继电保护期末考试总结Word下载.docx

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远后备保护的缺点是：

（1）当多个电源向该电力元件供电时，需要在所有的电源侧的上级元件处配置远后备保护；

（2）动作将切除所有上级电源测的断路器，造成事故扩大；

（3）在高压电网中难以满足灵敏度的要求。

近后备保护的优点是：

（1）与主保护安装在同一断路器处，在主保护拒动时近后备保护动作；

（2）动作时只能切除主保护要跳开的断路器，不造成事故的扩大；

（3）在高压电网中能满足灵敏度的要求。

近后备保护的缺点是：

变电所直流系统故障时可能与主保护同时失去作用，无法起到“后备”的作用；

断路器失灵时无法切除故障，不能起到保护作用。

1.9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2.1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kI）大于其设定

的动作值（图中的opI）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reI）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。

2.4答：

引入可靠系数的原因是必须考虑实际存在的各种误差的影响，例如：

（1）实际的短路电流可能大于计算值；

（2）对瞬时动作的保护还应考虑短路电流中非周期分量使总电流增大的影响；

（3）电流互感器存在误差；

（4）保护装置中的短路继电器的实际启动电流可能小于整定值。

考虑必要的裕度，从最不利的情况出发，即使同时存在着以上几个因素的影响，也能保证在预定的保护范围以外故障时，保护装置不误动作，因而必须乘以大于1的可靠系数。

2.5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解：

由已知可得1LX=2LX=0.4×

60=24W，3LX=0.4×

40=16W，BCX=0.4×

50=20W，CDX=0.4×

30W，DEX=0.4×

20=8W

（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X=（1GX||2GX+1LX||2LX）||（3GX+3LX）=（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.maxsX=1GX+1LX=39

2.11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Ø

，并且根据一定关系[cos（Ø

+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。

2.17答：

（1）零序电压——故障点处零序电压最高，距故障点越远零序电压越低，其分布取决于到大地间阻抗的大小。

零序电流——由零序电压产生，由故障点经线路流向大地，其分布主要取决于送电线路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，与电源点的数目和位置无关。

（2）负序电压——故障点处负序电压最高，距故障点越远负序电压越低，在发电机中性点上负序电压为零。

负序电流的分布取决于系统的负序阻抗。

（3）正序电压——越靠近电源点正序电压数值越高，越靠近短路点正序电压数值越低。

正序电流的分布取决于系统的正序阻抗。

2.23答：

（1）零序电流、零序电压、零序功率的方向：

零序电流：

在非故障线路中流过的电流其数值等于本身的对地电容电流，在故障线路中流过的零序电流数值为全系统所有非故障元件对地电容电流之和。

零序电压：

全系统都会出现量值等于相电压的零序电压，个点零序电压基本一样。

零序功率方向：

在故障线路上，电容性无功功率方向为线路流向母线；

在非故障线路上，电容性无功功率方向为母线流向线路。

（2）装设消弧线圈后，上述零序电流的分布规律发生变化，接地线路中的零序电流为消弧线圈补偿后的参与电流，其量值较小，零序过电流元件将无法整定；

零序电流的量值有可能小于非故障线路的零序电流，所以零序电流群体比幅原理也将无法应用。

（3）用零序功率方向选线困难：

由于一般采用的是过补偿，流经故障线路的的零序电流是流过消弧线圈的零序电流与非故障元件零序电流之差，而电容无功功率方向是由母线流向线路（实际上是电感性无功功率由线路流向母线），零序功率方向与非故障线路一致，因此无法利用功率方向来判断故障线路。

（4）拉路停电选线存在的问题：

1）需要人工操作，费时、费力，自动化程度低；

2）需要依次断开每一条线路，影响供电可靠性，若重合闸拒动，可能造成较长时间的停电。

2.24答：

（1）相间保护的三段式保护：

利用短路故障时电流显著增大的故障特征形成判据构成保护。

其中速断保护按照躲开本线路末端最大短路电流整定，保护本线路的部分；

限时速度按保护按躲开下级速度按保护末端短路整定，保护本线路全长；

速断和限时速断的联合工作，保护本线路短路被快速、灵敏切除。

过电流保护躲开最大负荷电流作为本线路和相邻线路短路时的后备保护。

主要优点是简单可靠，并且在一般情况下也能满足快速切出故障的要求，因此在电网中特别是在35KV及以下电压等级的网络中获得了广泛的应用。

缺点是它的灵敏度受电网的接线以及电力系统的运行方式变化的影响。

灵敏系数和保护范围往往不能满足要求，难以应用于更高等级的复杂网路。

（2）方向性电流保护：

及利用故障是电流复制变大的特征，有利用电流与电压间相角的特征，在短路故障的流动方向正是保护应该动作的方向，并且流动幅值大于整定幅值时，保护动作跳闸。

适用于多断电源网络。

优点：

多数情况下保证了保护动作的选择性、灵敏性和速动性要求。

缺点：

应用方向元件是接线复杂、投资增加，同时保护安装地点附近正方向发生是你想短路时，由于母线电压降低至零，方向元件失去判断的依据，保护装置据动，出现电压死区。

（3）零序电流保护：

正常运行的三相对称，没有零序电流，在中性点直接接地电网中，发生接地故障时，会有很大的零序电流。

故障特征明显，利用这一特征可以构成零序电流保护。

适用网络与110KV及以上电压等级的网络。

保护简单，经济，可靠；

整定值一般较低，灵敏度较高；

受系统运行方式变化的影响较小；

系统发生震荡、短时过负荷是不受影响；

没有电压死区。

对于短路线路或运行方式变化较大的情况，保护往往不能满足系统运行方式变化的要求。

随着相重合闸的广泛应用，在单项跳开期间系统中可能有较大的零序电流，保护会受较大影响。

自耦变压器的使用使保护整定配合复杂化。

（4）方向性零序电流保护：

在双侧或单侧的电源的网络中，电源处变压器的中性点一般至少有一台要接地，由于零序电流的实际流向是由故障点流向各个中性点接地的变压器，因此在变压器接地数目比较多的复杂网络中，就需要考虑零序电流保护动作的方向性问题。

利用正方向和反方向故障时，零序功率的差别，使用功率方向元件闭锁可能误动作的保护，从而形成方向性零序保护。

避免了不加方向元件，保护可能的误动作。

其余的优点同零序电流保护。

同零序电流保护，接线较复杂。

（5）中性点非直接接地系统中的电流电压保护：

在中性点非直接接地系统中，保护相间短路的电流、电压保护与中性点直接接地系统是完全相同的。

仅有单相接地时二者有差别，中性点直接接地系统中单相接地形成了短路，有短路电流流过，保护应快速跳闸，除反应相电流幅值的电流保护外，还可以采用专门的零序保护。

而在中性点非直接接地系统中单相接地时，没有形成短路，无大的短路电流流过，属于不正常运行，可以发出信号并指出接地所在的线路，以便尽快修复。

当有单相接地时全系统出现等于相电压的零序电压，采用零序电压保护报告有单相接地发生，由于没有大短路电流流过故障线路这个明显特征，而甄别接地发生在哪条线路上则困难得多。

一般需要专门的“单相接地选线装置”，装置依据接地与非接地线路基波零序电流大小、方向以及高次谐波特征的差异，选出接地线路。

3.4答：

在三相系统中，任何一项的测量电压与测量电流值比都能算出一个测量阻抗，但是只有故障环路上的测量电压、电流之间才能满足关系.·

·

===，

即由它们算出的测量阻抗才等于短路阻抗，才能够正确反应故障点到保护安装处之间的距离。

用非故障环上的测量电压与电流虽然也能算出一个测量阻抗，但它与故障距离之间没有直接的关系，不能正确的反应故障距离，虽然不能构成距离保护。

3.7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

3.8答：

阻抗继电器在实际情况下，由于互感器误差、故障点过度电阻等因素影响，继电器实际测量到的Zm一般并不能严格地落在与Zset同向的直线上，而是落在该直线附近的一个区域中。

为保证区内故障情况下阻抗继电器都能可靠动作，在阻抗复平面上，其动作的范围应该是一个包括Zset对应线段在内，但在Zset的方向上不超过Zset的区域，如圆形区域、四边形区域、苹果形区域橄榄形区域等。

3.9、答：

偏移特性阻抗继电器的动作特性如图3—3所示，各电气量标于图中。

测量阻抗mZ就是保护安装处测量电压U·

与测量电流mI·

之间的比值，系统不同的的运行状态下（正常、震荡、不同位置故障等），测量阻抗是不同的，可能落在阻抗平面的任意位置。

在断路故障情况下，由故障环上的测量电压、电流算出测量阻抗能够正确的反应故障点到保护安装处的距离。

对于偏移特性的阻抗继电器而言，整定阻抗有两个，即正方向整定阻抗1setZ和反方向整定阻抗2setZ，它们均是根据被保护电力系统的具体情况而设定的常数，不随故障情况的变化而变化。

一般取继电器安装点到保护范围末端的线路阻抗作为整定阻抗。

动作阻抗：

是阻抗元件处于临界动作状态对应的测量阻抗，从原点到边界圆上的矢量连线称为动作阻抗，通常用opZ来表示。

对于具有偏移特性的阻抗继电器来说，动作阻抗并不是一个常数，二是随着测量阻抗的阻抗角不同而不同。

3.10答：

当测量阻抗Zm的阻抗角与正向整定阻抗Zset1的阻抗角相等时，阻抗继电器的动作阻抗最大，正好等于Zset1,即Zop=Zset1,此时继电器最为灵敏，所以Zset1的阻抗角又称为最灵敏角。

选定线路阻抗角为最大灵敏角，是为了保证在线路发生金属性短路的情况下，阻抗继电器动作最灵敏。

3.11

3.12

3.19

3.21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3.10所示。

4.1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

4.5答：

在纵联比较式保护中，通道中传送的信号有三类，即闭锁信号、允许信号和跳闸信号。

在纵联电流差动保护中，通道中传送的是线路两端电流的信息，可以是用幅值、相角或实部、虚部表示的相量值，也可以是采样得到的离散值。

在纵联电流相位差动保护中，通道中传送的是表示两端电流瞬时值为正（或负）的相位信息，例如，瞬时值为正半周时有高频信息，瞬时值为负半周时无高频信息，检测线路上有高频信息的时间，可以比较线路两端电流的相位。

不同的通道有不同的工作方式，对于载波通道而言，有三种工作方式，即正常无高频电流方式、正常有高频电流方式和移频方式。

对于光纤及微波通道，取决于具体的通信协议形式。

4.6

4.9

4.12答：

系统振荡时，线路两侧通过同一个电流，与正常运行及外部故障时的情况一样，差动电流为量值较小的不平衡电流，制动电流较大，选取适当的制动特性，就会保证不误动作。

非全相运行时，线路两侧的电流也为同一个电流，电流纵联差动保护也不误动作。

5.2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。

5.4

5.8

5.9

6.1答：

变压器故障可以分为油箱外和油箱内两种故障，油箱外得故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。

油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。

变压器的不正常运行状态主要有变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷、风扇故障或漏油等原因引起的冷却能力下降等。

此外，对于中性点不接地运行的星形接线变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压的绝缘；

大容量变压器在过电压或低频率等异常工况下会使变压器过励磁，引起铁芯和其他金属构件的过热。

油箱外故障与线路的故障基本相同，都包括单相接地故障、两相接地故障、两相不接地故障和三相故障几种形式，故障时也都会出现电压降低、电流增大等现象。

油箱内故障要比线路故障复杂，除了包括相间故障和接地故障外，还包括匝间故障、铁芯故障等，电气量变化的特点也较为复杂。

6.3答：

差动电流指被保护设备内部故障时，构成差动保护的各电流互感器的二次电流之和（各电流互感器的参考方向均指向被保护设备时）。

不平衡电流指在正常及外部故障情况下，由于测量误差或者变压器结构、参数引起的流过差动回路电流。

6.11答：

线路的过电流保护为保证在正常情况下各条线路上的过电流保护绝对不动作，显然保护装置的启动电流必须大于该线路上出现的最大负荷电流IL.max；

同时还必须考虑到外部故障切除后电压恢复，负荷自启动电流作用下保护装置必须能够返回，其返回电流应大于负荷自启动电流，一般考虑后一种情况整定。

变压器过电流保护：

（1）对并列运行的变压器，应考虑切除一台最大容量变压器时，在其他变压器中出现的过负荷。

当各台变压器容量相同时，按负荷在剩余的变压器中平均分配计算，有IL.max=（n/n-1）IN式中，n为并列运行变压器的可能最少台数；

IN为每台变压器的额定电流。

（2）对降压变压器，应考虑电动机自启动时的最大电流，即I`L.max=KssI`L.max式中，I`L.max为正常时的最大负荷电流（一般为变压器的额定电流）；

Kss为综合负荷的自启动系数。

对于110KV的降压变电所，低压6~10KV侧取Kss=1.5~2.5；

中压35KV侧取Kss=1.5~2。

按上述原则整定时，有可能会出现灵敏度不足的情况，这时通常需要配置低压启动的过流保护或复合电压启动时的过电流保护。

7.1

7.6

8.2答：

（1）全电流差动原理判别母线故障。

在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有连接元件中，流入的电流和流出的电流相等，或表示为∑Ipi=0；

当母线上发生故障时，所有与母线连接的元件都向故障点供给短路电流或流出残留的负荷电流，按基尔霍夫电流定律，有∑Ipi=Ik（短路点的总电流）。

（2）电流相位差动原理判别母线故障。

如从每个连接元件中电流的相位来看，则在正常运行以及外部故障时，则至少有一个元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的，具体说来，就是电流流入的元件和电流流出的元件这两者的相位相反。

而当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其他元件中的电流是接近同相位的。

8.3

连接元件的断路器跳闸。