支线时，厂用分支线应包括在纵差动保护范围内。
当发电机、变压器间有断路器时，放电机和变压器应分别装纵差动保护。
2相间短路后备保护的特点
发电机--变压器组一般共用后备保护，同时兼做母线和线路的后备保护。
3发电机电压侧单相接地保护特点
一般装设零序电压保护，对于大型发电机--变压器组应装设100%定子单相接地保护。
第九章母线保护
9-1母线故障时，有哪些基本判断方法？
从电流数值上判断正常运行或区外故障时，流入节点的电流相等，可表示为I=0；母线故障时，所有有源的连接元件都向节点供给电流，所以I=Ik
从电流相位上判断，正常运行或区外故障时，至少有一个连接元件中的电流与其余连接元件中的电流相位相反；母线故障时，除电流为零的连接元件外，其他各连接元件的电流则是同相位。
9-2完全电流差动母线保护的整定计算原则？
1躲开外部短路时的最大不平衡电流。
动作电流
2为防止正常运行时，电流互感器二次回路断线引起的保护误动作，应躲过母线中最大的负荷电流Ikamax，Iactk=Krel*Iloamax/nTA
区外短路时这种保护在什么情况下不平衡电流比较大？
区外一相短路时，不平衡电流较大。
如线路C相短路则IC=IA+IB，当C相TA铁心严重饱和时励磁阻抗很小，IC/Nta几乎全部作为励磁电流Ie进入继电器KD，另一部分电流即不平衡电流也流入KD，使得流入继电器的不平衡电流增大，可能引起误动。
9-3完全电流差动、电压差动和具有比率特性的电流差动母线保护的工作原理
完全电流差动：
按环流法接线构成，在母线所有连接元件中装设具有相同变比和特性的电流互感器，将它们的同极性端相连，然后接入差动继电器KD，通过KD的电流IK是各相电流互感器二次电流的向量和。
当正常或区外短路时，流过KD的不平衡电流IK小于继电器的动作电流，保护不动作；当母线故障时，流过KD的不平衡电流IK=（Ia+Ib+Ic）./n大于动作电流，此时KD动作，使出口断路器的继电器动作跳闸。
电压差动母线保护：
结构同全完电流差动保护，除将KD换成内阻很高的电压继电器KV，在正常和区外故障时，KV上的不平衡电压均小于动作电压，KV不动作；母线故障时，IK=（Ia+Ib+Ic）./n,Ukv=Ik*ZKV，其中ZKV=Zkv//（Ze/3）Zkv为继电器内阻抗，Ze为励磁阻抗。
因ZKV很大UKV很高，电压继电器动作，跳开母线上连接个元件断路器。
具有比率制动的电流差动：
通过比较动作电流和制动电流的大小判断保护动作。
当正常和区外故障时，动作电流=三相电流互感器二次和的幅值=0，制动电流=三相互感器电流幅值的和，其值很大，动作电流小于制动电流，保护不动作；当母线故障时动作电流将大于制动电流，保护动作。
电流完全差动保护适用于单母线或双母线经常只有一组母线运行的情况。
电压差动保护接线简单、动作速度快，适用与外部短路电流大电流互感器容易饱和的场合。
比率制动保护字500KV高压母线中得广泛应用。
9-4电流比相式母线保护如何区分母线故障和区外故障？
电流比相式母线保护是依据比较各元件相位的不同区别母线或外部短路的。
假设母线上只有两个连接元件，如右图，当母线K2
正常运行和外部短路时（K1点），按约定电流的正方
向来看，I1和I2大小相等相位相差180度；而母线短
路时（K2）I1和I2都流向母线，理想情况下两者相位
相同。
因此，可以利用电流相位的不同判断母线短路。
I1I2K1
电流相位式母线保护有哪些特点？
1、
动作条件与幅值无关，因此不要求电流互感器变比相同。
2、
灵敏性比较高，该保护不受不平衡电流影响。
L1L2
但当母线短路且有电流流出时保护要拒动，不能用于3/2断路器接线方式。
对于3/2断路器接线方式为什么不采用？
KIIK
若母线I上KI点发生短路，断路器QF9处QF1QF4QF7
于断开状态，当线路L2侧无电源或电源容量较小时，QF2QF5QF8
流向短路点的电流为IK和IB，此时通过QF4的电流
IB自母线流出，在这种情况下电流相位比较式保护QF3QF6QF9
将不能反映母线故障。
IB
9-5简述对于双母线的母线保护选择故障母线的方法并加以比较？
1、元件固定连接的双母线电流差动保护，差动继电器KD3控制母联断路器当任一母线短路时KD3跳闸母联断路器并给电流差动继电器KD1和KD2加直流电源，由KD1和KD2判断哪条母线短路。
2、母线电流相位比较式母线保护，比较母联电流IB与总差电流ID相位关系的保护。
无论哪组母线短路，总差动电流ID相位是不变的，而流过母联回路的电流IB相位将随故障母线不同而变化。
3、带比率制动特性电流差动母线保护，包括选择元件和起动元件。
带有比率制动特性的继电器作为选择元件，每组母线一套。
当收到选择元件的信号后起动元件则动作跳闸。
对于固定式特点，保护能快速有选择地切除故障母线，但因其固定连接方式破坏后，不能选择故障母线。
限制了系统调度的灵活性。
母线电流相位比较式，运行方式灵活，接线简单（在35-220KV广泛使用），主要缺点，正常运行时母联断路器必须投入运行；保护受外部短路时最大不平衡电流影响；在母联断路器和母联电流互感器间发生短路时将出现死区，要靠线路对侧后备保护切除故障。
比率制动特性电流差动母线保护，动作速度快，不受外部最大不平衡电流的影响，但保证选择性，需要对交流回路进行切换。
9-6画出双母线固定式电流差动保护，及区内外故障时电流分布图（每组母线有两个连接元件）并说明动作情况。
当区外L2短路时，各差动电流继电器KD1--KD3都流过不平衡电流，其值小于整定值，保护不动作；当母线II的K点发生短路，差动继电器KD3起动，给选择元件KD1和KD2通直流电源，并起动中间继电器KM3跳开母联断路器，由于KD2通过全部的短路电流而动作，跳闸QF3和QF4。
9-103/2断路器接线母线短路特点，对母线保护提出哪些要求，又如何实现母线保护的？
特点：
1、对系统稳定性影响大，为此要求母线保护必须快速动作；
2、因系统容量大，外部短路时电流互感器容易饱和，要求保护具有良好的避越不平衡电流的能力；
3、在一组母线短路，由于分流作用，故障母线可能有流出电流，因此，要求保护要可靠动作。
如何实现母线保护的？
采用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不同的二次线圈上；应有独立的直流电源；他们的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。
9-11什么是是断路器失灵保护？
当断路器拒绝动作时，以较短的时限切除与拒动断路器连接在同一母线上所有电源支路的断路器的保护称为断路器失灵保护。
如何判断断路器失灵？
1、故障元件的保护出口继电器动作后不返回；
2、在故障保护元件的保护范围内短路依然存在。
第十章微机保护
10-1微机保护由哪几部分构成及作用？
微机保护由硬件和软件两大部分构成。
硬件包括4部分：
微机主系统，模拟量输入系统，开关量输入/输出接口和通信接口。
1微机主系统是保护的核心，主要实现继电器保护功能的算法，对故障进行判断，发出动作信号及实现与其他设备的通信。
2模拟量输入系统，将输入的模拟量准确地转换成计算机能够处理的数字量
3开关量输入/输出系统，实时了解或反应断路器和其他辅助电器的状态信号，及人机对话需要的键盘显示器和打印机等。
4通信接口，为了与变电站内部微机控制、监测、运动装置进行通信的接口。
与模拟量保护比较其特点：
1、可靠性高。
硬件上元件数量少‘芯片损坏率低并采取诸多防干扰措施，软件上，可实时不断地对硬件进行自检。
2、灵活性强。
微机保护的硬件是通用的，保护特性和功能主要由软件决定。
可以灵活地适应保护配置的要求和运行方式的变化。
3保护性能得到改善、功能易于扩充。
4维护调试方便。
5有利于实现变电站综合自动化。
10-2基于逐次逼近原理的模拟输入系统由哪几部分组成？
及作用。
基于逐次逼近原理AD转换模拟输入系统有五部分组成：
1变换器U，变换适合AD转换器所需要的电压±10或±5，并起到隔离作用，防止微机遭受过电压及浪涌的侵袭。
2模拟低通滤波器ALF，将无用的高频成分阻塞掉，把输入信号限制在较低的频带内。
3采样/保持器S/H，在一个极短时间内测量模拟信号在该时刻的瞬时值，并在等待A/D转换过程中保持不变。
4多路转换器MPX，一个由微机控制进行依次切换的多路开关。
5逐次逼近式摸/数转换器ADC，将S/H回路输出的模拟信号转换成CPU能进行运算的二进制数字信号的元件。
10-3什么是频率混叠现象？
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