继电保护复习资料 - 图文

电气专升本继电保护知识要点

第一章 绪论

1. 继电保护装置是什么？其基本任务是什么？

答：能反应电力系统中电气元件发生故障或者不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

基本任务是：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破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。

反应电气元件的不正常运行状态，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。

2. 继电保护装置的组成？

答：继电保护装置中的基本组成元件——继电器（一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。） 传统继电保护装置的组成

测量部分：测量被保护设备相应的电气量，并与整定值比较，从而判断是否启动保护。 逻辑部分：根据各测量部分输出量的大小、性质等判断被保护设备的工作状态。 执行部分：完成保护所承担的任务，如跳闸、发告警信号等。

3. 试述对继电保护的四个基本要求的内容： 答：选择性：

※ 保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。

※ 主保护：正常情况下，有选择性切除故障

· 但存在主保护不能够隔离故障元件的可能性，如断路器拒动 ※ 后备保护：主保护不能切除故障时起作用

· 远后备：在远处（变电站）实现，性能比较完善，但其动作将扩大停电范围。 · 近后备：在主保护安装处实现，要同时装设必要的断路器失灵保护。

速动性：

※ 力求保护装置能够迅速动作切除故障 ● 提高电力系统并列运行的稳定性 · 暂态稳定等面积定则极限切除时间 · 高压/超高压输电线路保护 ● 减轻对设备、用户的损害

※ 对继电保护的速动性，不同情况有不同的要求（工程实际的考虑） ● 切除故障时间：保护装置动作时间+断路器动作时间。 ·快速保护动作时间：0.01～0.04s · 断路器动作时间：0.02～0.06s 灵敏性：

对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。用灵敏度系数Ksen衡量，主要取决于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。一般用故障特征计算值与整定的动作值

Dgz

Dzd的比值表示，Ksen?Dgz/Dzd。保护装置在预期最不利的情况下，仍能可靠

动作，就要求有足够的灵敏度裕度。 可靠性：

※不拒动和不误动

·不拒动——该动时动作 ·不误动——不该动时不动作

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※ 可靠性主要指保护装置本身的质量和运行维护水平。

※ 提高保护装置不误动的可靠性和不拒动的可靠性的措施常常是相互矛盾的。

● 电力系统的结构和负荷性质不同，误动和拒动的危害程度也有所不同，应分别对待。 ·系统容量大，各部分电气联系紧密的

·保护误动影响较小，而拒动影响巨大，要提高不拒动可靠性 ·各部分联系薄弱的，或者负荷很重要

·保护误动造成损失巨大，而拒动可以通过后备保护修正，提高不误动的可靠性。

概念；故障切除总时间；灵敏系数。

第二章 电网的电流、电压保护和方向性电流、电压保护

第一节 单侧电源网络相间短路的电流、电压保护

1. 什么是继电特性？

答：无论起动和返回，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，这种特性我们称之为“继电特性”。

2. 继电器的返回系数定义？

Ik?reK??0.85~0.9，恒

答：返回电流与起动电流的比值称为继电器的返回系数，可表示为reIk?act小于1。

3. 系统最大运行方式和最小运行方式？

答：最大运行方式：短路电流为最大的方式

ZS?ZS?min

Z?ZSS?max 最小运行方式：短路电流为最小的方式

4. 电流速断保护的保护范围？

答：电流速断保护不能保护线路的全长，其保护范围随运行方式而改变，一般为保护线路的85%。（只能

保护线路的一部分）。

5. 过流保护装置的灵敏系数？

答：为了保证保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路

时，具有足够的反应能力。这个能力用灵敏系数

来衡量。

6. 什么是阶段式电流保护？

答：通常为三段式保护：电流速断；限时电流速断；定时限过电流保护组合在一起，构成阶段式电流保护（电流速断和限时电流速断为“主保护”， 定时限过电流保护为“后备保护”。） 7. 三段式电流保护的整定计算

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第二节 电网相间短路的方向性电流、电压保护

1. 方向性电流保护的工作原理？

答：双侧电源供电情况下，误动作的保护都是在自己所保护的线路反方向发生故障时 , 由对侧电源供给的短路电流所引起的。对误动作的保护而言，实际短路功率的方向照例都是由线路流向母线。显然与其所应保护的线路故障时的短路功率方向相反。因此，为了消除这种无选择的动作，就需要在可能误动作的保护上增设一个功率方向闭锁元件，该元件只当短路功率方向由母线流向线路时动作，而当短路功率方向由线路流向母线时不动作，从而使继电保护的动作具有一定的方向性。 2. 功率方向继电器的基本要求？

答：① 明确方向性：正方向故障可靠动作，反方向故障可靠不动作： ② 足够灵敏性 3. 何谓90°接线方式？

答：所谓的90°接线方式是指在三相对称情况下，当时，加入继

电器的电流如IA与电压UBC的相位差90°。

第三节 中性点直接接地电网中接地短路的零序电流及方向保护

??1. 中性点直接接地电网中接地短路的零序参数特点？

答：①故障点零序电压最高，距离故障点越远零序电压越低；②零序电流超前于零序电压，分布取决于线

路的零序阻抗和中性点接地变压器的零序阻抗，而与电源的数目和位置无关；③ 故障线路，两端零序功率的方向与正序功率的相反；④ 由保护安装点到到零序网络中性点之间的零序阻抗决定，与被保护线路的零序阻抗及故障点的位置无关；⑤ 系统运行方式变化时，只要送电线路和中性点接地变压器数目不变，零序阻抗和零序网络就不变。

2. 零序电压、电流分量的提取？

答：零序电压分量的提取：① 用三个单相式电压互感器；② 用三相五柱式电压互感器（一次绕组接成星型并将中性点接地，二次绕组接成开口三角形）；③ 当发电机的中性点经电压互感器或消弧线圈接地时，从它的二次绕组中也能够取得零序电压；④ 在集成电路保护中，由电压形成回路取得三个相电压相加，也可以从内部合成零序电压。

零序电流分量提取：采用三相电流互感器（三相星形接线方式中，在中线所流过的电流即为零序电流）。

第四节 中性点非直接接地电网中单相接地故障的零序电压、电流及方向保护

1. 中性点不直接接地电网中单相接地故障时的电流电压有什么特点？

答：① 全系统出现零序电压；② 非故障的元件上有零序电流，其值等于本身的对地电容电流，电容性无

功功率的方向为母线流向线路；③ 故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之和，数值一般较大，电容性无功功率为线路流向母线。

2. 中性点加装消弧线圈的作用是什么？采用什么补偿方式？为什么？

答：中性点装设消弧线圈的目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障时的容性电流，使接地故障电流减少。 补偿方式： ① 完全补偿：② 欠补偿：

IL?IC? 最有利于消除故障点电弧，但容易引起串联谐振过电压，不宜采用

IL?IC?，当系统运行方式变化某个元件被切除或发生故障跳闸时，电容电流将减少，同样

可能引起谐振过电压；

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③ 过补偿：应用最广。

IL?IC?，补偿后残余电流是感性的，采用这种方法不可能发生串联谐振过电压，在实际中

第三章 电网的距离保护

1. 距离保护的概念？

答：距离保护是反应故障点至保护安装点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置。

2. 阻抗继电器的概念？其构成方式？什么是单相补偿式阻抗继电器？阻抗继电器的主要动作特性有哪些？

答：阻抗继电器是距离保护装置的核心元件，其主要作用是测量短路点到保护安装地点之间的阻抗，并与整定值进行比较，以确定保护是否应该动作。

阻抗继电器按其构成方式可分为单相补偿式和多相补偿式。

单相补偿式阻抗继电器是指加入继电器的只有一个电压UJ（可以是相电压或线电压）和一个电流IJ（可以是相电流或两相电流之差）的阻抗继电器，UJ和IJ的比值称为继电器的测量阻抗ZJ。即ZJ?????UJIJ??

全阻抗继电器的特性：以B点（继电器安装点）为圆心，以整定阻抗Zzd为半径所作的一个圆；方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗Zzd为直径而通过坐标原点的一个圆，圆内为动作区，圆外为不动作区；偏移特性的阻抗继电器的特性是当正方向的整定阻抗为Zzd时，同时向反方向偏移一个aZzd，式中0?a?1，圆内为动作区，圆外为不动作区。

3. 单相补偿式阻抗继电器在距离保护中广泛采用的相间短路和接地故障的接线方式是什么？

答：相间短路：①o接线；②?30接线，一般很少采用；③?30接线，很少采用。接地短路：相电压和具有K3I0补偿的相电流接线。

?000第四章 输电线纵联保护（纵联保护、高频保护、微波保护）

1. 什么是纵联保护？

答：输电线的纵联保护，就是用某种 通信通道 将输电线两端或各端（对于多 端线路）的保护装置纵向连接起来，将各端的 电气量（电流、功率的方向等） 传送到对端， 将各端的电气量进行比较，以判断故障在本线 路范围内还是在线路范围之外，从而决定是否 切断被保护线路。

2. 高频通道的组成？

答：高频保护是以输电线载波通道作为通信通道的纵联保护。

组成：① 阻波器：阻波器是由一电感线圈与可变电容器并联 组成的回路。② 结合电容器；③ 连接滤波器: 由一个可调空心变压器和连接到高频电缆侧的电容器组成； ④ 高频收、发信机。

高频通道的工作方式可分为经常无高频电流（即所谓故障时发信）和经常有高频电流（即所谓长期发信）两种方式。在这两种工作方式中，以其传送的信号性质为准，又可以分为传送闭锁信号、允许信号和跳闸信号三种类型。

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3、高频闭锁方向保护的基本原理？

答：高频闭锁方向保护，是以高频通道经常无电流而在外部故障时发出闭锁信号的方式构成的。此闭锁信号由短路功率方向为负的一端发出，这个信号被两端的收信机所接收，而把保护闭锁，故称为高频闭锁方向保护。其工作原理：是利用非故障线路的一端发出闭锁该线路两端保护的高频信号，而对于故障线路两端则不需要发出高频信号使保护动作于跳闸，这样就可以保证在内部故障并伴随有通道的破坏时（例如通道所在的一相接地或是断线），保护装置仍然能够正确地动作。

第五章 自动重合闸

1. 试述自动重合闸的优缺点？

答：优点：① 大大提高供电可靠性；② 重合闸成功，有利于提高电力系统并列运行的稳定性；③ 在规划、设计和建设中，考虑了重合闸的作用，可以暂缓架设双回线路，节约投资；④ 对断路器的误动作，可以起到纠正作用。

缺点：① 使电力系统又一次受到故障冲击，并可能降低系统并列运行的稳定性；② 恶化了断路器的工作条件，因为断路器在很短的时间内连续切断两次短路电流

2. 重合闸的启动方式？

答：采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸。 3. 重合闸动作时限的选择原则？ 答：1、单侧电源线路的三相重合闸：

原则上越短越好，但应力争重合成功，保证： （1）故障点电弧熄灭、绝缘恢复； （2）断路器触头周围绝缘强度的恢复及消弧室重新充满油，准备好重合于永久性故障时能再次跳闸，否则可能发生DL爆炸，如果采用保护装置起动方式，还应加上DL跳闸时间。 2、两侧电源线路的三相重合闸：

除上述要求外，还须考虑时 间配合，按最不利情况考虑：本侧先跳，对侧后跳。

第六章 电力变压器的继电保护

1. 试述变压器的故障类型、不正常运行状态及相应的保护方式；

答：※ 变压器的内部故障可以分为油箱内故障和油箱外故障两种 ● 油箱内故障：绕组的相间短路、接地短路；匝间短路；铁心的烧损 ● 油箱外故障：套管和引出线上发生的相间短路和接地短路 ※ 变压器的不正常运行状态

● 变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；过负荷，漏油等引起的油面降低；变压器的过励磁。 ※变压器的保护方式 ● 变压器的内部故障

（1） 瓦斯保护： 反应于油箱内所产生的气体或油流而动作。 · 轻瓦斯动作于信号

· 重瓦斯动作于跳开各电源侧断路器 （2）纵联差动保护或电流速断保护

保护变压器内部的绕组、套管及引出线上的故障；动作后均跳开变压器各电源侧的断路器 ※ 变压器的不正常运行状态 ● 外部相间短路引起的过电流

· 过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序电流 保护及单相式低电压起动的过电流保护、阻抗保护 ● 外部接地短路引起的过电流 · 零序电流保护 ● 过负荷保护

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· 作用于信号，必要时自动减负荷或跳闸 ● 过励磁保护

· 在允许范围内作用于信号，否则动作于跳闸 ● 其它保护——油温、冷却系统故障等

2. 励磁涌流是在什么情况下产生的？有何特点？变压器差动保护中怎样克服励磁涌流的影响？

答：当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁电流（又称为励磁涌流）。 特

点：① 包含有大量的非周期分量，使涌流偏向时间轴一侧；② 包含有大量的高次谐波，而且以二次谐波为主；③ 波形之间出现间断——有间断角a。

克服励磁涌流的影响：① 采用具有速饱和铁心的差动继电器；② 鉴别短路电流和励磁涌流波形的差

别；③ 利用二次谐波制动等

3、变压器差动保护中，产生不平衡电流的原因有哪些？ 答：①、由变压器励磁涌流ILY所产生的不平衡电流；② 由变压器两侧电流相位不同而产生的不平衡电流；

③ 由计算变比与实际变比不同而产生的不平衡电流；④ 由两侧电流互感器型号不同而产生的不平衡电流；⑤ 由变压器带负荷调整分接头而产生的不平衡电流；4. 低电压起动的过电流保护中，电压元件的作用？

答：电压元件的作用：保证一台变压器突然切除或电动机自起动时不动作。

5. 什么是复合电压起动的过电流保护？

答：复合电压起动的过电流保护是由一个负序电压继电器和一个接于线电压上的低电压继电器组成的电压复合元件，两个继电器只要有一个动作，同时过电流继电器也动作，整套装置即能启动。

第八章 母线保护

1. 母线差动保护的基本原理？

答：母线差动保护基本原理就是按照收、支平衡的原理进行判断和动作的。因为母线上只有进出线路，正常运行情况，进出电流的大小相等，相位相同。如果母线发生故障，这一平衡就会破坏。有的保护采用比较电流是否平衡，有的保护采用比较电流相位是否一致，有的二者兼有，一旦判别出母线故障，立即启动保护动作元件，跳开母线上的所有断路器。如果是双母线并列运行，有的保护会有选择地跳开母联开关和有故障母线的所有进出线路断路器，以缩小停电范围。

2. 双母线同时运行时，对母线保护的要求？

答：双母线同时运行时，对母线保护的要求具有选择故障母线的能力。① 双母线同时运行时，元件固定连接的电流差动保护；② 双母线同时运行的母联相位差动保护；③ 电流比相式母线保护。

3. 什么是断路器失灵保护？

答：所谓断路器失灵保护，是指当电力系统发生故障时，故障元件的保护动作发出跳闸脉冲而断路器拒绝动作，利用故障元件的保护，用较短的时限动作于连接在同一母线上的其它相关的断路器切除故障，使停电范围限制在最小。一般作为近后备保护方式中断路器拒动的后备保护。

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计算题例题：

1. 三段式电流保护整定计算

IIIIII如图所示网络和已知条件，设Krel?1.25，Krel?1.1，Krel?1.2，返回系数Kre?0.85，自起动

系数KSS?1.5，ts.max?0.5s，线路阻抗为x?0.4?/km。试对保护1进行三段式电流保护整定计算。

ABC 10kV123t3?0.5s10km 15km IL.max?150AZS.max?0.3?

ZS.min?0.2? 图1

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2. 三段式零序电流保护整定

如下图所示网络和已知条件：EA?115/3kV，变压器：XT.1?XT.2?15?、XT.0?20?，线路：

??1.15、Krel???1.15，试对保护1的零序I、II段电流x1?x2?0.4?/km、x0?1.4?/km，以及Krel保护进行整定计算： 1）零序电流I段定值；

2）零序电流II段定值及其灵敏度校验。

A1B30km 2C60km 解：

B点单相接地短路电流

(1)3I0B?3E?Z1??Z2??Z0??3?115/3?1.72kA

27?27?62B点两相接地短路电流

3I(1,1)0k3E?Z2?273?115/3???1.32kA Z2??Z0?(Z1??Z2?//Z0?)27?62(27?18.81) 取其中最大的作为零序I段的定值

?.20?Krel?3I0.B.max?1.15?1.72?1.975kA Iact零序II段：

C点单相接地短路电流

(1)3I0B?3E?Z1??Z2??Z0??3?115/3?0.80kA

51?51?146C点两相接地短路电流

3I(1,1)0k3E?Z2?513?115/3???0.58kA Z2??Z0?(Z1??Z2?//Z0?)51?146(51?37.80)??.20?1.15?1.15?0.80?1.06kA 定值： Iact??.20? 灵敏度校验：Ksen

I0.B.min1.32??1.25 ??.20Iact1.06

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3．三段式距离保护整定

如下图所示网络和已知条件：EA?115/3kV，两台变压器型号相同：Se?15MVA、额定电压110/6.6kV、ud?10.5%，线路AB和BC：z1?0.45?/km、IL.max?300A，正常时UL.min?0.9Ue，

???0.8、Krel????1.25、Kre?1.15、KMS?1.5，试对保护1的三段式距离保护??0.85、Krel以及Krel进行整定（采用全阻抗继电器）： 1）距离I段定值；

2）距离II段定值及其灵敏度校验； 3）距离III段定值及其灵敏度校验。

解： 保护1、2距离I段：

A1B30km2TC48km?.1?Krel?ZAB?0.85?13.5?11.48? Zact?.2?Krel?ZBC?0.85?21.6?18.36? Zact保护1距离II段：

与线路BC的I段配合

??.1?Krel??(ZAB?Zact?.B)Zact?0.8?(13.5?18.36)?25.49?

与变低差动保护配合

Ue210.5?1102?106ZT?ud%??84.7?

Se100?15?1061??.1?Krel??(ZAB?ZT)?0.7?(13.5?42.35)?39.10? Zact2??.1?25.49? 取ZactZ??25.49??.A?act.A?灵敏度校验：Ksen?1.89?1.5

ZAB13.5距离III段

U0.9?115/3ZL.min?L.min??199.2?

IL.max0.31???.1?ZactZL.min?92.38?

???KrelKM.sKre距离III段灵敏度校验

???.A?近后备：Ksen???.192.38Zact??6.84?1.5 ZAB13.5???.A?远后备：Ksen

???.1Zact92.38??2.63?1.25

ZAB?ZBC13.5?21.610

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